Adaptive Penalty and Barrier function based on Fuzzy Logic

Optimization methods have been used in many areas of knowledge, such as Engineering, Statistics, Chemistry, among others, to solve optimization problems. In many cases it is not possible to use derivative methods, due to the characteristics of the problem to be solved and/or its constraints, for example if the involved functions are non-smooth and/or their derivatives are not know. To solve this type of problems a Java based API has been implemented, which includes only derivative-free optimization methods, and that can be used to solve both constrained and unconstrained problems. For solving constrained problems, the classic Penalty and Barrier functions were included in the API. In this paper a new approach to Penalty and Barrier functions, based on Fuzzy Logic, is proposed. Two penalty functions, that impose a progressive penalization to solutions that violate the constraints, are discussed. The implemented functions impose a low penalization when the violation of the constraints is low and a heavy penalty when the violation is high. Numerical results, obtained using twenty-eight test problems, comparing the proposed Fuzzy Logic based functions to six of the classic Penalty and Barrier functions are presented. Considering the achieved results, it can be concluded that the proposed penalty functions besides being very robust also have a very good performance.

Adaptive modeling and high quality spectral estimation for speech enhancement

In this work an adaptive modeling and spectral estimation scheme based on a dual Discrete Kalman Filtering (DKF) is proposed for speech enhancement. Both speech and noise signals are modeled by an autoregressive structure which provides an underlying time frame dependency and improves time-frequency resolution. The model parameters are arranged to obtain a combined state-space model and are also used to calculate instantaneous power spectral density estimates. The speech enhancement is performed by a dual discrete Kalman filter that simultaneously gives estimates for the models and the signals. This approach is particularly useful as a pre-processing module for parametric based speech recognition systems that rely on spectral time dependent models. The system performance has been evaluated by a set of human listeners and by spectral distances. In both cases the use of this pre-processing module has led to improved results.

Adaptive filtering for high quality HMM based speech synthesis

In this work an adaptive filtering scheme based on a dual Discrete Kalman Filtering (DKF) is proposed for Hidden Markov Model (HMM) based speech synthesis quality enhancement. The objective is to improve signal smoothness across HMMs and their related states and to reduce artifacts due to acoustic model's limitations. Both speech and artifacts are modelled by an autoregressive structure which provides an underlying time frame dependency and improves time-frequency resolution. Themodel parameters are arranged to obtain a combined state-space model and are also used to calculate instantaneous power spectral density estimates. The quality enhancement is performed by a dual discrete Kalman filter that simultaneously gives estimates for the models and the signals. The system's performance has been evaluated using mean opinion score tests and the proposed technique has led to improved results.

