Design a computer programming learning environment for Massive Open Online Courses

Teaching and learning computer programming is as challenging as difficult. Assessing the work of students and providing individualised feedback to all is time-consuming and error prone for teachers and frequently involves a time delay. The existent tools and specifications prove to be insufficient in complex evaluation domains where there is a greater need to practice. At the same time Massive Open Online Courses (MOOC) are appearing revealing a new way of learning, more dynamic and more accessible. However this new paradigm raises serious questions regarding the monitoring of student progress and its timely feedback. This paper provides a conceptual design model for a computer programming learning environment. This environment uses the portal interface design model gathering information from a network of services such as repositories and program evaluators. The design model includes also the integration with learning management systems, a central piece in the MOOC realm, endowing the model with characteristics such as scalability, collaboration and interoperability. This model is not limited to the domain of computer programming and can be adapted to any complex area that requires systematic evaluation with immediate feedback.

Multi-criteria optimisation approach to increase the delivered power in radial distribution networks

This study proposes a new methodology to increase the power delivered to any load point in a radial distribution network, through the identification of new investments in order to improve the repair time. This research work is innovative and consists in proposing a full optimisation model based on mixed-integer non-linear programming considering the Pareto front technique. The goal is to achieve a reduction in repair times of the distribution networks components, while minimising the costs of that reduction as well as non-supplied energy costs. The optimisation model considers the distribution network technical constraints, the substation transformer taps, and it is able to choose the capacitor banks size. A case study based on a 33-bus distribution network is presented in order to illustrate in detail the application of the proposed methodology.

A filter algorithm: comparison with NLP solvers

The purpose of this work is to present an algorithm to solve nonlinear constrained optimization problems, using the filter method with the inexact restoration (IR) approach. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration—the feasibility and the optimality phases. The first one directs the iterative process into the feasible region, i.e. finds one point with less constraints violation. The optimality phase starts from this point and its goal is to optimize the objective function into the satisfied constraints space. To evaluate the solution approximations in each iteration a scheme based on the filter method is used in both phases of the algorithm. This method replaces the merit functions that are based on penalty schemes, avoiding the related difficulties such as the penalty parameter estimation and the non-differentiability of some of them. The filter method is implemented in the context of the line search globalization technique. A set of more than two hundred AMPL test problems is solved. The algorithm developed is compared with LOQO and NPSOL software packages.

A filter inexact-restoration method for nonlinear programming

A new iterative algorithm based on the inexact-restoration (IR) approach combined with the filter strategy to solve nonlinear constrained optimization problems is presented. The high level algorithm is suggested by Gonzaga et al. (SIAM J. Optim. 14:646–669, 2003) but not yet implement—the internal algorithms are not proposed. The filter, a new concept introduced by Fletcher and Leyffer (Math. Program. Ser. A 91:239–269, 2002), replaces the merit function avoiding the penalty parameter estimation and the difficulties related to the nondifferentiability. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration, the feasibility and the optimality phases. The line search filter is combined with the first one phase to generate a “more feasible” point, and then it is used in the optimality phase to reach an “optimal” point. Numerical experiences with a collection of AMPL problems and a performance comparison with IPOPT are provided.

Parallel programming in biomedical signal processing

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Esclonamento de máquinas de cogeração utilzando programação inteira mista

As centrais termoelétricas convencionais convertem apenas parte do combustível consumido na produção de energia elétrica, sendo que outra parte resulta em perdas sob a forma de calor. Neste sentido, surgiram as unidades de cogeração, ou Combined Heat and Power (CHP), que permitem reaproveitar a energia dissipada sob a forma de energia térmica e disponibilizá-la, em conjunto com a energia elétrica gerada, para consumo doméstico ou industrial, tornando-as mais eficientes que as unidades convencionais Os custos de produção de energia elétrica e de calor das unidades CHP são representados por uma função não-linear e apresentam uma região de operação admissível que pode ser convexa ou não-convexa, dependendo das caraterísticas de cada unidade. Por estas razões, a modelação de unidades CHP no âmbito do escalonamento de geradores elétricos (na literatura inglesa Unit Commitment Problem (UCP)) tem especial relevância para as empresas que possuem, também, este tipo de unidades. Estas empresas têm como objetivo definir, entre as unidades CHP e as unidades que apenas geram energia elétrica ou calor, quais devem ser ligadas e os respetivos níveis de produção para satisfazer a procura de energia elétrica e de calor a um custo mínimo. Neste documento são propostos dois modelos de programação inteira mista para o UCP com inclusão de unidades de cogeração: um modelo não-linear que inclui a função real de custo de produção das unidades CHP e um modelo que propõe uma linearização da referida função baseada na combinação convexa de um número pré-definido de pontos extremos. Em ambos os modelos a região de operação admissível não-convexa é modelada através da divisão desta àrea em duas àreas convexas distintas. Testes computacionais efetuados com ambos os modelos para várias instâncias permitiram verificar a eficiência do modelo linear proposto. Este modelo permitiu obter as soluções ótimas do modelo não-linear com tempos computationais significativamente menores. Para além disso, ambos os modelos foram testados com e sem a inclusão de restrições de tomada e deslastre de carga, permitindo concluir que este tipo de restrições aumenta a complexidade do problema sendo que o tempo computacional exigido para a resolução do mesmo cresce significativamente.

