Monte Carlo-Based Identification Strategies for State-Space Models

Stavové modely jsou neobyčejně užitečné v mnoha inženýrských a vědeckých oblastech. Jejich atraktivita vychází především z toho faktu, že poskytují obecný nástroj pro popis široké škály dynamických systémů reálného světa. Nicméně, z důvodu jejich obecnosti, přidružené úlohy inference parametrů a stavů jsou ve většině praktických situacích nepoddajné. Tato dizertační práce uvažuje dvě zvláště důležité třídy nelineárních a ne-Gaussovských stavových modelů: podmíněně konjugované stavové modely a Markovsky přepínající nelineární modely. Hlavní rys těchto modelů spočívá v tom, že---navzdory jejich nepoddajnosti---obsahují poddajnou podstrukturu. Nepoddajná část požaduje abychom využily aproximační techniky. Monte Carlo výpočetní metody představují teoreticky a prakticky dobře etablovaný nástroj pro řešení tohoto problému. Výhoda těchto modelů spočívá v tom, že poddajná část může být využita pro zvýšení efektivity Monte Carlo metod tím, že se uchýlíme k Rao-Blackwellizaci. Konkrétně, tato doktorská práce navrhuje dva Rao-Blackwellizované částicové filtry pro identifikaci buďto statických anebo časově proměnných parametrů v podmíněně konjugovaných stavových modelech. Kromě toho, tato práce adoptuje nedávnou particle Markov chain Monte Carlo metodologii pro návrh Rao-Blackwellizovaných částicových Gibbsových jader pro vyhlazování stavů v Markovsky přepínajících nelineárních modelech. Tyto jádra jsou posléze použity pro inferenci parametrů metodou maximální věrohodnosti v uvažovaných modelech. Výsledné experimenty demonstrují, že navržené algoritmy překonávají příbuzné techniky ve smyslu přesnosti odhadu a výpočetního času.State-space models are immensely useful in various areas of science and engineering. Their attractiveness results mainly from the fact that they provide a generic tool for describing a wide range of real-world dynamical systems. However, owing to their generality, the associated state and parameter inference objectives are analytically intractable in most practical cases. The present thesis considers two particularly important classes of nonlinear and non-Gaussian state-space models: conditionally conjugate state-space models and jump Markov nonlinear models. A key feature of these models lies in that---despite their intractability---they comprise a tractable substructure. The intractable part requires us to utilize approximate techniques. Monte Carlo computational methods constitute a theoretically and practically well-established tool to address this problem. The advantage of these models is that the tractable part can be exploited to increase the efficiency of Monte Carlo methods by resorting to the Rao-Blackwellization. Specifically, this thesis proposes two Rao-Blackwellized particle filters for identification of either static or time-varying parameters in conditionally conjugate state-space models. Furthermore, this work adopts recent particle Markov chain Monte Carlo methodology to design Rao-Blackwellized particle Gibbs kernels for state smoothing in jump Markov nonlinear models. The kernels are then used to facilitate maximum likelihood parameter inference in the considered models. The resulting experiments demonstrate that the proposed algorithms outperform related techniques in terms of the estimation precision and computational time.

Detection of speech disorders

Práce se zabývá problematikou detekce chybné výslovnosti v mluvené řeči. Jedním z cílů této práce je výběr vhodných parametrizací. Jedná se o krátkodobou energii, funkci středního počtu průchodu signálu nulou, lineární prediktivní analýzu, perceptivní lineární prediktivní analýzu, metodu RASTA, kepstrální analýzu a melovské kepstrální koeficienty. Dalším cílem je konstrukce detektoru chybné výslovnosti na bázi DTW (dynamické borcení času) a umělé neuronové sítě. Samotná detekce probíhá na základě získaných příznaků z vybraných analýz a fonetického přepisu promluvy. Parametrizace, detektor i fonetická transkripce českého jazyka jsou implemetovány v simulačním prostředí MATLAB.This thesis deals with detection of speech disorders. One of the aims of this thesis is choosing suitable parameterization: short-time energy, zero-crossing rate, linear predictive analysis, perceptual linear predictive analysis, RASTA method, cepstral analysis and mel-frequency cepstral coefficient can be chosed for detections. Next aim is construction of detector of speech disorders based on DTW (Dynamic Time Warping) and artificial neuron network. Single detection proceeds on the base of collected tokens from chosen analysis and phonetic transcription of speech. Analyses, detector and phonetic transcription of Czech language are implemented in simulation environment of MATLAB.

