Modeling and measuring the spatial relation "along": Regions, contours and fuzzy sets

The analysis of spatial relations among objects in an image is an important vision problem that involves both shape analysis and structural pattern recognition. In this paper, we propose a new approach to characterize the spatial relation along, an important feature of spatial configurations in space that has been overlooked in the literature up to now. We propose a mathematical definition of the degree to which an object A is along an object B, based on the region between A and B and a degree of elongatedness of this region. In order to better fit the perceptual meaning of the relation, distance information is included as well. In order to cover a more wide range of potential applications, both the crisp and fuzzy cases are considered. In the crisp case, the objects are represented in terms of 2D regions or ID contours, and the definition of the alongness between them is derived from a visibility notion and from the region between the objects. However, the computational complexity of this approach leads us to the proposition of a new model to calculate the between region using the convex hull of the contours. On the fuzzy side, the region-based approach is extended. Experimental results obtained using synthetic shapes and brain structures in medical imaging corroborate the proposed model and the derived measures of alongness, thus showing that they agree with the common sense. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ecosystem approach and the Fuzzy logic: a dialectical proposal for information on Environmental Health

The ever-growing production and the problematization of Environmental Health have shown the need to apprehend complex realities and deal with uncertainties from the most diversified instruments which may even incorporate local aspects and subjectivities by means of qualitative realities, while broadening the capacity of the information system. This paper presents a view on the reflection upon some challenges and possible convergences between the ecosystemic approach and the Fuzzy logic in the process of dealing with scientific information and decision-making in Environmental Health.

Classification of the severity of diabetic neuropathy: a new approach taking uncertainties into account using fuzzy logic

OBJECTIVE: This study proposes a new approach that considers uncertainty in predicting and quantifying the presence and severity of diabetic peripheral neuropathy. METHODS: A rule-based fuzzy expert system was designed by four experts in diabetic neuropathy. The model variables were used to classify neuropathy in diabetic patients, defining it as mild, moderate, or severe. System performance was evaluated by means of the Kappa agreement measure, comparing the results of the model with those generated by the experts in an assessment of 50 patients. Accuracy was evaluated by an ROC curve analysis obtained based on 50 other cases; the results of those clinical assessments were considered to be the gold standard. RESULTS: According to the Kappa analysis, the model was in moderate agreement with expert opinions. The ROC analysis (evaluation of accuracy) determined an area under the curve equal to 0.91, demonstrating very good consistency in classifying patients with diabetic neuropathy. CONCLUSION: The model efficiently classified diabetic patients with different degrees of neuropathy severity. In addition, the model provides a way to quantify diabetic neuropathy severity and allows a more accurate patient condition assessment.

A Fuzzy Ontology-Driven Approach to Semantic Interoperability in e-Government Big Data

With the increasing production of information from e-government initiatives, there is also the need to transform a large volume of unstructured data into useful information for society. All this information should be easily accessible and made available in a meaningful and effective way in order to achieve semantic interoperability in electronic government services, which is a challenge to be pursued by governments round the world. Our aim is to discuss the context of e-Government Big Data and to present a framework to promote semantic interoperability through automatic generation of ontologies from unstructured information found in the Internet. We propose the use of fuzzy mechanisms to deal with natural language terms and present some related works found in this area. The results achieved in this study are based on the architectural definition and major components and requirements in order to compose the proposed framework. With this, it is possible to take advantage of the large volume of information generated from e-Government initiatives and use it to benefit society.

