Topographic mappings and feed-forward neural networks

This thesis is a study of the generation of topographic mappings - dimension reducing transformations of data that preserve some element of geometric structure - with feed-forward neural networks. As an alternative to established methods, a transformational variant of Sammon's method is proposed, where the projection is effected by a radial basis function neural network. This approach is related to the statistical field of multidimensional scaling, and from that the concept of a 'subjective metric' is defined, which permits the exploitation of additional prior knowledge concerning the data in the mapping process. This then enables the generation of more appropriate feature spaces for the purposes of enhanced visualisation or subsequent classification. A comparison with established methods for feature extraction is given for data taken from the 1992 Research Assessment Exercise for higher educational institutions in the United Kingdom. This is a difficult high-dimensional dataset, and illustrates well the benefit of the new topographic technique. A generalisation of the proposed model is considered for implementation of the classical multidimensional scaling (¸mds}) routine. This is related to Oja's principal subspace neural network, whose learning rule is shown to descend the error surface of the proposed ¸mds model. Some of the technical issues concerning the design and training of topographic neural networks are investigated. It is shown that neural network models can be less sensitive to entrapment in the sub-optimal global minima that badly affect the standard Sammon algorithm, and tend to exhibit good generalisation as a result of implicit weight decay in the training process. It is further argued that for ideal structure retention, the network transformation should be perfectly smooth for all inter-data directions in input space. Finally, there is a critique of optimisation techniques for topographic mappings, and a new training algorithm is proposed. A convergence proof is given, and the method is shown to produce lower-error mappings more rapidly than previous algorithms.

Svájci rendszerű sakk csapatversenyek rangsorolása (Ranking in Swiss system chess team tournaments)

A cikk a páros összehasonlításokon alapuló pontozási eljárásokat alkalmazza svájci rendszerű sakk csapatversenyek eredményének meghatározására. Bemutatjuk a nem körmérkőzéses esetben felmerülő kérdéseket, az egyéni és csapatversenyek jellemzőit, valamint a hivatalos lexikografikus rendezések hibáit. Axiomatikus alapokon rangsorolási problémaként modellezzük a bajnokságokat, definícióinkat összekapcsoljuk a pontszám, az általánosított sorösszeg és a legkisebb négyzetek módszerének tulajdonságaival. A javasolt eljárást két sakkcsapat Európa-bajnokság részletes elemzésével illusztráljuk. A végső rangsorok összehasonlítását távolságfüggvények segítségével végezzük el, majd a sokdimenziós skálázás révén ábrázoljuk azokat. A hivatalos sorrendtől való eltérés okait a legkisebb négyzetek módszerének dekompozíciójával tárjuk fel. A sorrendeket három szempont, az előrejelző képesség, a mintailleszkedés és a robusztusság alapján értékeljük, és a legkisebb négyzetek módszerének alkalmas eredménymátrixszal történő használata mellett érvelünk. ____ The paper uses paired comparison-based scoring procedures in order to determine the result of Swiss system chess team tournaments. We present the main challenges of ranking in these tournaments, the features of individual and team competitions as well as the failures of official lexicographical orders. The tournament is represented as a ranking problem, our model is discussed with respect to the properties of the score, generalised row sum and least squares methods. The proposed method is illustrated with a detailed analysis of the two recent chess team European championships. Final rankings are compared through their distances and visualized by multidimensional scaling (MDS). Differences to official ranking are revealed due to the decomposition of least squares method. Rankings are evaluated by prediction accuracy, retrodictive performance, and stability. The paper argues for the use of least squares method with an appropriate generalised results matrix favouring match points.

Ranking in Swiss system chess team tournaments

The paper uses paired comparison-based scoring procedures for ranking the participants of a Swiss system chess team tournament. We present the main challenges of ranking in Swiss system, the features of individual and team competitions as well as the failures of official lexicographical orders. The tournament is represented as a ranking problem, our model is discussed with respect to the properties of the score, generalized row sum and least squares methods. The proposed procedure is illustrated with a detailed analysis of the two recent chess team European championships. Final rankings are compared by their distances and visualized with multidimensional scaling (MDS). Differences to official ranking are revealed by the decomposition of least squares method. Rankings are evaluated by prediction accuracy, retrodictive performance, and stability. The paper argues for the use of least squares method with a results matrix favoring match points.

