Chaos and crises in a model for cooperative hunting: A symbolic dynamics approach

In this work we investigate the population dynamics of cooperative hunting extending the McCann and Yodzis model for a three-species food chain system with a predator, a prey, and a resource species. The new model considers that a given fraction sigma of predators cooperates in prey's hunting, while the rest of the population 1-sigma hunts without cooperation. We use the theory of symbolic dynamics to study the topological entropy and the parameter space ordering of the kneading sequences associated with one-dimensional maps that reproduce significant aspects of the dynamics of the species under several degrees of cooperative hunting. Our model also allows us to investigate the so-called deterministic extinction via chaotic crisis and transient chaos in the framework of cooperative hunting. The symbolic sequences allow us to identify a critical boundary in the parameter spaces (K, C-0) and (K, sigma) which separates two scenarios: (i) all-species coexistence and (ii) predator's extinction via chaotic crisis. We show that the crisis value of the carrying capacity K-c decreases at increasing sigma, indicating that predator's populations with high degree of cooperative hunting are more sensitive to the chaotic crises. We also show that the control method of Dhamala and Lai [Phys. Rev. E 59, 1646 (1999)] can sustain the chaotic behavior after the crisis for systems with cooperative hunting. We finally analyze and quantify the inner structure of the target regions obtained with this control method for wider parameter values beyond the crisis, showing a power law dependence of the extinction transients on such critical parameters.

Cooperative scheduling system with emergent swarm based behavior

This paper presents a Swarm based Cooperation Mechanism for scheduling optimization. We intend to conceptualize real manufacturing systems as interacting autonomous entities in order to support decision making in agile manufacturing environments. Agents coordinate their actions automatically without human supervision considering a common objective – global scheduling solution taking advantages from collective behavior of species through implicit and explicit cooperation. The performance of the cooperation mechanism will be evaluated consider implicit cooperation at first stage through ACS, PSO and ABC algorithms and explicit through cooperation mechanism application.

Transmission cost allocation using cooperative game theory: a comparative study

In this paper is presented a Game Theory based methodology to allocate transmission costs, considering cooperation and competition between producers. As original contribution, it finds the degree of participation on the additional costs according to the demand behavior. A comparative study was carried out between the obtained results using Nucleolus balance and Shapley Value, with other techniques such as Averages Allocation method and the Generalized Generation Distribution Factors method (GGDF). As example, a six nodes network was used for the simulations. The results demonstrate the ability to find adequate solutions on open access environment to the networks.

Cooperative intelligent system for manufacturing scheduling

Hybridization of intelligent systems is a promising research field of computational intelligence focusing on combinations of multiple approaches to develop the next generation of intelligent systems. In this paper we will model a Manufacturing System by means of Multi-Agent Systems and Meta-Heuristics technologies, where each agent may represent a processing entity (machine). The objective of the system is to deal with the complex problem of Dynamic Scheduling in Manufacturing Systems.

Towards a complex model of cooperative learning

Este artigo é uma introdução à teoria do paradigma desconstrutivo de aprendizagem cooperativa. Centenas de estudos provam com evidências o facto de que as estruturas e os processos de aprendizagem cooperativa aumentam o desempenho académico, reforçam as competências de aprendizagem ao longo da vida e desenvolvem competências sociais, pessoais de cada aluno de uma forma mais eficaz e usta, comparativamente às estruturas tradicionais de aprendizagem nas escolas. Enfrentando os desafios dos nossos sistemas educativos, seria interessante elaborar o quadro teórico do discurso da aprendizagem cooperativa, dos últimos 40 anos, a partir de um aspeto prático dentro do contexto teórico e metodológico. Nas últimas décadas, o discurso cooperativo elaborou os elementos práticos e teóricos de estruturas e processos de aprendizagem cooperativa. Gostaríamos de fazer um resumo desses elementos com o objetivo de compreender que tipo de mudanças estruturais podem fazer diferenças reais na prática de ensino e aprendizagem. Os princípios básicos de estruturas cooperativas, os papéis de cooperação e as atitudes cooperativas são os principais elementos que podemos brevemente descrever aqui, de modo a criar um quadro para a compreensão teórica e prática de como podemos sugerir os elementos de aprendizagem cooperativa na nossa prática em sala de aula. Na minha perspetiva, esta complexa teoria da aprendizagem cooperativa pode ser entendida como um paradigma desconstrutivo que fornece algumas respostas pragmáticas para as questões da nossa prática educativa quotidiana, a partir do nível da sala de aula para o nível de sistema educativo, com foco na destruição de estruturas hierárquicas e antidemocráticas de aprendizagem e, criando, ao mesmo tempo, as estruturas cooperativas.

