CID: an efficient complexity-invariant distance for time series

The ubiquity of time series data across almost all human endeavors has produced a great interest in time series data mining in the last decade. While dozens of classification algorithms have been applied to time series, recent empirical evidence strongly suggests that simple nearest neighbor classification is exceptionally difficult to beat. The choice of distance measure used by the nearest neighbor algorithm is important, and depends on the invariances required by the domain. For example, motion capture data typically requires invariance to warping, and cardiology data requires invariance to the baseline (the mean value). Similarly, recent work suggests that for time series clustering, the choice of clustering algorithm is much less important than the choice of distance measure used.In this work we make a somewhat surprising claim. There is an invariance that the community seems to have missed, complexity invariance. Intuitively, the problem is that in many domains the different classes may have different complexities, and pairs of complex objects, even those which subjectively may seem very similar to the human eye, tend to be further apart under current distance measures than pairs of simple objects. This fact introduces errors in nearest neighbor classification, where some complex objects may be incorrectly assigned to a simpler class. Similarly, for clustering this effect can introduce errors by “suggesting” to the clustering algorithm that subjectively similar, but complex objects belong in a sparser and larger diameter cluster than is truly warranted.We introduce the first complexity-invariant distance measure for time series, and show that it generally produces significant improvements in classification and clustering accuracy. We further show that this improvement does not compromise efficiency, since we can lower bound the measure and use a modification of triangular inequality, thus making use of most existing indexing and data mining algorithms. We evaluate our ideas with the largest and most comprehensive set of time series mining experiments ever attempted in a single work, and show that complexity-invariant distance measures can produce improvements in classification and clustering in the vast majority of cases.

GEOFIER: um sistema de anotação geográfica de textos com o uso de classificadores de aprendizagem de máquina.

A anotação geográfica de documentos consiste na adoção de metadados para a identificação de nomes de locais e a posição de suas ocorrências no texto. Esta informação é útil, por exemplo, para mecanismos de busca. A partir dos topônimos mencionados no texto é possível identificar o contexto espacial em que o assunto do texto está inserido, o que permite agrupar documentos que se refiram a um mesmo contexto, atribuindo ao documento um escopo geográfico. Esta Dissertação de Mestrado apresenta um novo método, batizado de Geofier, para determinação do escopo geográfico de documentos. A novidade apresentada pelo Geofier é a possibilidade da identificação do escopo geográfico de um documento por meio de classificadores de aprendizagem de máquina treinados sem o uso de um gazetteer e sem premissas quanto à língua dos textos analisados. A Wikipédia foi utilizada como fonte de um conjunto de documentos anotados geograficamente para o treinamento de uma hierarquia de Classificadores Naive Bayes e Support Vector Machines (SVMs). Uma comparação de desempenho entre o Geofier e uma reimplementação do sistema Web-a-Where foi realizada em relação à determinação do escopo geográfico dos textos da Wikipédia. A hierarquia do Geofier foi treinada e avaliada de duas formas: usando topônimos do mesmo gazetteer que o Web-a-Where e usando n-gramas extraídos dos documentos de treinamento. Como resultado, o Geofier manteve desempenho superior ao obtido pela reimplementação do Web-a-Where.

Sistema especialista para análise pós-evento da proteção em subestações distribuidoras.

