Streaming Elements for FPGA Signal and Image Processing Accelerators

Field programmable gate array devices boast abundant resources with which custom accelerator components for signal, image and data processing may be realised; however, realising high performance, low cost accelerators currently demands manual register transfer level design. Software-programmable ’soft’ processors have been proposed as a way to reduce this design burden but they are unable to support performance and cost comparable to custom circuits. This paper proposes a new soft processing approach for FPGA which promises to overcome this barrier. A high performance, fine-grained streaming processor, known as a Streaming Accelerator Element, is proposed which realises accelerators as large scale custom multicore networks. By adopting a streaming execution approach with advanced program control and memory addressing capabilities, typical program inefficiencies can be almost completely eliminated to enable performance and cost which are unprecedented amongst software-programmable solutions. When used to realise accelerators for fast fourier transform, motion estimation, matrix multiplication and sobel edge detection it is shown how the proposed architecture enables real-time performance and with performance and cost comparable with hand-crafted custom circuit accelerators and up to two orders of magnitude beyond existing soft processors.

Averaged Extended Tree Augmented Naive Classifier

This work presents a new general purpose classifier named Averaged Extended Tree Augmented Naive Bayes (AETAN), which is based on combining the advantageous characteristics of Extended Tree Augmented Naive Bayes (ETAN) and Averaged One-Dependence Estimator (AODE) classifiers. We describe the main properties of the approach and algorithms for learning it, along with an analysis of its computational time complexity. Empirical results with numerous data sets indicate that the new approach is superior to ETAN and AODE in terms of both zero-one classification accuracy and log loss. It also compares favourably against weighted AODE and hidden Naive Bayes. The learning phase of the new approach is slower than that of its competitors, while the time complexity for the testing phase is similar. Such characteristics suggest that the new classifier is ideal in scenarios where online learning is not required.

Learning Extended Tree Augmented Naive Structures

This work proposes an extended version of the well-known tree-augmented naive Bayes (TAN) classifier where the structure learning step is performed without requiring features to be connected to the class. Based on a modification of Edmonds' algorithm, our structure learning procedure explores a superset of the structures that are considered by TAN, yet achieves global optimality of the learning score function in a very efficient way (quadratic in the number of features, the same complexity as learning TANs). We enhance our procedure with a new score function that only takes into account arcs that are relevant to predict the class, as well as an optimization over the equivalent sample size during learning. These ideas may be useful for structure learning of Bayesian networks in general. A range of experiments shows that we obtain models with better prediction accuracy than naive Bayes and TAN, and comparable to the accuracy of the state-of-the-art classifier averaged one-dependence estimator (AODE). We release our implementation of ETAN so that it can be easily installed and run within Weka.

Learning Bounded Tree-Width Bayesian Networks via Sampling

Learning Bayesian networks with bounded tree-width has attracted much attention recently, because low tree-width allows exact inference to be performed efficiently. Some existing methods [12, 14] tackle the problem by using k-trees to learn the optimal Bayesian network with tree-width up to k. In this paper, we propose a sampling method to efficiently find representative k-trees by introducing an Informative score function to characterize the quality of a k-tree. The proposed algorithm can efficiently learn a Bayesian network with tree-width at most k. Experiment results indicate that our approach is comparable with exact methods, but is much more computationally efficient.

Compositonal Analysis of Potentially harmful Elements in Soils: Implications for Epidemiology and Kidney Disease

A substantial proportion of aetiological risks for many cancers and chronic diseases remain unexplained. Using geochemical soil and stream water samples collected as part of the Tellus Project studies, current research is investigating naturally occurring background levels of potentially toxic elements (PTEs) in soils and stream sediments and their possible relationship with progressive chronic kidney disease (CKD). The Tellus geological mapping project, Geological Survey Northern Ireland, collected soil sediment and stream water samples on a grid of one sample site every 2 km2 across the rural areas of Northern Ireland resulting in an excess of 6800 soil sampling locations and more than 5800 locations for stream water sampling. Accumulation of several PTEs including arsenic, cadmium, chromium, lead and mercury have been linked with human health and implicated in renal function decline. The hypothesis is that long-term exposure will result in cumulative exposure to PTEs and act as risk factor(s) for cancer and diabetes related CKD and its progression. The ‘bioavailable’ fraction of total PTE soil concentration depends on the ‘bioaccessible’ proportion through an exposure pathway. Recent work has explored this bioaccessible fraction for a range of PTEs across Northern Ireland. In this study the compositional nature of the multivariate geochemical PTE variables and bioaccessible data is explored to augment the investigation into the potential relationship between PTEs, bioaccessibility and disease data.

