Constraint handling rules. Compositional semantics and program transformation

This thesis intends to investigate two aspects of Constraint Handling Rules (CHR). It proposes a compositional semantics and a technique for program transformation. CHR is a concurrent committed-choice constraint logic programming language consisting of guarded rules, which transform multi-sets of atomic formulas (constraints) into simpler ones until exhaustion [Frü06] and it belongs to the declarative languages family. It was initially designed for writing constraint solvers but it has recently also proven to be a general purpose language, being as it is Turing equivalent [SSD05a]. Compositionality is the first CHR aspect to be considered. A trace based compositional semantics for CHR was previously defined in [DGM05]. The reference operational semantics for such a compositional model was the original operational semantics for CHR which, due to the propagation rule, admits trivial non-termination. In this thesis we extend the work of [DGM05] by introducing a more refined trace based compositional semantics which also includes the history. The use of history is a well-known technique in CHR which permits us to trace the application of propagation rules and consequently it permits trivial non-termination avoidance [Abd97, DSGdlBH04]. Naturally, the reference operational semantics, of our new compositional one, uses history to avoid trivial non-termination too. Program transformation is the second CHR aspect to be considered, with particular regard to the unfolding technique. Said technique is an appealing approach which allows us to optimize a given program and in more detail to improve run-time efficiency or spaceconsumption. Essentially it consists of a sequence of syntactic program manipulations which preserve a kind of semantic equivalence called qualified answer [Frü98], between the original program and the transformed ones. The unfolding technique is one of the basic operations which is used by most program transformation systems. It consists in the replacement of a procedure-call by its definition. In CHR every conjunction of constraints can be considered as a procedure-call, every CHR rule can be considered as a procedure and the body of said rule represents the definition of the call. While there is a large body of literature on transformation and unfolding of sequential programs, very few papers have addressed this issue for concurrent languages. We define an unfolding rule, show its correctness and discuss some conditions in which it can be used to delete an unfolded rule while preserving the meaning of the original program. Finally, confluence and termination maintenance between the original and transformed programs are shown. This thesis is organized in the following manner. Chapter 1 gives some general notion about CHR. Section 1.1 outlines the history of programming languages with particular attention to CHR and related languages. Then, Section 1.2 introduces CHR using examples. Section 1.3 gives some preliminaries which will be used during the thesis. Subsequentely, Section 1.4 introduces the syntax and the operational and declarative semantics for the first CHR language proposed. Finally, the methodologies to solve the problem of trivial non-termination related to propagation rules are discussed in Section 1.5. Chapter 2 introduces a compositional semantics for CHR where the propagation rules are considered. In particular, Section 2.1 contains the definition of the semantics. Hence, Section 2.2 presents the compositionality results. Afterwards Section 2.3 expounds upon the correctness results. Chapter 3 presents a particular program transformation known as unfolding. This transformation needs a particular syntax called annotated which is introduced in Section 3.1 and its related modified operational semantics !0t is presented in Section 3.2. Subsequently, Section 3.3 defines the unfolding rule and prove its correctness. Then, in Section 3.4 the problems related to the replacement of a rule by its unfolded version are discussed and this in turn gives a correctness condition which holds for a specific class of rules. Section 3.5 proves that confluence and termination are preserved by the program modifications introduced. Finally, Chapter 4 concludes by discussing related works and directions for future work.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

Metadata editing: un'implementazione per Open Office

The purpose of this thesis is to enhance the functionalities of GAFFE, a flexible, interactive and user-friendly application for editing metadata in office documents by supporting different ontologies stored inside and outside of the digital document, by adding new views and forms and by improving its ease of use.

COBAMOS: Endnutzerprogrammierung auf Basis nachrichtenbasierter Komponentenvernetzung