É importante que as redes elétricas tenham altos índices de confiabilidade, de forma a se manter a agilidade e a manutenção ideais para um melhor funcionamento. Por outro lado, o crescimento inesperado da carga, falhas em equipamentos e uma parametrização inadequada das funções de proteção tornam a análise de eventos de proteção mais complexas e demoradas. Além disso, a quantidade de informações que pode ser obtida de relés digitais modernos tem crescido constantemente. Para que seja possível uma rápida tomada de decisão e manutenção, esse projeto de pesquisa teve como objetivo a implementação de um sistema completo de diagnóstico que é ativado automaticamente quando um evento de proteção ocorrer. As informações a serem analisadas são obtidas de uma base de dados e de relés de proteção, via protocolo de comunicação IEC 61850 e arquivos de oscilografia. O trabalho aborda o sistema Smart Grid completo incluindo: a aquisição de dados nos relés, detalhando o sistema de comunicação desenvolvido através de um software com um cliente IEC61850 e um servidor OPC e um software com um cliente OPC, que é ativado por eventos configurados para dispará-lo (por exemplo, atuação da proteção); o sistema de pré-tratamento de dados, onde os dados provenientes dos relés e equipamentos de proteção são filtrados, pré-processados e formatados; e o sistema de diagnóstico. Um banco de dados central mantém atualizados os dados de todas essas etapas. O sistema de diagnóstico utiliza algoritmos convencionais e técnicas de inteligência artificial, em particular, um sistema especialista. O sistema especialista foi desenvolvido para lidar com diferentes conjuntos de dados de entrada e com uma possível falta de dados, sempre garantindo a entrega de diagnósticos. Foram realizados testes e simulações para curtos-circuitos (trifásico, dupla-fase, dupla-fase-terra e fase-terra) em alimentadores, transformadores e barras de uma subestação. Esses testes incluíram diferentes estados do sistema de proteção (funcionamento correto e impróprio). O sistema se mostrou totalmente eficaz tanto no caso de disponibilidade completa quanto parcial de informações, sempre fornecendo um diagnóstico do curto-circuito e analisando o funcionamento das funções de proteção da subestação. Dessa forma, possibilita-se uma manutenção muito mais eficiente pelas concessionárias de energia, principalmente no que diz respeito à prevenção de defeitos em equipamentos, rápida resposta a problemas, e necessidade de reparametrização das funções de proteção. O sistema foi instalado com sucesso em uma subestação de distribuição da Companhia Paulista de Força e Luz.

Mitigação de falhas críticas em sistemas produtivos.

O cenário competitivo e globalizado em que as empresas estão inseridas, sobretudo a partir do século XXI, associados a ciclos de vida cada vez menores dos produtos, rigorosos requisitos de qualidade, além de políticas de preservação do meio ambiente, com redução de consumo energético e de recursos hídricos, somadas às exigências legais de melhores condições de trabalho, resultaram em uma quebra de paradigma nos processos produtivos até então concebidos. Como solução a este novo cenário produtivo pode-se citar o extenso uso da automação industrial, fato que resultou em sistemas cada vez mais complexos, tanto do ponto de vista estrutural, em função do elevado número de componentes, quanto da complexidade dos sistemas de controle. A previsibilidade de todos os estados possíveis do sistema torna-se praticamente impossível. Dentre os estados possíveis pode-se citar os estados de falha que, dependendo da severidade do efeito associado à sua ocorrência, podem resultar em sérios danos para o homem, o meio ambiente e às próprias instalações, caso não sejam corretamente diagnosticados e tratados. Fatos recentes de catástrofes relacionadas à sistemas produtivos revelam a necessidade de se implementar medidas para prevenir e para mitigar os efeitos da ocorrência de falhas, com o objetivo de se evitar a ocorrência de catástrofes. De acordo com especialistas, os Sistemas Instrumentados de Segurança SIS, referenciados em normas como a IEC 61508 e IEC 61511, são uma solução para este tipo de problema. Trabalhos publicados tratam de métodos para a implementação de camadas SIS de prevenção, porém com escassez de trabalhos para camadas SIS de mitigação. Em função do desconhecimento da dinâmica do sistema em estado de falha, técnicas tradicionais de modelagem tornam-se inviáveis. Neste caso, o uso de inteligência artificial, como por exemplo a lógica fuzzy, pode se tornar uma solução para o desenvolvimento do algoritmo de controle, associadas a ferramentas de edição, modelagem e geração dos códigos de controle. A proposta deste trabalho é apresentar uma sistemática para a implementação de um sistema de controle para a mitigação de falhas críticas em sistemas produtivos, com referência às normas IEC 61508/61511, com ação antecipativa à ocorrência de catástrofes.

Uma linguagem de descrição arquitetural baseada em uma arquitetura de referência para sistemas ubíquos

