Supercondensadores

Uma nova tecnologia, os EDLC, também denominados por supercondensadores, tem-se tornado numa importante e aliciante área de interesse. Estes regem-se pelos mesmos princípios fundamentais dos condensadores clássicos, no entanto possibilitam receber capacidades superiores, devido a uma maior área de superfície e a um dielétrico menos espesso. Esta particularidade permite obter uma maior densidade energética, comparativamente com os condensadores clássicos e uma maior densidade de potência, comparativamente com as baterias. Consequentemente a utilização de supercondensadores tem aumentado, representando já uma alternativa fiável, segura e amiga do ambiente, em detrimento das baterias comuns. Assim, este projeto tem como principais objetivos, identificar os diferentes tipos de supercondensadores, apresentar as vantagens de cada tipo e explorar a sua resposta, quer no domínio das frequências quer no domínio dos tempos, e por fim modelá-los recorrendo a componentes elétricos clássicos, nomeadamente resistências e condensadores. A modelação foi realizada recorrendo ao MALTAB, através da função de minimização fminunc e foram construídos quatro modelos equivalentes, com o objetivo de modelar a resposta dos vários EDLC analisados. Por escassez de tempo o principal foco de análise recaiu sobre o EDLC de 0,022 F.

Automatic musical instrument recognition for multimedia indexing

Trabalho apresentado no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

Six thinking hats: A novel metalearner for intelligent decision support in electricity markets

The energy sector has suffered a significant restructuring that has increased the complexity in electricity market players' interactions. The complexity that these changes brought requires the creation of decision support tools to facilitate the study and understanding of these markets. The Multiagent Simulator of Competitive Electricity Markets (MASCEM) arose in this context, providing a simulation framework for deregulated electricity markets. The Adaptive Learning strategic Bidding System (ALBidS) is a multiagent system created to provide decision support to market negotiating players. Fully integrated with MASCEM, ALBidS considers several different strategic methodologies based on highly distinct approaches. Six Thinking Hats (STH) is a powerful technique used to look at decisions from different perspectives, forcing the thinker to move outside its usual way of thinking. This paper aims to complement the ALBidS strategies by combining them and taking advantage of their different perspectives through the use of the STH group decision technique. The combination of ALBidS' strategies is performed through the application of a genetic algorithm, resulting in an evolutionary learning approach.

Classificação de tumores de cancro na mama através de radar de banda ultra-larga de microondas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Programação genética

A Programação Genética (PG) é uma técnica de Aprendizagem de Máquina (Machine Learning (ML)) aplicada em problemas de otimização onde pretende-se achar a melhor solução num conjunto de possíveis soluções. A PG faz parte do paradigma conhecido por Computação Evolucionária (CE) que tem como inspiração à teoria da evolução natural das espécies para orientar a pesquisa das soluções. Neste trabalho, é avaliada a performance da PG no problema de previsão de parâmetros farmacocinéticos utilizados no processo de desenvolvimento de fármacos. Este é um problema de otimização onde, dado um conjunto de descritores moleculares de fármacos e os valores correspondentes dos parâmetros farmacocinéticos ou de sua atividade molecular, utiliza-se a PG para construir uma função matemática que estima tais valores. Para tal, foram utilizados dados de fármacos com os valores conhecidos de alguns parâmetros farmacocinéticos. Para avaliar o desempenho da PG na resolução do problema em questão, foram implementados diferentes modelos de PG com diferentes funções de fitness e configurações. Os resultados obtidos pelos diferentes modelos foram comparados com os resultados atualmente publicados na literatura e os mesmos confirmam que a PG é uma técnica promissora do ponto de vista da precisão das soluções encontradas, da capacidade de generalização e da correlação entre os valores previstos e os valores reais.

New visualization model for large scale biosignals analysis

Benefits of long-term monitoring have drawn considerable attention in healthcare. Since the acquired data provides an important source of information to clinicians and researchers, the choice for long-term monitoring studies has become frequent. However, long-term monitoring can result in massive datasets, which makes the analysis of the acquired biosignals a challenge. In this case, visualization, which is a key point in signal analysis, presents several limitations and the annotations handling in which some machine learning algorithms depend on, turn out to be a complex task. In order to overcome these problems a novel web-based application for biosignals visualization and annotation in a fast and user friendly way was developed. This was possible through the study and implementation of a visualization model. The main process of this model, the visualization process, comprised the constitution of the domain problem, the abstraction design, the development of a multilevel visualization and the study and choice of the visualization techniques that better communicate the information carried by the data. In a second process, the visual encoding variables were the study target. Finally, the improved interaction exploration techniques were implemented where the annotation handling stands out. Three case studies are presented and discussed and a usability study supports the reliability of the implemented work.