TABLE 1. - Taxa list at Bahi'a Ushuaia and Bahi'a Golondrina

This paper describes the composition and abundance of mesozooplankton of Bahi'a Ushuaia and Bahi'a Golondrina. These small bays are located in the northern Beagle Channel. Sampling was carried out from January 20 to 23, 2001 and samples were collected from the upper layer at nine stations. This study is the first research on mesozooplankton in this part of the Beagle Channel. Due to their dominance in the mesozooplankton community, we compared our Copepoda data with those reported by other authors from Antarctic coastal environments. By applying cluster analysis, we found two station groups in both bays: one in slightly polluted zones and the other in undisturbed external zones. Four assemblages in Bahi'a Ushuaia and two in Bahi'a Golondrina were determined by using non-metric multidimensional scaling (MDS) and cluster analysis. Mesozooplanktonic assemblages showed a certain resemblance in zones with and without anthropogenic influence. Most of the copepod species in our samples are typical of the sub-Antarctic region. Oithona similis (=0. helgolandica sensu Ramirez, 1966), Oncaea curvata, and Ctenocahmus citer show either similar or higher abundances at Antarctic coastal sites, including the upper layer in oceanic areas, in comparison with sub-Antarctic coastal localities. This suggests that, in agreement with other findings, the Polar Front is probably not a major geographic boundary for the distribution of these species.

A comparative study of the species composition of discards from five fisheries from the Algarve (southern Portugal)

Discards from five of the most important fisheries (crustacean trawling, fish trawling, demersal purse seining, pelagic purse seining and trammel netting) in southern Portugal were studied and compared. A total of 236 species of all taxa were discarded, with fish and cephalopods accounting for more than 90% of the discarded biomass, except trammel nets (81%). Although there was some overlapping of species, multivariate analysis using cluster analysis for classification and multidimensional scaling (MDS) for ordination, showed that there were significant differences between the five gears in terms of species composition and biomasses discarded, with the least similarity between crustacean trawling and all other fishing operations. The differences between fisheries were probably as a result of a combination of gear selectivity and depth fished. The results suggest that discarding practices are likely to have different, yet significant impacts on the marine ecosystem, warranting further studies on the fate of discards, the factors influencing discarding and mitigation.

Bacterial Diversity Assessment In Soil Of An Active Brazilian Copper Mine Using High-throughput Sequencing Of 16s Rdna Amplicons.

Mining activities pose severe environmental risks worldwide, generating extreme pH conditions and high concentrations of heavy metals, which can have major impacts on the survival of organisms. In this work, pyrosequencing of the V3 region of the 16S rDNA was used to analyze the bacterial communities in soil samples from a Brazilian copper mine. For the analysis, soil samples were collected from the slopes (geotechnical structures) and the surrounding drainage of the Sossego mine (comprising the Sossego and Sequeirinho deposits). The results revealed complex bacterial diversity, and there was no influence of deposit geographic location on the composition of the communities. However, the environment type played an important role in bacterial community divergence; the composition and frequency of OTUs in the slope samples were different from those of the surrounding drainage samples, and Acidobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, and Gammaproteobacteria were responsible for the observed difference. Chemical analysis indicated that both types of sample presented a high metal content, while the amounts of organic matter and water were higher in the surrounding drainage samples. Non-metric multidimensional scaling (N-MDS) analysis identified organic matter and water as important distinguishing factors between the bacterial communities from the two types of mine environment. Although habitat-specific OTUs were found in both environments, they were more abundant in the surrounding drainage samples (around 50 %), and contributed to the higher bacterial diversity found in this habitat. The slope samples were dominated by a smaller number of phyla, especially Firmicutes. The bacterial communities from the slope and surrounding drainage samples were different in structure and composition, and the organic matter and water present in these environments contributed to the observed differences.

