Integrazione di reti neurali con approcci simbolici per problemi di ragionamento deduttivo in linguaggio naturale

Uno degli obiettivi più ambizioni e interessanti dell'informatica, specialmente nel campo dell'intelligenza artificiale, consiste nel raggiungere la capacità di far ragionare un computer in modo simile a come farebbe un essere umano. I più recenti successi nell'ambito delle reti neurali profonde, specialmente nel campo dell'elaborazione del testo in linguaggio naturale, hanno incentivato lo studio di nuove tecniche per affrontare tale problema, a cominciare dal ragionamento deduttivo, la forma più semplice e lineare di ragionamento logico. La domanda fondamentale alla base di questa tesi è infatti la seguente: in che modo una rete neurale basata sull'architettura Transformer può essere impiegata per avanzare lo stato dell'arte nell'ambito del ragionamento deduttivo in linguaggio naturale? Nella prima parte di questo lavoro presento uno studio approfondito di alcune tecnologie recenti che hanno affrontato questo problema con intuizioni vincenti. Da questa analisi emerge come particolarmente efficace l'integrazione delle reti neurali con tecniche simboliche più tradizionali. Nella seconda parte propongo un focus sull'architettura ProofWriter, che ha il pregio di essere relativamente semplice e intuitiva pur presentando prestazioni in linea con quelle dei concorrenti. Questo approfondimento mette in luce la capacità dei modelli T5, con il supporto del framework HuggingFace, di produrre più risposte alternative, tra cui è poi possibile cercare esternamente quella corretta. Nella terza e ultima parte fornisco un prototipo che mostra come si può impiegare tale tecnica per arricchire i sistemi tipo ProofWriter con approcci simbolici basati su nozioni linguistiche, conoscenze specifiche sul dominio applicativo o semplice buonsenso. Ciò che ne risulta è un significativo miglioramento dell'accuratezza rispetto al ProofWriter originale, ma soprattutto la dimostrazione che è possibile sfruttare tale capacità dei modelli T5 per migliorarne le prestazioni.

Progettazione e simulazione di un attacco sniffing su un dispositivo wearable

Oggigiorno, grazie al progresso tecnologico nel settore informatico e alla vasta diffusione dei dispositivi mobili all'interno del mercato mondiale, numerose sono le persone che utilizzando questi prodotti all'interno della vita di tutti giorni e.g. smartphone, smartwatch, smartband, auricolari, tablet, ecc. Per poter utilizzare questi dispositivi, spesso è necessario l'impiego di applicazioni apposite installate sui cellulari di ultima generazione e collegate ai dispositivi che permettono il controllo, la gestione e la raccolta dei dati relativo all'oggetto in questione. Oltre a facilitare le attività giornaliere, questi programmi, potrebbero causare dei problemi agli utenti a causa della ridotta o mancata sicurezza, poiché le informazioni personali come credenziali d'accesso, dati salutistici oppure quelli inerenti ai metodi di pagamento possono essere soggetti ad attacchi informatici. Questa tesi consiste nell'elaborazione di un software composto da un'applicazione Android, uno script Batch e dall'uso di programmi di terze parti, per poter effettuare la simulazione di un attacco sniffing in modo da poter intercettare i dati trasmessi, quali credenziali di accesso, OTP, tramite la tecnologia Bluetooth Low Energy.

Studio delle ruote di reazione per il controllo di assetto e progetto di un banco prova per CubeSat

Il seguente elaborato, che riporta il lavoro di tesi svolto presso il Laboratorio di microsatelliti e microsistemi spaziali dell’Università di Bologna, parte dallo studio e dallo sviluppo di un modello relativo all’attuazione di ruote di reazione montate a bordo di un nanosatellite tramite l’utilizzo del software Matlab. Successivamente tali concetti sono stati utilizzati per lo sviluppo di una piattaforma testbed adibita alla valutazione del sottosistema di determinazione e controllo di assetto di un satellite, in questo caso delle dimensioni standard 1U. Si è partiti da un progetto di base già presente in laboratorio con la necessità però di aggiornarlo, introducendo miglioramenti su alcuni aspetti tecnici. Per fare ciò, si sono valutati i requisiti fondamentali di progetto, per poi valutare le molteplici soluzioni riguardanti tutti gli aspetti, dalle guide di scorrimento ai sistemi di fissaggio per il satellite, ognuna di esse considerando pro e contro attentamente analizzati al fine di giungere al miglior compromesso. Molte delle scelte progettuali sono scaturite a seguito di analisi quantitative al fine di garantire il corretto funzionamento della piattaforma ed ottenere, quindi, risultati quanto più affidabili a seguito dei test.

