The InterActive Choice Aid: A new approach to supporting online consumer decision making

Interactive Choice Aid (ICA) is a decision aid, introduced in this paper, that systematically assists consumers with online purchase decisions. ICA integrates aspects from prescriptive decision theory, insights from descriptive decision research, and practical considerations; thereby combining pre-existing best practices with novel features. Instead of imposing an objectively ideal but unnatural decision procedure on the user, ICA assists the natural process of human decision-making by providing explicit support for the execution of the user's decision strategies. The application contains an innovative feature for in-depth comparisons of alternatives through which users' importance ratings are elicited interactively and in a playful way. The usability and general acceptance of the choice aid was studied; results show that ICA is a promising contribution and provides insights that may further improve its usability.

Contact Sensing: A Sequential Decision Approach to Sensing Manipulation Contact

This paper describes a new statistical, model-based approach to building a contact state observer. The observer uses measurements of the contact force and position, and prior information about the task encoded in a graph, to determine the current location of the robot in the task configuration space. Each node represents what the measurements will look like in a small region of configuration space by storing a predictive, statistical, measurement model. This approach assumes that the measurements are statistically block independent conditioned on knowledge of the model, which is a fairly good model of the actual process. Arcs in the graph represent possible transitions between models. Beam Viterbi search is used to match measurement history against possible paths through the model graph in order to estimate the most likely path for the robot. The resulting approach provides a new decision process that can be use as an observer for event driven manipulation programming. The decision procedure is significantly more robust than simple threshold decisions because the measurement history is used to make decisions. The approach can be used to enhance the capabilities of autonomous assembly machines and in quality control applications.

Active Monitoring and Decision Making Problem

Active monitoring and problem of non-stable of sound signal parameters in the regime of piling up response signal of environment is under consideration. Math model of testing object by set of weak stationary dynamic actions is offered. The response of structures to the set of signals is under processing for getting important information about object condition in high frequency band. Making decision procedure by using researcher’s heuristic and aprioristic knowledge is discussed as well. As an example the result of numerical solution is given.

Model of Active Structural Monitoring and Decision-making for Dynamic Identification of Buildings, Monuments and Engineering Facilities

Structural monitoring and dynamic identification of the manmade and natural hazard objects is under consideration. Math model of testing object by set of weak stationary dynamic actions is offered. The response of structures to the set of signals is under processing for getting important information about object condition in high frequency band. Making decision procedure into active monitoring system is discussed as well. As an example the monitoring outcome of pillar-type monument is given.

Choosing on Influence

Interaction, the act of mutual influence between two or more individuals, is an essential part of daily life and economic decisions. Yet, micro-foundations of interaction are unexplored. This paper presents a first attempt to this purpose. We study a decision procedure for interacting agents. According to our model, interaction occurs since individuals seek influence for those issues that they cannot solve on their own. Following a choice-theoretic approach, we provide simple properties that aid to detect interacting individuals. In this case, revealed preference analysis not only grants the underlying preferences but also the influence acquired. Our baseline model is based on two interacting individuals, though we extend the analysis to multi-individual environments.

DNA evidence, probabilistic evaluation and collaborative tests.

Forensic scientists working in 12 state or private laboratories participated in collaborative tests to improve the reliability of the presentation of DNA data at trial. These tests were motivated in response to the growing criticism of the power of DNA evidence. The experts' conclusions in the tests are presented and discussed in the context of the Bayesian approach to interpretation. The use of a Bayesian approach and subjective probabilities in trace evaluation permits, in an easy and intuitive manner, the integration into the decision procedure of any revision of the measure of uncertainty in the light of new information. Such an integration is especially useful with forensic evidence. Furthermore, we believe that this probabilistic model is a useful tool (a) to assist scientists in the assessment of the value of scientific evidence, (b) to help jurists in the interpretation of judicial facts and (c) to clarify the respective roles of scientists and of members of the court. Respondents to the survey were reluctant to apply this methodology in the assessment of DNA evidence.