How Much Older Do You Get When a Wrinkle Appears on Your Face? Modifying Age Estimates by Number of Wrinkles

The present study investigated the influence of wrinkles on facial age judgments. In Experiment 1, preadolescents, young adults, and middle-aged adults made categorical age judgments for male and female faces. The qualitative (type of wrinkle) and quantitative (density of wrinkles and depth of furrows) contributions of wrinkles were analyzed. Results indicated that the greater the number of wrinkles and the depth of furrows, the older a face was rated. The roles of the gender of the face and the age of the participants were discussed. In Experiment 2, participants performed relative age judgments by comparing pairs of faces. Results revealed that the number of wrinkles had more influence on the perceived facial age than the type of wrinkle. A MDS analysis showed the main dimensions on which participants based their judgments, namely, the number of wrinkles and the depth of furrows. We conclude that the quantitative component is more likely to increase perceived facial age. Nevertheless, other variables, such as the gender of the face and the age of the participants, also seem to be involved in the age estimation process.

Analysis and visualization of chromosome information

This paper analyzes the DNA code of several species in the perspective of information content. For that purpose several concepts and mathematical tools are selected towards establishing a quantitative method without a priori distorting the alphabet represented by the sequence of DNA bases. The synergies of associating Gray code, histogram characterization and multidimensional scaling visualization lead to a collection of plots with a categorical representation of species and chromosomes.

Towards a classification scheme for musical sounds

Signal Processing: Algorithms, Architectures, Arrangements, and Applications (SPA), 2013

Multidimensional Scalling Analysis of the World Economy During the Period 1972-2012

The last 40 years of the world economy are analyzed by means of computer visualization methods. Multidimensional scaling and the hierarchical clustering tree techniques are used. The current Western downturn in favor of Asian partners may still be reversed in the coming decades.

Multidimensional scalling

Neste trabalho faz-se uma breve revisão dos principais métodos de Multidimensional Scaling, exploram-se alguns exemplos ilustrativos, descrevem-se alguns desenvolvimentos recentes e especular-se sobre o futuro desta matéria.

Biogeochemistry of the shelf sediments of south eastern Arabian sea: Effect on benthic bacterial heterotrophs

The composition and variability of heterotrophic bacteria along the shelf sediments of south west coast of India and its relationship with the sediment biogeochemistry was investigated. The bacterial abundance ranged from 1.12 x 103 – 1.88 x 106 CFU g-1 dry wt. of sediment. The population showed significant positive correlation with silt (r = 0.529, p< 0.05), organic carbon (OC) (r = 0.679, p< 0.05), total nitrogen (TN) (r = 0.638, p< 0.05), total protein (TPRT) (r = 0.615, p< 0.05) and total carbohydrate (TCHO) (r = 0.675, p< 0.05) and significant negative correlation with sand (r = -0.488, p< 0.05). Community was mainly composed of Bacillus, Alteromonas, Vibrio, Coryneforms, Micrococcus, Planococcus, Staphylococcus, Moraxella, Alcaligenes, Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Acinetobacter, Flavobacterium and Aeromonas. BIOENV analysis explained the best possible environmental parameters i.e., carbohydrate, total nitrogen, temperature, pH and sand at 50m depth and organic matter, BPC, protein, lipid and temperature at 200m depth controlling the distribution pattern of heterotrophic bacterial population in shelf sediments. The Principal Component Analysis (PCA) of the environmental variables showed that the first and second principal component accounted for 65% and 30.6% of the data variance respectively. Canonical Correspondence Analysis (CCA) revealed a strong correspondence between bacterial distribution and environmental variables in the study area. Moreover, non-metric MDS (Multidimensional Scaling) analysis demarcated the northern and southern latitudes of the study area based on the bioavailable organic matter

Data mining por meio de análise de redes, no contexto de filtro colaborativo

Tendo como motivação o desenvolvimento de uma representação gráfica de redes com grande número de vértices, útil para aplicações de filtro colaborativo, este trabalho propõe a utilização de superfícies de coesão sobre uma base temática multidimensionalmente escalonada. Para isso, utiliza uma combinação de escalonamento multidimensional clássico e análise de procrustes, em algoritmo iterativo que encaminha soluções parciais, depois combinadas numa solução global. Aplicado a um exemplo de transações de empréstimo de livros pela Biblioteca Karl A. Boedecker, o algoritmo proposto produz saídas interpretáveis e coerentes tematicamente, e apresenta um stress menor que a solução por escalonamento clássico.