La matematica fuzzy nell'ingegneria dei materiali. Applicazioni alla durevolezza e alla conservazione dei materiali in opera nei siti archeologici

La ricerca presentata è un’ampia esplorazione delle possibili applicazioni di concetti, metodi e procedure della Fuzzy Logic all’Ingegneria dei Materiali. Tale nuovo approccio è giustificato dalla inadeguatezza dei risultati conseguiti con i soli metodi tradizionali riguardo alla reologia ed alla durabilità, all’utilizzo di dati di laboratorio nella progettazione e alla necessità di usare un linguaggio (informatizzabile) che consenta una valutazione congiunta degli aspetti tecnici, culturali, economici, paesaggistici della progettazione. – In particolare, la Fuzzy Logic permette di affrontare in modo razionale l’aleatorietà delle variabili e dei dati che, nel settore specifico dei materiali in opera nel costruito dei Beni Culturali, non possono essere trattati con i metodi statistici ordinari. – La scelta di concentrare l’attenzione su materiali e strutture in opera in siti archeologici discende non solo dall’interesse culturale ed economico connesso ai sempre più numerosi interventi in questo nuovo settore di pertinenza dell’Ingegneria dei Materiali, ma anche dal fatto che, in tali contesti, i termini della rappresentatività dei campionamenti, della complessità delle interazioni tra le variabili (fisiche e non), del tempo e quindi della durabilità sono evidenti ed esasperati. – Nell’ambito di questa ricerca si è anche condotto un ampio lavoro sperimentale di laboratorio per l’acquisizione dei dati utilizzati nelle procedure di modellazione fuzzy (fuzzy modeling). In tali situazioni si è operato secondo protocolli sperimentali standard: acquisizione della composizione mineralogica tramite diffrazione di raggi X (XRD), definizione della tessitura microstrutturale con osservazioni microscopiche (OM, SEM) e porosimetria tramite intrusione forzata di mercurio (MIP), determinazioni fisiche quali la velocità di propagazione degli ultrasuoni e rotoviscosimetria, misure tecnologiche di resistenza meccanica a compressione uniassiale, lavorabilità, ecc. – Nell’elaborazione dei dati e nella modellazione in termini fuzzy, la ricerca è articolata su tre livelli: a. quello dei singoli fenomeni chimico-fisici, di natura complessa, che non hanno trovato, a tutt’oggi, una trattazione soddisfacente e di generale consenso; le applicazioni riguardano la reologia delle dispersioni ad alto tenore di solido in acqua (calci, cementi, malte, calcestruzzi SCC), la correlazione della resistenza a compressione, la gelività dei materiali porosi ed alcuni aspetti della durabilità del calcestruzzo armato; b. quello della modellazione della durabilità dei materiali alla scala del sito archeologico; le applicazioni presentate riguardano i centri di cultura nuragica di Su Monte-Sorradile, GennaMaria-Villanovaforru e Is Paras-Isili; c. quello della scelta strategica costituita dalla selezione del miglior progetto di conservazione considerando gli aspetti connessi all’Ingegneria dei Materiali congiuntamente a quelli culturali, paesaggistici ed economici; le applicazioni hanno riguardato due importanti monumenti (Anfiteatro e Terme a Mare) del sito Romano di Nora-Pula.

Analisi congiunturale e strutturale delle economie regionali: un approccio "fuzzy" alla specializzazione produttiva

Nel 2009 l'Italia attraversa la più grande crisi economica del secondo dopoguerra. Lo studio di ciò che accade, attraverso uno sguardo attento alle principali variabili congiunturali prodotte nel paese, è fondamentale per capire quali sono state le cause che hanno portato a questa situazione e per dare la possibilità  ai policy maker di limitarne gli effetti in futuro. Ma l'Italia non è un territorio dalle caratteristiche monolitiche, è un aggregato di parti molto diverse fra loro. Analizzando il territorio italiano come insieme delle sue parti, osserveremo le medesime condizioni economiche ripetersi in ogni territorio del paese? L'esperienza ci suggerisce di no. La tesi vuole evidenziare come e quanto la struttura caratteristica del tessuto produttivo regionale è responsabile anche della performance economica. La tesi è quindi caratterizzata da due parti. Da un lato si è cercato di analizzare quali siano le differenze nei cicli economici regionali, dall'altro, attraverso l'utilizzo di un sistema di valutazione "fuzzy", si è cercato di ricostruire la natura strutturale delle regioni, al fine di determinare quali siano le specializzazioni che ogni territorio è in grado di mettere in campo. La tesi si conclude con un'analisi comparativa degli indici di dissimilarità  tra cicli regionali e nazionale e i livelli sintetici di specializzazione, si è verificato che esiste una relazione forte che lega le caratteristiche strutturali delle regioni alle distanze tra i loro cicli, dimostrando quindi la tesi che struttura regionale e performance economica siano strettamente interconnesse.