Metodologie per la progettazione di eliche aeronautiche

Studio dei metodi di progettazione per lo sviluppo di eliche aeronautiche. Come caso di studio è stata scelta la progettazione di un’elica che ottimizzi le prestazioni del Risen, prodotto dalla Porto Aviation Group. Questo ultraleggero monta motore Rotax915IS, che eroga una potenza considerevolmente maggiore rispetto ai motori adottati in precedenza: sono state, quindi, progettate una serie di eliche in grado di convertire in maniera efficiente la coppia ricevuta in spinta nelle diverse fasi di volo del velivolo. E' incluso nella tesi uno studio di sensitività in cui è stato verificato come varia la spinta in funzione dei diversi parametri costruttivi dell'elica aeronautica. Lo sviluppo dell’elica avviene attraverso il seguente percorso: 1) definizione parametri di volo e funzionamento motore del velivolo a cui accoppiare l'elica, 2) studio delle prestazioni dell'aereo con le eliche già disponibili così da potere validare i calcoli, 3) stima delle prestazioni dell'aereo in seguito a variazioni delle caratteristiche geometriche della pala; 4) sintesi caratteristiche costruttive per ottenere una pala in grado di fornire prestazioni soddisfacenti in ogni fase del volo. Gli studi sono stati supportati da analisi su codici software commerciali, al fine di valutare l’influenza dei parametri costruttivi sulle prestazioni del velivolo a cui viene accoppiata l'elica. Lo studio ha condotto allo sviluppo di cinque pale, una delle quali presenta ottime prestazioni.

tecniche di machine learning per la predizione del rating delle applicazioni all’interno di un play store

Il mio progetto di tesi ha come obiettivo quello di creare un modello in grado di predire il rating delle applicazioni presenti all’interno del Play Store, uno dei più grandi servizi di distribuzione digitale Android. A tale scopo ho utilizzato il linguaggio Python, che grazie alle sue librerie, alla sua semplicità e alla sua versatilità è certamen- te uno dei linguaggi più usati nel campo dell’intelligenza artificiale. Il punto di partenza del mio studio è stato il Dataset (Insieme di dati strutturati in forma relazionale) “Google Play Store Apps” reperibile su Kaggle al seguente indirizzo: https://www.kaggle.com/datasets/lava18/google-play-store-apps, contenente 10841 osservazioni e 13 attributi. Dopo una prima parte relativa al caricamen- to, alla visualizzazione e alla preparazione dei dati su cui lavorare, ho applica- to quattro di↵erenti tecniche di Machine Learning per la stima del rating delle applicazioni. In particolare, sono state utilizzate:https://www.kaggle.com/datasets/lava18/google-play-store-apps, contenente 10841 osservazioni e 13 attributi. Dopo una prima parte relativa al caricamento, alla visualizzazione e alla preparazione dei dati su cui lavorare, ho applicato quattro differenti tecniche di Machine Learning per la stima del rating delle applicazioni: Ridje, Regressione Lineare, Random Forest e SVR. Tali algoritmi sono stati applicati attuando due tipi diversi di trasformazioni (Label Encoding e One Hot Encoding) sulla variabile ‘Category’, con lo scopo di analizzare come le suddette trasformazioni riescano a influire sulla bontà del modello. Ho confrontato poi l’errore quadratico medio (MSE), l’errore medio as- soluto (MAE) e l’errore mediano assoluto (MdAE) con il fine di capire quale sia l’algoritmo più efficiente.