A computação ubíqua é um paradigma no qual dispositivos com capacidade de processamento e comunicação são embutidos nos elementos comuns de nossas vidas (casas, carros, máquinas fotográficas, telefones, escolas, museus, etc), provendo serviços com um alto grau de mobilidade e transparência. O desenvolvimento de sistemas ubíquos é uma tarefa complexa, uma vez que envolve várias áreas da computação, como Engenharia de Software, Inteligência Artificial e Sistemas Distribuídos. Essa tarefa torna-se ainda mais complexa pela ausência de uma arquitetura de referência para guiar o desenvolvimento de tais sistemas. Arquiteturas de referência têm sido usadas para fornecer uma base comum e dar diretrizes para a construção de arquiteturas de softwares para diferentes classes de sistemas. Por outro lado, as linguagens de descrição arquitetural (ADLs) fornecem uma sintaxe para representação estrutural dos elementos arquiteturais, suas restrições e interações, permitindo-se expressar modelo arquitetural de sistemas. Atualmente não há, na literatura, ADLs baseadas em arquiteturas de referência para o domínio de computação ubíqua. De forma a permitir a modelagem arquitetural de aplicações ubíquas, esse trabalho tem como objetivo principal especificar UbiACME, uma linguagem de descrição arquitetural para aplicações ubíquas, bem como disponibilizar a ferramenta UbiACME Studio, que permitirá arquitetos de software realizar modelagens usando UbiACME. Para esse fim, inicialmente realizamos uma revisão sistemática, de forma a investigar na literatura relacionada com sistemas ubíquos, os elementos comuns a esses sistemas que devem ser considerados no projeto de UbiACME. Além disso, com base na revisão sistemática, definimos uma arquitetura de referência para sistemas ubíquos, RA-Ubi, que é a base para a definição dos elementos necessários para a modelagem arquitetural e, portanto, fornece subsídios para a definição dos elementos de UbiACME. Por fim, de forma a validar a linguagem e a ferramenta, apresentamos um experimento controlado onde arquitetos modelam uma aplicação ubíqua usando UbiACME Studio e comparam com a modelagem da mesma aplicação em SySML.

Utilizando comitês de classificadores para predição de rendimento escolar

Educational Data Mining is an application domain in artificial intelligence area that has been extensively explored nowadays. Technological advances and in particular, the increasing use of virtual learning environments have allowed the generation of considerable amounts of data to be investigated. Among the activities to be treated in this context exists the prediction of school performance of the students, which can be accomplished through the use of machine learning techniques. Such techniques may be used for student’s classification in predefined labels. One of the strategies to apply these techniques consists in their combination to design multi-classifier systems, which efficiency can be proven by results achieved in other studies conducted in several areas, such as medicine, commerce and biometrics. The data used in the experiments were obtained from the interactions between students in one of the most used virtual learning environments called Moodle. In this context, this paper presents the results of several experiments that include the use of specific multi-classifier systems systems, called ensembles, aiming to reach better results in school performance prediction that is, searching for highest accuracy percentage in the student’s classification. Therefore, this paper presents a significant exploration of educational data and it shows analyzes of relevant results about these experiments.

Implementação de uma matriz de neurônios dinamicamente reconfigurável para descrição de topologias de redes neurais artificiais multilayer perceptrons

The Artificial Neural Networks (ANN), which is one of the branches of Artificial Intelligence (AI), are being employed as a solution to many complex problems existing in several areas. To solve these problems, it is essential that its implementation is done in hardware. Among the strategies to be adopted and met during the design phase and implementation of RNAs in hardware, connections between neurons are the ones that need more attention. Recently, are RNAs implemented both in application specific integrated circuits's (Application Specific Integrated Circuits - ASIC) and in integrated circuits configured by the user, like the Field Programmable Gate Array (FPGA), which have the ability to be partially rewritten, at runtime, forming thus a system Partially Reconfigurable (SPR), the use of which provides several advantages, such as flexibility in implementation and cost reduction. It has been noted a considerable increase in the use of FPGAs for implementing ANNs. Given the above, it is proposed to implement an array of reconfigurable neurons for topologies Description of artificial neural network multilayer perceptrons (MLPs) in FPGA, in order to encourage feedback and reuse of neural processors (perceptrons) used in the same area of the circuit. It is further proposed, a communication network capable of performing the reuse of artificial neurons. The architecture of the proposed system will configure various topologies MLPs networks through partial reconfiguration of the FPGA. To allow this flexibility RNAs settings, a set of digital components (datapath), and a controller were developed to execute instructions that define each topology for MLP neural network.