Die Aufgabenstellung, welche dieser Dissertation zugrunde liegt, lässt sich kurz als die Untersuchung von komponentenbasierten Konzepten zum Einsatz in der Softwareentwicklung durch Endanwender beschreiben. In den letzten 20 bis 30 Jahren hat sich das technische Umfeld, in dem ein Großteil der Arbeitnehmer seine täglichen Aufgaben verrichtet, grundlegend verändert. Der Computer, früher in Form eines Großrechners ausschließlich die Domäne von Spezialisten, ist nun ein selbstverständlicher Bestandteil der täglichen Arbeit. Der Umgang mit Anwendungsprogrammen, die dem Nutzer erlauben in einem gewissen Rahmen neue, eigene Funktionalität zu definieren, ist in vielen Bereichen so selbstverständlich, dass viele dieser Tätigkeiten nicht bewusst als Programmieren wahrgenommen werden. Da diese Nutzer nicht notwendigerweise in der Entwicklung von Software ausgebildet sind, benötigen sie entsprechende Unterstützung bei diesen Tätigkeiten. Dies macht deutlich, welche praktische Relevanz die Untersuchungen in diesem Bereich haben. Zur Erstellung eines Programmiersystems für Endanwender wird zunächst ein flexibler Anwendungsrahmen entwickelt, welcher sich als Basis zur Erstellung solcher Systeme eignet. In Softwareprojekten sind sich ändernde Anforderungen und daraus resultierende Notwendigkeiten ein wichtiger Aspekt. Dies wird im Entwurf des Frameworks durch Konzepte zur Bereitstellung von wieder verwendbarer Funktionalität durch das Framework und Möglichkeiten zur Anpassung und Erweiterung der vorhandenen Funktionalität berücksichtigt. Hier ist zum einen der Einsatz einer serviceorientierten Architektur innerhalb der Anwendung und zum anderen eine komponentenorientierte Variante des Kommando-Musters zu nennen. Zum anderen wird ein Konzept zur Kapselung von Endnutzerprogrammiermodellen in Komponenten erarbeitet. Dieser Ansatz ermöglicht es, unterschiedliche Modelle als Grundlage der entworfenen Entwicklungsumgebung zu verwenden. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein Programmiermodell entworfen und unter Verwendung des zuvor genannten Frameworks implementiert. Damit dieses zur Nutzung durch Endanwender geeignet ist, ist eine Anhebung der zur Beschreibung eines Softwaresystems verwendeten Abstraktionsebene notwendig. Dies wird durch die Verwendung von Komponenten und einem nachrichtenbasierten Kompositionsmechanismus erreicht. Die vorgenommene Realisierung ist dabei noch nicht auf konkrete Anwendungsfamilien bezogen, diese Anpassungen erfolgen in einem weiteren Schritt für zwei unterschiedliche Anwendungsbereiche.

Poly(p-phenylen)-Derivate für die Anwendung in Leuchtdioden

Zusammenfassung Das 2,7-Polyfluoren (2,7-PF) wurde in neuer Zeit sowohl wegen seiner einfachen Synthese und hohen Fluoreszenzquantenausbeuten als auch seiner chemischen und thermischen Stabilität intensiv untersucht. Leider liegt das Emissionsmaximum von 2,7-PF in einem Bereich, bei dem das menschliche Auge nicht genügend Sensitivität aufweist. Das Leiter-Poly(p-phenylen) (LPPP) besitzt die optimale Wellenlänge. Jedoch zeigt das LPPP wegen seines steifen Rückgrates große Aggregationstendenz im Film auf, wodurch die Emissionsfarbe bathochrom verschoben und die Photolumineszenzquantenausbeute verringert wird. Es ist deshalb wünschenswert, Polymere zu synthetisieren, die eine längerwellige Emissionsbande als 2,7-PF und eine geringere Aggregationstendenz als LPPP 20 besitzen. Eine Reihe neuer blau emittierender Polymere auf der Basis von Indenofluoren- und Fluoren-Bausteinen mit geringer Aggregationstendenz, hoher thermischer und chemischer Stabilität sowie guter Verarbeitbarkeit wurden dargestellt. Die Polymere weisen eine hohe thermische Stabilität auf (Zersetzung ca.: 310 °C) und sind sehr gut löslich in organischen Lösungsmitteln. Das Absorptionsmaximum des 2,8-Polyindenofluoren (2,8-PIF) in Chloroform liegt bei 416 nm, das Emissionsmaximun bei 432 nm. Die Phasenumwandlungstemperatur beim PIF liegt ca. bei 260 °C. Leider zeigen 2,8-PIF Aggregationstendenzen im Film. Um die Aggregation komplett zu unterbinden, wurden Polyphenylene als Seitenketten an das Dibromfluoren angebracht. Anschließend wurde nach Yamamoto polymerisiert. Das dendritnische PF (DPF) weist die gleiche thermische Stabilität wie die PIFs 28 auf (Zersetzung: 340 °C). Das Polymer 62a ist sehr gut löslich in Toluol, Xylol und chlorierten organischen Lösungsmitteln. Die Absorptions- und Emissionsmaxima des DPFs in Lösung (Chloroform) weisen keine Veränderung gegenüber PF auf. Die Emissionsmaxima des DPFs im Film und nach dem Tempern (100 °C, 24 h) zeigen lediglich eine Verschiebung um 8 nm. Eine Aggregatenbande entsteht jedoch nicht. Dies unterstreicht die abschirmende Eigenschaft der dendritischen Substituenten. Durch Copolymerisation lassen sich die Eigenschaften von Polymeren variieren. Um die Aggregationstendenz der PIF-Derivate zu verringern, wurden die entsprechenden Monomere in verschiedenen Verhältnissen copolymerisiert. Durch die Copolymerisation wurde die PL-Quantenausbeute auf 50 % erhöht. Weiterhin wurden Copolymere von Indenofluoren und 9,10-Dibromanthracen, und erschiedenen Perylenen hergestellt, um zu blau, rot und grün emittierenden Polymeren zu gelangen. Alle blau emittierenden Polymeren wurden in Leuchtdioden untersucht. Das DPF und das Copolymer aus Indenofluoren und Anthracene wiesen die besten Eigenschaften hierfür auf.