Sviluppo di un approccio congiunto fuzzy-Bayesiano per l'analisi e la modellizzazione degli ecosistemi: applicazione ad ecosistemi marini costieri.

Nell’attuale contesto di aumento degli impatti antropici e di “Global Climate Change” emerge la necessità di comprenderne i possibili effetti di questi sugli ecosistemi inquadrati come fruitori di servizi e funzioni imprescindibili sui quali si basano intere tessiture economiche e sociali. Lo studio previsionale degli ecosistemi si scontra con l’elevata complessità di questi ultimi in luogo di una altrettanto elevata scarsità di osservazioni integrate. L’approccio modellistico appare il più adatto all’analisi delle dinamiche complesse degli ecosistemi ed alla contestualizzazione complessa di risultati sperimentali ed osservazioni empiriche. L’approccio riduzionista-deterministico solitamente utilizzato nell’implementazione di modelli non si è però sin qui dimostrato in grado di raggiungere i livelli di complessità più elevati all’interno della struttura eco sistemica. La componente che meglio descrive la complessità ecosistemica è quella biotica in virtù dell’elevata dipendenza dalle altre componenti e dalle loro interazioni. In questo lavoro di tesi viene proposto un approccio modellistico stocastico basato sull’utilizzo di un compilatore naive Bayes operante in ambiente fuzzy. L’utilizzo congiunto di logica fuzzy e approccio naive Bayes è utile al processa mento del livello di complessità e conseguentemente incertezza insito negli ecosistemi. I modelli generativi ottenuti, chiamati Fuzzy Bayesian Ecological Model(FBEM) appaiono in grado di modellizare gli stati eco sistemici in funzione dell’ elevato numero di interazioni che entrano in gioco nella determinazione degli stati degli ecosistemi. Modelli FBEM sono stati utilizzati per comprendere il rischio ambientale per habitat intertidale di spiagge sabbiose in caso di eventi di flooding costiero previsti nell’arco di tempo 2010-2100. L’applicazione è stata effettuata all’interno del progetto EU “Theseus” per il quale i modelli FBEM sono stati utilizzati anche per una simulazione a lungo termine e per il calcolo dei tipping point specifici dell’habitat secondo eventi di flooding di diversa intensità.

Non-normal modal logics, quantification, and deontic dilemmas. A study in multi-relational semantics

This dissertation is devoted to the study of non-normal (modal) systems for deontic logics, both on the propositional level, and on the first order one. In particular we developed our study the Multi-relational setting that generalises standard Kripke Semantics. We present new completeness results concerning the semantic setting of several systems which are able to handle normative dilemmas and conflicts. Although primarily driven by issues related to the legal and moral field, these results are also relevant for the more theoretical field of Modal Logic itself, as we propose a syntactical, and semantic study of intermediate systems between the classical propositional calculus CPC and the minimal normal modal logic K.

Quantificazione del rischio occupazionale: Indicatori, indici e metodologia fuzzy