Implementação de uma matriz de neurônios dinamicamente reconfigurável para descrição de topologias de redes neurais artificiais multilayer perceptrons

The Artificial Neural Networks (ANN), which is one of the branches of Artificial Intelligence (AI), are being employed as a solution to many complex problems existing in several areas. To solve these problems, it is essential that its implementation is done in hardware. Among the strategies to be adopted and met during the design phase and implementation of RNAs in hardware, connections between neurons are the ones that need more attention. Recently, are RNAs implemented both in application specific integrated circuits's (Application Specific Integrated Circuits - ASIC) and in integrated circuits configured by the user, like the Field Programmable Gate Array (FPGA), which have the ability to be partially rewritten, at runtime, forming thus a system Partially Reconfigurable (SPR), the use of which provides several advantages, such as flexibility in implementation and cost reduction. It has been noted a considerable increase in the use of FPGAs for implementing ANNs. Given the above, it is proposed to implement an array of reconfigurable neurons for topologies Description of artificial neural network multilayer perceptrons (MLPs) in FPGA, in order to encourage feedback and reuse of neural processors (perceptrons) used in the same area of the circuit. It is further proposed, a communication network capable of performing the reuse of artificial neurons. The architecture of the proposed system will configure various topologies MLPs networks through partial reconfiguration of the FPGA. To allow this flexibility RNAs settings, a set of digital components (datapath), and a controller were developed to execute instructions that define each topology for MLP neural network.

Estratificação de solos em camadas horizontais utilizando evolução diferencial

This work's objective is the development of a methodology to represent an unknown soil through a stratified horizontal multilayer soil model, from which the engineer may carry out eletrical grounding projects with high precision. The methodology uses the experimental electrical apparent resistivity curve, obtained through measurements on the ground, using a 4-wire earth ground resistance tester kit, along with calculations involving the measured resistance. This curve is then compared with the theoretical electrical apparent resistivity curve, obtained through calculations over a horizontally strati ed soil, whose parameters are conjectured. This soil model parameters, such as the number of layers, in addition to the resistivity and the thickness of each layer, are optimized by Differential Evolution method, with enhanced performance through parallel computing, in order to both apparent resistivity curves get close enough, and it is possible to represent the unknown soil through the multilayer horizontal soil model fitted with optimized parameters. In order to assist the Differential Evolution method, in case of a stagnation during an arbitrary amount of generations, an optimization process unstuck methodology is proposed, to expand the search space and test new combinations, allowing the algorithm to nd a better solution and/or leave the local minima. It is further proposed an error improvement methodology, in order to smooth the error peaks between the apparent resistivity curves, by giving opportunities for other more uniform solutions to excel, in order to improve the whole algorithm precision, minimizing the maximum error. Methodologies to verify the polynomial approximation of the soil characteristic function and the theoretical apparent resistivity calculations are also proposed by including middle points among the approximated ones in the verification. Finally, a statistical evaluation prodecure is presented, in order to enable the classication of soil samples. The soil stratification methodology is used in a control group, formed by horizontally stratified soils. By using statistical inference, one may calculate the amount of soils that, within an error margin, does not follow the horizontal multilayer model.

Gestão do Conhecimento em Empresas Atuantes na Indústria de Software no Brasil : um Estudo das Práticas e Ferramentas Utilizadas

A gestão do conhecimento baseia-se em práticas e processos estruturados para melhor gerir conhecimento como um recurso. Associadas às práticas, também se verificam as ferramentas de tecnologia da informação e comunicação que viabilizam os processos de gestão do conhecimento. O presente estudo teve como objetivo verificar e apontar quais são as práticas de gestão do conhecimento e as ferramentas de tecnologia da informação e comunicação a ela associadas, mais utilizadas em empresas atuantes na indústria de software no Brasil. Para tanto, foi delineado um estudo descritivo de natureza quantitativa que teve como método de pesquisa o levantamento de informações junto a essas empresas. Assim, foram aplicados questionários a 319 funcionários de quinze empresas de software de grande e médio porte atuantes no Brasil. Outra forma de analisar os resultados encontrados considera uma visão baseada nas diferentes dimensões de práticas de gestão do conhecimento. Nesse contexto, a categoria de práticas de gestão do conhecimento que mais se evidenciou na pesquisa foi a dimensão estratégia. Há de se ressaltar que as práticas tratadas isoladamente obtiveram um comportamento diverso das práticas agrupadas em dimensões. Além da observação das ferramentas isoladamente, também foi possível apurar o desempenho das diferentes dimensões de ferramentas de tecnologia da informação e comunicação voltadas à gestão do conhecimento. Assim, a categoria de ferramentas que demonstrou maior influência foi a dimensão inteligência artificial. Também aqui deve-se atentar para o fato de que a observação individual das ferramentas acaba por oferecer um resultado diverso do apurado quanto aos indicadores agrupados em dimensões. Em função disso, há de se sublinhar que o desempenho de determinada ferramenta, de forma independente, pode não coincidir com o desempenho de sua respectiva dimensão.

