Proceedings of the Eighth Italian Conference on Computational Linguistics CliC-it 2021

The eighth edition of the Italian Conference on Computational Linguistics (CLiC-it 2021) was held at Università degli Studi di Milano-Bicocca from 26th to 28th January 2022. After the edition of 2020, which was held in fully virtual mode due to the health emergency related to Covid-19, CLiC-it 2021 represented the first moment for the Italian research community of Computational Linguistics to meet in person after more than one year of full/partial lockdown

Dynamic language modeling for European Portuguese

Doutoramento em Engenharia InformáticaActualmente muitas das metodologias utilizadas para transcrição e indexação de transmissões noticiosas são baseadas em processos manuais. Com o processamento e transcrição deste tipo de dados os prestadores de serviços noticiosos procuram extrair informação semântica que permita a sua interpretação, sumarização, indexação e posterior disseminação selectiva. Pelo que, o desenvolvimento e implementação de técnicas automáticas para suporte deste tipo de tarefas têm suscitado ao longo dos últimos anos o interesse pela utilização de sistemas de reconhecimento automático de fala. Contudo, as especificidades que caracterizam este tipo de tarefas, nomeadamente a diversidade de tópicos presentes nos blocos de notícias, originam um elevado número de ocorrência de novas palavras não incluídas no vocabulário finito do sistema de reconhecimento, o que se traduz negativamente na qualidade das transcrições automáticas produzidas pelo mesmo. Para línguas altamente flexivas, como é o caso do Português Europeu, este problema torna-se ainda mais relevante. Para colmatar este tipo de problemas no sistema de reconhecimento, várias abordagens podem ser exploradas: a utilização de informações específicas de cada um dos blocos noticiosos a ser transcrito, como por exemplo os scripts previamente produzidos pelo pivot e restantes jornalistas, e outro tipo de fontes como notícias escritas diariamente disponibilizadas na Internet. Este trabalho engloba essencialmente três contribuições: um novo algoritmo para selecção e optimização do vocabulário, utilizando informação morfosintáctica de forma a compensar as diferenças linguísticas existentes entre os diferentes conjuntos de dados; uma metodologia diária para adaptação dinâmica e não supervisionada do modelo de linguagem, utilizando múltiplos passos de reconhecimento; metodologia para inclusão de novas palavras no vocabulário do sistema, mesmo em situações de não existência de dados de adaptação e sem necessidade re-estimação global do modelo de linguagem.Most of today methods for transcription and indexation of broadcast audio data are manual. Broadcasters process thousands hours of audio and video data on a daily basis, in order to transcribe that data, to extract semantic information, and to interpret and summarize the content of those documents. The development of automatic and efficient support for these manual tasks has been a great challenge and over the last decade there has been a growing interest in the usage of automatic speech recognition as a tool to provide automatic transcription and indexation of broadcast news and random and relevant access to large broadcast news databases. However, due to the common topic changing over time which characterizes this kind of tasks, the appearance of new events leads to high out-of-vocabulary (OOV) word rates and consequently to degradation of recognition performance. This is especially true for highly inflected languages like the European Portuguese language. Several innovative techniques can be exploited to reduce those errors. The use of news shows specific information, such as topic-based lexicons, pivot working script, and other sources such as the online written news daily available in the Internet can be added to the information sources employed by the automatic speech recognizer. In this thesis we are exploring the use of additional sources of information for vocabulary optimization and language model adaptation of a European Portuguese broadcast news transcription system. Hence, this thesis has 3 different main contributions: a novel approach for vocabulary selection using Part-Of-Speech (POS) tags to compensate for word usage differences across the various training corpora; language model adaptation frameworks performed on a daily basis for single-stage and multistage recognition approaches; a new method for inclusion of new words in the system vocabulary without the need of additional data or language model retraining

Multi-sensor data fusion in mobile devices for the identification of Activities of Daily Living

