Introduction to Reservoir Computing Methods

Il documento tratta la famiglia di metodologie di allenamento e sfruttamento delle reti neurali ricorrenti nota sotto il nome di Reservoir Computing. Viene affrontata un'introduzione sul Machine Learning in generale per fornire tutti gli strumenti necessari a comprendere l'argomento. Successivamente, vengono dati dettagli implementativi ed analisi dei vantaggi e punti deboli dei vari approcci, il tutto con supporto di codice ed immagini esplicative. Nel finale vengono tratte conclusioni sugli approcci, su quanto migliorabile e sulle applicazioni pratiche.

Mini-system: un software di calcolo numerico

Questo elaborato descrive il lavoro di tesi che ha portato all' inserimento del MiniSystem come strumento di supporto e di esercitazione per gli studenti nell' apprendimento del "Calcolo Numerico".

Studio ed analisi di tecniche di opinion mining per contesti di promozione turistica su piattaforme di social media

Negli ultimi anni Internet ha cambiato le modalità di creazione e distribuzione delle informazioni turistiche. Un ruolo fondamentale viene ricoperto dalle piattaforme di social media, tecnologie che permettono ai consumatori di condividere le proprie esperienze ed opinioni. Diventa necessario, quindi, comprendere i cambiamenti in queste tecnologie e nel comportamento dei viaggiatori per poter applicare strategie di marketing di successo. In questo studio, utilizzando Opinion Finder, un software spesso impiegato nel campo dell'opinion mining, si esamineranno da un punto di vista qualitativo i post e commenti estratti da alcuni profili degli enti di promozione turistica nazionale in Europa, dividendo l'analisi per fattori che possono influenzare il sentimento degli utenti. Attraverso i risultati ottenuti, si può dimostrare che l'analisi delle opinioni e del sentimento si presenta come un ottimo strumento per evidenziare possibili fenomeni utili per la pianificazione di strategie di marketing per gli enti. Studi futuri potrebbero migliorare la valutazione di questi dati attraverso la creazione di un corpus di apprendimento per il software che contenga testi relativi al mondo del turismo e permettendo ad Opinion Finder di incrementare la validità della classificazione del sentimento, contestualizzando le espressioni in maniera corretta.

Un sistema intelligente per la riabilitazione cognitiva nella sclerosi multipla

La riabilitazione cognitiva si occupa di rimediare o alleviare i deficit cognitivi risultanti da traumi dovuti a lesioni cerebrali, come quelli indotti dalla sclerosi multipla. L'obiettivo è proporre un sistema per fornire un supporto alla riabilitazione individuale e di gruppo della sclerosi multipla, mediante un meccanismo di avanzamento automatico di difficoltà degli esercizi di riabilitazione, e strumenti di controllo dinamico delle sessioni.

Applicazione del linguaggio ad agenti Jason per la programmazione di alto livello di robot

I sistemi software rivestono nel campo dell'informatica un ruolo di fondamentale importanza. Negli ultimi anni una caratteristica richiesta ai sistemi è la decentralizzazione del controllo, nell'ottica di un sistema visto come connessioni di parti che possono interagire, e dove ciascuna parte possiede un certo grado di autonomia nella scelta delle attività che devono essere compiute. In tale contesto si introduce il paradigma degli agenti, in quanto include sia aspetti relativi ai modelli computazionali, sia aspetti relativi ai linguaggi. Nella tesi si esplora l'applicazione del linguaggio di programmazione Jason applicato alla programmazione dei controllori di robot. In particolare, si esplora ciò che riguarda il comportamento individuale dell'agente.

La piattaforma ros per lo sviluppo di applicazioni robotiche

Lo sviluppo hardware nel campo della robotica ha raggiunto negli ultimi anni livelli impressionanti ed è in continua crescita, e di pari passo si è espansa l’eterogeneità delle forme che può assumere, dalle tipologie basate su movimento a terra ai droni volanti, fino a forme più sofisticate di robot umanoidi che cercano di emularne il comportamento. Se da un lato ora possiamo disporre di hardware sempre più potente ed efficiente a costi sempre minori, dall’altro programmare il comportamento che un robot deve tenere nelle svariate circostanze in cui può imbattersi, nel poter portare a compimento il proprio obbiettivo, risulta essere sempre più complesso. Dopo una breve introduzione alla robotica e alle difficoltà che deve affrontare e una panoramica sui robot, cosa siano e come siano strutturati, fulcro della tesi sarà l’esposizione delle caratteristiche principali di ROS, Robot Operating System, come piattaforma di sviluppo software nel campo della robotica, e si concluderà con un semplice caso di studio in cui ne verrà messo in mostra concretamente l’utilizzo.