Optical Design for Automatic Identification and Portable Systems

This thesis proposes design methods and test tools, for optical systems, which may be used in an industrial environment, where not only precision and reliability but also ease of use is important. The approach to the problem has been conceived to be as general as possible, although in the present work, the design of a portable device for automatic identification applications has been studied, because this doctorate has been funded by Datalogic Scanning Group s.r.l., a world-class producer of barcode readers. The main functional components of the complete device are: electro-optical imaging, illumination and pattern generator systems. For what concerns the electro-optical imaging system, a characterization tool and an analysis one has been developed to check if the desired performance of the system has been achieved. Moreover, two design tools for optimizing the imaging system have been implemented. The first optimizes just the core of the system, the optical part, improving its performance ignoring all other contributions and generating a good starting point for the optimization of the whole complex system. The second tool optimizes the system taking into account its behavior with a model as near as possible to reality including optics, electronics and detection. For what concerns the illumination and the pattern generator systems, two tools have been implemented. The first allows the design of free-form lenses described by an arbitrary analytical function exited by an incoherent source and is able to provide custom illumination conditions for all kind of applications. The second tool consists of a new method to design Diffractive Optical Elements excited by a coherent source for large pattern angles using the Iterative Fourier Transform Algorithm. Validation of the design tools has been obtained, whenever possible, comparing the performance of the designed systems with those of fabricated prototypes. In other cases simulations have been used.

Pervasive Sensing in Future Networks

Pervasive Sensing is a recent research trend that aims at providing widespread computing and sensing capabilities to enable the creation of smart environments that can sense, process, and act by considering input coming from both people and devices. The capabilities necessary for Pervasive Sensing are nowadays available on a plethora of devices, from embedded devices to PCs and smartphones. The wide availability of new devices and the large amount of data they can access enable a wide range of novel services in different areas, spanning from simple data collection systems to socially-aware collaborative filtering. However, the strong heterogeneity and unreliability of devices and sensors poses significant challenges. So far, existing works on Pervasive Sensing have focused only on limited portions of the whole stack of available devices and data that they can use, to propose and develop mainly vertical solutions. The push from academia and industry for this kind of services shows that time is mature for a more general support framework for Pervasive Sensing solutions able to enhance frail architectures, promote a well balanced usage of resources on different devices, and enable the widest possible access to sensed data, while ensuring a minimal energy consumption on battery-operated devices. This thesis focuses on pervasive sensing systems to extract design guidelines as foundation of a comprehensive reference model for multi-tier Pervasive Sensing applications. The validity of the proposed model is tested in five different scenarios that present peculiar and different requirements, and different hardware and sensors. The ease of mapping from the proposed logical model to the real implementations and the positive performance result campaigns prove the quality of the proposed approach and offer a reliable reference model, together with a direction for the design and deployment of future Pervasive Sensing applications.