Following the recent advances in technology and the growing use of mobile devices such as smartphones, several solutions may be developed to improve the quality of life of users in the context of Ambient Assisted Living (AAL). Mobile devices have different available sensors, e.g., accelerometer, gyroscope, magnetometer, microphone and Global Positioning System (GPS) receiver, which allow the acquisition of physical and physiological parameters for the recognition of different Activities of Daily Living (ADL) and the environments in which they are performed. The definition of ADL includes a well-known set of tasks, which include basic selfcare tasks, based on the types of skills that people usually learn in early childhood, including feeding, bathing, dressing, grooming, walking, running, jumping, climbing stairs, sleeping, watching TV, working, listening to music, cooking, eating and others. On the context of AAL, some individuals (henceforth called user or users) need particular assistance, either because the user has some sort of impairment, or because the user is old, or simply because users need/want to monitor their lifestyle. The research and development of systems that provide a particular assistance to people is increasing in many areas of application. In particular, in the future, the recognition of ADL will be an important element for the development of a personal digital life coach, providing assistance to different types of users. To support the recognition of ADL, the surrounding environments should be also recognized to increase the reliability of these systems. The main focus of this Thesis is the research on methods for the fusion and classification of the data acquired by the sensors available in off-the-shelf mobile devices in order to recognize ADL in almost real-time, taking into account the large diversity of the capabilities and characteristics of the mobile devices available in the market. In order to achieve this objective, this Thesis started with the review of the existing methods and technologies to define the architecture and modules of the method for the identification of ADL. With this review and based on the knowledge acquired about the sensors available in off-the-shelf mobile devices, a set of tasks that may be reliably identified was defined as a basis for the remaining research and development to be carried out in this Thesis. This review also identified the main stages for the development of a new method for the identification of the ADL using the sensors available in off-the-shelf mobile devices; these stages are data acquisition, data processing, data cleaning, data imputation, feature extraction, data fusion and artificial intelligence. One of the challenges is related to the different types of data acquired from the different sensors, but other challenges were found, including the presence of environmental noise, the positioning of the mobile device during the daily activities, the limited capabilities of the mobile devices and others. Based on the acquired data, the processing was performed, implementing data cleaning and feature extraction methods, in order to define a new framework for the recognition of ADL. The data imputation methods were not applied, because at this stage of the research their implementation does not have influence in the results of the identification of the ADL and environments, as the features are extracted from a set of data acquired during a defined time interval and there are no missing values during this stage. The joint selection of the set of usable sensors and the identifiable set of tasks will then allow the development of a framework that, considering multi-sensor data fusion technologies and context awareness, in coordination with other information available from the user context, such as his/her agenda and the time of the day, will allow to establish a profile of the tasks that the user performs in a regular activity day. The classification method and the algorithm for the fusion of the features for the recognition of ADL and its environments needs to be deployed in a machine with some computational power, while the mobile device that will use the created framework, can perform the identification of the ADL using a much less computational power. Based on the results reported in the literature, the method chosen for the recognition of the ADL is composed by three variants of Artificial Neural Networks (ANN), including simple Multilayer Perceptron (MLP) networks, Feedforward Neural Networks (FNN) with Backpropagation, and Deep Neural Networks (DNN). Data acquisition can be performed with standard methods. After the acquisition, the data must be processed at the data processing stage, which includes data cleaning and feature extraction methods. The data cleaning method used for motion and magnetic sensors is the low pass filter, in order to reduce the noise acquired; but