Tool-supported invariant-based programming

The development of correct programs is a core problem in computer science. Although formal verification methods for establishing correctness with mathematical rigor are available, programmers often find these difficult to put into practice. One hurdle is deriving the loop invariants and proving that the code maintains them. So called correct-by-construction methods aim to alleviate this issue by integrating verification into the programming workflow. Invariant-based programming is a practical correct-by-construction method in which the programmer first establishes the invariant structure, and then incrementally extends the program in steps of adding code and proving after each addition that the code is consistent with the invariants. In this way, the program is kept internally consistent throughout its development, and the construction of the correctness arguments (proofs) becomes an integral part of the programming workflow. A characteristic of the approach is that programs are described as invariant diagrams, a graphical notation similar to the state charts familiar to programmers. Invariant-based programming is a new method that has not been evaluated in large scale studies yet. The most important prerequisite for feasibility on a larger scale is a high degree of automation. The goal of the Socos project has been to build tools to assist the construction and verification of programs using the method. This thesis describes the implementation and evaluation of a prototype tool in the context of the Socos project. The tool supports the drawing of the diagrams, automatic derivation and discharging of verification conditions, and interactive proofs. It is used to develop programs that are correct by construction. The tool consists of a diagrammatic environment connected to a verification condition generator and an existing state-of-the-art theorem prover. Its core is a semantics for translating diagrams into verification conditions, which are sent to the underlying theorem prover. We describe a concrete method for 1) deriving sufficient conditions for total correctness of an invariant diagram; 2) sending the conditions to the theorem prover for simplification; and 3) reporting the results of the simplification to the programmer in a way that is consistent with the invariantbased programming workflow and that allows errors in the program specification to be efficiently detected. The tool uses an efficient automatic proof strategy to prove as many conditions as possible automatically and lets the remaining conditions be proved interactively. The tool is based on the verification system PVS and i uses the SMT (Satisfiability Modulo Theories) solver Yices as a catch-all decision procedure. Conditions that were not discharged automatically may be proved interactively using the PVS proof assistant. The programming workflow is very similar to the process by which a mathematical theory is developed inside a computer supported theorem prover environment such as PVS. The programmer reduces a large verification problem with the aid of the tool into a set of smaller problems (lemmas), and he can substantially improve the degree of proof automation by developing specialized background theories and proof strategies to support the specification and verification of a specific class of programs. We demonstrate this workflow by describing in detail the construction of a verified sorting algorithm. Tool-supported verification often has little to no presence in computer science (CS) curricula. Furthermore, program verification is frequently introduced as an advanced and purely theoretical topic that is not connected to the workflow taught in the early and practically oriented programming courses. Our hypothesis is that verification could be introduced early in the CS education, and that verification tools could be used in the classroom to support the teaching of formal methods. A prototype of Socos has been used in a course at Åbo Akademi University targeted at first and second year undergraduate students. We evaluate the use of Socos in the course as part of a case study carried out in 2007.