Filologia Classica: dal segno, al suono, al significato

Il lavoro presenta le ricerche svolte ed i risultati ottenuti per consentire alle persone non vedenti lo studio quanto più autonomo del greco antico tramite sintesi vocale. Una introduzione storica ripercorre la prima vicenda professionale dell'esercizio della professione docente delle lettere classiche da parte di un soggetto privo di vista, mentre il riferimento alla legislazione contemporanea tenta di disegnare una cornice capace dei più moderni approdi supportati dalle tecnologie informatiche. La Tesi illustra infine il funzionamento dei vari dispositivi prodotti, mentre una importante appendice ripercorre le pubblicazioni via via curate dal Gruppo di Studio, accogliendo infine le trascrizioni dei codici di programmazione delle sintesi vocali realizzate. Essa affida così all'Università la prosecuzione delle ricerche delineando ulteriori ipotesi di sviluppo.

Helicity methods in LO and NLO QCD calculations

The goal of this thesis is the acceleration of numerical calculations of QCD observables, both at leading order and next–to–leading order in the coupling constant. In particular, the optimization of helicity and spin summation in the context of VEGAS Monte Carlo algorithms is investigated. In the literature, two such methods are mentioned but without detailed analyses. Only one of these methods can be used at next–to–leading order. This work presents a total of five different methods that replace the helicity sums with a Monte Carlo integration. This integration can be combined with the existing phase space integral, in the hope that this causes less overhead than the complete summation. For three of these methods, an extension to existing subtraction terms is developed which is required to enable next–to–leading order calculations. All methods are analyzed with respect to efficiency, accuracy, and ease of implementation before they are compared with each other. In this process, one method shows clear advantages in relation to all others.

Feature Versus Spatial Strategies by Orangutans (Pongo abelii) and Human Children (Homo sapiens) in a Cross-Dimensional Task

Despite the fact that photographic stimuli are used across experimental contexts with both human and nonhuman subjects, the nature of individuals' perceptions of these stimuli is still not well understood. In the present experiments, we tested whether three orangutans and 36 human children could use photographic information presented on a computer screen to solve a perceptually corresponding problem in the physical domain. Furthermore, we tested the cues that aided in this process by pitting featural information against spatial position in a series of probe trials. We found that many of the children and one orangutan were successfully able to use the information cross-dimensionally; however, the other two orangutans and almost a quarter of the children failed to acquire the task. Species differences emerged with respect to ease of task acquisition. More striking, however, were the differences in cues that participants used to solve the task: Whereas the orangutan used a spatial strategy, the majority of children used a feature one. Possible reasons for these differences are discussed from both evolutionary and developmental perspectives. The novel results found here underscore the need for further testing in this area to design appropriate experimental paradigms in future comparative research settings.

Metamemory judgments for familiar and unfamiliar tunes

Metamemory is an important skill that allows humans to monitor their own memory abilities; however, little research has concerned what perceptual information influences metamemory judgments. A series of experiments assessed the accuracy of metamemory judgments for music as well as determined if metamemory judgments are affected by ease of processing of musical features. A recognition memory task inconjunction with metamemory judgments (Judgments of Learning, or JOLs) were used to determine actual and predicted memory performance. We found that changing the ease of processing of the volume and timbre of unfamiliar tunes affected metamemory judgments, but not memory performance, for unfamiliar tunes. Manipulating the ease ofprocessing of the timbre and tempo of familiar tunes did not affect metamemory judgments or memory performance although metamemory accuracy on an item-by-item basis was better for familiar tunes as compared to unfamiliar tunes. Thus, metamemory judgments for unfamiliar tunes are more sensitive to ease of processing changes ascompared to familiar tunes, suggesting that different types of information are processed in different ways.

You Can't Touch This: Touch-free Navigation Through Radiological Images

Keyboards, mice, and touch screens are a potential source of infection or contamination in operating rooms, intensive care units, and autopsy suites. The authors present a low-cost prototype of a system, which allows for touch-free control of a medical image viewer. This touch-free navigation system consists of a computer system (IMac, OS X 10.6 Apple, USA) with a medical image viewer (OsiriX, OsiriX foundation, Switzerland) and a depth camera (Kinect, Microsoft, USA). They implemented software that translates the data delivered by the camera and a voice recognition software into keyboard and mouse commands, which are then passed to OsiriX. In this feasibility study, the authors introduced 10 medical professionals to the system and asked them to re-create 12 images from a CT data set. They evaluated response times and usability of the system compared with standard mouse/keyboard control. Users felt comfortable with the system after approximately 10 minutes. Response time was 120 ms. Users required 1.4 times more time to re-create an image with gesture control. Users with OsiriX experience were significantly faster using the mouse/keyboard and faster than users without prior experience. They rated the system 3.4 out of 5 for ease of use in comparison to the mouse/keyboard. The touch-free, gesture-controlled system performs favorably and removes a potential vector for infection, protecting both patients and staff. Because the camera can be quickly and easily integrated into existing systems, requires no calibration, and is low cost, the barriers to using this technology are low.