Human activity recognition with accelerometry: novel time and frequency features

Human Activity Recognition systems require objective and reliable methods that can be used in the daily routine and must offer consistent results according with the performed activities. These systems are under development and offer objective and personalized support for several applications such as the healthcare area. This thesis aims to create a framework for human activities recognition based on accelerometry signals. Some new features and techniques inspired in the audio recognition methodology are introduced in this work, namely Log Scale Power Bandwidth and the Markov Models application. The Forward Feature Selection was adopted as the feature selection algorithm in order to improve the clustering performances and limit the computational demands. This method selects the most suitable set of features for activities recognition in accelerometry from a 423th dimensional feature vector. Several Machine Learning algorithms were applied to the used accelerometry databases – FCHA and PAMAP databases - and these showed promising results in activities recognition. The developed algorithm set constitutes a mighty contribution for the development of reliable evaluation methods of movement disorders for diagnosis and treatment applications.

Botnet cluster identification

Botnets are a group of computers infected with a specific sub-set of a malware family and controlled by one individual, called botmaster. This kind of networks are used not only, but also for virtual extorsion, spam campaigns and identity theft. They implement different types of evasion techniques that make it harder for one to group and detect botnet traffic. This thesis introduces one methodology, called CONDENSER, that outputs clusters through a self-organizing map and that identify domain names generated by an unknown pseudo-random seed that is known by the botnet herder(s). Aditionally DNS Crawler is proposed, this system saves historic DNS data for fast-flux and double fastflux detection, and is used to identify live C&Cs IPs used by real botnets. A program, called CHEWER, was developed to automate the calculation of the SVM parameters and features that better perform against the available domain names associated with DGAs. CONDENSER and DNS Crawler were developed with scalability in mind so the detection of fast-flux and double fast-flux networks become faster. We used a SVM for the DGA classififer, selecting a total of 11 attributes and achieving a Precision of 77,9% and a F-Measure of 83,2%. The feature selection method identified the 3 most significant attributes of the total set of attributes. For clustering, a Self-Organizing Map was used on a total of 81 attributes. The conclusions of this thesis were accepted in Botconf through a submited article. Botconf is known conferênce for research, mitigation and discovery of botnets tailled for the industry, where is presented current work and research. This conference is known for having security and anti-virus companies, law enforcement agencies and researchers.

A era de um mercado social

O crescimento e a expansão das redes sociais trouxe novas formas de interação entre os seres humanos que se repercutem na vida real. Os textos partilhados nas redes sociais e as interações resultantes de todas as atividades virtuais têm vindo a ganhar um grande impacto no quotidiano da sociedade e no âmbito económico e financeiro, as redes sociais tem sido alvo de diversos estudos, particularmente em termos de previsão e descrição do mercado acionista (Zhang, Fuehres, & Gloor, 2011) (Bollen, Mao & Zheng, 2010). Nesta investigação percebemos se o sentimento do Twitter, rede social de microblogging, se relaciona diretamente com o mercado acionista, querendo assim compreender qual o impacto das redes sociais no mercado financeiro. Tentámos assim relacionar duas dimensões, social e financeira, de forma a conseguirmos compreender de que forma poderemos utilizar os valores de uma para prever a outra. É um tópico especialmente interessante para empresas e investidores na medida em que se tenta compreender se o que se diz de determinada empresa no Twitter pode ter relação com o valor de mercado dessa empresa. Usámos duas técnicas de análise de sentimentos, uma de comparação léxica de palavras e outra de machine learning para compreender qual das duas tinha uma melhor precisão na classificação dos tweets em três atributos, positivo, negativo ou neutro. O modelo de machine learning foi o modelo escolhido e relacionámos esses dados com os dados do mercado acionista através de um teste de causalidade de Granger. Descobrimos que para certas empresas existe uma relação entre as duas variáveis, sentimento do Twitter e alteração da posição da ação entre dois períodos de tempo no mercado acionista, esta última variável estando dependente da dimensão temporal em que agrupamos o nosso sentimento do Twitter. Este estudo pretendeu assim dar seguimento ao trabalho desenvolvido por Bollen, Mao e Zheng (2010) que descobriram que uma dimensão de sentimento (calma) consegue ser usada para prever a direção das ações do mercado acionista, apesar de terem rejeitado que o sentimento geral (positivo, negativo ou neutro) não se relacionava de modo global com o mercado acionista. No seu trabalho compararam o sentimento de todos os tweets de um determinado período sem exclusão com o índice geral de ações no mercado enquanto a metodologia adotada nesta investigação foi realizada por empresa e apenas nos interessaram tweets que se relacionavam com aquela empresa em específico. Com esta diferença obtemos resultados diferentes e certas empresas demonstravam que existia relação entre várias combinações, principalmente para empresas tecnológicas. Testamos o agrupamento do sentimento do Twitter em 3 minutos, 1 hora e 1 dia, sendo que certas empresas só demonstravam relação quando aumentávamos a nossa dimensão temporal. Isto leva-nos a querer que o sentimento geral da empresa, e se a mesma for uma empresa tecnológica, está ligado ao mercado acionista estando condicionada esta relação à dimensão temporal que possamos estar a analisar.