Da atividade dialógica: aspectos lógicos

CRUZ, Ângela M. P.; Lycurgo, Tassos. Da atividade dialógica: aspectos lógicos. Revista Vivência, Natal, v. 26, p. 51-58, 2004.

Modelagem de emoções utilizando redes bayesianas

As emoções são consideradas a regra central de nossas vidas, tendo grande impacto na tomada de decisões, ações, memória, atenção, etc. Sendo assim, existe grande interesse em simulá-las em ambientes computacionais, possibilitando que situações do cotidiano humano possam ser estudadas em ambientes controlados. Embora existam modelos teóricos para o funcionamento de emoções, estes por si só são insuficientes para uma simulação precisa em meios computacionais. Tendo como base um destes modelos, o modelo OCC, essa dissertação propõe a simulação de emoções em ambientes mutiagentes através da criação de uma rede Bayesiana capaz de traduzir estímulos gerados neste ambiente em emoções. A utilização de redes Bayesianas combinadas à estrutura do modelo OCC busca a adição de imprevisibilidade ao modelo, além de fornecê-lo uma estrutura computacional. A aplicação do modelo proposto a um sistema multiagentes proporciona o estudo da influência das emoções sobre as ações e comportamento dos agentes, possibilitando um estudo de comparação entre os resultados obtidos ao se realizar uma simulação multiagentes clássica e uma simulação multiagentes contendo emoções. De forma a validar e avaliar seu funcionamento, é apresentado o estudo da aplicação da rede Bayesiana de emoções sobre um modelo multiagentes exemplo, observando as variações que as emoções provocam sobre o comportamento dos agentes.

Análise de sinais cerebrais utilizando árvores de decisão

Este trabalho propõe um estudo de sinais cerebrais aplicados em sistemas BCI (Brain-Computer Interface - Interfaces Cérebro Computador), através do uso de Árvores de Decisão e da análise dessas árvores com base nas Neurociências. Para realizar o tratamento dos dados são necessárias 5 fases: aquisição de dados, pré-processamento, extração de características, classificação e validação. Neste trabalho, todas as fases são contempladas. Contudo, enfatiza-se as fases de classificação e de validação. Na classificação utiliza-se a técnica de Inteligência Artificial denominada Árvores de Decisão. Essa técnica é reconhecida na literatura como uma das formas mais simples e bem sucedidas de algoritmos de aprendizagem. Já a fase de validação é realizada nos estudos baseados na Neurociência, que é um conjunto das disciplinas que estudam o sistema nervoso, sua estrutura, seu desenvolvimento, funcionamento, evolução, relação com o comportamento e a mente, e também suas alterações. Os resultados obtidos neste trabalho são promissores, mesmo sendo iniciais, visto que podem melhor explicar, com a utilização de uma forma automática, alguns processos cerebrais.

Da atividade dialógica: aspectos lógicos

CRUZ, Ângela M. P.; Lycurgo, Tassos. Da atividade dialógica: aspectos lógicos. Revista Vivência, Natal, v. 26, p. 51-58, 2004.

Dynamic set pieces for CAMBADA team

Robotics is an emergent branch of engineering that involves the conception, manufacture, and control of robots. It is a multidisciplinary field that combines electronics, design, computer science, artificial intelligence, mechanics and nanotechnology. Its evolution results in machines that are able to perform tasks with some level of complexity. Multi-agent systems is a researching topic within robotics, thus they allow the solving of higher complexity problems, through the execution of simple routines. Robotic soccer allows the study and development of robotics and multiagent systems, as the agents have to work together as a team, having in consideration most problems found in our quotidian, as for example adaptation to a highly dynamic environment as it is the one of a soccer game. CAMBADA is the robotic soccer team belonging to the group of research IRIS from IEETA, composed by teachers, researchers and students of the University of Aveiro, which annually has as main objective the participation in the RoboCup, in the Middle Size League. The purpose of this work is to improve the coordination in set pieces situations. This thesis introduces a new behavior and the adaptation of the already existing ones in the offensive situation, as well as the proposal of a new positioning method in defensive situations. The developed work was incorporated within the competition software of the robots. Which allows the presentation, in this dissertation, of the experimental results obtained, through simulation software as well as through the physical robots on the laboratory.