for the acoustic data, the Fast Fourier Transform (FFT) was applied to extract the different frequencies. When the data is clean, several features are then extracted based on the types of sensors used, including the mean, standard deviation, variance, maximum value, minimum value and median of raw data acquired from the motion and magnetic sensors; the mean, standard deviation, variance and median of the maximum peaks calculated with the raw data acquired from the motion and magnetic sensors; the five greatest distances between the maximum peaks calculated with the raw data acquired from the motion and magnetic sensors; the mean, standard deviation, variance, median and 26 Mel- Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) of the frequencies obtained with FFT based on the raw data acquired from the microphone data; and the distance travelled calculated with the data acquired from the GPS receiver. After the extraction of the features, these will be grouped in different datasets for the application of the ANN methods and to discover the method and dataset that reports better results. The classification stage was incrementally developed, starting with the identification of the most common ADL (i.e., walking, running, going upstairs, going downstairs and standing activities) with motion and magnetic sensors. Next, the environments were identified with acoustic data, i.e., bedroom, bar, classroom, gym, kitchen, living room, hall, street and library. After the environments are recognized, and based on the different sets of sensors commonly available in the mobile devices, the data acquired from the motion and magnetic sensors were combined with the recognized environment in order to differentiate some activities without motion, i.e., sleeping and watching TV. The number of recognized activities in this stage was increased with the use of the distance travelled, extracted from the GPS receiver data, allowing also to recognize the driving activity. After the implementation of the three classification methods with different numbers of iterations, datasets and remaining configurations in a machine with high processing capabilities, the reported results proved that the best method for the recognition of the most common ADL and activities without motion is the DNN method, but the best method for the recognition of environments is the FNN method with Backpropagation. Depending on the number of sensors used, this implementation reports a mean accuracy between 85.89% and 89.51% for the recognition of the most common ADL, equals to 86.50% for the recognition of environments, and equals to 100% for the recognition of activities without motion, reporting an overall accuracy between 85.89% and 92.00%. The last stage of this research work was the implementation of the structured framework for the mobile devices, verifying that the FNN method requires a high processing power for the recognition of environments and the results reported with the mobile application are lower than the results reported with the machine with high processing capabilities used. Thus, the DNN method was also implemented for the recognition of the environments with the mobile devices. Finally, the results reported with the mobile devices show an accuracy between 86.39% and 89.15% for the recognition of the most common ADL, equal to 45.68% for the recognition of environments, and equal to 100% for the recognition of activities without motion, reporting an overall accuracy between 58.02% and 89.15%. Compared with the literature, the results returned by the implemented framework show only a residual improvement. However, the results reported in this research work comprehend the identification of more ADL than the ones described in other studies. The improvement in the recognition of ADL based on the mean of the accuracies is equal to 2.93%, but the maximum number of ADL and environments previously recognized was 13, while the number of ADL and environments recognized with the framework resulting from this research is 16. In conclusion, the framework developed has a mean improvement of 2.93% in the accuracy of the recognition for a larger number of ADL and environments than previously reported. In the future, the achievements reported by this PhD research may be considered as a start point of the development of a personal digital life coach, but the number of ADL and environments recognized by the framework should be increased and the experiments should be performed with different types of devices (i.e., smartphones and smartwatches), and the data imputation and other machine learning methods should be explored in order to attempt to increase the reliability of the framework for the recognition of ADL and its environments.Após os recentes avanços tecnológicos e o crescente uso dos dispositivos móveis, como por exemplo os smartphones, várias soluções podem ser desenvolvidas para