Semantic integration of gene expression analysis tools and data sources using software connectors

Abstract Background The study and analysis of gene expression measurements is the primary focus of functional genomics. Once expression data is available, biologists are faced with the task of extracting (new) knowledge associated to the underlying biological phenomenon. Most often, in order to perform this task, biologists execute a number of analysis activities on the available gene expression dataset rather than a single analysis activity. The integration of heteregeneous tools and data sources to create an integrated analysis environment represents a challenging and error-prone task. Semantic integration enables the assignment of unambiguous meanings to data shared among different applications in an integrated environment, allowing the exchange of data in a semantically consistent and meaningful way. This work aims at developing an ontology-based methodology for the semantic integration of gene expression analysis tools and data sources. The proposed methodology relies on software connectors to support not only the access to heterogeneous data sources but also the definition of transformation rules on exchanged data. Results We have studied the different challenges involved in the integration of computer systems and the role software connectors play in this task. We have also studied a number of gene expression technologies, analysis tools and related ontologies in order to devise basic integration scenarios and propose a reference ontology for the gene expression domain. Then, we have defined a number of activities and associated guidelines to prescribe how the development of connectors should be carried out. Finally, we have applied the proposed methodology in the construction of three different integration scenarios involving the use of different tools for the analysis of different types of gene expression data. Conclusions The proposed methodology facilitates the development of connectors capable of semantically integrating different gene expression analysis tools and data sources. The methodology can be used in the development of connectors supporting both simple and nontrivial processing requirements, thus assuring accurate data exchange and information interpretation from exchanged data.

Semantic-based middleware solutions to support context-aware service provisioning in pervasive environments

The dynamicity and heterogeneity that characterize pervasive environments raise new challenges in the design of mobile middleware. Pervasive environments are characterized by a significant degree of heterogeneity, variability, and dynamicity that conventional middleware solutions are not able to adequately manage. Originally designed for use in a relatively static context, such middleware systems tend to hide low-level details to provide applications with a transparent view on the underlying execution platform. In mobile environments, however, the context is extremely dynamic and cannot be managed by a priori assumptions. Novel middleware should therefore support mobile computing applications in the task of adapting their behavior to frequent changes in the execution context, that is, it should become context-aware. In particular, this thesis has identified the following key requirements for novel context-aware middleware that existing solutions do not fulfil yet. (i) Middleware solutions should support interoperability between possibly unknown entities by providing expressive representation models that allow to describe interacting entities, their operating conditions and the surrounding world, i.e., their context, according to an unambiguous semantics. (ii) Middleware solutions should support distributed applications in the task of reconfiguring and adapting their behavior/results to ongoing context changes. (iii) Context-aware middleware support should be deployed on heterogeneous devices under variable operating conditions, such as different user needs, application requirements, available connectivity and device computational capabilities, as well as changing environmental conditions. Our main claim is that the adoption of semantic metadata to represent context information and context-dependent adaptation strategies allows to build context-aware middleware suitable for all dynamically available portable devices. Semantic metadata provide powerful knowledge representation means to model even complex context information, and allow to perform automated reasoning to infer additional and/or more complex knowledge from available context data. In addition, we suggest that, by adopting proper configuration and deployment strategies, semantic support features can be provided to differentiated users and devices according to their specific needs and current context. This thesis has investigated novel design guidelines and implementation options for semantic-based context-aware middleware solutions targeted to pervasive environments. These guidelines have been applied to different application areas within pervasive computing that would particularly benefit from the exploitation of context. Common to all applications is the key role of context in enabling mobile users to personalize applications based on their needs and current situation. The main contributions of this thesis are (i) the definition of a metadata model to represent and reason about context, (ii) the definition of a model for the design and development of context-aware middleware based on semantic metadata, (iii) the design of three novel middleware architectures and the development of a prototypal implementation for each of these architectures, and (iv) the proposal of a viable approach to portability issues raised by the adoption of semantic support services in pervasive applications.