Suomen mahdollisuudet vaikuttaa Euroopan unionin lainsäädäntömenettelyyn

Väitöstutkimuksen kohteena on säädösten valmistelu ja niitä koskevaa päätöksenteko Euroopan unionissa erityisesti siitä näkökulmasta, miten Suomen kaltainen pieni jäsenvaltio voi vaikuttaa EU-säädöksiin. Väitöskirjassa analysoidaan unionin toimielinten välillä vallitsevaa dynamiikkaa ja Suomen asemaa erityisesti EUT-sopimuksen 289 artiklan 1 kohdan ja 294 artiklan mukaisessa tavallisessa lainsäätämisjärjestyksessä. Lissabonin sopimuksen voimaantulon jälkeen tavallinen lainsäätämisjärjestys, joka aiemmin tunnettiin yhteispäätösmenettelynä, on selvästi yleisin lainsäädäntömenettely unionissa. Väitöskirja koostuu kuudesta erillisjulkaistusta pääosin vertaisarvioidusta artikkelista ja niitä täydentävästä ja kokoavasta yhteenveto-osasta. Kirjan tämä painos sisältää vain yhteenvetoluvun, ei erikseen julkaistuja artikkeleita. Väitöskirjassa hyödynnetään eurooppaoikeuden ja politiikan tutkimuksen kirjallisuutta. Metodologisesti väitöstutkimus edustaa empiiristä oikeustutkimusta, jossa yhdistyy lainopillinen analyysi ja empiiristen, tässä tapauksessa lähinnä laadullisten aineistojen analyysi. Yhteenvedossa on seurattu lainsäädäntömuutoksia ja oikeuskäytäntöä 10. huhtikuuta 2015 asti. Väitöskirjatutkimuksen kantavana teemana on oikeuden ja politiikan suhde EUlainsäätämisessä. Artikkeleita ja yhteenvetoa sitovat yhteen kaksi yleisen tason argumenttia. Ensiksi, EU:n lainsäädäntömenettelyä koskevat oikeussäännöt ja institutionalisoituneet käytännöt luovat kehikon toimielinten sisäiselle päätöksenteolle sekä niiden välisille poliittisluonteisille neuvotteluille, vaikkakaan sääntöihin ja käytäntöihin ei yleensä ole tarvetta nimenomaisesti vedota menettelyn kuluessa. Toiseksi, koska Suomen kaltaisen pienen jäsenvaltion muodollinen valta – siis äänimäärä neuvostossa – on hyvin rajallinen, suomalaisten ministerien ja virkamiesten tulisi hyödyntää erilaisia epävirallisia vaikuttamiskanavia, jos halutaan vahvistaa Suomen tosiasiallista vaikutusvaltaa menettelyssä. Unionin lainsäädäntötoiminta ei tyypillisesti ole rationaalisen mallin mukaan etenevää päätöksentekoa, vaan tempoilevaa ja vaikeasti ennakoitavaa kamppailua eri preferenssejä edustavien toimijoiden välillä. Väitöskirjan ensimmäisessä artikkelissa analysoidaan säädösvalmistelua ja lainsäätämismenettelyä unionissa vaihe vaiheelta. Johtopäätöksenä todetaan, että unioniin on syntynyt yhteispäätösmenettelyn, sittemmin tavallisen lainsäätämisjärjestyksen myötä uudenlainen lainsäätämiskulttuuri, jolle on leimallista tiiviit yhteydet komission, Euroopan parlamentin ja neuvoston välillä. Toimielimet ottavat nykyisin joustavasti huomioon toistensa kantoja menettelyn edetessä, mikä mahdollistaa sen, että valtaosa EU-säädöksistä voidaan hyväksyä jo ensimmäisessä käsittelyssä. Toisessa tutkimusartikkelissa analysoidaan komission asemaa unionin toimielinrakenteessa. Artikkelissa tarkastellaan komission aloiteoikeutta sekä komission puheenjohtajan ja sen jäsenten valintamenettelyjä siitä näkökulmasta, edistääkö komissio todella unionin yleistä etua itsenäisenä ja riippumattomana, kuten EU-sopimuksen 17 artiklassa edellytetään. Tiettyjen järjestelyjen myötä Euroopan parlamentin ja komission suhde on kehittynyt siihen suuntaan, että komissio toimii jossain määrin parlamentille vastuunalaisena hallituksena. Artikkelissa kritisoidaan, että kehitys ei välttämättä lähennä kansalaisia unionin toimielimiin ja että kehitys omiaan vaarantamaan komission aseman verrattain riippumattomana välittäjänä trilogeissa. Kolmas artikkeli sisältää tapaustutkimuksen kuluttajille myönnettäviä luottoja sääntelevän direktiivin (2008/48/EY) valmisteluvaiheista. Tapaustutkimus konkretisoi Suomen hallituksen edustajien tekemän EU-vaikuttamisen keinoja, vahvuuksia ja kehittämiskohteita. Artikkelissa todetaan, että Suomelle aivan keskeinen vaikuttamisresurssi ovat sellaiset virkamiehet, jotka hallitsevat niin käsiteltävän säädöshankkeen sisältökysymykset kuin unionin päätöksentekomenettelyt ja toimielinten institutionalisoituneet käytännöt. Artikkelissa tehdyt empiiriset havainnot jäsenvaltioiden välillä käydyistä neuvotteluista tukevat konstruktiivisen mallin perusoletuksia. Neljännessä artikkelissa, joka on laadittu yhteistyönä professori Tapio Raunion kanssa, analysoidaan unioniasioiden kansallista valmistelua ja tarkemmin ottaen sitä, miten Suomen neuvottelukannat muotoutuvat valtioneuvoston yhteensovittamisjärjestelmän ylimmällä tasolla EU-ministerivaliokunnassa. Artikkelissa todetaan laajan pöytäkirja-aineiston ja sitä täydentävän haastatteluaineiston pohjalta, että EUministerivaliokunnan asialistan laadinta on delegoitu kokonaisuudessaan asiantuntijavirkamiehille. Lisäksi asialistan muotoutumiseen vaikuttaa luonnollisesti unionin toimielinten, erityisesti Eurooppa-neuvoston agenda. Toisaalta, EU-ministerivaliokunnan kokouksissa ministerit yksin tekevät päätöksiä ja linjaavat Suomen EU-politiikkaa. Viidennessä artikkelissa selvitetään, miten olisi toimittava, jos pyritään siihen, että uusi tai muutettu EU-säädös vastaisi mahdollisimman pitkälti Suomen kansallisesti määriteltyä neuvottelukantaa. Tehokkainta on vaikuttaa aloiteoikeutta lainsäädäntömenettelyssä käyttävään komissioon, tarvittaessa myös virkahierarkian ylimmillä tasoilla, sekä tehdä yhteistyötä muiden jäsenvaltioiden kanssa, erityisesti puheenjohtajavaltion, tulevien puheenjohtajavaltioiden ja suurten jäsenvaltioiden kanssa. Mikäli käsittelyssä oleva EU-säädöshanke arvioidaan kansallisesti erityisen tärkeiksi tai ongelmalliseksi, tulisi vaikuttamistoimia laajentaa kattamaan myös Euroopan parlamentin avainhenkilöitä. Kuudennessa artikkelissa analysoidaan suomalaisen kansalaisyhteiskunnan ja etujärjestöjen vaikutusmahdollisuuksia EU-asioiden valmistelussa. Johtopäätöksenä todetaan, että muodollinen yhteensovittaminen EU-valmistelujaostojen laajan kokoonpanon kokouksissa ei ole sidosryhmille ensisijainen eikä tehokkain vaikuttamisen keino. Sen sijaan korostuvat epäviralliset yhteydet toimivaltaisen ministeriön vastuuvirkamieheen kotimaassa ja vaikuttaminen eurooppalaisen kattojärjestön välityksellä. Väitöskirjan yhteenveto-osassa on eritelty, missä EU:n säädösvalmistelun ja lainsäätämismenettelyn vaiheissa Suomen kaltaisella pienellä jäsenvaltiolla on parhaat edellytykset vaikuttaa valmisteltavana olevaan säädökseen. Parhaat vaikutusmahdollisuudet ovat aivan EU-säädöksen elinkaaren alkuvaiheessa, kun komissio on vasta käynnistämässä uutta säädösvalmistelua. Väitöstutkimuksessa todetaan, että varhaista kannanmuodostusta ja sen mahdollistamaa ennakkovaikuttamista on Suomessa kyetty kehittämään etenkin niissä poliittisesti, taloudellisesti tai oikeudellisesti tärkeissä hankkeissa, joissa hallituksen kannanmuodostus tapahtuu EU-ministerivaliokunnassa. Muissa unionin säädöshankkeissa ennakollisen vaikuttamisen intensiteetti näyttäisi vaihtelevan, riippuen muun muassa toimivaltaisen ministeriön keskijohdon ja ylimmän johdon sitoutumisesta. Toinen Suomelle otollinen vaikuttamisen ajankohta on silloin, kun komission antamaa ehdotusta käsitellään asiantuntijavirkamiesten kesken neuvoston työryhmässä. Tehokas vaikuttaminen edellyttää, että Suomea neuvotteluissa edustavat henkilöt kokoavat ”samanmielisistä” jäsenvaltioista kaksoisenemmistösäännön mukaisen voittavan koalition. Viimeinen vaikuttamisen ikkuna aukeaa silloin, kun Coreper-komiteassa laaditaan neuvoston puheenjohtajalle neuvottelumandaattia toimielinten välisiin trilogeihin tavallisen lainsäätämisjärjestyksen ensimmäisessä käsittelyssä. Tässä varsin myöhäisessä menettelyvaiheessa vaikuttaminen on pienen jäsenvaltion näkökulmasta jo selvästi vaikeampaa. Väitöskirja sijoittuu luontevasti osaksi valtiotieteellistä eurooppalaistumis-kirjallisuutta siltä osin, kuin siinä on tutkittu EU-jäsenyyden vaikutuksia kotimaisiin hallinnon rakenteisiin ja politiikan asialistaan. Kuten tunnettua, Suomen EU-politiikka rakentuu eduskunnalle vastuullisen valtioneuvoston varaan. Väitöskirjassa ei kuitenkaan ole otettu erityiseen tarkasteluun perustuslakiin sidottua eduskunnan ja hallituksen yhteistoimintaa EU-asioissa. Sen sijaan on tutkittu unioniasioiden valmistelua ja yhteensovittamista valtioneuvoston sisällä. Kun EU-asioiden yhteensovittamisjärjestelmää luotiin, pidettiin tärkeänä, että jokaisessa säädöshankkeessa ja politiikkahankkeessa kyetään muodostamaan kansallisesti yksi ja yhtenäinen neuvottelupositio. Yhtenäisen kansallisen linjan ajamisen katsottiin parantavan Suomen asemaa unionin päätöksenteossa. Väitöskirjassa todetaan johtopäätöksenä, että EU-asioiden kansallinen valmistelujärjestelmä toteuttaa sille asetetut tavoitteet käytännössä varsin hyvin. Merkittävin kehittämiskohde liittyy kansallisen EU-valmistelun reaktiivisuuteen. Jos Suomi haluaa vaikuttaa yhä vahvemmin EU-lainsäätämiseen, Suomelle tärkeät hankkeet pitäisi tunnistaa jo varhaisessa vaiheessa ja priorisoida selkeästi niiden hoitamista ministeriöissä.

