Rely-guarantee protocols for safe interference over shared memory

Mutable state can be useful in certain algorithms, to structure programs, or for efficiency purposes. However, when shared mutable state is used in non-local or nonobvious ways, the interactions that can occur via aliases to that shared memory can be a source of program errors. Undisciplined uses of shared state may unsafely interfere with local reasoning as other aliases may interleave their changes to the shared state in unexpected ways. We propose a novel technique, rely-guarantee protocols, that structures the interactions between aliases and ensures that only safe interference is possible. We present a linear type system outfitted with our novel sharing mechanism that enables controlled interference over shared mutable resources. Each alias is assigned separate, local roles encoded in a protocol abstraction that constrains how an alias can legally use that shared state. By following the spirit of rely-guarantee reasoning, our rely-guarantee protocols ensure that only safe interference can occur but still allow many interesting uses of shared state, such as going beyond invariant and monotonic usages. This thesis describes the three core mechanisms that enable our type-based technique to work: 1) we show how a protocol models an alias’s perspective on how the shared state evolves and constrains that alias’s interactions with the shared state; 2) we show how protocols can be used while enforcing the agreed interference contract; and finally, 3) we show how to check that all local protocols to some shared state can be safely composed to ensure globally safe interference over that shared memory. The interference caused by shared state is rooted at how the uses of di↵erent aliases to that state may be interleaved (perhaps even in non-deterministic ways) at run-time. Therefore, our technique is mostly agnostic as to whether this interference was the result of alias interleaving caused by sequential or concurrent semantics. We show implementations of our technique in both settings, and highlight their di↵erences. Because sharing is “first-class” (and not tied to a module), we show a polymorphic procedure that enables abstract compositions of protocols. Thus, protocols can be specialized or extended without requiring specific knowledge of the interference produce by other protocols to that state. We show that protocol composition can ensure safety even when considering abstracted protocols. We show that this core composition mechanism is sound, decidable (without the need for manual intervention), and provide an algorithm implementation.

Quadratic programming versus second order con programming in portfolio optimization

Despite the extensive literature in finding new models to replace the Markowitz model or trying to increase the accuracy of its input estimations, there is less studies about the impact on the results of using different optimization algorithms. This paper aims to add some research to this field by comparing the performance of two optimization algorithms in drawing the Markowitz Efficient Frontier and in real world investment strategies. Second order cone programming is a faster algorithm, appears to be more efficient, but is impossible to assert which algorithm is better. Quadratic Programming often shows superior performance in real investment strategies.

Implementação de um modelo de geometric semantic genetic programming para aplicação naval

Recaí sob a responsabilidade da Marinha Portuguesa a gestão da Zona Económica Exclusiva de Portugal, assegurando a sua segurança da mesma face a atividades criminosas. Para auxiliar a tarefa, é utilizado o sistema Oversee, utilizado para monitorizar a posição de todas as embarcações presentes na área afeta, permitindo a rápida intervenção da Marinha Portuguesa quando e onde necessário. No entanto, o sistema necessita de transmissões periódicas constantes originadas nas embarcações para operar corretamente – casos as transmissões sejam interrompidas, deliberada ou acidentalmente, o sistema deixa de conseguir localizar embarcações, dificultando a intervenção da Marinha. A fim de colmatar esta falha, é proposto adicionar ao sistema Oversee a capacidade de prever as posições futuras de uma embarcação com base no seu trajeto até à cessação das transmissões. Tendo em conta os grandes volumes de dados gerados pelo sistema (históricos de posições), a área de Inteligência Artificial apresenta uma possível solução para este problema. Atendendo às necessidades de resposta rápida do problema abordado, o algoritmo de Geometric Semantic Genetic Programming baseado em referências de Vanneschi et al. apresenta-se como uma possível solução, tendo já produzido bons resultados em problemas semelhantes. O presente trabalho de tese pretende integrar o algoritmo de Geometric Semantic Genetic Programming desenvolvido com o sistema Oversee, a fim de lhe conceder capacidades preditivas. Adicionalmente, será realizado um processo de análise de desempenho a fim de determinar qual a ideal parametrização do algoritmo. Pretende-se com esta tese fornecer à Marinha Portuguesa uma ferramenta capaz de auxiliar o controlo da Zona Económica Exclusiva Portuguesa, permitindo a correta intervenção da Marinha em casos onde o atual sistema não conseguiria determinar a correta posição da embarcação em questão.

Unfuzzying fuzzy parsing

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Mapeamento do uso e cobertura da terra a partir da segmentação e classificação de imagens-fração solo, sombra e vegetação derivadas do modelo linear de mistura aplicado a dados do sensor TM/Landsat5, na região do reservatório de Tucuruí - PA

Técnicas de sensoriamento remoto são fundamentais para o monitoramento das mudanças de uso da terra, principalmente em áreas extensas como a Amazônia. O mapeamento de uso da terra, geralmente é realizado por métodos de classificação manual ou digital pixel a pixel, os quais consomem muito tempo. Este estudo aborda a aplicação do modelo linear de mistura em uma imagem Landsat-TM segmentada para o mapeamento das classes de uso da terra na região do reservatório de Tucuruí-PA para os anos de 1996 e 2001.