La città di Bologna e la sua storia: diffusione e condivisione delle conoscenze attraverso Webgis open source e Web Mapping

To understand a city and its urban structure it is necessary to study its history. This is feasible through GIS (Geographical Information Systems) and its by-products on the web. Starting from a cartographic view they allow an initial understanding of, and a comparison between, present and past data together with an easy and intuitive access to database information. The research done led to the creation of a GIS for the city of Bologna. It is based on varied data such as historical map, vector and alphanumeric historical data, etc.. After providing information about GIS we thought of spreading and sharing the collected data on the Web after studying two solutions available on the market: Web Mapping and WebGIS. In this study we discuss the stages, beginning with the development of Historical GIS of Bologna, which led to the making of a WebGIS Open Source (MapServer and Chameleon) and the Web Mapping services (Google Earth, Google Maps and OpenLayers).

Radio via Web per le Università: un approccio alle infrastrutture tecnologiche

Linea guida per lo sviluppo e la messa in opera di una Web Radio istituzionale per le Università, completa di confronti con altre Web Radio universitare e descrizione di una funzionalità sviluppata.

Il problema del risparmio energetico nei data center

Con la crescente diffusione del web e dei servizi informatici offerti via internet, è aumentato in questi anni l’utilizzo dei data center e conseguentemente, il consumo di energia elettrica degli stessi. Il problema ambientale che comporta l’alto fabbisogno energetico, porta gli operatori di data center ad utilizzare tecniche a basso consumo e sistemi efficienti. Organizzazioni ambientali hanno rilevato che nel 2011 i consumi derivanti dai data center raggiungeranno i 100 milioni di kWh, con un costo complessivo di 7,4 milioni di dollari nei soli Stati Uniti, con una proiezione simile anche a livello globale. La seguente tesi intende valutare le tecniche in uso per diminuire il consumo energetico nei data center, e quali tecniche vengono maggiormente utilizzate per questo scopo. Innanzitutto si comincerà da una panoramica sui data center, per capire il loro funzionamento e per mostrare quali sono i componenti fondamentali che lo costituiscono; successivamente si mostrerà quali sono le parti che incidono maggiormente nei consumi, e come si devono effettuare le misurazioni per avere dei valori affidabili attraverso la rilevazione del PUE, unità di misura che valuta l’efficienza di un data center. Dal terzo capitolo si elencheranno le varie tecniche esistenti e in uso per risolvere il problema dell’efficienza energetica, mostrando alla fine una breve analisi sui metodi che hanno utilizzato le maggiori imprese del settore per risolvere il problema dei consumi nei loro data center. Lo scopo di questo elaborato è quello di capire quali sono le tecniche e le strategie per poter ridurre i consumi e aumentare l’efficienza energetica dei data center.

Modelli non lineari statici e dinamici su dati microeconomici: analisi delle condizioni finanziarie delle famiglie italiane

The thesis studies the economic and financial conditions of Italian households, by using microeconomic data of the Survey on Household Income and Wealth (SHIW) over the period 1998-2006. It develops along two lines of enquiry. First it studies the determinants of households holdings of assets and liabilities and estimates their correlation degree. After a review of the literature, it estimates two non-linear multivariate models on the interactions between assets and liabilities with repeated cross-sections. Second, it analyses households financial difficulties. It defines a quantitative measure of financial distress and tests, by means of non-linear dynamic probit models, whether the probability of experiencing financial difficulties is persistent over time. Chapter 1 provides a critical review of the theoretical and empirical literature on the estimation of assets and liabilities holdings, on their interactions and on households net wealth. The review stresses the fact that a large part of the literature explain households debt holdings as a function, among others, of net wealth, an assumption that runs into possible endogeneity problems. Chapter 2 defines two non-linear multivariate models to study the interactions between assets and liabilities held by Italian households. Estimation refers to a pooling of cross-sections of SHIW. The first model is a bivariate tobit that estimates factors affecting assets and liabilities and their degree of correlation with results coherent with theoretical expectations. To tackle the presence of non normality and heteroskedasticity in the error term, generating non consistent tobit estimators, semi-parametric estimates are provided that confirm the results of the tobit model. The second model is a quadrivariate probit on three different assets (safe, risky and real) and total liabilities; the results show the expected patterns of interdependence suggested by theoretical considerations. Chapter 3 reviews the methodologies for estimating non-linear dynamic panel data models, drawing attention to the problems to be dealt with to obtain consistent estimators. Specific attention is given to the initial condition problem raised by the inclusion of the lagged dependent variable in the set of explanatory variables. The advantage of using dynamic panel data models lies in the fact that they allow to simultaneously account for true state dependence, via the lagged variable, and unobserved heterogeneity via individual effects specification. Chapter 4 applies the models reviewed in Chapter 3 to analyse financial difficulties of Italian households, by using information on net wealth as provided in the panel component of the SHIW. The aim is to test whether households persistently experience financial difficulties over time. A thorough discussion is provided of the alternative approaches proposed by the literature (subjective/qualitative indicators versus quantitative indexes) to identify households in financial distress. Households in financial difficulties are identified as those holding amounts of net wealth lower than the value corresponding to the first quartile of net wealth distribution. Estimation is conducted via four different methods: the pooled probit model, the random effects probit model with exogenous initial conditions, the Heckman model and the recently developed Wooldridge model. Results obtained from all estimators accept the null hypothesis of true state dependence and show that, according with the literature, less sophisticated models, namely the pooled and exogenous models, over-estimate such persistence.