Providing Adaptation for an Adaptive Hypermedia System

O ensino à distância cresceu consideravelmente nos últimos anos e a tendência é para que continue a crescer em anos vindouros. No entanto, enquanto que a maioria das plataformas de ensino à distância utilizam a mesma abordagem de ensino para todos os utilizadores, os estudantes que as usam são na realidade pessoas de diferentes culturas, locais, idades e géneros, e que possuem diferentes níveis de educação. Ao contrário do ensino à distância tradicional, os sistemas de hipermédia adaptativa educacional adaptam interface, apresentação de conteúdos e navegação, entre outros, às características, necessidades e interesses específicos de diferentes utilizadores. Apesar da investigação na área de sistemas de hipermédia adaptativa já estar bastante desenvolvida, é necessário efetuar mais desenvolvimento e experimentação de modo a determinar quais são os aspetos mais eficazes destes sistemas e avaliar o seu sucesso. A Plataforma de Aprendizagem Colaborativa da Matemática (PCMAT) é um sistema de hipermédia adaptativa educacional com uma abordagem construtivista, que foi desenvolvido com o objetivo de contribuir para a investigação na área de sistemas de hipermédia adaptativa. A plataforma avalia o conhecimento do utilizador e apresenta conteúdos e atividades adaptadas às características e estilo de aprendizagem dominante de estudantes de matemática do segundo ciclo. O desenvolvimento do PCMAT tem também o propósito de auxiliar os alunos Portugueses com a aprendizagem da matemática. De acordo com o estudo PISA 2012 da OCDE [OECD, 2014], o desempenho dos alunos Portugueses na área da matemática melhorou em relação à edição anterior do estudo, mas os resultados obtidos permanecem abaixo da média da OCDE. Por este motivo, uma das finalidades deste projeto é desenvolver um sistema de hipermédia adaptativa que, ao adequar o ensino da matemática às necessidades específicas de cada aluno, os assista com a aquisição de conhecimento. A adaptação é efetuada pelo sistema usando a informação constante no modelo do utilizador para definir um grafo de conceitos do domínio específico. Este grafo é adaptado do modelo do domínio e utilizado para dar resposta às necessidades particulares de cada aluno. Embora a trajetória inicial seja definida pelo professor, o percurso percorrido no grafo por cada aluno é determinado pela sua interação com o sistema, usando para o efeito a representação do conhecimento do aluno e outras características disponíveis no modelo do utilizador, assim como avaliação progressiva. A adaptação é conseguida através de alterações na apresentação de conteúdos e na estrutura e anotações das hiperligações. A apresentação de conteúdos é alterada mostrando ou ocultando cada um dos vários fragmentos que compõe as páginas dum curso. Estes fragmentos são compostos por diferentes objetos de aprendizagem, tais como exercícios, figuras, diagramas, etc. As mudanças efetuadas na estrutura e anotações das hiperligações têm o objetivo de guiar o estudante, apontando-o na direção do conhecimento mais relevante e mantendo-o afastado de informação inadequada. A escolha de objectos de aprendizagem adequados às características particulares de cada aluno é um aspecto essencial do modelo de adaptação do PCMAT. A plataforma inclui para esse propósito um módulo responsável pela recomendação de objectos de aprendizagem, e um módulo para a pesquisa e recuperação dos mesmos. O módulo de recomendação utiliza lógica Fuzzy para converter determinados atributos do aluno num conjunto de parâmetros que caracterizam o objecto de aprendizagem que idealmente deveria ser apresentado ao aluno. Uma vez que o objecto “ideal” poderá não existir no repositório de objectos de aprendizagem do sistema, esses parâmetros são utilizados pelo módulo de pesquisa e recuperação para procurar e devolver ao módulo de recomendação uma lista com os objectos que mais se assemelham ao objecto “ideal”. A pesquisa é feita numa árvore k-d usando o algoritmo k-vizinhos mais próximos. O modelo de recomendação utiliza a lista devolvida pelo módulo de pesquisa e recuperação para seleccionar o objecto de aprendizagem mais apropriado para o aluno e processa-o para inclusão numa das páginas Web do curso. O presente documento descreve o trabalho desenvolvido no âmbito do projeto PCMAT (PTDS/CED/108339/2008), dando relevância à adaptação de conteúdos.

A framework for real time MMO game content generation

Com o aumento de plataformas móveis disponíveis no mercado e com o constante incremento na sua capacidade computacional, a possibilidade de executar aplicações e em especial jogos com elevados requisitos de desempenho aumentou consideravelmente. O mercado dos videojogos tem assim um cada vez maior número de potenciais clientes. Em especial, o mercado de jogos massive multiplayer online (MMO) tem-se tornado muito atractivo para as empresas de desenvolvimento de jogos. Estes jogos suportam uma elevada quantidade de jogadores em simultâneo que podem estar a executar o jogo em diferentes plataformas e distribuídos por um "mundo" de jogo extenso. Para incentivar a exploração desse "mundo", distribuem-se de forma inteligente pontos de interesse que podem ser explorados pelo jogador. Esta abordagem leva a um esforço substancial no planeamento e construção desses mundos, gastando tempo e recursos durante a fase de desenvolvimento. Isto representa um problema para as empresas de desenvolvimento de jogos, e em alguns casos, e impraticável suportar tais custos para equipas indie. Nesta tese e apresentada uma abordagem para a criação de mundos para jogos MMO. Estudam-se vários jogos MMO que são casos de sucesso de modo a identificar propriedades comuns nos seus mundos. O objectivo e criar uma framework flexível capaz de gerar mundos com estruturas que respeitam conjuntos de regras definidas por game designers. Para que seja possível usar a abordagem aqui apresentada em v arias aplicações diferentes, foram desenvolvidos dois módulos principais. O primeiro, chamado rule-based-map-generator, contem a lógica e operações necessárias para a criação de mundos. O segundo, chamado blocker, e um wrapper à volta do módulo rule-based-map-generator que gere as comunicações entre servidor e clientes. De uma forma resumida, o objectivo geral e disponibilizar uma framework para facilitar a geração de mundos para jogos MMO, o que normalmente e um processo bastante demorado e aumenta significativamente o custo de produção, através de uma abordagem semi-automática combinando os benefícios de procedural content generation (PCG) com conteúdo gráfico gerado manualmente.