melhorar a qualidade de vida dos utilizadores no contexto de Ambientes de Vida Assistida (AVA) ou Ambient Assisted Living (AAL). Os dispositivos móveis integram vários sensores, tais como acelerómetro, giroscópio, magnetómetro, microfone e recetor de Sistema de Posicionamento Global (GPS), que permitem a aquisição de vários parâmetros físicos e fisiológicos para o reconhecimento de diferentes Atividades da Vida Diária (AVD) e os seus ambientes. A definição de AVD inclui um conjunto bem conhecido de tarefas que são tarefas básicas de autocuidado, baseadas nos tipos de habilidades que as pessoas geralmente aprendem na infância. Essas tarefas incluem alimentar-se, tomar banho, vestir-se, fazer os cuidados pessoais, caminhar, correr, pular, subir escadas, dormir, ver televisão, trabalhar, ouvir música, cozinhar, comer, entre outras. No contexto de AVA, alguns indivíduos (comumente chamados de utilizadores) precisam de assistência particular, seja porque o utilizador tem algum tipo de deficiência, seja porque é idoso, ou simplesmente porque o utilizador precisa/quer monitorizar e treinar o seu estilo de vida. A investigação e desenvolvimento de sistemas que fornecem algum tipo de assistência particular está em crescente em muitas áreas de aplicação. Em particular, no futuro, o reconhecimento das AVD é uma parte importante para o desenvolvimento de um assistente pessoal digital, fornecendo uma assistência pessoal de baixo custo aos diferentes tipos de pessoas. pessoas. Para ajudar no reconhecimento das AVD, os ambientes em que estas se desenrolam devem ser reconhecidos para aumentar a fiabilidade destes sistemas. O foco principal desta Tese é o desenvolvimento de métodos para a fusão e classificação dos dados adquiridos a partir dos sensores disponíveis nos dispositivos móveis, para o reconhecimento quase em tempo real das AVD, tendo em consideração a grande diversidade das características dos dispositivos móveis disponíveis no mercado. Para atingir este objetivo, esta Tese iniciou-se com a revisão dos métodos e tecnologias existentes para definir a arquitetura e os módulos do novo método de identificação das AVD. Com esta revisão da literatura e com base no conhecimento adquirido sobre os sensores disponíveis nos dispositivos móveis disponíveis no mercado, um conjunto de tarefas que podem ser identificadas foi definido para as pesquisas e desenvolvimentos desta Tese. Esta revisão também identifica os principais conceitos para o desenvolvimento do novo método de identificação das AVD, utilizando os sensores, são eles: aquisição de dados, processamento de dados, correção de dados, imputação de dados, extração de características, fusão de dados e extração de resultados recorrendo a métodos de inteligência artificial. Um dos desafios está relacionado aos diferentes tipos de dados adquiridos pelos diferentes sensores, mas outros desafios foram encontrados, sendo os mais relevantes o ruído ambiental, o posicionamento do dispositivo durante a realização das atividades diárias, as capacidades limitadas dos dispositivos móveis. As diferentes características das pessoas podem igualmente influenciar a criação dos métodos, escolhendo pessoas com diferentes estilos de vida e características físicas para a aquisição e identificação dos dados adquiridos a partir de sensores. Com base nos dados adquiridos, realizou-se o processamento dos dados, implementando-se métodos de correção dos dados e a extração de características, para iniciar a criação do novo método para o reconhecimento das AVD. Os métodos de imputação de dados foram excluídos da implementação, pois não iriam influenciar os resultados da identificação das AVD e dos ambientes, na medida em que são utilizadas as características extraídas de um conjunto de dados adquiridos durante um intervalo de tempo definido. A seleção dos sensores utilizáveis, bem como das AVD identificáveis, permitirá o desenvolvimento de um método que, considerando o uso de tecnologias para a fusão de dados adquiridos com múltiplos sensores em coordenação com outras informações relativas ao contexto do utilizador, tais como a agenda do utilizador, permitindo estabelecer um perfil de tarefas que o utilizador realiza diariamente. Com base nos resultados obtidos na literatura, o método escolhido para o reconhecimento das AVD são as diferentes variantes das Redes Neuronais Artificiais (RNA), incluindo Multilayer Perceptron (MLP), Feedforward Neural Networks (FNN) with Backpropagation and Deep Neural Networks (DNN). No final, após a criação dos métodos para cada fase do método para o reconhecimento das AVD e ambientes, a implementação sequencial dos diferentes métodos foi realizada num dispositivo móvel para testes adicionais. Após a definição da estrutura do método para o reconhecimento de AVD e ambientes usando dispositivos móveis, verificou-se que a aquisição de dados pode ser realizada com os métodos comuns. Após a aquisição de