Analisi e implementazione di un sistema di autorizzazione compatibile con token OAuth 2.0 e certificati VOMS

Il Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) è una collaborazione internazionale costituita da decine di centri di calcolo distribuiti globalmente, la cui missione consiste nell'elaborazione delle grandi quantità di dati prodotti dai maggiori esperimenti di Fisica delle Alte Energie, in particolare quelli al CERN di Ginevra. Uno di questi centri di calcolo è ospitato presso il CNAF dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare a Bologna, che contribuisce anche allo sviluppo di middleware per la gestione dell'infrastruttura. Molti componenti di tale middleware, che hanno funzionalità e scopi diversi, richiedono un servizio di autorizzazione versatile e compatibile con i meccanismi di autenticazione attualmente in uso, basati su token OAuth 2.0 e su certificati VOMS Proxy. In questa tesi si analizzerà l'architettura e l'implementazione di un proof-of-concept di un sistema di autorizzazione che soddisfi queste necessità, enfatizzando l'integrazione delle tecniche di autenticazione citate. Per dimostrare la sua versatilità, verrà illustrato il processo di interfacciamento con un componente middleware attualmente in sviluppo al CNAF. Il risultato finale ottenuto è un sistema che rispetta i vincoli richiesti e si integra facilmente con servizi eterogenei.

Progetto preliminare e modellazione CAD di UAV ad ala rotante per impieghi agricoli

In questa tesi viene descritto uno studio preliminare su un velivolo ad ala rotante UAV (Unmanned Aerial Veichle) per supportare l'agricoltura di precisione. E' stato implementato in ambiente Matlab un semplice modello matematico per stimare la trazione del rotore principale in un elicottero. Successivamente, è stata presa in considerazone una meccanica commerciale per modellismo che potrebbe essere adottata per sveltire i tempi di sviluppo di questo UAV: la Graupner UNI-Mechanics 2000. E' stato, quindi, modellato al CAD un prototipo di struttura da realizzare tramite tecniche di Additive Manufacturing: questa parte è stata concepita per essere collegata alla meccanica dell'elicottero e può ospitare due taniche contenenti le sostanze da irrorare sulle colture. A livello di sviluppo futuro, si propone di applicare tecniche di ottimizzazione topologica alla struttura di collegamento per ottenere uno sfruttamento ottimale del materiale e ridurre le masse di questo componente.

Sviluppo di un modello Simulink per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria

Obiettivo di questo progetto di tesi è la realizzazione di un modello per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria: l’elettrificazione in ambito automotive richiede un approfondito studio delle problematiche termiche allo scopo di incrementare l’efficienza del veicolo, le performance e la vita della batteria. In particolare, l’oggetto di ricerca consiste nella modellazione di una pompa di calore. Partendo dalla definizione dei requisiti e degli obiettivi del sistema di gestione termica, ogni componente della pompa di calore viene analizzato modellato e connesso all’intero sistema. La modellazione è stata affrontata mediante l’utilizzo dell’ambiente MATLAB/Simulink. Il primo passo è stato avanzato nell’analisi del ciclo termodinamico ideale, analizzando il comportamento di vari fluidi frigorigeni, la funzionalità dei singoli componenti e l’interazione di quest’ultimi al variare delle condizioni di funzionamento, principalmente potenze scambiate, pressioni, temperature e portata massica di refrigerante. Il principale lavoro di simulazione è legato alla realizzazione di un modello configurabile dell’intero apparato di gestione termica della batteria per un veicolo elettrico. Per mezzo dello studio delle relazioni termodinamiche dei componenti principali del ciclo frigorifero sono state valutate tutte le grandezze che variano durante le trasformazioni che compie il fluido refrigerante all’interno del ciclo frigorifero. L’attività di validazione del modello implementato è stata svolta mediante il confronto tra le condizioni del fluido refrigerante determinate mediante le relazioni termodinamiche e quelle ottenute valutando le trasformazioni sui diagrammi di stato dei fluidi frigorigeni trattati. Il modello implementato è da ritenersi primordiale nel contesto legato alla modellazione e controllo dei sistemi di gestione termica per i sistemi propulsivi dei veicoli elettrici a batteria.