Seo: ottimizzazione dei siti web

Obiettivo di questa tesi è sviscerare i concetti fondamentali legati al SEO, in particolar modo dal punto di vista delle aziende italiane: l’evoluzione di questo business nel nostro territorio, gli strumenti e le tecniche di ottimizzazione impiegati nella realizzazione dei siti internet, i capitali, umani ed economici, che alimentano questo mercato in Italia e all’estero e i fattori che oggigiorno sono considerati di fondamentale importanza per ottenere visibilità nei motori di ricerca.

Satellite and in situ data integrated analysis to study the upper ocean an coastal environment of the Italian seas

The thesis objectives are to develop new methodologies for study of the space and time variability of Italian upper ocean ecosystem through the combined use of multi-sensors satellite data and in situ observations and to identify the capability and limits of remote sensing observations to monitor the marine state at short and long time scales. Three oceanographic basins have been selected and subjected to different types of analyses. The first region is the Tyrrhenian Sea where a comparative analysis of altimetry and lagrangian measurements was carried out to study the surface circulation. The results allowed to deepen the knowledge of the Tyrrhenian Sea surface dynamics and its variability and to defined the limitations of satellite altimetry measurements to detect small scale marine circulation features. Channel of Sicily study aimed to identify the spatial-temporal variability of phytoplankton biomass and to understand the impact of the upper ocean circulation on the marine ecosystem. An combined analysis of the satellite of long term time series of chlorophyll, Sea Surface Temperature and Sea Level field data was applied. The results allowed to identify the key role of the Atlantic water inflow in modulating the seasonal variability of the phytoplankton biomass in the region. Finally, Italian coastal marine system was studied with the objective to explore the potential capability of Ocean Color data in detecting chlorophyll trend in coastal areas. The most appropriated methodology to detect long term environmental changes was defined through intercomparison of chlorophyll trends detected by in situ and satellite. Then, Italian coastal areas subject to eutrophication problems were identified. This work has demonstrated that satellites data constitute an unique opportunity to define the features and forcing influencing the upper ocean ecosystems dynamics and can be used also to monitor environmental variables capable of influencing phytoplankton productivity.

Web advertising. Le comunicazioni commerciali on-line.

La tesi ha ad oggetto lo studio e l’approfondimento delle forme di promozione commerciale presenti in Rete caratterizzate, più che da una normale evoluzione, da continue metamorfosi che ridefiniscono ogni giorno il concetto di pubblicità. L’intento è quello di analizzare il quadro giuridico applicabile alla pubblicità via Web, a fronte della varità di forme e di modalità che essa può assumere. Nel lavoro vengono passate in rassegna le caratteristiche che differenziano la pubblicità commerciale on-line rispetto a quella tradizionale; tra le quali, particolare rilievo assume la capacità d’istaurare una relazione – diretta e non mediata – tra impresa e consumatore. Nel prosieguo viene affrontato il problema dell’individuazione, stante il carattere a-territoriale della Rete, della legge applicabile al web advertising, per poi passare ad una ricognizione delle norme europee ed italiane in materia, senza trascurare quelle emanate in sede di autodisciplina. Ampio spazio è dedicato, infine, all’esame delle diverse e più recenti tecniche di promozione pubblicitaria, di cui sono messi in evidenza gli aspetti tecnico-informatici, imprescindibili ai fini di una corretta valutazione del tema giuridico. In particolare, vengono approfonditi il servizio di posizionamento a pagamento offerto dai principali motori di ricerca (keywords advertising) e gli strumenti di tracciamento dei “comportamenti” on-line degli utenti, che consentono la realizzazione di campagne pubblicitarie mirate (on-line behavioural advertising). Il Web, infatti, non offre più soltanto la possibilità di superare barriere spaziali, linguistiche o temporali e di ampliare la propria sfera di notorietà, ma anche di raggiungere l’utente “interessato” e, pertanto, potenziale acquirente. Di queste nuove realtà pubblicitarie vengono vagliati gli aspetti più critici ed esaminata la disciplina giuridica eventualmente applicabile anche alla luce delle principali decisioni giurisprudenziali nazionali ed europee in materia, nonché delle esperienze giuridiche nord-americane e di tipo autoregolamentare.