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

A new algorithm for OFDM joint data detection and phase noise cancellation

This paper proposes a new iterative algorithm for OFDM joint data detection and phase noise (PHN) cancellation based on minimum mean square prediction error. We particularly highlight the problem of "overfitting" such that the iterative approach may converge to a trivial solution. Although it is essential for this joint approach, the overfitting problem was relatively less studied in existing algorithms. In this paper, specifically, we apply a hard decision procedure at every iterative step to overcome the overfitting. Moreover, compared with existing algorithms, a more accurate Pade approximation is used to represent the phase noise, and finally a more robust and compact fast process based on Givens rotation is proposed to reduce the complexity to a practical level. Numerical simulations are also given to verify the proposed algorithm.

OFDM joint data detection and phase noise cancellation based on minimum mean square prediction error

This paper proposes a new iterative algorithm for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) joint data detection and phase noise (PHN) cancellation based on minimum mean square prediction error. We particularly highlight the relatively less studied problem of "overfitting" such that the iterative approach may converge to a trivial solution. Specifically, we apply a hard-decision procedure at every iterative step to overcome the overfitting. Moreover, compared with existing algorithms, a more accurate Pade approximation is used to represent the PHN, and finally a more robust and compact fast process based on Givens rotation is proposed to reduce the complexity to a practical level. Numerical Simulations are also given to verify the proposed algorithm. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Deciding difference logic in a Nelson-Oppen combination framework