Métodos de aprendizagem automática: um estudo baseado na avaliação e previsão de clientes bancários

Data Mining surge, hoje em dia, como uma ferramenta importante e crucial para o sucesso de um negócio. O considerável volume de dados que atualmente se encontra disponível, por si só, não traz valor acrescentado. No entanto, as ferramentas de Data Mining, capazes de transformar dados e mais dados em conhecimento, vêm colmatar esta lacuna, constituindo, assim, um trunfo que ninguém quer perder. O presente trabalho foca-se na utilização das técnicas de Data Mining no âmbito da atividade bancária, mais concretamente na sua atividade de telemarketing. Neste trabalho são aplicados catorze algoritmos a uma base de dados proveniente do call center de um banco português, resultante de uma campanha para a angariação de clientes para depósitos a prazo com taxas de juro favoráveis. Os catorze algoritmos aplicados no caso prático deste projeto podem ser agrupados em sete grupos: Árvores de Decisão, Redes Neuronais, Support Vector Machine, Voted Perceptron, métodos Ensemble, aprendizagem Bayesiana e Regressões. De forma a beneficiar, ainda mais, do que a área de Data Mining tem para oferecer, este trabalho incide ainda sobre o redimensionamento da base de dados em questão, através da aplicação de duas estratégias de seleção de atributos: Best First e Genetic Search. Um dos objetivos deste trabalho prende-se com a comparação dos resultados obtidos com os resultados presentes no estudo dos autores Sérgio Moro, Raul Laureano e Paulo Cortez (Sérgio Moro, Laureano, & Cortez, 2011). Adicionalmente, pretende-se identificar as variáveis mais relevantes aquando da identificação do potencial cliente deste produto financeiro. Como principais conclusões, depreende-se que os resultados obtidos são comparáveis com os resultados publicados pelos autores mencionados, sendo os mesmos de qualidade e consistentes. O algoritmo Bagging é o que apresenta melhores resultados e a variável referente à duração da chamada telefónica é a que mais influencia o sucesso de campanhas similares.

From user browsing behaviour to user demographics

A Internet conta hoje com mais de 3 mil milhões de utilizadores e esse valor não para de aumentar. Desta forma, proporcionar uma experiência online agradável aos seus utilizadores é cada vez mais importante para as empresas. De modo a tirar partido dos benefícios deste crescimento, as empresas devem ser capazes de identificar os seus clientes-alvo dentro do total de utilizadores; e, subsequentemente, personalizar a sua experiência online. Existem diversas formas de estudar o comportamento online dos utilizadores; no entanto, estas não são ideais e existe uma ampla margem para melhoria. A inovação nesta área pode comportar um grande potencial comercial e até ser disruptiva. Com isto em mente, proponho-me a estudar a possível criacão de um sistema de aprendizagem automática (machine learning) que permita prever informa ações demográficas dos utilizadores estritamente com base no seu comportamento online. Tal sistema poderia constituir uma alternativa às atuais opções, que são mais invasivas; mitigando assim preocupações ao nível da proteção de dados pessoais. No primeiro capítulo (Introdução) explico a motivação para o estudo do comportamento dos utilizadores online por parte de empresas, e descrevo as opções disponíveis atualmente. Apresento também a minha proposta e o contexto em que assenta. O capítulo termina com a identicação de limitações que possam existir a priori. O segundo capítulo (Machine Learning) fornece uma introdução sobre machine learning, com o estudo dos algoritmos que vão ser utilizados e explicando como analisar os resultados. O terceiro capítulo (Implementação) explica a implementação do sistema proposto e descreve o sistema que desenvolvi no decorrer deste estudo, e como integra-lo em sistemas já existentes. No quarto capítulo (Análise e manipulação dos dados), mostro os dados compilados e explico como os recolhi e manipulei para testar a hipótese. No quinto capítulo (Análise de dados e discussão) vemos como e que os dados recolhidos foram usados pelos vários algoritmos para descobrir como se correlacionam com dados dos utilizadores e analiso e discuto os resultados observados. Por fim, o sexto e último capítulo apresenta as conclusões. Dependendo dos resultados, mostro como a hipótese poderia ser melhor testada, ou então discuto os próximos passos para tornar o sistema realidade.