Automatic Recognition of Logopaedic Defect in Speech Utterances

Práce se zabývá analýzou a automatickou detekcí logopedických vad v řečovém projevu. Dává si za cíl ulehčit a urychlit práci logopedů a zvýšit procento odhalených logopedických vad u dětí v co nejmladším věku a následné, co nejúspěšnější, vyléčení. Jsou zde uvedeny metody logopedické práce, dělení vad v jednotlivých stádiích vývoje dítěte a vhodná slova k identifikaci vady řeči a následné nápravě. Následně jsou zde rozebrány metody výpočtu koeficientů, které nejlépe vystihují lidskou řeč. Dále klasifikátory, které se používají k rozpoznávání a určení jestli se jedná o logopedickou vadu či nikoliv. Klasifikátory využívají pro svoji práci koeficienty. Koeficienty a klasifikátory jsou testovány a hledá se co nejlepší jejich kombinace, která by měla nejvyšší procento úspěšnosti v automatickém odhalování logopedických vad řeči. Všechno programování a testování se provádí v programu Matlab.The thesis is aimed at an analysis and automatic detection of logopaedic defects in speech utterance. Its objective is to facilitate and accelerate the work of logopaedists and to increase percentage of detected logopaedic defects in children of the youngest possible age followed by the most successful treatment. It presents methods of speech work, classification of the defects within individual stages of child development and appropriate words for identification of the speech defects and their subsequent remedy. After that there are analyses of methods of calculating coefficients which reflect human speech best. Also classifiers which are used to discern and determine whether it is a speech defect or not. Classifiers exploit coefficients for their work. Coefficients and classifiers are being tested and their best combination is being looked for in order to achieve the highest possible success rate of the automatic detection of the speech defects. All the programming and testing jobs has been conducted in the Matlab programme.

Pediatric Clinical Oncopsychology

The aim of this rigorous thesis is to present the theoretical basis and practical applications of pediatric clinical oncopsychology. The literary briefing section is divided into five chapters. The first chapter presents the general medical characteristics of childhood malignancies and the principles of treating pediatric oncology diseases. The second chapter captures key findings of developmental psychology to ontogenesis in childhood and adolescence. The third chapter focuses on the psychosocial aspects of oncological treatment and psychological interventions applied during this treatment. The fourth chapter deals with the use of psychodiagnostics in pediatric oncology. The fifth chapter deals with palliative care in pediatric oncology and the psychological context of the child's death and family bereavement. Qualitative research consists of a set of six descriptive case reports of patients and their parents who are in the acute phase of cancer treatment or are shortly after its completion. The case reports present the experience of these patients and parents with treatment, its course and impacts in a broad psychosocial context. Keywords Pediatric Oncology, Pediatric Hematooncology, Pediatric Oncopsychology, Developmental Psychology, Pediatric Patient, Adolescent Patient, Communication,...Cílem této rigorózní práce je představit teoretická východiska a praktické aplikace dětské klinické onkopsychologie. Literárně přehledová část je rozdělena do pěti kapitol. První kapitola shrnuje základní lékařské poznatky o dětských onkologických onemocněních a jejich léčebných modalitách. Druhá kapitola zachycuje klíčové poznatky vývojové psychologie k ontogenezi v dětství a dospívání v kontextu onkologického onemocnění. Třetí kapitola se zaměřuje na psychosociální aspekty onkologické léčby a psychologické intervence uplatňované v jejím průběhu. Čtvrtá kapitola se věnuje využití psychodiagnostiky v dětské onkologii. Pátá kapitola pojednává o paliativní péči v dětské onkologii a psychologických souvislostech smrti dítěte a truchlení rodinných pozůstalých. Kvalitativní výzkum tvoří soubor šesti deskriptivních kazuistik pacientů a jejich rodičů, kteří se nachází v akutní fázi léčby onkologického onemocnění nebo jsou krátce po jejím ukončení. Kazuistiky prezentují zkušenost těchto pacientů a rodičů s léčbou, jejím průběhem a dopady v širokém psychosociálním kontextu. Klíčová slova Dětská onkologie, dětská hematoonkologie, dětská onkopsychologie, vývojová psychologie, dětský pacient, dospívající pacient, komunikace, psychodiagnostika, paliativní péče.Department of PsychologyKatedra psychologieFilozofická fakultaFaculty of Art