Computational Techniques for Spatial Logistic Regression with Large Datasets

In epidemiological work, outcomes are frequently non-normal, sample sizes may be large, and effects are often small. To relate health outcomes to geographic risk factors, fast and powerful methods for fitting spatial models, particularly for non-normal data, are required. We focus on binary outcomes, with the risk surface a smooth function of space. We compare penalized likelihood models, including the penalized quasi-likelihood (PQL) approach, and Bayesian models based on fit, speed, and ease of implementation. A Bayesian model using a spectral basis representation of the spatial surface provides the best tradeoff of sensitivity and specificity in simulations, detecting real spatial features while limiting overfitting and being more efficient computationally than other Bayesian approaches. One of the contributions of this work is further development of this underused representation. The spectral basis model outperforms the penalized likelihood methods, which are prone to overfitting, but is slower to fit and not as easily implemented. Conclusions based on a real dataset of cancer cases in Taiwan are similar albeit less conclusive with respect to comparing the approaches. The success of the spectral basis with binary data and similar results with count data suggest that it may be generally useful in spatial models and more complicated hierarchical models.

Optimized spectrally selective steady-state free precession sequences for cartilage imaging at ultra-high fields

OBJECT: Fat suppressed 3D steady-state free precession (SSFP) sequences are of special interest in cartilage imaging due to their short repetition time in combination with high signal-to-noise ratio. At low-to-high fields (1.5-3.0 T), spectral spatial (spsp) radio frequency (RF) pulses perform superiorly over conventional saturation of the fat signal (FATSAT pulses). However, ultra-high fields (7.0 T and more) may offer alternative fat suppression techniques as a result of the increased chemical shift. MATERIALS AND METHODS: Application of a single, frequency selective, RF pulse is compared to spsp excitation for water (or fat) selective imaging at 7.0 T. RESULTS: For SSFP, application of a single frequency selective RF pulse for selective water or fat excitation performs beneficially over the commonly applied spsp RF pulses. In addition to the overall improved fat suppression, the application of single RF pulses leads to decreased power depositions, still representing one of the major restrictions in the design and application of many pulse sequences at ultra-high fields. CONCLUSION: The ease of applicability and implementation of single frequency selective RF pulses at ultra-high-fields might be of great benefit for a vast number of applications where fat suppression is desirable or fat-water separation is needed for quantification purposes.

Comparisons between OMI SO2 data and ground-based SO2 measurements at Turrialba volcano

Turrialba is one of the largest and most active stratovolcanoes in the Central Cordillera of Costa Rica and an excellent target for validation of satellite data using ground based measurements due to its high elevation, relative ease of access, and persistent elevated SO2 degassing. The Ozone Monitoring Instrument (OMI) aboard the Aura satellite makes daily global observations of atmospheric trace gases and it is used in this investigation to obtain volcanic SO2 retrievals in the Turrialba volcanic plume. We present and evaluate the relative accuracy of two OMI SO2 data analysis procedures, the automatic Band Residual Index (BRI) technique and the manual Normalized Cloud-mass (NCM) method. We find a linear correlation and good quantitative agreement between SO2 burdens derived from the BRI and NCM techniques, with an improved correlation when wet season data are excluded. We also present the first comparisons between volcanic SO2 emission rates obtained from ground-based mini-DOAS measurements at Turrialba and three new OMI SO2 data analysis techniques: the MODIS smoke estimation, OMI SO2 lifetime, and OMI SO2 transect techniques. A robust validation of OMI SO2 retrievals was made, with both qualitative and quantitative agreements under specific atmospheric conditions, proving the utility of satellite measurements for estimating accurate SO2 emission rates and monitoring passively degassing volcanoes.