Efeito do tamanho da área florestada, grau de isolamento e distância de estradas na estruturação de comunidades de aranhas em Alter do Chão, Santarém, Pará

Dados recentes mostram que os processos de destruição da floresta e formação de fragmentos estão avançando muito rapidamente na Amazônia brasileira. Definir como esses processos afetam a fauna nas diferentes fito fisionomias amazônicas é fundamental para que se possam planejar políticas visando avaliar a vulnerabilidade relativa de diferentes grupos biológicos a esse processo assim estimar o valor de áreas fragmentadas para a conservação. Os invertebrados podem ser usados como bons indicadores para esse objetivo, pois são grupos com grande capacidade adaptativa e de dispersão, dependendo diretamente do ambiente para sua sobrevivência. A utilização de aranhas para avaliar o efeito da fragmentação florestal é recente e ainda pouco explorada, apesar das aranhas serem um grupo megadiverso e com sua biologia diretamente relacionada com a composição e estrutura do ambiente em que vivem. Destarte este trabalho objetivou avaliar os efeitos do tamanho da área florestada, do grau de isolamento e da distância das estradas sobre as comunidades de aranhas em 15 ilhas de floresta, isoladas por matriz de savana e seis áreas de mata contínua no distrito de Alter do Chão, no município de Santarém, no oeste do estado do Pará. As amostragens envolveram um esforço de 252 horas, utilizando-se guarda-chuva entomológico e coleta manual noturna, ambas com controle de tempo e área, sendo a unidade amostral representada pela soma dos resultados obtidos por três coletores em cada área, em transectos de 250m. O protocolo resultou na captura de 7751 aranhas sendo 5477 imaturos e 2274 adultos. Após a identificação do material araneológico obteve-se uma lista com 306 espécies distribuídas em 32 famílias. Os padrões da comunidade de aranhas, analisados através de um MDS (Multidimensional Scaling ou escalonamento multidimensional) utilizando a distância de Bray-Curtis mostraram separação entre as áreas de mata contínua e ilhas de floresta. A análise da resposta à primeira dimensão da ordenação foi feita para as espécies com mais de 10 indivíduos na amostra e uma ordenação direta foi feita com as características das áreas (distância das ilhas de floresta para a floresta contínua, o tamanho e o índice de forma das ilhas de floresta). Uma análise GLM, utilizada para avaliar os efeitos da degradação ambiental, indicou diferenças significativas para o número de árvores por área florestada e para a distância das estradas: a fragmentação florestal sobre a comunidade de aranhas foi significativa apenas para o tamanho das ilhas em relação ao eixo 1 do MDS. A análise de variância (anova), que foi utilizada para se achar as médias das riquezas que foram maiores nas matas contínuas, diferindo do resultado das curvas de rarefação, que apontaram uma riqueza levemente maior nas ilhas de florest. O padrão de hierarquia da comunidade de aranhas foi achado no programa Nestedness Temperature Calculator Program - Nestcalc (Atmar; Patterson, 1995).