Tenacizzazione di laminati compositi mediante l'utilizzo di nanofibre in PVDF

Analisi riguardante la tenacizzazione della matrice di laminati compositi. Lo scopo è quello di aumentare la resistenza alla frattura di modo I e, a tal proposito, sono stati modificati gli interstrati di alcuni provini tramite l’introduzione di strati, di diverso spessore, di nanofibre in polivinilidenfluoruro (PVDF). La valutazione di tale metodo di rinforzo è stata eseguita servendosi di dati ottenuti tramite prove sperimentali svolte in laboratorio direttamente dal sottoscritto, che si è occupato dell’elaborazione dei dati servendosi di tecniche e algoritmi di recente ideazione. La necessità primaria per cui si cerca di rinforzare la matrice risiede nel problema più sentito dei laminati compositi in opera da molto tempo: la delaminazione. Oltre a verificare le proprietà meccaniche dei provini modificati sottoponendoli a test DCB, si è utilizzata una tecnica basata sulle emissioni acustiche per comprendere più approfonditamente l’inizio della delaminazione e i meccanismi di rottura che si verificano durante le prove. Quest’ultimi sono illustrati servendosi di un algoritmo di clustering, detto Fuzzy C-means, tramite il quale è stato possibile identificare ogni segnale come appartenente o meno ad un determinato modo di rottura. I risultati mostrano che il PVDF, applicato nelle modalità esposte, è in grado di aumentare la resistenza alla frattura di modo I divenendo contemporaneamente causa di un diverso modo di propagazione della frattura. Infine l’elaborato presenta alcune micrografie delle superfici di rottura, le quali appoggiano i risultati ottenuti nelle precedenti fasi di analisi.

Swarm constructability: designing through embedded tectonic behaviors in swarm robotic systems

Con questa tesi di laurea si muovono i primi passi di una ricerca applicata finalizzata alla costruzione-deposizione di materiale da parte di sciami di mini-robot dal comportamento indipendente che si coordinano tramite segnali lasciati e rilevati nell’ambiente in cui si muovono. Lo sviluppo di tecniche di progettazione e fabbricazione digitale ha prodotto un aumento nel grado di interconnessione tra tecnologia e design, dunque, di nuove possibilità tettoniche. Le relazioni tettoniche tradizionali stanno infatti subendo una trasformazione radicale, potendo essere esplicitamente informate e dunque mediate attraverso gli strumenti digitali dall’ideazione alla produzione. Questa mediazione informata del contenuto tettonico (che opera costantemente) è distintivo di un approccio material-based alla progettazione che aumenta l’integrazione tra struttura, materia e forma entro le tecnologie di fabbricazione (R.Oxman). Dei numerosi processi di fabbricazione per l’architettura che si servono di tecnologia robotica, pochi sono capaci di superare la logica gerarchica, rigida e lineare-sequenziale che serve di fatto agli obiettivi di automazione ed ottimizzazione. La distribuzione di forme di intelligenza semplificata ad un numero elevato di unità robot è quindi qui proposta come alternativa al modello appena descritto. Incorporando semplici decisioni di carattere architettonico negli agenti-robot che costituiscono il sistema distribuito di entità autonome, la loro interazione e le decisioni prese individualmente producono comportamento collettivo e l’integrazione delle suddette relazioni tettoniche. Nello sviluppo del progetto, si è fatto così riferimento a modelli comportamentali collettivi (di sciame) osservabili in specie comunitarie che organizzano strutture materiali -come termiti e vespe- ed in organismi semplici -come le muffe cellulari della specie Physarum polycephalum. Per queste specie biologiche il processo di costruzione non dipende da un ‘piano generale’ ma è guidato esclusivamente da azioni dei singoli individui che comunicano lasciando tracce chimiche nell’ambiente e modificano il loro comportamento rilevando le tracce lasciate dagli altri individui. A questo scopo, oltre alle simulazioni in digitale, è stato indispensabile sviluppare dei prototipi funzionali di tipo fisico, ovvero la realizzazione di mini-robot dal movimento indipendente, in grado di coordinarsi tra loro tramite segnali lasciati nell’ambiente e capaci di depositare materiale.