Progetto di un'applicazione web per servizi di mobilità urbana tramite l'uso di OpenData

Apertura, partecipazione, collaborazione e possibilità di creare una competenza collettiva sono i motivi che portano alla nascita e alla diffusione degli OpenData, i quali favoriscono l'interoperabilità e la trasparenza dei governi nei confronti dei cittadini, inoltre migliorano l'efficienza delle amministrazioni pubbliche, e mettono in grado le persone di affrontare meglio le decisioni che riguardano la loro vita potendo utilizzare informazioni che prima non erano disponibili. Il lavoro svolto nell'elaborato si colloca nel settore della mobilità urbana e nasce dalla decisione dell'azienda Tper di mettere a disposizione i propri dati in formato OpenData sul sito web http://www.tper.it/tper-open-data. L'obiettivo principale è la realizzazione di un'applicazione in grado di fornire informazioni in tempo reale sulle linee di autobus, e relative fermate, in una determinata area di interesse.

Progettazione di un'applicazione web-oriented per la gestione di un sistema informativo aziendale

L’azienda committente vuole ampliare la possibilità di accedere al suo database, sia dall’esterno che dall’interno, non solamente da parte di un unico utente amministratore, ma anche da tutti gli agenti distribuiti sul territorio nazionale e tutti gli impiegati degli uffici. Si vuole inoltre creare un sistema di notifiche via email che permetta a tutti gli utenti (agenti) registrati di avere in tempo reale informazioni sempre aggiornate riguardo i propri clienti. La ditta si chiama Tropical Lane S.p.A. e vuole realizzare questo progetto per rendere maggiormente accessibili le informazioni per i propri agenti, distribuiti nelle varie regioni italiane, direttamente tramite un loro dispositivo mobile, come smartphone o tablet, senza dover necessariamente telefonare continuamente in ditta dove è presente una segretaria che svolge solamente questa mansione. In questo modo si cerca di velocizzare la procedura di accesso ai dati così da liberare una risorsa utile per lo svolgimento di altre funzioni interne. Si è deciso quindi di creare un sito web, basato su tecnologia Active Server Pages e interfacciato al database aziendale, che sia fruibile dall’esterno della rete aziendale e sul quale vengono mostrati i dati, organizzati in modo da essere facilmente comprensibili e visualizzabili da tutti. La realizzazione del sito è stata effettuata utilizzando notepad++ sia per le pagine ASP che per le poche pagine di HTML statico presenti. Gli script sono stati realizzati in linguaggio Javascript, compatibile con le specifiche dei browser più diffusi. Il sito è supportato da un unico database realizzato in precedenza con Microsoft SQL ed integrato.

Digital marketing: le nuove opportunità di business per le aziende nell'era del web 2.0