O método de combinação de Nelson-Oppen permite que vários procedimentos de decisão, cada um projetado para uma teoria específica, possam ser combinados para inferir sobre teorias mais abrangentes, através do princípio de propagação de igualdades. Provadores de teorema baseados neste modelo são beneficiados por sua característica modular e podem evoluir mais facilmente, incrementalmente. Difference logic é uma subteoria da aritmética linear. Ela é formada por constraints do tipo x − y ≤ c, onde x e y são variáveis e c é uma constante. Difference logic é muito comum em vários problemas, como circuitos digitais, agendamento, sistemas temporais, etc. e se apresenta predominante em vários outros casos. Difference logic ainda se caracteriza por ser modelada usando teoria dos grafos. Isto permite que vários algoritmos eficientes e conhecidos da teoria de grafos possam ser utilizados. Um procedimento de decisão para difference logic é capaz de induzir sobre milhares de constraints. Um procedimento de decisão para a teoria de difference logic tem como objetivo principal informar se um conjunto de constraints de difference logic é satisfatível (as variáveis podem assumir valores que tornam o conjunto consistente) ou não. Além disso, para funcionar em um modelo de combinação baseado em Nelson-Oppen, o procedimento de decisão precisa ter outras funcionalidades, como geração de igualdade de variáveis, prova de inconsistência, premissas, etc. Este trabalho apresenta um procedimento de decisão para a teoria de difference logic dentro de uma arquitetura baseada no método de combinação de Nelson-Oppen. O trabalho foi realizado integrando-se ao provador haRVey, de onde foi possível observar o seu funcionamento. Detalhes de implementação e testes experimentais são relatados

Structural damage detection in an aeronautical panel using analysis of variance

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelo para la integración del trazado de infraestructuras lineales en el paisaje y el medio ambiente basado en SIG