Studio e sviluppo di un metodo di detezione della camera atriale in ecografia intracardiaca

Il lavoro di tesi si è svolto in collaborazione con il laboratorio di elettrofisiologia, Unità Operativa di Cardiologia, Dipartimento Cardiovascolare, dell’ospedale “S. Maria delle Croci” di Ravenna, Azienda Unità Sanitaria Locale della Romagna, ed ha come obiettivo lo sviluppo di un metodo per l’individuazione dell’atrio sinistro in sequenze di immagini ecografiche intracardiache acquisite durante procedure di ablazione cardiaca transcatetere per il trattamento della fibrillazione atriale. La localizzazione della parete posteriore dell'atrio sinistro in immagini ecocardiografiche intracardiache risulta fondamentale qualora si voglia monitorare la posizione dell'esofago rispetto alla parete stessa per ridurre il rischio di formazione della fistola atrio esofagea. Le immagini derivanti da ecografia intracardiaca sono state acquisite durante la procedura di ablazione cardiaca ed esportate direttamente dall’ecografo in formato Audio Video Interleave (AVI). L’estrazione dei singoli frames è stata eseguita implementando un apposito programma in Matlab, ottenendo così il set di dati su cui implementare il metodo di individuazione della parete atriale. A causa dell’eccessivo rumore presente in alcuni set di dati all’interno della camera atriale, sono stati sviluppati due differenti metodi per il tracciamento automatico del contorno della parete dell’atrio sinistro. Il primo, utilizzato per le immagini più “pulite”, si basa sull’utilizzo del modello Chan-Vese, un metodo di segmentazione level-set region-based, mentre il secondo, efficace in presenza di rumore, sfrutta il metodo di clustering K-means. Entrambi i metodi prevedono l’individuazione automatica dell’atrio, senza che il clinico fornisca informazioni in merito alla posizione dello stesso, e l’utilizzo di operatori morfologici per l’eliminazione di regioni spurie. I risultati così ottenuti sono stati valutati qualitativamente, sovrapponendo il contorno individuato all'immagine ecografica e valutando la bontà del tracciamento. Inoltre per due set di dati, segmentati con i due diversi metodi, è stata eseguita una valutazione quantitativa confrontatoli con il risultato del tracciamento manuale eseguito dal clinico.

L'informazione di fase per la segmentazione volumetrica di dati ecocardiografici

L’imaging ad ultrasuoni è una tecnica di indagine utilizzata comunemente per molte applicazioni diagnostiche e terapeutiche. La tecnica ha numerosi vantaggi: non è invasiva, fornisce immagini in tempo reale e l’equipaggiamento necessario è facilmente trasportabile. Le immagini ottenute con questa tecnica hanno tuttavia basso rapporto segnale rumore a causa del basso contrasto e del rumore caratteristico delle immagini ad ultrasuoni, detto speckle noise. Una corretta segmentazione delle strutture anatomiche nelle immagini ad ultrasuoni è di fondamentale importanza in molte applicazioni mediche . Nella pratica clinica l’identificazione delle strutture anatomiche è in molti casi ancora ottenuta tramite tracciamento manuale dei contorni. Questo processo richiede molto tempo e produce risultati scarsamente riproducibili e legati all’esperienza del clinico che effettua l’operazione. In ambito cardiaco l’indagine ecocardiografica è alla base dello studio della morfologia e della funzione del miocardio. I sistemi ecocardiografici in grado di acquisire in tempo reale un dato volumetrico, da pochi anni disponibili per le applicazioni cliniche, hanno dimostrato la loro superiorità rispetto all’ecocardiografia bidimensionale e vengono considerati dalla comunità medica e scientifica, la tecnica di acquisizione che nel futuro prossimo sostituirà la risonanza magnetica cardiaca. Al fine di sfruttare appieno l’informazione volumetrica contenuta in questi dati, negli ultimi anni sono stati sviluppati numerosi metodi di segmentazione automatici o semiautomatici tesi alla valutazione della volumetria del ventricolo sinistro. La presente tesi descrive il progetto, lo sviluppo e la validazione di un metodo di segmentazione ventricolare quasi automatico 3D, ottenuto integrando la teoria dei modelli level-set e la teoria del segnale monogenico. Questo approccio permette di superare i limiti dovuti alla scarsa qualità delle immagini grazie alla sostituzione dell’informazione di intensità con l’informazione di fase, che contiene tutta l’informazione strutturale del segnale.