Sialyl Tn-Expressing Bladder Cancer Cells Induce a Tolerogenic Phenotype in Innate and Adaptive Immune Cells

Despite the wide acceptance that glycans are centrally implicated in immunity, exactly how they contribute to the tilt immune response remains poorly defined. In this study, we sought to evaluate the impact of the malignant phenotype-associated glycan, sialyl-Tn (STn) in the function of the key orchestrators of the immune response, the dendritic cells (DCs). In high grade bladder cancer tissue, the STn antigen is significantly overexpressed and correlated with the increased expression of ST6GALNAC1 sialyltransferase. Bladder cancer tissue presenting elevated expression of ST6GALNAC1 showed a correlation with increased expression of CD1a, a marker for bladder immature DCs and showed concomitant low levels of Th1-inducing cytokines IL-12 and TNF-α. In vitro, human DCs co-incubated with STn+ bladder cancer cells, had an immature phenotype (MHC-IIlow, CD80low and CD86low) and were unresponsive to further maturation stimuli. When contacting with STn+ cancer cells, DCs expressed significantly less IL-12 and TNF-α. Consistent with a tolerogenic DC profile, T cells that were primed by DCs pulsed with antigens derived from STn+ cancer cells were not activated and showed a FoxP3high IFN-γlow phenotype. Blockade of STn antigens and of STn+ glycoprotein, CD44 and MUC1, in STn+ cancer cells was able to lower the induction of tolerance and DCs become more mature. Overall, our data suggest that STn-expressing cancer cells impair DC maturation and endow DCs with a tolerogenic function, limiting their capacity to trigger protective anti-tumour T cell responses. STn antigens and, in particular, STn+ glycoproteins are potential targets for circumventing tumour-induced tolerogenic mechanisms.

Intention recognition, commitment and their roles in the evolution of cooperation

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Informática

UsaGame – A new methodology to support user- centered design of touchscreen game applications

Dissertação para Obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Enhancing physical activity coaching through personalized motivational strategies and self-adaptive goal-setting: development of self-adaptive processes in a monitoring and coaching smartphone application

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Gas adsorption in the MIL-53(AI) metal organic framework. Experiments and molecular simulation

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química

Collecting data for indoor mapping of the university of Münster via a location based game

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Three essays on game theory and bargaining

A PhD Dissertation, presented as part of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy from the NOVA - School of Business and Economics

Avatars and the «Imitation Game» – can machines smile?

Considering Alan Turing’s challenge in «Computing Machinery and Intelligence» (1950) – can machines play the «imitation game»? – it is proposed that the requirements of the Turing test are already implicitly being used for checking the credibility of virtual characters and avatars. Like characters, Avatars aim to visually express emotions (the exterior signs of the existence of feeling) and its creators have to resort to emotion codes. Traditional arts have profusely contributed for this field and, together with the science of anatomy, shaped the grounds for current Facial Action Coding System (FACS) and their databases. However, FACS researchers have to improve their «instruction tables» so that the machines will be able, in a near future, to be programmed to carry out the operation of recognizing human expressions (face and body) and classify them adequately. For the moment, the reproductions have to resort to the copy of real life expressions, and the presente smile of avatars comes from mirroring their human users.

Game wizard

Hoje em dia, há um aumento evidente dos produtos ou soluções sob medida, com o objectivo de melhor se adaptarem às necessidades dos perfis de clientes. Num outro contexto, existe um largo crescimento da presença da computação informática nas salas de aulas, de maneira a auxiliar o professor a cativar e motivar os alunos, através de jogos educativos. Contudo, nem todos os docentes têm conhecimentos informáticos avançados, então não têm forma de perso-nalizar jogos, o que beneficiaria as crianças com soluções adaptadas às suas necessidades. Com isto, foi idealizado um sistema, que assenta sobre uma framework de criação de jogos, e que possibilite a um utilizador com menos habilidades informáticas a possibilidade de criar um jogo. Apesar de existirem diversos jogos desse tipo, seria vantajoso um professor poder criar um jogo, personalizando-o de acordo com as necessidades do aluno e com as competências que se desejam desenvolver. Este sistema consiste numa interface em que o utilizador segue uma série de passos definidos, do qual resulta um ficheiro com todas as características de jo-go, que será depois importado para uma framework, permitindo assim a criação de diferentes jogos, desde que se enquadrem na mesma mecânica.

Spiteful Strategies. The ontogeny and the practice of spite in human interaction: an experimental game theory approach and empirical applications