dados, os mesmos devem ser processados no módulo de processamento de dados, que inclui os métodos de correção de dados e de extração de características. O método de correção de dados utilizado para sensores de movimento e magnéticos é o filtro passa-baixo de modo a reduzir o ruído, mas para os dados acústicos, a Transformada Rápida de Fourier (FFT) foi aplicada para extrair as diferentes frequências. Após a correção dos dados, as diferentes características foram extraídas com base nos tipos de sensores usados, sendo a média, desvio padrão, variância, valor máximo, valor mínimo e mediana de dados adquiridos pelos sensores magnéticos e de movimento, a média, desvio padrão, variância e mediana dos picos máximos calculados com base nos dados adquiridos pelos sensores magnéticos e de movimento, as cinco maiores distâncias entre os picos máximos calculados com os dados adquiridos dos sensores de movimento e magnéticos, a média, desvio padrão, variância e 26 Mel-Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) das frequências obtidas com FFT com base nos dados obtidos a partir do microfone, e a distância calculada com os dados adquiridos pelo recetor de GPS. Após a extração das características, as mesmas são agrupadas em diferentes conjuntos de dados para a aplicação dos métodos de RNA de modo a descobrir o método e o conjunto de características que reporta melhores resultados. O módulo de classificação de dados foi incrementalmente desenvolvido, começando com a identificação das AVD comuns com sensores magnéticos e de movimento, i.e., andar, correr, subir escadas, descer escadas e parado. Em seguida, os ambientes são identificados com dados de sensores acústicos, i.e., quarto, bar, sala de aula, ginásio, cozinha, sala de estar, hall, rua e biblioteca. Com base nos ambientes reconhecidos e os restantes sensores disponíveis nos dispositivos móveis, os dados adquiridos dos sensores magnéticos e de movimento foram combinados com o ambiente reconhecido para diferenciar algumas atividades sem movimento (i.e., dormir e ver televisão), onde o número de atividades reconhecidas nesta fase aumenta com a fusão da distância percorrida, extraída a partir dos dados do recetor GPS, permitindo também reconhecer a atividade de conduzir. Após a implementação dos três métodos de classificação com diferentes números de iterações, conjuntos de dados e configurações numa máquina com alta capacidade de processamento, os resultados relatados provaram que o melhor método para o reconhecimento das atividades comuns de AVD e atividades sem movimento é o método DNN, mas o melhor método para o reconhecimento de ambientes é o método FNN with Backpropagation. Dependendo do número de sensores utilizados, esta implementação reporta uma exatidão média entre 85,89% e 89,51% para o reconhecimento das AVD comuns, igual a 86,50% para o reconhecimento de ambientes, e igual a 100% para o reconhecimento de atividades sem movimento, reportando uma exatidão global entre 85,89% e 92,00%. A última etapa desta Tese foi a implementação do método nos dispositivos móveis, verificando que o método FNN requer um alto poder de processamento para o reconhecimento de ambientes e os resultados reportados com estes dispositivos são inferiores aos resultados reportados com a máquina com alta capacidade de processamento utilizada no desenvolvimento do método. Assim, o método DNN foi igualmente implementado para o reconhecimento dos ambientes com os dispositivos móveis. Finalmente, os resultados relatados com os dispositivos móveis reportam uma exatidão entre 86,39% e 89,15% para o reconhecimento das AVD comuns, igual a 45,68% para o reconhecimento de ambientes, e igual a 100% para o reconhecimento de atividades sem movimento, reportando uma exatidão geral entre 58,02% e 89,15%. Com base nos resultados relatados na literatura, os resultados do método desenvolvido mostram uma melhoria residual, mas os resultados desta Tese identificam mais AVD que os demais estudos disponíveis na literatura. A melhoria no reconhecimento das AVD com base na média das exatidões é igual a 2,93%, mas o número máximo de AVD e ambientes reconhecidos pelos estudos disponíveis na literatura é 13, enquanto o número de AVD e ambientes reconhecidos com o método implementado é 16. Assim, o método desenvolvido tem uma melhoria de 2,93% na exatidão do reconhecimento num maior número de AVD e ambientes. Como trabalho futuro, os resultados reportados nesta Tese podem ser considerados um ponto de partida para o desenvolvimento de um assistente digital pessoal, mas o número de ADL e ambientes reconhecidos pelo método deve ser aumentado e as experiências devem ser repetidas com diferentes tipos de dispositivos móveis (i.e., smartphones e smartwatches), e os métodos de imputação e outros métodos de classificação de dados devem ser explorados de modo a tentar aumentar a confiabilidade do método para o reconhecimento das AVD e ambientes