Le funzioni circolari ed esponenziali

Nei capitoli I e II ho costruito rigorosamente le funzioni circolari ed esponenziali rispettivamente attraverso un procedimento analitico tratto dal libro Analisi Matematica di Giovanni Prodi. Nel III capitolo, dopo aver introdotto il numero di Nepero e come limite di una particolare successione monotona, ho calcolato i limiti notevoli dell'esponenziale e della sua inversa, che sono alla base del calcolo differenziale di queste funzioni, concludendo poi la sezione dimostrando l'irrazionalità del numero e, base dei logaritmi naturali. Nel capitolo successivo ho dato, delle funzioni circolari ed esponenziali, i rispettivi sviluppi in serie di Taylor ma solamente nel V capitolo potremo renderci veramente conto di come i risultati ottenuti siano fra loro dipendenti. In particolare verrà messa in evidenza come il legame del tutto naturale che si osserva fra le funzioni circolari e le funzioni esponenziali rappresenta le fondamenta di argomenti molto notevoli e pieni di significato, come l'estensione ai numeri complessi dell'esponenziale o le celebri identità di Eulero. L'ultimo capitolo vedrà come protagonista pi greco, così misterioso quanto affascinante, che per secoli ha smosso gli animi dei matematici intenzionati a volerne svelare la natura. Come per il numero di Nepero, non potrà mancare un paragrafo dedicato alla dimostrazione della sua non razionalità.

Analysis and partial solutions of security problems in automotive environments

Questo scritto mira a fare una panoramica dei problemi legati alla sicurezza della comunicazione tra componenti interne dei veicoli e delle soluzioni oggigiorno disponibili. Partendo con una descrizione generale del circuito interno dell’auto analizzeremo i suoi punti di accesso e discuteremo i danni prodotti dalla sua manomissione illecita. In seguito vedremo se ´è possibile prevenire tali attacchi dando un’occhiata alle soluzioni disponibili e soffermandoci in particolare sui moduli crittografici e le loro applicazioni. Infine presenteremo l’implementazione pratica di un protocollo di autenticazione tra ECUs e una dimostrazione matematica della sua sicurezza.

Il senso del numero: uno studio sperimentale.

Lo scopo di questo lavoro è costruire uno strumento per valutare il senso del numero negli studenti di due scuole secondarie di primo grado, l'una che predilige una didattica di stampo tradizionale, l'altra innovativa. Dopo aver descritto il senso del numero nelle quattro componenti cognitive e comportamentali individuate si analizzano i risultati dei suddetti studenti ad un test, composto da quesiti presi dalle valutazioni nazionali INVALSI ed internazionali TIMSS, i quali conducono ad osservare se e come una di queste ultime componenti è prevalente rispetto ad un'altra, e se il senso del numero può andare perso nel corso degli anni se si privilegia un approccio formale all'aritmetica piuttosto che la creazione di ambienti di apprendimento significativi che possano stimolare la creatività, la scoperta e la coproduzione di conoscenza.

Teoria di Morse

Introduzione allo studio dell'omotopia di varietà differenziabili in relazione ai punti critici di funzioni di Morse definite su di esse con particolare attenzione al cambiamento di omotopia dell'insieme di sottolivello al passaggio di un valore critico. Applicazione al complesso di catene di Morse-Smale-Witten e dimostrazione dell'equivalenza tra l'omologia definita da questo complesso e l'omologia classica.

La comprensione del concetto di limite, dalla storia alla pratica didattica.

Molti concetti basilari dell'Analisi Matematica si fondano sulla definizione di limite, della quale si è avuta una formulazione rigorosa solo nel XIX secolo, grazie a Cauchy e a Weierstrass. Il primo capitolo ripercorre brevemente le tappe storiche di un percorso lungo e difficile, durato circa 2000 anni, evidenziando le difficoltà dei grandi matematici che si sono occupati dei concetti infinitesimali. Nel secondo capitolo vengono esposte le possibili cause delle difficoltà degli studenti nell'apprendimento dei limiti. Nel terzo capitolo vengono descritte ed analizzate le risposte degli studenti liceali ed universitari ad un questionario sui limiti.