El análisis de las diferentes alternativas en la planificación y diseño de corredores y trazados de carreteras debe basarse en la correcta definición de variables territoriales que sirvan como criterios para la toma de decisión y esto requiere un análisis ambiental preliminar de esas variables de calidad. En España, los estudios de viabilidad de nuevas carreteras y autovías están asociados a una fase del proceso de decisión que se corresponde con el denominado Estudio Informativo, el cual establece condicionantes físicos, ambientales, de uso del suelo y culturales que deben ser considerados en las primeras fases de la definición del trazado de un corredor de carretera. Así, la metodología más frecuente es establecer diferentes niveles de capacidad de acogida del territorio en el área de estudio con el fin de resumir las variables territoriales en mapas temáticos y facilitar el proceso de trazado de las alternativas de corredores de carretera. El paisaje es un factor limitante a tener en cuenta en la planificación y diseño de carreteras y, por tanto, deben buscarse trazados más sostenibles en relación con criterios estéticos y ecológicos del mismo. Pero este factor no es frecuentemente analizado en los Estudios Informativos e incluso, si es considerado, los estudios específicos de la calidad del paisaje (estético y ecológico) y de las formas del terreno no incorporan las recomendaciones de las guías de trazado para evitar o reducir los impactos en el paisaje. Además, los mapas de paisaje que se generan en este tipo de estudios no se corresponden con la escala de desarrollo del Estudio Informativo (1:5.000). Otro déficit común en planificación de corredores y trazados de carreteras es que no se tiene en cuenta la conectividad del paisaje durante el proceso de diseño de la carretera para prevenir la afección a los corredores de fauna existentes en el paisaje. Este déficit puede originar un posterior efecto barrera en los movimientos dispersivos de la fauna y la fragmentación de sus hábitats debido a la ocupación parcial o total de las teselas de hábitats con importancia biológica para la fauna (o hábitats focales) y a la interrupción de los corredores de fauna que concentran esos movimientos dispersivos de la fauna entre teselas. El objetivo principal de esta tesis es mejorar el estudio del paisaje para prevenir su afección durante el proceso de trazado de carreteras, facilitar la conservación de los corredores de fauna (o pasillos verdes) y la localización de medidas preventivas y correctoras en términos de selección y cuantificación de factores de idoneidad a fin de reducir los impactos visuales y ecológicos en el paisaje a escala local. Concretamente, la incorporación de valores cuantitativos y bien justificados en el proceso de decisión permite incrementar la transparencia en el proceso de diseño de corredores y trazados de carreteras. Con este fin, se han planteado cuatro preguntas específicas en esta investigación (1) ¿Cómo se seleccionan y evalúan los factores territoriales limitantes para localizar una nueva carretera por los profesionales españoles de planificación del territorio en relación con el paisaje? (2) ¿Cómo pueden ser definidos los corredores de fauna a partir de factores del paisaje que influyen en los movimientos dispersivos de la fauna? (3) ¿Cómo pueden delimitarse y evaluarse los corredores de fauna incluyendo el comportamiento parcialmente errático en los movimientos dispersivos de la fauna y el efecto barrera de los elementos antrópicos a una escala local? (4) ¿Qué y cómo las recomendaciones de diseño de carreteras relacionadas con el paisaje y las formas del terreno pueden ser incluidas en un modelo de Sistemas de Información Geográfica (SIG) para ayudar a los ingenieros civiles durante el proceso de diseño de un trazado de carreteras bajo el punto de vista de la sostenibilidad?. Esta tesis doctoral propone nuevas metodologías que mejoran el análisis visual y ecológico del paisaje utilizando indicadores y modelos SIG para obtener alternativas de trazado que produzcan un menor impacto en el paisaje. Estas metodologías fueron probadas en un paisaje heterogéneo con una alta tasa de densidad de corzo (Capreolus capreolus L.), uno de los grandes mamíferos más atropellados en la red de carreteras españolas, y donde está planificada la construcción de una nueva autovía que atravesará la mitad del área de distribución del corzo. Inicialmente, se han analizado las variables utilizadas en 22 estudios de proyectos de planificación de corredores de carreteras promovidos por el Ministerio de Fomento entre 2006 y 2008. Estas variables se agruparon según condicionantes físicos, ambientales, de usos del suelo y culturales con el fin de comparar los valores asignados de capacidad de acogida del territorio a cada variable en los diferentes estudios revisados. Posteriormente, y como etapa previa de un análisis de conectividad, se construyó un mapa de resistencia de los movimientos dispersivos del corzo en base a la literatura y al juicio de expertos. Usando esta investigación como base, se le asignó un valor de resistencia a cada factor seleccionado para construir la matriz de resistencia, ponderándolo y combinándolo con el resto de factores usando el proceso analítico jerárquico y los operadores de lógica difusa como métodos de análisis multicriterio. Posteriormente, se diseñó una metodología SIG para delimitar claramente la extensión física de los corredores de fauna de acuerdo a un valor umbral de ancho geométrico mínimo, así como la existencia de múltiples potenciales conexiones entre cada par de teselas de hábitats presentes en el paisaje estudiado. Finalmente, se realizó un procesado de datos Light Detection and Ranging (LiDAR) y un modelo SIG para calcular la calidad del paisaje (estético y ecológico), las formas del terreno que presentan características similares para trazar una carretera y la acumulación de vistas de potenciales conductores y observadores de los alrededores de la nueva vía. Las principales contribuciones de esta investigación al conocimiento científico existente en el campo de la evaluación del impacto ambiental en relación al diseño de corredores y trazados de carreteras son cuatro. Primero, el análisis realizado de 22 Estudios Informativos de planificación de carreteras reveló que los métodos aplicados por los profesionales para la evaluación de la capacidad de acogida del territorio no fue suficientemente estandarizada, ya que había una falta de uniformidad en el uso de fuentes cartográficas y en las metodologías de evaluación de la capacidad de acogida del territorio, especialmente en el análisis de la calidad del paisaje estético y ecológico. Segundo, el análisis realizado en esta tesis destaca la importancia de los métodos multicriterio para estructurar, combinar y validar factores que limitan los movimientos dispersivos de la fauna en el análisis de conectividad. Tercero, los modelos SIG desarrollados Generador de alternativas de corredores o Generator of Alternative Corridors (GAC) y Eliminador de Corredores Estrechos o Narrow Corridor Eraser (NCE) pueden ser aplicados sistemáticamente y sobre una base científica en análisis de conectividad como una mejora de las herramientas existentes para la comprensión el paisaje como una red compuesta por nodos y enlaces interconectados. Así, ejecutando los modelos GAC y NCE de forma iterativa, pueden obtenerse corredores alternativos con similar probabilidad de ser utilizados por la fauna y sin que éstos presenten cuellos de botella. Cuarto, el caso de estudio llevado a cabo de prediseño de corredores y trazado de una nueva autovía ha sido