A ictiofauna no monitoramento da qualidade ambiental em um distrito industrial do estuário amazônico

Vila do Conde está localizada no município de Barcarena, Pará, Brasil. Nesta região está concentrado um importante pólo industrial de mineração, constituindo um fator de risco para a qualidade da água. Diante do exposto, este trabalho teve o objetivo de avaliar a qualidade da água no ambiente estuarino localizado no entorno de Vila do Conde utilizando a ictiofauna como bioindicador e o fígado de duas espécies de peixes como biomarcador histopatológico. As coletas do material abiótico (água) e da ictiofauna ocorreram em três áreas considerando os diferentes níveis de impacto: Zona 1, localizado no entorno do terminal portuário e industrial de Vila do Conde, considerada como alto risco de contaminação; Zona 2, localizada na ilha do Capim, na divisa dos municípios de Barcarena e Abaetetuba, classificada com risco médio de impacto; Zona 3, localizada na ilha das Onças, município de Barcarena, classificada com risco minímo por está distante das fontes de contaminação. Para todas as áreas de estudo foram feitas amostragens tanto no ambiente de canal quanto no canal de maré ao longo de quatro coletas bimestrais -, transição chuvoso para o seco (Junho 2009), seco (Setembro 2009), transição seco para chuvoso (Janeiro 2010) e período chuvoso (Abril 2010), no período de um ano de coleta. Para a obtenção dos dados foram utilizados rede de emalhar e rede de tapagem. Como forma de abordar diferentes vertentes sobre a qualidade da água em Vila do Conde, este trabalho foi dividido em etapas. A primeira etapa consistiu do uso da ictiofauna como bioindicadora (capítulo 1). Na segunda etapa foram selecionadas duas espécies abundantes com hábitos alimentares distintos, Plagioscion squamosissimus e Lithodoras dorsalis, para avaliar a saúde do ambiente através da utilização do fígado como iomarcador histopatológico (capítulo 2). Por fim todas as famílias de descritores da comunidade estudadas nos capítulos 1 e 2 foram integralizadas através do uso de índices de integridade biológica (capítulo 3). A análise da ictiofauna como bioindicadora mostrou que, para os dois ambientes (canal e igarapé), considerando as várias famílias de descritores, foi evidente a composição diferenciada entre os locais. Das 77 espécies capturadas, apenas 23 foram encontradas na zona 1. Adicionalmente, também foi observada a diminuição de organismos de grande porte. Este decréscimo foi considerado como uma resposta ecológica inicial as alterações antrópicas. A análise dos biomarcadores, feito através do estudo histopatológico do fígado se mostrou eficiente e demonstrou que presença antrópica naquela região está afetando a saúde da P. squamosissimus e L. dorsalis. O MAV (Mean Assessment Values), HAI (Histological Alteration Index) e o MDS (multidimensional scaling) mostraram claramente as diferenças entre as áreas estudadas. Nas áreas em que existe o contato mais próximo com o porto e as indústrias, as alterações foram mais severas e algumas consideradas irreversíveis para as duas espécies. As principais lesões encontradas nas duas espécies foram: o aumento do centro melanomacrófagos, degeneração gordurosa, inflamação nos hepatócitos, hepatite, congestão nos vasos e necrose focal. As alterações hepáticas observadas neste estudo foram mais intensas em P. squamosissimus que é carnívora e se alimenta na área de estudo predominantemente de camarão. Através dos índices de integridade todas as informações sobre a comunidade descritas anteriormente foram agregadas e denominadas de métricas. Para os dois ambientes (canal e igarapé), a curva de biomassa/dominância ABC mostrou que as zonas 1 e 2 apresentaram alterações, sendo estas áreas classificadas como moderadamente impactadas. Os índices BHI (Estuarine biological health index), EFCI (Estuarine fish community índex), TFCI (Transitional fish classification índex) e EBI (Estuarine biotic integrity index) foram considerados excelentes indicadores de integridade nas áreas de estudos e foram eficientes em mostrar alterações graves da comunidade de peixes na zona 1. Quanto à zona 2, já foi possível observar algum tipo de alteração no ambiente, mostrando que a contaminação não está se restringindo apenas ao entorno de Vila do Conde. As metodologias aplicadas foram capazes de detectar as interferências antrópicas na área de estudo e podem para ser replicadas em outros ambientes estuarinos. Entretanto, estudos mais detalhados e por um maior período de tempo ainda são necessários em Vila do Conde, principalmente relacionadas à bioacumulação de metais pesados nas principais espécies consumidas.