Verifica di un rilevatore preliminare di collisioni tra oggetti orbitanti utilizzando Two Line Elements

Lo scopo principale di questo elaborato di tesi è stato lo sviluppo del rilevatore di collisioni descritto nell’articolo di Alfano "Sulla selezione dei parametri dei filtri per la congiunzione satellitare" in ambiente Matlab. Questo andrà a far parte di un simulatore complessivo, elaborato nella tesi di laurea di Boccolari Elisa. Nel simulatore presentato si vanno ad identificare possibili collisioni di satelliti utilizzando tre tipi di ricerche diverse. Uno di questi è proprio il rilevatore descritto, in particolare si tratta del ramo di ricerca “1 vs tutti”. Alfano et al. descrive un rilevatore costituito da tre filtri in cascata. Il loro scopo è quello di identificare rapidamente coppie di satelliti (da un catalogo di oggetti orbitanti nel formato TLE) che non sono abbastanza vicini in un periodo di tempo stabilito, da poter essere considerati un pericolo, e che non vengono considerate per ulteriori computazioni. Il presente documento parte descrivendo gli strumenti matematici ed i formati dei dati utilizzati nel lavoro, passando poi a descrivere lo sviluppo del codice stesso con i filtri, fino al test del rilevatore completo. Le conclusioni sintetizzano infine i risultati raggiunti.

Implementazione di ambiente simulativo per validazione di sistemi di navigazione GPS in LEO

Il lavoro di questa tesi è stato implementare su Matlab un algoritmo numerico che permettesse di determinare la posizione di un utilizzatore mediante misure GPS. In particolare, dopo un'introduzione al sistema GPS e alla navigazione GPS, è stato analizzato il contenuto dei LOG di ESEO e si è proceduto all'implementazione dell'algoritmo sul calcolatore. Lo scopo ultimo della tesi è stato verificare l'accuratezza di tale algoritmo, mediante il calcolo degli errori con le posizioni reali e mediante una verifica tramite calcolo del range geometrico.

Implementazione e caratterizzazione di PLL digitali per doppler tracking di sonde deep space

I Phase-Locked Loops sono circuiti ancora oggi utilizzati per la generazione di segnali coerenti in frequenza e in fase con i segnali in ingresso, motivo per cui sono uno degli strumenti della radio scienza per la ricostruzione dei segnali scambiati con le sonde e nascosti dal rumore accumulato nel tragitto che separa le sonde stesse dalle stazioni di tracking a terra. Questa tesi illustra l'implementazione di un PLL digitale linearizzato in Matlab e Simulink in una nuova veste rispetto al modello implementato durante l'attività di tirocinio curricolare, al fine di migliorarne le prestazioni per bassi carrier-to-noise density ratios. Il capitolo 1 si compone di due parti: la prima introduce all'ambito nel quale si inserisce il lavoro proposto, ossia la determinazione d'orbita; la seconda illustra i fondamenti della teoria dei segnali. Il capitolo 2 è incentrato sull'analisi dei Phase-Locked Loops, partendo da un'introduzione teorica e approdando all'implementazione di un modello in Simulink. Il capitolo 3, infine, mostra i risultati dell'applicazione del modello implementato in Simulink nell'analisi dei segnali di una missione realmente svolta.

Rilievo e modellazione 3D di un’opera idraulica storica e del suo contesto

L'elaborato di tesi affronta le tematiche legate al rilievo tridimensionale di un'opera idraulica storica, georeferenziato nel proprio contesto territoriale per supportare applicazioni di gestione, manutenzione e protezione civile. Si illustrano le tecniche geomatiche adottate e la loro integrazione, evidenziando in particolare le procedure adottate nella elaborazione della nuvola di punti derivante dalla fusione di rilievi fotogrammetrici e con laser a scansione. Sono infine presentati alcuni dei prodotti realizzati.