Assessing elements of a family approach to reduce adolescent drinking frequency: parent-adolescent relationship, knowledge management, and keeping secrets

AIMS: To estimate 1) the associations between parent-adolescent relationship, parental knowledge and subsequent adolescent drinking frequency and 2) the influence of alcohol use on parental knowledge.

DESIGN: Path analysis of school based cohort study with annual surveys SETTING: Post primary schools from urban and intermediate/rural areas in Northern Ireland PARTICIPANTS: 4,937 post primary school students aged around 11 years in 2000 followed until around age 16 in 2005.

MEASUREMENTS: Pupil reported measures of: frequency of alcohol use; parental-child relationship quality; sub-dimensions of parental monitoring: parental control, parental solicitation, child disclosure and child secrecy.

FINDINGS: Higher levels of parental control (Ordinal logistic OR 0.86 95% CI 0.78, 0.95) and lower levels of child secrecy (OR 0.83 95% CI 0.75 0.92) were associated with less frequent alcohol use subsequently. Parental solicitation and parent-child relationship quality were not associated with drinking frequency. Weekly alcohol drinking was associated with higher subsequent secrecy (Beta -0.42 95% CI -0.53, -0.32) and lower parental control (Beta -0.15 95% CI -0.26, -0.04). Secrecy was more strongly predictive of alcohol use at younger compared with older ages (P=0.02), and alcohol use was less strongly associated with parental control among families with poorer relationships (P=0.04).

CONCLUSIONS: Adolescent alcohol use appears to increase as parental control decreases and child secrecy increases. Greater parental control is associated with less frequent adolescent drinking subsequently, while parent-child attachment and parental solicitation have little influence on alcohol use. 

Generalized collisional radiative model for light elements: C: Data for the B isonuclear sequence

A first stage collision database is assembled which contains electron-impact excitation, ionization,\r and recombination rate coefficients for B, B + , B 2+ , B 3+ , and B 4+ . The first stage database\r is constructed using the R-matrix with pseudostates, time-dependent close-coupling, and perturbative\r distorted-wave methods. A second stage collision database is then assembled which contains\r generalized collisional-radiative ionization, recombination, and power loss rate coefficients as a\r function of both temperature and density. The second stage database is constructed by solution of\r the collisional-radiative equations in the quasi-static equilibrium approximation using the first\r stage database. Both collision database stages reside in electronic form at the IAEA Labeled Atomic\r Data Interface (ALADDIN) database and the Atomic Data Analysis Structure (ADAS) open database.

Generalized collisional radiative model for light elements. Part B: Data for the Be isonuclear sequence

A first-stage collision database is assembled which contains electron-impact excitation, ionization, and recombination rate coefficients for Be, Be+, Be2+, and Be3+. The first-stage database is constructed using the R-matrix with pseudo-states, time-dependent close-coupling, and perturbative, distorted-wave methods. A second-stage collision database is then assembled which contains generalized collisional-radiative and radiated power loss coefficients. The second-stage database is constructed by solution of collisional-radiative equations in the quasi-static equilibrium approximation using the first-stage database. Both collision database stages reside in electronic form at the ORNL Controlled Fusion Atomic Data Center and in the ADAS database, and are easily accessed over the worldwide internet. © 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Generalised collisional-radiative model for light elements. A: Data for the Li isonuclear sequence

A first stage collision database is assembled which contains electron-impact effective collision strengths, and ionization and recombination rate coefficients for Li, Li+, and Li2+. The first stage database is constructed using the R-matrix with pseudo-states, time-dependent close-coupling, converged close-coupling, and perturbative distorted-wave methods. A second stage collision database is then assembled which contains generalized collisional-radiative and radiated power loss coefficients. The second stage database is constructed by solution of collisional-radiative equations in the quasi-static equilibrium approximation using the first stage database. Both collision database stages reside in electronic form at the ORNL Controlled Fusion Atomic Data Center and in the ADAS database, and are easily accessed over the worldwide internet. ?? 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Learning Bayesian Networks with Bounded Tree-Width via Guided Search

Bounding the tree-width of a Bayesian network can reduce the chance of overfitting, and allows exact inference to be performed efficiently. Several existing algorithms tackle the problem of learning bounded tree-width Bayesian networks by learning from k-trees as super-structures, but they do not scale to large domains and/or large tree-width. We propose a guided search algorithm to find k-trees with maximum Informative scores, which is a measure of quality for the k-tree in yielding good Bayesian networks. The algorithm achieves close to optimal performance compared to exact solutions in small domains, and can discover better networks than existing approximate methods can in large domains. It also provides an optimal elimination order of variables that guarantees small complexity for later runs of exact inference. Comparisons with well-known approaches in terms of learning and inference accuracy illustrate its capabilities.