novedoso incluyendo una clasificación semisupervisada de las formas del terreno, filtrando una nube de puntos LiDAR e incluyendo la nueva geometría 3D de la carretera en el Modelo Digital de Superficie (MDS). El uso combinado del procesamiento de datos LiDAR y de índices y clasificaciones geomorfológicas puede ayudar a los responsables encargados en la toma de decisiones a evaluar qué alternativas de trazado causan el menor impacto en el paisaje, proporciona una visión global de los juicios de valor más aplicados y, en conclusión, define qué medidas de integración paisajística correctoras deben aplicarse y dónde. ABSTRACT The assessment of different alternatives in road-corridor planning and layout design must be based on a number of well-defined territorial variables that serve as decision-making criteria, and this requires a high-quality preliminary environmental analysis of those quality variables. In Spain, feasibility studies for new roads and motorways are associated to a phase of the decision procedure which corresponds with the one known as the Informative Study, which establishes the physical, environmental, land-use and cultural constraints to be considered in the early stages of defining road corridor layouts. The most common methodology is to establish different levels of Territorial Carrying Capacity (TCC) in the study area in order to summarize the territorial variables on thematic maps and facilitate the tracing process of road-corridor layout alternatives. Landscape is a constraint factor that must be considered in road planning and design, and the most sustainable layouts should be sought based on aesthetic and ecological criteria. However this factor is not often analyzed in Informative Studies and even if it is, baseline studies on landscape quality (aesthetic and ecological) and landforms do not usually include the recommendations of road tracing guides designed to avoid or reduce impacts on the landscape. The resolution of the landscape maps produced in this type of studies does not comply with the recommended road design scale (1:5,000) in the regulations for the Informative Study procedure. Another common shortcoming in road planning is that landscape ecological connectivity is not considered during road design in order to avoid affecting wildlife corridors in the landscape. In the prior road planning stage, this issue could lead to a major barrier effect for fauna dispersal movements and to the fragmentation of their habitat due to the partial or total occupation of habitat patches of biological importance for the fauna (or focal habitats), and the interruption of wildlife corridors that concentrate fauna dispersal movements between patches. The main goal of this dissertation is to improve the study of the landscape and prevent negative effects during the road tracing process, and facilitate the preservation of wildlife corridors (or green ways) and the location of preventive and corrective measures by selecting and quantifying suitability factors to reduce visual and ecological landscape impacts at a local scale. Specifically the incorporation of quantitative and well-supported values in the decision-making process provides increased transparency in the road corridors and layouts design process. Four specific questions were raised in this research: (1) How are territorial constraints selected and evaluated in terms of landscape by Spanish land-planning practitioners before locating a new road? (2) How can wildlife corridors be defined based on the landscape factors influencing the dispersal movements of fauna? (3) How can wildlife corridors be delimited and assessed to include the partially erratic movements of fauna and the barrier effect of the anthropic elements at a local scale? (4) How recommendations of road design related to landscape and landforms can be included in a Geographic Information System (GIS) model to aid civil engineers during the road layout design process and support sustainable development? This doctoral thesis proposes new methodologies that improve the assessment of the visual and ecological landscape character using indicators and GIS models to obtain road layout alternatives with a lower impact on the landscape. These methodologies were tested on a case study of a heterogeneous landscape with a high density of roe deer (Capreolus capreolus L.) –one of the large mammals most commonly hit by vehicles on the Spanish road network– and where a new motorway is planned to pass through the middle of their distribution area. We explored the variables used in 22 road-corridor planning projects sponsored by the Ministry of Public Works between 2006 and 2008. These variables were grouped into physical, environmental, land-use and cultural constraints for the purpose of comparing the TCC values assigned to each variable in the various studies reviewed. As a prior stage in a connectivity analysis, a map of resistance to roe deer dispersal movements was created based on the literature and experts judgment. Using this research as a base, each factor selected to build the matrix was assigned a resistance value and weighted and combined with the rest of the factors using the analytic hierarchy process (AHP) and fuzzy logic operators as multicriteria assessment (MCA) methods. A GIS methodology was designed to clearly delimit the physical area of wildlife corridors according to a geometric threshold width value, and the multiple potential connections between each pair of habitat patches in the landscape. A Digital Surface Model Light Detection and Ranging (LiDAR) dataset processing and a GIS model was performed to determine landscape quality (aesthetic and ecological) and landforms with similar characteristics for the road layout, and the cumulative viewshed of potential drivers and observers in the area surrounding the new motorway. The main contributions of this research to current scientific knowledge in the field of environmental impact assessment for road corridors and layouts design are four. First, the analysis of 22 Informative Studies on road planning revealed that the methods applied by practitioners for assessing the TCC were not sufficiently standardized due to the lack of uniformity in the cartographic information sources and the TCC valuation methodologies, especially in the analysis of the aesthetic and ecological quality of the landscape. Second, the analysis in this dissertation highlights the importance of multicriteria methods to structure, combine and validate factors that constrain wildlife dispersal movements in the connectivity analysis. Third, the “Generator of Alternative Corridors (GAC)” and “Narrow Corridor Eraser (NCE)” GIS models developed can be applied systematically and on a scientific basis in connectivity analyses to improve existing tools and understand landscape as a network composed of interconnected nodes and links. Thus, alternative corridors with similar probability of use by fauna and without bottlenecks can be obtained by iteratively running GAC and NCE models. Fourth, our case study of new motorway corridors and layouts design innovatively included semi-supervised classification of landforms, filtering of LiDAR point clouds and new 3D road geometry on the Digital Surface Model (DSM). The combined used of LiDAR data processing and geomorphological indices and classifications can help decision-makers assess which road layouts produce lower impacts on the landscape, provide an overall insight into the most commonly applied value judgments, and in conclusion, define which corrective measures should be applied in terms of landscaping, and where.