Guia de desenvolvimento de jogos para programadores independentes

Os vídeo jogos ou jogos de computador têm vindo a crescer na sua relação com o público ganhando terreno e credibilidade nos benefícios que os jogadores obtêm quando usam este tipo de software, indo esses benefícios para além do divertimento associado à palavra jogo no seu sentido etimológico. Nos últimos anos cada vez mais o mercado e algumas das mais reputadas instituições de ensino têm dedicado especial atenção a este tipo de software, englobando nesses estudos diversas áreas desde a engenharia à saúde, incluindo ainda, estudos de cariz psicológico e sociológico reveladores de que estas experiências de entretenimento, cada vez mais disponíveis a todos, têm influência na sua envolvente de integração e relação com outros fenómenos de cariz social. Apreciado o estado da arte esta tese tem como principal objetivo servir de guia de iniciação a individuais ou pequenas equipas da área de desenvolvimento de software no caminho para o desenvolvimento de jogos de vídeo independentes, apresentando uma análise cuidada capaz de apoiar as equipas desde o momento zero, estando o mesmo estruturado de forma a refletir o entendimento das bases teóricas em que o desenvolvimento deste tipo de software assenta, o estado da arte sobre plataformas, análise de mercado e indústria, metodologias de desenvolvimento e equipas, e ainda analisadas algumas das mais relevantes ferramentas de desenvolvimento e criação de conteúdos. Como prova de conceito e componente de caráter experimental, este trabalho compreende ainda o desenvolvimento de um jogo de vídeo guiado pelas orientações e lições apreendidas durante o processo de estudo de forma a ser representativo da aplicação dessa aprendizagem, e ainda capaz de detalhar passo a passo cada fase do processo, com o objetivo de apoiar a preparação de pessoas interessadas em iniciar a aventura de desenvolver os seus próprios jogos e quem sabe dar início aos seus próprios negócios e empresas. O jogo desenvolvido replica um recente êxito, o jogo 2048, que apesar da sua mecânica simples revela-se um excelente desafio do ponto de vista da sua implementação, bem como o processo criativo adjacente no transformar algo tão simples e experimentado numa experiência nova capaz de atrair antigos jogadores e interesse de novos. O desenvolvimento e publicação da aplicação experimental, e após análise dos dados recolhidos, mostram-se reveladores de que é de fato possível a programadores independentes entrar num mercado de alto potencial, e que adquiridas as bases de conhecimento expostas no documento estarão em condições mais favoráveis para ultrapassar algumas das mais comuns barreiras no atingir desse objetivo.

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

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Informática

A proof system for lock-free concurrency

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

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

Data-centric concurrency control on the java programming language

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

A system’s approach to cache hierarchy-aware decomposition of data-parallel computations

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Reactive hybrid knowledge bases

Hybrid knowledge bases are knowledge bases that combine ontologies with non-monotonic rules, allowing to join the best of both open world ontologies and close world rules. Ontologies shape a good mechanism to share knowledge on theWeb that can be understood by both humans and machines, on the other hand rules can be used, e.g., to encode legal laws or to do a mapping between sources of information. Taking into account the dynamics present today on the Web, it is important for these hybrid knowledge bases to capture all these dynamics and thus adapt themselves. To achieve that, it is necessary to create mechanisms capable of monitoring the information flow present on theWeb. Up to today, there are no such mechanisms that allow for monitoring events and performing modifications of hybrid knowledge bases autonomously. The goal of this thesis is then to create a system that combine these hybrid knowledge bases with reactive rules, aiming to monitor events and perform actions over a knowledge base. To achieve this goal, a reactive system for the SemanticWeb is be developed in a logic-programming based approach accompanied with a language for heterogeneous rule base evolution having as its basis RIF Production Rule Dialect, which is a standard for exchanging rules over theWeb.

Probabilistic constraint reasoning with Monte Carlo integration to robot localization

This work studies the combination of safe and probabilistic reasoning through the hybridization of Monte Carlo integration techniques with continuous constraint programming. In continuous constraint programming there are variables ranging over continuous domains (represented as intervals) together with constraints over them (relations between variables) and the goal is to find values for those variables that satisfy all the constraints (consistent scenarios). Constraint programming “branch-and-prune” algorithms produce safe enclosures of all consistent scenarios. Special proposed algorithms for probabilistic constraint reasoning compute the probability of sets of consistent scenarios which imply the calculation of an integral over these sets (quadrature). In this work we propose to extend the “branch-and-prune” algorithms with Monte Carlo integration techniques to compute such probabilities. This approach can be useful in robotics for localization problems. Traditional approaches are based on probabilistic techniques that search the most likely scenario, which may not satisfy the model constraints. We show how to apply our approach in order to cope with this problem and provide functionality in real time.