Cyclic behaviour of RC elements with plain reinforcing bars

O comportamento cíclico das estruturas de betão armado é fortemente condicionado pelo mecanismo de aderência entre o betão e o aço. O escorregamento relativo entre os dois materiais, resultante da degradação progressiva da aderência em elementos solicitados por ações cíclicas, é uma causa frequente de danos graves e até do colapso de estruturas devido à ocorrência de sismos. Entre as estruturas existentes de betão armado que foram dimensionadas e construídas antes da entrada em vigor dos regulamentos sísmicos atuais, muitas foram construídas com armadura lisa, e portanto, possuem fracas propriedades de aderência. A informação disponível na literatura sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa é reduzida e a influência das propriedades da aderência associadas a este tipo de armadura no comportamento cíclico das estruturas existentes não se encontra ainda devidamente estudada. O objectivo principal desta tese foi estudar a influência do escorregamento na resposta cíclica de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. Foram realizados ensaios cíclicos em elementos do tipo nó viga-pilar, construídos à escala real, representativos de ligações interiores em edifícios existentes sem pormenorização específica para resistir às ações sísmicas. Para comparação, foi realizado o ensaio de um nó construído com armadura nervurada. Foi ainda realizado o ensaio cíclico de uma viga de betão armado recolhida de uma estrutura antiga. Foram elaborados modelos numéricos não-lineares para simular a resposta dos elementos ensaiados, concentrando especial atenção no mecanismo do escorregamento. Os resultados obtidos no âmbito desta tese contribuem para o avanço do conhecimento sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. As análises numéricas realizadas comprovam a necessidade de incluir os efeitos do escorregamento na modelação numérica deste tipo de estruturas de forma a representar com rigor a sua resposta às ações cíclicas.

Rastreio do cancro da mama no concelho de Aveiro: do estudo dos fatores determinantes da adesão às propostas educativas emergentes