L’elaborato ha lo scopo di presentare le nuove opportunità di business offerte dal Web. Il rivoluzionario cambiamento che la pervasività della Rete e tutte le attività correlate stanno portando, ha posto le aziende davanti ad un diverso modo di relazionarsi con i propri consumatori, che sono sempre più informati, consapevoli ed esigenti, e con la concorrenza. La sfida da accettare per rimanere competitivi sul mercato è significativa e il mutamento in rapido sviluppo: gli aspetti che contraddistinguono questo nuovo paradigma digitale sono, infatti, velocità, mutevolezza, ma al tempo stesso misurabilità, ponderabilità, previsione. Grazie agli strumenti tecnologici a disposizione e alle dinamiche proprie dei diversi spazi web (siti, social network, blog, forum) è possibile tracciare più facilmente, rispetto al passato, l’impatto di iniziative, lanci di prodotto, promozioni e pubblicità, misurandone il ritorno sull’investimento, oltre che la percezione dell’utente finale. Un approccio datacentrico al marketing, attraverso analisi di monitoraggio della rete, permette quindi al brand investimenti più mirati e ponderati sulla base di stime e previsioni. Tra le più significative strategie di marketing digitale sono citate: social advertising, keyword advertising, digital PR, social media, email marketing e molte altre. Sono riportate anche due case history: una come ottimo esempio di co-creation in cui il brand ha coinvolto direttamente il pubblico nel processo di produzione del prodotto, affidando ai fan della Pagina Facebook ufficiale la scelta dei gusti degli yogurt da mettere in vendita. La seconda, caso internazionale di lead generation, ha permesso al brand di misurare la conversione dei visitatori del sito (previa compilazione di popin) in reali acquirenti, collegando i dati di traffico del sito a quelli delle vendite. Esempio di come online e offline comunichino strettamente.

A Semantic-based Framework for Digital Survey of Architectural Heritage

The research aims at developing a framework for semantic-based digital survey of architectural heritage. Rooted in knowledge-based modeling which extracts mathematical constraints of geometry from architectural treatises, as-built information of architecture obtained from image-based modeling is integrated with the ideal model in BIM platform. The knowledge-based modeling transforms the geometry and parametric relation of architectural components from 2D printings to 3D digital models, and create large amount variations based on shape grammar in real time thanks to parametric modeling. It also provides prior knowledge for semantically segmenting unorganized survey data. The emergence of SfM (Structure from Motion) provides access to reconstruct large complex architectural scenes with high flexibility, low cost and full automation, but low reliability of metric accuracy. We solve this problem by combing photogrammetric approaches which consists of camera configuration, image enhancement, and bundle adjustment, etc. Experiments show the accuracy of image-based modeling following our workflow is comparable to that from range-based modeling. We also demonstrate positive results of our optimized approach in digital reconstruction of portico where low-texture-vault and dramatical transition of illumination bring huge difficulties in the workflow without optimization. Once the as-built model is obtained, it is integrated with the ideal model in BIM platform which allows multiple data enrichment. In spite of its promising prospect in AEC industry, BIM is developed with limited consideration of reverse-engineering from survey data. Besides representing the architectural heritage in parallel ways (ideal model and as-built model) and comparing their difference, we concern how to create as-built model in BIM software which is still an open area to be addressed. The research is supposed to be fundamental for research of architectural history, documentation and conservation of architectural heritage, and renovation of existing buildings.

Knowledge Patterns for the Web: extraction, tranformation and reuse

This thesis aims at investigating methods and software architectures for discovering what are the typical and frequently occurring structures used for organizing knowledge in the Web. We identify these structures as Knowledge Patterns (KPs). KP discovery needs to address two main research problems: the heterogeneity of sources, formats and semantics in the Web (i.e., the knowledge soup problem) and the difficulty to draw relevant boundary around data that allows to capture the meaningful knowledge with respect to a certain context (i.e., the knowledge boundary problem). Hence, we introduce two methods that provide different solutions to these two problems by tackling KP discovery from two different perspectives: (i) the transformation of KP-like artifacts to KPs formalized as OWL2 ontologies; (ii) the bottom-up extraction of KPs by analyzing how data are organized in Linked Data. The two methods address the knowledge soup and boundary problems in different ways. The first method provides a solution to the two aforementioned problems that is based on a purely syntactic transformation step of the original source to RDF followed by a refactoring step whose aim is to add semantics to RDF by select meaningful RDF triples. The second method allows to draw boundaries around RDF in Linked Data by analyzing type paths. A type path is a possible route through an RDF that takes into account the types associated to the nodes of a path. Then we present K~ore, a software architecture conceived to be the basis for developing KP discovery systems and designed according to two software architectural styles, i.e, the Component-based and REST. Finally we provide an example of reuse of KP based on Aemoo, an exploratory search tool which exploits KPs for performing entity summarization.