Czech Terra - adaptace uhlíkových deponií v krajině v kontextu globální změny

CzechTerra představuje integrační projekt řešící problematiku adaptace krajinných celků ČR – ekosystémů - na probíhající globální změnu klimatu s využitím metodických přístupů umožňujících pochopit, predikovat a oceňovat probíhající změny v regionálním měřítku i v kontextu Rámcové úmluvy a Kjótského protokolu. Projekt CzechTerra je realizován ve třech pracovních sekcích (PS1-3), z nichž každá se opírá o několik metodických segmentů. PS1 Adaptační strategie ekosystémů ČR k probíhající globální změně klimatu - výzkum zaměřený na analýzy adaptačních změn a časové trajektorie těchto změn řešených na úrovni ekofyziologie produkčního procesu. PS 2 Stresová rizika lesních ekosystémů spojená s adaptačními změnami způsobenými - zhodnocení rizik dalšího vývoje ekosystémů v kontextu globální změny klimatu na úrovni ekosystémů v kulturní, leso-zemědělské krajině a na úrovni lesních ekosystémů s převládajícím smrkem ztepilým. GZK, PS 3 Rozvoj dynamické observační sítě o stavu, vývoji ekosystémů a využití krajiny ČR - vytvoření efektivního informačního systému, který by byl využitelný pro široké potřeby hodnocení a trvalé sledování vývoje tereristických ekosystémů a využívání území na celorepublikové úrovni

Czech Terra - adaptace uhlíkových deponií v krajině v kontextu globální změny

CzechTerra představuje integrační projekt řešící problematiku studia adaptace krajinných celků ČR – ekosystémů - na probíhající globální změnu klimatu (GZ) s využitím metodických přístupů umožňujících pochopit, predikovat a oceňovat probíhající změny v regionálním měřítku a v kontextu Rámcové úmluvy a Kjótského protokolu. Projekt je realizován ve třech pracovních sekcích. PS1 - Adaptační strategie ekosystémů ČR k probíhající GZ - výzkum zaměřený na analýzy adaptačních změn, časové trajektorie těchto změn řešených na úrovni ekofyziologie produkčního procesu. Studium odezvy asimilačního aparátu dřevin na působení zvýšené koncentrace CO2. Studium dynamiky toků uhlíku pomocí eddy-kovariační techniky. Identifikace potenciálních rizik způsobených dlouhodobým pěstováním smrkových monkultur. PS2 - Stresová rizika lesních ekosystémů spojená s adaptačními změnami způsobenými GZ - zhodnocení dopadů změn ve využívání krajiny na stav biologické rozmanitosti ČR. Studium adaptačních mechanismů lesních porostů s převahou smrku ztepilého na faktory globální environmentální změny. PS3 - Rozvoj dynamické observační sítě o stavu, vývoji ekosystémů a využití krajiny ČR - vytvoření efektivního informačního systému, který by byl využitelný pro široké potřeby hodnocení a trvalého sledování vývoje terestrickckých ekosytémů a využívání území na celorepublikové úrovni. Systém bude představovat základní nástroj pro hodnocení a strategické plánování ochrany a udržitelného rozvoje krajiny v České republice