O cancro da mama feminino pela sua magnitude merece uma especial atenção ao nível das políticas de saúde. Emerge, pois uma visão abrangente que, por um lado, deve atentar para o encargo que esta representa para qualquer sistema de saúde, pelos custos que acarreta, como também, para a qualidade de vida das mulheres portadoras da mesma. Desta forma, a Liga Portuguesa Contra o Cancro (LPCC) tem desenvolvido, em colaboração com as Administrações Regionais de Saúde (ARS), o Programa de Rastreio do Cancro da Mama (PRCM), o qual apresenta, no Concelho de Aveiro, taxas de adesão na ordem dos 50%, ainda distantes dos 70%, objetivo recomendado pelas guidelines da Comissão Europeia. A não adesão tem sido considerada como um dos principais problemas do sistema de saúde, tanto pelas repercussões ao nível de ganhos em saúde, como também na qualidade de vida e na satisfação dos pacientes com os cuidados de saúde, constituindo-se como um fenómeno multifatorial e multidimensional. É neste sentido que o presente trabalho se propõe identificar os fatores, de cariz individual e do meio envolvente, determinantes da adesão ao PRCM, numa amostra de mulheres residentes no Concelho de Aveiro, com idades compreendidas entre os 45 e os 69 anos e, a partir dos resultados emergentes, propor estratégias de educação em saúde. Como procedimentos metodológicos e, numa primeira fase, entre outubro 2009 e maio 2010 foi aplicado um survey, o qual foi complementado com notas de campo dos entrevistadores a uma amostra não aleatória de 805 mulheres, em dois contextos distintos: no centro de saúde às aderentes à mamografia e, no domicílio, às não aderentes. Numa segunda fase, realizamos duas sessões de Focus Group (FG), num total de 12 elementos, um grupo heterogéneo com enfermeiros, médicos e utentes, e um outro grupo homogéneo, apenas com profissionais de saúde. O tratamento dos dados do survey foi efetuado através de procedimentos estatísticos, com utilização do SPSS® versão 17 e realizadas análises bivariadas (qui-quadrado) e multivariadas (discriminação de função e árvore de decisão através do algoritmo Chi-squared Automatic Interaction Detector) com o intuito de determinar as diferenças entre os grupos e predizer as variáveis exógenas. No que diz respeito a indicadores sociodemográficos, os resultados mostram que aderem mais, as mulheres com idades <50 anos e ≥ 56 anos, as que vivem em localidades urbanas, as trabalhadoras não qualificadas e as reformadas. As que aderem menos ao PRCM têm idades compreendidas entre os 50-55 anos, vivem nas zonas periurbanas, são licenciadas, apresentam categoria profissional superior ou estão desempregadas. Em relação às restantes variáveis exógenas, aderem ao PRCM, as mulheres que apresentam um Bom Perfil de Conhecimentos (46.6%), enquanto as não aderentes apresentam um Fraco Perfil de Conhecimentos (50.6%), sendo esta relação estatisticamente significativa (X2= 10.260; p=0.006).Cerca de 59% das mulheres aderentes realiza o seu rastreio de forma concordante com as orientações programáticas presentes no PRCM, comparativamente com 41.1% das mulheres que não o faz, verificando-se uma relação de dependência bastante significativa entre as variáveis Perfil de Comportamentos e adesão(X2= 348.193; p=0.000). Apesar de não existir dependência estatisticamente significativa entre as Motivações e a adesão ao PRCM (X2= 0.199; p=0.656), se analisarmos particularmente, os motivos de adesão, algumas inquiridas demonstram preocupação, tanto na deteção precoce da doença, como na hereditariedade. Por outro lado, os motivos de não adesão, também denotam aspetos de nível pessoal como o desleixo com a saúde, o desconhecimento e o esquecimento da marcação. As mulheres que revelam Boa Acessibilidade aos Cuidados de Saúde Primários e um Bom Atendimento dos Prestadores de Cuidados aderem mais ao PRCM, comparativamente com as inquiridas que relatam Fraca Acessibilidade e Atendimento, não aderindo. A partir dos resultados da análise multivariada podemos inferir que as variáveis exógenas estudadas possuem um poder discriminante significativo, sendo que, o Perfil de Comportamentos é a variável que apresenta maior grau de diferenciação entre os grupos das aderentes e não aderentes. Como variáveis explicativas resultantes da árvore de decisão CHAID, permaneceram, o Perfil de Comportamentos (concordantes e não concordantes com as guidelines), os grupos etários (<50 anos, 50-55anos e ≥56anos) e o Atendimento dos prestadores de cuidados de saúde. As mulheres mais novas (<50 anos) com Perfil de comportamentos «concordantes» com as guidelines são as que aderem mais, comparativamente com os outros grupos etários. Por outro lado, as não aderentes necessitam de um «bom» atendimento dos prestadores de cuidados para se tornarem aderentes ao PRCM. Tanto as notas de campo, como a discussão dos FG foram sujeitas a análise de conteúdo segundo as categorias em estudo obtidas na primeira fase e os relatos mostram a importância de fatores de ordem individual e do meio envolvente. No que se refere a aspetos psicossociais, destaca-se a importância das crenças e como fatores ambientais menos facilitadores para a adesão apontam a falta de transportes, a falta de tempo das pessoas e a oferta de recursos, principalmente se existirem radiologistas privados como alternativa ao PRCM. Tal como na primeira fase do estudo, uma das motivações para a adesão é a recomendação dos profissionais de saúde para o PRCM, bem como a marcação de consultas pela enfermeira, que pode ser uma oportunidade de contacto para a sensibilização. Os hábitos de vigilância de saúde, a perceção positiva acerca dos programas de saúde no geral, o acesso à informação pertinente sobre o PRCM e a operacionalização deste no terreno parecem ser fatores determinantes segundo a opinião dos elementos dos FG. O tipo e a regularidade no atendimento por parte dos profissionais de saúde, a relação entre profissional de saúde/paciente, a personalização das intervenções educativas, a divulgação que estes fazem do PRCM junto das suas pacientes, bem como, a organização do modelos de cuidados de saúde das unidades de saúde e a forma como os profissionais se envolvem e tomam a responsabilização por um programa desta natureza são fatores condicionantes da adesão. Se atendermos aos resultados deste estudo, verificamos um envolvimento de fatores que integram múltiplos níveis de intervenção, sendo um desafio para as equipas de saúde que pretendam intervir no âmbito do programa de rastreio do cancro da mama. Com efeito, os resultados também apontam para a combinação de múltiplas estratégias que são transversais a vários programas de promoção da saúde, assumindo, desta forma, uma perspetiva multidimensional e dinâmica que visa, essencialmente, a construção social da saúde e do bem-estar (i.e. responsabilização do cidadão pela sua própria saúde e o seu empowerment).