Cooperative framework for open real-time systems

Actualmente, os sistemas embebidos estão presentes em toda a parte. Embora grande parte da população que os utiliza não tenha a noção da sua presença, na realidade, se repentinamente estes sistemas deixassem de existir, a sociedade iria sentir a sua falta. A sua utilização massiva deve-se ao facto de estarem practicamente incorporados em quase os todos dispositivos electrónicos de consumo, telecomunicações, automação industrial e automóvel. Influenciada por este crescimento, a comunidade científica foi confrontada com novos problemas distribuídos por vários domínios científicos, dos quais são destacados a gestão da qualidade de serviço e gestão de recursos - domínio encarregue de resolver problemas relacionados com a alocação óptima de recursos físicos, tais como rede, memória e CPU. Existe na literatura um vasto conjunto de modelos que propõem soluções para vários problemas apresentados no contexto destes domínios científicos. No entanto, não é possível encontrar modelos que lidem com a gestão de recursos em ambientes de execução cooperativos e abertos com restrições temporais utilizando coligações entre diferentes nós, de forma a satisfazer os requisitos não funcionais das aplicações. Devido ao facto de estes sistemas serem dinâmicos por natureza, apresentam a característica de não ser possível conhecer, a priori, a quantidade de recursos necessários que uma aplicação irá requerer do sistema no qual irá ser executada. Este conhecimento só é adquirido aquando da execução da aplicação. De modo a garantir uma gestão eficiente dos recursos disponíveis, em sistemas que apresentam um grande dinamismo na execução de tarefas com e sem restrições temporais, é necessário garantir dois aspectos fundamentais. O primeiro está relacionado com a obtenção de garantias na execução de tarefas de tempo-real. Estas devem sempre ser executadas dentro da janela temporal requirida. O segundo aspecto refere a necessidade de garantir que todos os recursos necessários à execução das tarefas são fornecidos, com o objectivo de manter os níveis de performance quer das aplicações, quer do próprio sistema. Tendo em conta os dois aspectos acima mencionados, o projecto CooperatES foi especificado com o objectivo de permitir a dispositivos com poucos recursos uma execução colectiva de serviços com os seus vizinhos, de modo a cumprir com as complexas restrições de qualidade de serviço impostas pelos utilizadores ou pelas aplicações. Decorrendo no contexto do projecto CooperatES, o trabalho resultante desta tese tem como principal objectivo avaliar a practicabilidade dos conceitos principais propostos no âmbito do projecto. O trabalho em causa implicou a escolha e análise de uma plataforma, a análise de requisitos, a implementação e avaliação de uma framework que permite a execução cooperativa de aplicações e serviços que apresentem requisitos de qualidade de serviço. Do trabalho desenvolvido resultaram as seguintes contribuições: Análise das plataformas de código aberto que possam ser utilizadas na implementação dos conceitos relacionados com o projecto CooperatES; Critérios que influenciaram a escolha da plataforma Android e um estudo focado na análise da plataforma sob uma perspectiva de sistemas de tempo-real; Experiências na implementação dos conceitos do projecto na plataforma Android; Avaliação da practicabilidade dos conceitos propostos no projecto CooperatES; Proposta de extensões que permitam incorporar características de sistemas de tempo real abertos na plataforma Android.