As estratégias de malevolência implicam que um indivíduo pague um custo para infligir um custo superior a um oponente. Como um dos comportamentos fundamentais da sociobiologia, a malevolência tem recebido menos atenção que os seus pares o egoísmo e a cooperação. Contudo, foi estabelecido que a malevolência é uma estratégia viável em populações pequenas quando usada contra indivíduos negativamente geneticamente relacionados pois este comportamento pode i) ser eliminado naturalmente, ou ii) manter-se em equilíbrio com estratégias cooperativas devido à disponibilidade da parte de indivíduos malevolentes de pagar um custo para punir. Esta tese propõe compreender se a propensão para a malevolência nos humanos é inerente ou se esta se desenvolve com a idade. Para esse efeito, considerei duas experiências de teoria de jogos em crianças em ambiente escolar com idades entre os 6 e os 22 anos. A primeira, um jogo 2x2 foi testada com duas variantes: 1) um prémio foi atribuído a ambos os jogadores, proporcionalmente aos pontos acumulados; 2), um prémio foi atribuído ao jogador com mais pontos. O jogo foi desenhado com o intuito de causar o seguinte dilema a cada jogador: i) maximizar o seu ganho e arriscar ter menos pontos que o adversário; ou ii) decidir não maximizar o seu ganho, garantindo que este não era inferior ao do seu adversário. A segunda experiência consistia num jogo do ditador com duas opções: uma escolha egoísta/altruísta (A), onde o ditador recebia mais ganho, mas o seu recipiente recebia mais que ele e uma escolha malevolente (B) que oferecia menos ganhos ao ditador que a A mas mais ganhos que o recipiente. O dilema era que se as crianças se comportassem de maneira egoísta, obtinham mais ganho para si, ao mesmo tempo que aumentavam o ganho do seu colega. Se fossem malevolentes, então prefeririam ter mais ganho que o seu colega ao mesmo tempo que tinham menos para eles próprios. As experiências foram efetuadas em escolas de duas áreas distintas de Portugal (continente e Açores) para perceber se as preferências malevolentes aumentavam ou diminuíam com a idade. Os resultados na primeira experiência sugerem que (1) os alunos compreenderam a primeira variante como um jogo de coordenação e comportaram-se como maximizadores, copiando as jogadas anteriores dos seus adversários; (2) que os alunos repetentes se comportaram preferencialmente como malevolentes, mais frequentemente que como maximizadores, com especial ênfase para os alunos de 14 anos; (3) maioria dos alunos comportou-se reciprocamente desde os 12 até aos 16 anos de idade, após os quais começaram a desenvolver uma maior tolerância às escolhas dos seus parceiros. Os resultados da segunda experiência sugerem que (1) as estratégias egoístas eram prevalentes até aos 6 anos de idade, (2) as tendências altruístas emergiram até aos 8 anos de idade e (3) as estratégias de malevolência começaram a emergir a partir dos 8 anos de idade. Estes resultados complementam a literatura relativamente escassa sobre malevolência e sugerem que este comportamento está intimamente ligado a preferências de consideração sobre os outros, o paroquialismo e os estágios de desenvolvimento das crianças.************************************************************Spite is defined as an act that causes loss of payoff to an opponent at a cost to the actor. As one of the four fundamental behaviours in sociobiology, it has received far less attention than its counterparts selfishness and cooperation. It has however been established as a viable strategy in small populations when used against negatively related individuals. Because of this, spite can either i) disappear or ii) remain at equilibrium with cooperative strategies due to the willingness of spiteful individuals to pay a cost in order to punish. This thesis sets out to understand whether propensity for spiteful behaviour is inherent or if it develops with age. For that effect, two game-theoretical experiments were performed with schoolboys and schoolgirls aged 6 to 22. The first, a 2 x 2 game, was tested in two variants: 1) a prize was awarded to both players, proportional to accumulated points; 2), a prize was given to the player with most points. Each player faced the following dilemma: i) to maximise pay-off risking a lower pay-off than the opponent; or ii) not to maximise pay-off in order to cut down the opponent below their own. The second game was a dictator experiment with two choices, (A) a selfish/altruistic choice affording more payoff to the donor than B, but more to the recipient than to the donor, and (B) a spiteful choice that afforded less payoff to the donor than A, but even lower payoff to the recipient. The dilemma here was that if subjects behaved selfishly, they obtained more payoff for themselves, while at the same time increasing their opponent payoff. If they were spiteful, they would rather have more payoff than their colleague, at the cost of less for themselves. Experiments were run in schools in two different areas in Portugal (mainland and Azores) to understand whether spiteful preferences varied with age. Results in the first experiment suggested that (1) students understood the first variant as a coordination game and engaged in maximising behaviour by copying their opponent’s plays; (2) repeating students preferentially engaged in spiteful behaviour more often than maximising behaviour, with special emphasis on 14 year-olds; (3) most students engaged in reciprocal behaviour from ages 12 to 16, as they began developing higher tolerance for their opponent choices. Results for the second experiment suggested that (1) selfish strategies were prevalent until the age of 6, (2) altruistic tendencies emerged since then, and (3) spiteful strategies began being chosen more often by 8 year-olds. These results add to the relatively scarce body of literature on spite and suggest that this type of behaviour is closely tied with other-regarding preferences, parochialism and the children’s stages of development.