Detecção de cicatrizes de áreas queimadas baseada no modelo linear de mistura espectral e imagens índice de vegetação utilizando dados multitemporais do sensor MODIS/TERRA no estado do Mato Grosso, Amazônia brasileira

O objetivo desta pesquisa foi avaliar os dados do sensor MODIS para detectar e monitorar cicatrizes de áreas recém queimadas. Utilizamos imagens da reflectância de superfície do sensor MODIS: produto MOD09 (dia 5 de outubro) e produto MOD13A1 (meses de outubro e novembro). Foi avaliada também uma série temporal de um ano dos índices de vegetação (IV) EVI e NDVI (produto MOD13A1). Uma imagem do sensor ETM+ (dia 5 de outubro) foi utilizada como base para a delimitação dos polígonos amostrais e avaliação dos dados MODIS devido a sua melhor resolução espacial. A metodologia focou na aplicação do modelo linear de mistura espectral nas imagens reflectância para a geração das imagens fração sombra. Análises de regressão foram efetuadas para comparação entre o percentual de sombra derivado da imagem ETM+ e das imagens MODIS. As alterações multitemporais nas imagens IV foram avaliadas com base no teste de Tukey. Os resultados mostraram que a imagem fração sombra gerada a partir do produto MOD09 apresentou um R² = 0,66 (p < 0,01) em relação aos dados ETM+. Para as imagens do produto MOD13A1 não foram identificadas relações significativas. Os IV dentro dos mesmos polígonos apresentaram uma variação sazonal durante o ano. No entanto, não houve uma diminuição significativa dos valores destes índices nos meses onde foram observadas as cicatrizes de áreas recém queimadas. Portanto, o produto MOD09 mostrou-se mais eficiente que o produto MOD13A1 para a detecção de cicatrizes de áreas recém queimadas. A análise multitemporal dos IV sugeriu que não foi possível detectar este mesmo padrão na área de estudo.

Otimização com restrições de complementaridade: algoritmos e aplicações

Tese de Doutoramento em Engenharia Industrial e de Sistemas (PDEIS)

Fuzzy maintenance costs of a wind turbine pitch control device

This paper deals with the problem of estimation maintenance costs for the case of the pitch controls system of wind farms turbines. Previous investigations have estimated these costs as (traditional) “crisp” values, simply ignoring the uncertainty nature of data and information available. This paper purposes an extended version of the estimation model by making use of the Fuzzy Set Theory. The results alert decision-makers to consequent uncertainty of the estimations along with their overall level, thus improving the information given to the mainte-nance support system.

Logic programming and artificial neural networks in breast cancer detection

About 90% of breast cancers do not cause or are capable of producing death if detected at an early stage and treated properly. Indeed, it is still not known a specific cause for the illness. It may be not only a beginning, but also a set of associations that will determine the onset of the disease. Undeniably, there are some factors that seem to be associated with the boosted risk of the malady. Pondering the present study, different breast cancer risk assessment models where considered. It is our intention to develop a hybrid decision support system under a formal framework based on Logic Programming for knowledge representation and reasoning, complemented with an approach to computing centered on Artificial Neural Networks, to evaluate the risk of developing breast cancer and the respective Degree-of-Confidence that one has on such a happening.

Electronic transport across linear defects in graphene

We investigate the low-energy electronic transport across grain boundaries in graphene ribbons and infinite flakes. Using the recursive Green’s function method, we calculate the electronic transmission across different types of grain boundaries in graphene ribbons. We show results for the charge density distribution and the current flow along the ribbon. We study linear defects at various angles with the ribbon direction, as well as overlaps of two monolayer ribbon domains forming a bilayer region. For a class of extended defect lines with periodicity 3, an analytic approach is developed to study transport in infinite flakes. This class of extended grain boundaries is particularly interesting, since the K and K0 Dirac points are superposed.

Wear of PEEK-Ti6Al4V systems under micro-abrasion and linear sliding conditions

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica

Desenvolvimento e otimização do projeto mecatrónico para um Tribómetro Linear

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

A linear algebra approach to OLAP

Inspired by the relational algebra of data processing, this paper addresses the foundations of data analytical processing from a linear algebra perspective. The paper investigates, in particular, how aggregation operations such as cross tabulations and data cubes essential to quantitative analysis of data can be expressed solely in terms of matrix multiplication, transposition and the Khatri–Rao variant of the Kronecker product. The approach offers a basis for deriving an algebraic theory of data consolidation, handling the quantitative as well as qualitative sides of data science in a natural, elegant and typed way. It also shows potential for parallel analytical processing, as the parallelization theory of such matrix operations is well acknowledged.

Towards the design and implementation of aspect-oriented programming for spreadsheets

A spreadsheet usually starts as a simple and singleuser software artifact, but, as frequent as in other software systems, quickly evolves into a complex system developed by many actors. Often, different users work on different aspects of the same spreadsheet: while a secretary may be only involved in adding plain data to the spreadsheet, an accountant may define new business rules, while an engineer may need to adapt the spreadsheet content so it can be used by other software systems.Unfortunately,spreadsheetsystemsdonotoffermodular mechanisms, and as a consequence, some of the previous tasks may be defined by adding intrusive “code” to the spreadsheet. In this paper we go through the design and implementation of an aspect-oriented language for spreadsheets so that users can work on different aspects of a spreadsheet in a modular way. For example, aspects can be defined in order to introduce new business rules to an existing spreadsheet, or to manipulate the spreadsheet data to be ported to another system. Aspects are defined as aspect-oriented program specifications that are dynamically woven into the underlying spreadsheet by an aspect weaver. In this aspect-oriented style of spreadsheet development, differentusers develop,orreuse,aspects withoutaddingintrusive code to the original spreadsheet. Such code is added/executed by the spreadsheet weaving mechanism proposed in this paper.