Complex question answering on semi-structured repositories: a user centric process enhanced with context

A Teia Mundial (Web) foi prevista como uma rede de documentos de hipertexto interligados de forma a criar uma espaço de informação onde humanos e máquinas poderiam comunicar. No entanto, a informação contida na Web tradicional foi/é armazenada de forma não estruturada o que leva a que apenas os humanos a possam consumir convenientemente. Consequentemente, a procura de informações na Web sintáctica é uma tarefa principalmente executada pelos humanos e nesse sentido nem sempre é fácil de concretizar. Neste contexto, tornou-se essencial a evolução para uma Web mais estruturada e mais significativa onde é dado significado bem definido à informação de forma a permitir a cooperação entre humanos e máquinas. Esta Web é usualmente referida como Web Semântica. Além disso, a Web Semântica é totalmente alcançável apenas se os dados de diferentes fontes forem ligados criando assim um repositório de Dados Abertos Ligados (LOD). Com o aparecimento de uma nova Web de Dados (Abertos) Ligados (i.e. a Web Semântica), novas oportunidades e desafios surgiram. Pergunta Resposta (QA) sobre informação semântica é actualmente uma área de investigação activa que tenta tirar vantagens do uso das tecnologias ligadas à Web Semântica para melhorar a tarefa de responder a questões. O principal objectivo do projecto World Search passa por explorar a Web Semântica para criar mecanismos que suportem os utilizadores de domínios de aplicação específicos a responder a questões complexas com base em dados oriundos de diferentes repositórios. No entanto, a avaliação feita ao estado da arte permite concluir que as aplicações existentes não suportam os utilizadores na resposta a questões complexas. Nesse sentido, o trabalho desenvolvido neste documento foca-se em estudar/desenvolver metodologias/processos que permitam ajudar os utilizadores a encontrar respostas exactas/corretas para questões complexas que não podem ser respondidas fazendo uso dos sistemas tradicionais. Tal inclui: (i) Ultrapassar a dificuldade dos utilizadores visionarem o esquema subjacente aos repositórios de conhecimento; (ii) Fazer a ponte entre a linguagem natural expressa pelos utilizadores e a linguagem (formal) entendível pelos repositórios; (iii) Processar e retornar informações relevantes que respondem apropriadamente às questões dos utilizadores. Para esse efeito, são identificadas um conjunto de funcionalidades que são consideradas necessárias para suportar o utilizador na resposta a questões complexas. É também fornecida uma descrição formal dessas funcionalidades. A proposta é materializada num protótipo que implementa as funcionalidades previamente descritas. As experiências realizadas com o protótipo desenvolvido demonstram que os utilizadores efectivamente beneficiam das funcionalidades apresentadas: ▪ Pois estas permitem que os utilizadores naveguem eficientemente sobre os repositórios de informação; ▪ O fosso entre as conceptualizações dos diferentes intervenientes é minimizado; ▪ Os utilizadores conseguem responder a questões complexas que não conseguiam responder com os sistemas tradicionais. Em suma, este documento apresenta uma proposta que comprovadamente permite, de forma orientada pelo utilizador, responder a questões complexas em repositórios semiestruturados.

A semantic approach for learning objects repositories with knowledge reuse

In this paper we discuss how the inclusion of semantic functionalities in a Learning Objects Repository allows a better characterization of the learning materials enclosed and improves their retrieval through the adoption of some query expansion strategies. Thus, we started to regard the use of ontologies to automatically suggest additional concepts when users are filling some metadata fields and add new terms to the ones initially provided when users specify the keywords with interest in a query. Dealing with different domain areas and having considered impractical the development of many different ontologies, we adopted some strategies for reusing ontologies in order to have the knowledge necessary in our institutional repository. In this paper we make a review of the area of knowledge reuse and discuss our approach.

Experiences on the implementation of a cooperative embedded system framework

As the complexity of embedded systems increases, multiple services have to compete for the limited resources of a single device. This situation is particularly critical for small embedded devices used in consumer electronics, telecommunication, industrial automation, or automotive systems. In fact, in order to satisfy a set of constraints related to weight, space, and energy consumption, these systems are typically built using microprocessors with lower processing power and limited resources. The CooperatES framework has recently been proposed to tackle these challenges, allowing resource constrained devices to collectively execute services with their neighbours in order to fulfil the complex Quality of Service (QoS) constraints imposed by users and applications. In order to demonstrate the framework's concepts, a prototype is being implemented in the Android platform. This paper discusses key challenges that must be addressed and possible directions to incorporate the desired real-time behaviour in Android.