Implementazione di reti neurali per missioni di telerilevamento satellitare da immagini iperspettrali

L’utilizzo di reti neurali, applicate a immagini iperspettrali, direttamente a bordo di un satellite, permetterebbe una stima tempestiva ed aggiornata di alcuni parametri del suolo, necessari per ottimizzare il processo di fertilizzazione in agricoltura. Questo elaborato confronta due modelli derivati dalle reti EfficientNet-Lite0 ed EdgeNeXt per la stima del valore di pH del terreno e delle concentrazioni di Potassio (K), Pentossido di Fosforo (P2O5) e Magnesio (Mg) da immagini iperspettrali raffiguranti campi agricoli. Sono stati inoltre testati due metodi di riduzione delle bande: l’Analisi delle Componenti Principali (PCA) e un algoritmo di selezione basato sull’Orthogonal Subspace Projection (OSP). Lo scopo è ridurre le dimensioni delle immagini al fine di limitare le risorse necessarie all’inferenza delle reti, pur preservandone l’accuratezza. L’esecuzione in tempo reale (23.6 fps) della migliore soluzione ottenuta sul sistema embedded Dev Board Mini ne dimostra l’applicabilità a bordo di nanosatelliti.

Il teorema di Jordan nella teoria delle serie di Fourier

Nella presente tesi si studia il teorema di Jordan e se ne analizzano le sue applicazioni. La trattazione è suddivisa in tre capitoli e un'appendice di approfondimento sulla funzione di Vitali. Nel primo capitolo, inizialmente, vengono introdotte le funzioni a variazione totale limitata, provando anche una loro caratterizzazione. Poi sono definite le serie di Fourier e si pone attenzione al lemma di Riemann-Lebesgue e al teorema di localizzazione di Riemann. Infine sono enunciati alcuni criteri di convergenza puntale e uniforme. Nel secondo capitolo, viene enunciato e dimostrato il teorema di Jordan. Verrà introdotto, inizialmente, una generalizzazione del teorema della media integrale, necessario per la prova del teorema di Jordan. Il terzo capitolo è dedicato alle applicazione del teorema di Jordan. Infatti si dimostra che ogni serie di Fourier può essere integrata termine a termine su ogni intervallo compatto. Di tale applicazione se ne darà anche una formulazione duale. Infine, nell'appendice, viene costruita la funzione di Vitali e ne sono riportate alcune delle sue proprietà.

Formule di rappresentazione e disuguaglianze di Sobolev e Poincaré

La tesi si suddivide in tre capitoli. Nel primo capitolo viene presentata una prima dimostrazione della disuguaglianza di Sobolev. La prova del Capitolo 1 si basa in modo essenziale sul fatto che R^ n è prodotto cartesiano di R per se stesso n volte. Nel Capitolo 2 si introducono i cosiddetti potenziali di Riesz Iα, con 0 < α < n che sono una tra le più importanti classi di operatori di convoluzione. Vediamo come sia possibile legare la teoria di questi operatori di tipo integrale frazionario a formule di rappresentazione . Il teorema principale di questo capitolo è il teorema di Hardy-Littlewood-Sobolev: si forniscono stime in norma L^p per tali operatori. La prova di tale teorema che qui abbiamo fornito segue l’idea di dimostrazione di Hedberg ed è basata sull’uso della disuguaglianza di Holder e sulle stime per la funzione massimale di Hardy-Littlewood. Le stime per il nucleo di Riesz I_1 sono state utilizzate nel Capitolo 3 per dimostrare le disuguaglianze di Sobolev e Poincaré nel caso p ∈]1, n[. Il caso p = 1 viene trattato a parte in quanto, nel caso p = 1, il teorema di Hardy-Littlewood- Sobolev fornisce solo una stima di tipo debole per il nucleo di Riesz I_1. Questo tipo di approccio, mediante le formule di rappresentazione, ha il vantaggio che può essere adattato a contesti geometrici diversi da quello Euclideo e a misure diverse della misura di Lebesgue. Infine, sempre nel Capitolo 3 abbiamo dato un breve cenno del collegamento che si ha tra la disuguaglianza di Sobolev nel caso p=1 e il problema isoperimetrico in R^n.