Formal Verification of Temporal Properties for Parametrized Concurrent Programs and Concurrent Data Structures

Los tipos de datos concurrentes son implementaciones concurrentes de las abstracciones de datos clásicas, con la diferencia de que han sido específicamente diseñados para aprovechar el gran paralelismo disponible en las modernas arquitecturas multiprocesador y multinúcleo. La correcta manipulación de los tipos de datos concurrentes resulta esencial para demostrar la completa corrección de los sistemas de software que los utilizan. Una de las mayores dificultades a la hora de diseñar y verificar tipos de datos concurrentes surge de la necesidad de tener que razonar acerca de un número arbitrario de procesos que invocan estos tipos de datos de manera concurrente. Esto requiere considerar sistemas parametrizados. En este trabajo estudiamos la verificación formal de propiedades temporales de sistemas concurrentes parametrizados, poniendo especial énfasis en programas que manipulan estructuras de datos concurrentes. La principal dificultad a la hora de razonar acerca de sistemas concurrentes parametrizados proviene de la interacción entre el gran nivel de concurrencia que éstos poseen y la necesidad de razonar al mismo tiempo acerca de la memoria dinámica. La verificación de sistemas parametrizados resulta en sí un problema desafiante debido a que requiere razonar acerca de estructuras de datos complejas que son accedidas y modificadas por un numero ilimitado de procesos que manipulan de manera simultánea el contenido de la memoria dinámica empleando métodos de sincronización poco estructurados. En este trabajo, presentamos un marco formal basado en métodos deductivos capaz de ocuparse de la verificación de propiedades de safety y liveness de sistemas concurrentes parametrizados que manejan estructuras de datos complejas. Nuestro marco formal incluye reglas de prueba y técnicas especialmente adaptadas para sistemas parametrizados, las cuales trabajan en colaboración con procedimientos de decisión especialmente diseñados para analizar complejas estructuras de datos concurrentes. Un aspecto novedoso de nuestro marco formal es que efectúa una clara diferenciación entre el análisis del flujo de control del programa y el análisis de los datos que se manejan. El flujo de control del programa se analiza utilizando reglas de prueba y técnicas de verificación deductivas especialmente diseñadas para lidiar con sistemas parametrizados. Comenzando a partir de un programa concurrente y la especificación de una propiedad temporal, nuestras técnicas deductivas son capaces de generar un conjunto finito de condiciones de verificación cuya validez implican la satisfacción de dicha especificación temporal por parte de cualquier sistema, sin importar el número de procesos que formen parte del sistema. Las condiciones de verificación generadas se corresponden con los datos manipulados. Estudiamos el diseño de procedimientos de decisión especializados capaces de lidiar con estas condiciones de verificación de manera completamente automática. Investigamos teorías decidibles capaces de describir propiedades de tipos de datos complejos que manipulan punteros, tales como implementaciones imperativas de pilas, colas, listas y skiplists. Para cada una de estas teorías presentamos un procedimiento de decisión y una implementación práctica construida sobre SMT solvers. Estos procedimientos de decisión son finalmente utilizados para verificar de manera automática las condiciones de verificación generadas por nuestras técnicas de verificación parametrizada. Para concluir, demostramos como utilizando nuestro marco formal es posible probar no solo propiedades de safety sino además de liveness en algunas versiones de protocolos de exclusión mutua y programas que manipulan estructuras de datos concurrentes. El enfoque que presentamos en este trabajo resulta ser muy general y puede ser aplicado para verificar un amplio rango de tipos de datos concurrentes similares. Abstract Concurrent data types are concurrent implementations of classical data abstractions, specifically designed to exploit the great deal of parallelism available in modern multiprocessor and multi-core architectures. The correct manipulation of concurrent data types is essential for the overall correctness of the software system built using them. A major difficulty in designing and verifying concurrent data types arises by the need to reason about any number of threads invoking the data type simultaneously, which requires considering parametrized systems. In this work we study the formal verification of temporal properties of parametrized concurrent systems, with a special focus on programs that manipulate concurrent data structures. The main difficulty to reason about concurrent parametrized systems comes from the combination of their inherently high concurrency and the manipulation of dynamic memory. This parametrized verification problem is very challenging, because it requires to reason about complex concurrent data structures being accessed and modified by threads which simultaneously manipulate the heap using unstructured synchronization methods. In this work, we present a formal framework based on deductive methods which is capable of dealing with the verification of safety and liveness properties of concurrent parametrized systems that manipulate complex data structures. Our framework includes special proof rules and techniques adapted for parametrized systems which work in collaboration with specialized decision procedures for complex data structures. A novel aspect of our framework is that it cleanly differentiates the analysis of the program control flow from the analysis of the data being manipulated. The program control flow is analyzed using deductive proof rules and verification techniques specifically designed for coping with parametrized systems. Starting from a concurrent program and a temporal specification, our techniques generate a finite collection of verification conditions whose validity entails the satisfaction of the temporal specification by any client system, in spite of the number of threads. The verification conditions correspond to the data manipulation. We study the design of specialized decision procedures to deal with these verification conditions fully automatically. We investigate decidable theories capable of describing rich properties of complex pointer based data types such as stacks, queues, lists and skiplists. For each of these theories we present a decision procedure, and its practical implementation on top of existing SMT solvers. These decision procedures are ultimately used for automatically verifying the verification conditions generated by our specialized parametrized verification techniques. Finally, we show how using our framework it is possible to prove not only safety but also liveness properties of concurrent versions of some mutual exclusion protocols and programs that manipulate concurrent data structures. The approach we present in this work is very general, and can be applied to verify a wide range of similar concurrent data types.