Coordinated runtime adaptations in cooperative open real-time systems

This paper proposes an one-step decentralised coordination model based on an effective feedback mechanism to reduce the complexity of the needed interactions among interdependent nodes of a cooperative distributed system until a collective adaptation behaviour is determined. Positive feedback is used to reinforce the selection of the new desired global service solution, while negative feedback discourages nodes to act in a greedy fashion as this adversely impacts on the provided service levels at neighbouring nodes. The reduced complexity and overhead of the proposed decentralised coordination model are validated through extensive evaluations.

Dynamic QoS adaptation of inter- dependent task sets in cooperative embedded systems

Due to the growing complexity and dynamism of many embedded application domains (including consumer electronics, robotics, automotive and telecommunications), it is increasingly difficult to react to load variations and adapt the system's performance in a controlled fashion within an useful and bounded time. This is particularly noticeable when intending to benefit from the full potential of an open distributed cooperating environment, where service characteristics are not known beforehand and tasks may exhibit unrestricted QoS inter-dependencies. This paper proposes a novel anytime adaptive QoS control policy in which the online search for the best set of QoS levels is combined with each user's personal preferences on their services' adaptation behaviour. Extensive simulations demonstrate that the proposed anytime algorithms are able to quickly find a good initial solution and effectively optimise the rate at which the quality of the current solution improves as the algorithms are given more time to run, with a minimum overhead when compared against their traditional versions.

Handling QoS dependencies in distributed cooperative real-time systems

Due to the growing complexity and adaptability requirements of real-time embedded systems, which often exhibit unrestricted inter-dependencies among supported services and user-imposed quality constraints, it is increasingly difficult to optimise the level of service of a dynamic task set within an useful and bounded time. This is even more difficult when intending to benefit from the full potential of an open distributed cooperating environment, where service characteristics are not known beforehand. This paper proposes an iterative refinement approach for a service’s QoS configuration taking into account services’ inter-dependencies and quality constraints, and trading off the achieved solution’s quality for the cost of computation. Extensive simulations demonstrate that the proposed anytime algorithm is able to quickly find a good initial solution and effectively optimises the rate at which the quality of the current solution improves as the algorithm is given more time to run. The added benefits of the proposed approach clearly surpass its reducedoverhead.

Time-bounded distributed QoS-aware service configuration in heterogeneous cooperative environments

The scarcity and diversity of resources among the devices of heterogeneous computing environments may affect their ability to perform services with specific Quality of Service constraints, particularly in dynamic distributed environments where the characteristics of the computational load cannot always be predicted in advance. Our work addresses this problem by allowing resource constrained devices to cooperate with more powerful neighbour nodes, opportunistically taking advantage of global distributed resources and processing power. Rather than assuming that the dynamic configuration of this cooperative service executes until it computes its optimal output, the paper proposes an anytime approach that has the ability to tradeoff deliberation time for the quality of the solution. Extensive simulations demonstrate that the proposed anytime algorithms are able to quickly find a good initial solution and effectively optimise the rate at which the quality of the current solution improves at each iteration, with an overhead that can be considered negligible.

Cooperative effects in the detection of a nitroaliphatic liquid explosive and na explosive taggant in the vapor phase by calix[4]arene-based carbazole-containing conjugated polymers

Two fluorescent molecular receptor based conjugated polymers were used in the detection of a nitroaliphatic liquid explosive (nitromethane) and an explosive taggant (2,3-dimethyl-2,3-dinitrobutane) in the vapor phase. Results have shown that thin films of both polymers display remarkably high sensitivity and selectivity toward these analytes. Very fast, reproducible, and reversible responses were found. The unique behavior of these supramolecular host systems is ascribed to cooperativity effects developed between the calix[4] arene hosts and the phenylene ethynylene-carbazolylene main chains. The calix[4]-arene hosts create a plethora of host-guest binding sites along the polymer backbone, either in their bowl-shaped cavities or between the outer walls of the cavity, to direct guests to the area of the transduction centers (main chain) at which favorable photoinduced electron transfer to the guest molecules occurs and leads to the observed fluorescence quenching. The high tridimensional porous nature of the polymers imparted by the bis-calixarene moieties concomitantly allows fast diffusion of guest molecules into the polymer thin films.