Unveiling the frontiers of deep learning: innovations shaping diverse domains

Deep learning (DL) enables the development of computer models that are capable of learning, visualizing, optimizing, refining, and predicting data. In recent years, DL has been applied in a range of fields, including audio-visual data processing, agriculture, transportation prediction, natural language, biomedicine, disaster management, bioinformatics, drug design, genomics, face recognition, and ecology. To explore the current state of deep learning, it is necessary to investigate the latest developments and applications of deep learning in these disciplines. However, the literature is lacking in exploring the applications of deep learning in all potential sectors. This paper thus extensively investigates the potential applications of deep learning across all major fields of study as well as the associated benefits and challenges. As evidenced in the literature, DL exhibits accuracy in prediction and analysis, makes it a powerful computational tool, and has the ability to articulate itself and optimize, making it effective in processing data with no prior training. Given its independence from training data, deep learning necessitates massive amounts of data for effective analysis and processing, much like data volume. To handle the challenge of compiling huge amounts of medical, scientific, healthcare, and environmental data for use in deep learning, gated architectures like LSTMs and GRUs can be utilized. For multimodal learning, shared neurons in the neural network for all activities and specialized neurons for particular tasks are necessary.Comment: 64 pages, 3 figures, 3 table

High-Performance Modelling and Simulation for Big Data Applications

This open access book was prepared as a Final Publication of the COST Action IC1406 “High-Performance Modelling and Simulation for Big Data Applications (cHiPSet)“ project. Long considered important pillars of the scientific method, Modelling and Simulation have evolved from traditional discrete numerical methods to complex data-intensive continuous analytical optimisations. Resolution, scale, and accuracy have become essential to predict and analyse natural and complex systems in science and engineering. When their level of abstraction raises to have a better discernment of the domain at hand, their representation gets increasingly demanding for computational and data resources. On the other hand, High Performance Computing typically entails the effective use of parallel and distributed processing units coupled with efficient storage, communication and visualisation systems to underpin complex data-intensive applications in distinct scientific and technical domains. It is then arguably required to have a seamless interaction of High Performance Computing with Modelling and Simulation in order to store, compute, analyse, and visualise large data sets in science and engineering. Funded by the European Commission, cHiPSet has provided a dynamic trans-European forum for their members and distinguished guests to openly discuss novel perspectives and topics of interests for these two communities. This cHiPSet compendium presents a set of selected case studies related to healthcare, biological data, computational advertising, multimedia, finance, bioinformatics, and telecommunications

High-Performance Modelling and Simulation for Big Data Applications

This open access book was prepared as a Final Publication of the COST Action IC1406 “High-Performance Modelling and Simulation for Big Data Applications (cHiPSet)“ project. Long considered important pillars of the scientific method, Modelling and Simulation have evolved from traditional discrete numerical methods to complex data-intensive continuous analytical optimisations. Resolution, scale, and accuracy have become essential to predict and analyse natural and complex systems in science and engineering. When their level of abstraction raises to have a better discernment of the domain at hand, their representation gets increasingly demanding for computational and data resources. On the other hand, High Performance Computing typically entails the effective use of parallel and distributed processing units coupled with efficient storage, communication and visualisation systems to underpin complex data-intensive applications in distinct scientific and technical domains. It is then arguably required to have a seamless interaction of High Performance Computing with Modelling and Simulation in order to store, compute, analyse, and visualise large data sets in science and engineering. Funded by the European Commission, cHiPSet has provided a dynamic trans-European forum for their members and distinguished guests to openly discuss novel perspectives and topics of interests for these two communities. This cHiPSet compendium presents a set of selected case studies related to healthcare, biological data, computational advertising, multimedia, finance, bioinformatics, and telecommunications

Proceedings, MSVSCC 2018

Proceedings of the 12th Annual Modeling, Simulation & Visualization Student Capstone Conference held on April 19, 2018 at VMASC in Suffolk, Virginia. 155 pp