La tesi affronta il concetto di esposizione al rischio occupazionale e il suo scopo è quello di indagare l’ambiente di lavoro e il comportamento dei lavoratori, con l'obiettivo di ridurre il tasso di incidenza degli infortuni sul lavoro ed eseguire la riduzione dei rischi. In primo luogo, è proposta una nuova metodologia denominata MIMOSA (Methodology for the Implementation and Monitoring of Occupational SAfety), che quantifica il livello di "salute e sicurezza" di una qualsiasi impresa. Al fine di raggiungere l’obiettivo si è reso necessario un approccio multidisciplinare in cui concetti d’ingegneria e di psicologia sono stati combinati per sviluppare una metodologia di previsione degli incidenti e di miglioramento della sicurezza sul lavoro. I risultati della sperimentazione di MIMOSA hanno spinto all'uso della Logica Fuzzy nel settore della sicurezza occupazionale per migliorare la metodologia stessa e per superare i problemi riscontrati nell’incertezza della raccolta dei dati. La letteratura mostra che i fattori umani, la percezione del rischio e il comportamento dei lavoratori in relazione al rischio percepito, hanno un ruolo molto importante nella comparsa degli incidenti. Questa considerazione ha portato ad un nuovo approccio e ad una seconda metodologia che consiste nella prevenzione di incidenti, non solo sulla base dell'analisi delle loro dinamiche passate. Infatti la metodologia considera la valutazione di un indice basato sui comportamenti proattivi dei lavoratori e sui danni potenziali degli eventi incidentali evitati. L'innovazione consiste nell'applicazione della Logica Fuzzy per tener conto dell’"indeterminatezza" del comportamento umano e del suo linguaggio naturale. In particolare l’applicazione è incentrata sulla proattività dei lavoratori e si prefigge di impedire l'evento "infortunio", grazie alla generazione di una sorta d’indicatore di anticipo. Questa procedura è stata testata su un’azienda petrolchimica italiana.

Proof theory of quantified modal logics

We introduce labelled sequent calculi for indexed modal logics. We prove that the structural rules of weakening and contraction are height-preserving admissible, that all rules are invertible, and that cut is admissible. Then we prove that each calculus introduced is sound and complete with respect to the appropriate class of transition frames.

Applicazione della logica fuzzy al docking tra dirigibili

Progetto e analisi delle performance di un controllore realizzato con la metodologia fuzzy per una manovra di docking fra due dirigibili. Propedeutica a questo, è stata la campagna, presso la galleria del vento messa a disposizione dalla Clarkson University, di raccolta di dati sperimentali, che sono stati poi utilizzati per realizzare un simulatore con cui testare il controllore. Nel primo capitolo, si è presentato la tecnologia dei dirigibili, le varie tipologie ed una descrizione dei moderni concepts. Successivamente, sono state presentate le applicazioni nelle quali i moderni dirigibili possono essere impiegati. L’ultima parte tratta di due esempi di docking fra mezzi aerei: il rifornimento in volo e i “parasite aircrafts”. Il secondo capitolo, tratta della logica utilizzata dal controllore: la logica fuzzy. Le basi della teoria insiemistica classica sono state il punto di partenza per mostrare come, introducendo le funzioni di appartenenza, sia possibile commutare tra la teoria classica e fuzzy. La seconda parte del capitolo affronta le nozioni della teoria fuzzy, esponendo la metodologia con la quale è possibile inserire un controllore di questo tipo in un sistema “tradizionale”. Il terzo capitolo presenta il modello di volo dei dirigibili. Partendo dalla legge di Newton, introdotto il concetto di inerzia e massa aggiunte, si arriva alle equazioni del moto non lineari. L’ultima parte è stata dedicata alla linearizzazione delle equazioni e alla condizione di trim. Il quarto capitolo riguarda la campagna sperimentale di test in galleria del vento, con la realizzazione dei modelli in scala e la calibrazione della bilancia; successivamente, nel capitolo si commentano i dati sperimentali raccolti. Il quinto capitolo, mostra la metodologia con cui è possibile progettare un controllore fuzzy per il controllo della manovra di docking fra dirigibili. La seconda parte mostra le performance ottenute con questo tipo di sistema.

A syntactic realization theorem for justification logics

Justification logics are refinements of modal logics where modalities are replaced by justification terms. They are connected to modal logics via so-called realization theorems. We present a syntactic proof of a single realization theorem that uniformly connects all the normal modal logics formed from the axioms \$mathsfd\$, \$mathsft\$, \$mathsfb\$, \$mathsf4\$, and \$mathsf5\$ with their justification counterparts. The proof employs cut-free nested sequent systems together with Fitting's realization merging technique. We further strengthen the realization theorem for \$mathsfKB5\$ and \$mathsfS5\$ by showing that the positive introspection operator is superfluous.