Hand gesture recognition for human computer interaction : a comparative study of different image features

Hand gesture recognition for human computer interaction, being a natural way of human computer interaction, is an area of active research in computer vision and machine learning. This is an area with many different possible applications, giving users a simpler and more natural way to communicate with robots/systems interfaces, without the need for extra devices. So, the primary goal of gesture recognition research is to create systems, which can identify specific human gestures and use them to convey information or for device control. For that, vision-based hand gesture interfaces require fast and extremely robust hand detection, and gesture recognition in real time. In this study we try to identify hand features that, isolated, respond better in various situations in human-computer interaction. The extracted features are used to train a set of classifiers with the help of RapidMiner in order to find the best learner. A dataset with our own gesture vocabulary consisted of 10 gestures, recorded from 20 users was created for later processing. Experimental results show that the radial signature and the centroid distance are the features that when used separately obtain better results, with an accuracy of 91% and 90,1% respectively obtained with a Neural Network classifier. These to methods have also the advantage of being simple in terms of computational complexity, which make them good candidates for real-time hand gesture recognition.

Generic system for human-computer gesture interaction: applications on sign language recognition and robotic soccer refereeing

Hand gestures are a powerful way for human communication, with lots of potential applications in the area of human computer interaction. Vision-based hand gesture recognition techniques have many proven advantages compared with traditional devices, giving users a simpler and more natural way to communicate with electronic devices. This work proposes a generic system architecture based in computer vision and machine learning, able to be used with any interface for human-computer interaction. The proposed solution is mainly composed of three modules: a pre-processing and hand segmentation module, a static gesture interface module and a dynamic gesture interface module. The experiments showed that the core of visionbased interaction systems could be the same for all applications and thus facilitate the implementation. For hand posture recognition, a SVM (Support Vector Machine) model was trained and used, able to achieve a final accuracy of 99.4%. For dynamic gestures, an HMM (Hidden Markov Model) model was trained for each gesture that the system could recognize with a final average accuracy of 93.7%. The proposed solution as the advantage of being generic enough with the trained models able to work in real-time, allowing its application in a wide range of human-machine applications. To validate the proposed framework two applications were implemented. The first one is a real-time system able to interpret the Portuguese Sign Language. The second one is an online system able to help a robotic soccer game referee judge a game in real time.

Vision-based portuguese sign language recognition system

Vision-based hand gesture recognition is an area of active current research in computer vision and machine learning. Being a natural way of human interaction, it is an area where many researchers are working on, with the goal of making human computer interaction (HCI) easier and natural, without the need for any extra devices. So, the primary goal of gesture recognition research is to create systems, which can identify specific human gestures and use them, for example, to convey information. For that, vision-based hand gesture interfaces require fast and extremely robust hand detection, and gesture recognition in real time. Hand gestures are a powerful human communication modality with lots of potential applications and in this context we have sign language recognition, the communication method of deaf people. Sign lan- guages are not standard and universal and the grammars differ from country to coun- try. In this paper, a real-time system able to interpret the Portuguese Sign Language is presented and described. Experiments showed that the system was able to reliably recognize the vowels in real-time, with an accuracy of 99.4% with one dataset of fea- tures and an accuracy of 99.6% with a second dataset of features. Although the im- plemented solution was only trained to recognize the vowels, it is easily extended to recognize the rest of the alphabet, being a solid foundation for the development of any vision-based sign language recognition user interface system.

Generic system for human-computer gesture interaction

Hand gestures are a powerful way for human communication, with lots of potential applications in the area of human computer interaction. Vision-based hand gesture recognition techniques have many proven advantages compared with traditional devices, giving users a simpler and more natural way to communicate with electronic devices. This work proposes a generic system architecture based in computer vision and machine learning, able to be used with any interface for humancomputer interaction. The proposed solution is mainly composed of three modules: a pre-processing and hand segmentation module, a static gesture interface module and a dynamic gesture interface module. The experiments showed that the core of vision-based interaction systems can be the same for all applications and thus facilitate the implementation. In order to test the proposed solutions, three prototypes were implemented. For hand posture recognition, a SVM model was trained and used, able to achieve a final accuracy of 99.4%. For dynamic gestures, an HMM model was trained for each gesture that the system could recognize with a final average accuracy of 93.7%. The proposed solution as the advantage of being generic enough with the trained models able to work in real-time, allowing its application in a wide range of human-machine applications.