Tools of the Trade: A Survey of Various Agent Based Modeling Platforms

Agent Based Modeling (ABM) toolkits are as diverse as the community of people who use them. With so many toolkits available, the choice of which one is best suited for a project is left to word of mouth, past experiences in using particular toolkits and toolkit publicity. This is especially troublesome for projects that require specialization. Rather than using toolkits that are the most publicized but are designed for general projects, using this paper, one will be able to choose a toolkit that already exists and that may be built especially for one's particular domain and specialized needs. In this paper, we examine the entire continuum of agent based toolkits. We characterize each based on 5 important characteristics users consider when choosing a toolkit, and then we categorize the characteristics into user-friendly taxonomies that aid in rapid indexing and easy reference.Agent Based Modeling, Individual Based Model, Multi Agent Systems

Análise de Performance de Técnicas de Optimização

Real-world complex optimization problems are one of the most complex challenges faced by scientific community. Achieving the best solution for a complex problem in an acceptable time interval is not always possible. In order to solve this problem, metaheuristics are one of the available resources. Having this in mind, finding a technique among others that presents better results in most executions would allow solution choosing to be more directive and assertive. Most used techniques comprise metaheuristics. These allow to find an acceptable solution in an acceptable time interval, even if the achieved solution was not the optimal possible. In this sense, this thesis intends to analyse four optimization techniques. Two population based techniques, one of them based in the behaviour of the bees in colony (Bee Colony) and another based in computational evolution (Genetic Algorithms). And, two single solution techniques, one based in memory structures (Tabu Search) and another based in the metallurgy industry (Simulated Annealing). These techniques were applied to two different optimization problems and computational results were registered and analysed. A prototype was built and used to obtain the results of applying metaheuristics to the Travelling Salesman problem (TSP) and the Knapsack Problem (KP). Evaluating the results, it was not possible to prove either that all algorithms are equivalent or that one of them is better in the majority of the cases.A resolução de problemas de otimização reais complexos constitui um dos grandes desafios científicos atuais. A possibilidade de obter as melhores soluções para os problemas nem sempre é possível em tempo útil e o recurso a técnicas de otimização para os resolver de forma eficaz e eficiente é constante. Neste sentido, encontrar uma técnica que sobressaia por entre as demais permitiria usar essas técnicas de forma mais direcionada e assertiva. Algumas das técnicas de otimização mais usadas são as meta-heurísticas. Estas permitem encontrar uma solução em tempo útil, mesmo não sendo a melhor solução possível. Neste contexto, a presente dissertação tem por vista a análise de quatro técnicas de otimização. Duas populacionais, sendo que uma técnica é baseada no comportamento dos enxames de abelhas (Bee Colony) e outra baseada na computação evolucionária, algoritmos genéticos (Genetic Algorithms). E, por posição, duas de solução única, a pesquisa tabu (Tabu Search), que se baseia nas estruturas de memória e uma técnica baseada na indústria metalúrgica, o arrefecimento simulado (Simulated Anealing). Estas técnicas foram aplicadas a dois problemas de otimização e os resultados computacionais, eficiência e eficácia das técnicas, foram registados e analisados. Um protótipo foi construído e utilizado para obter os resultados da aplicação das metaheurísticas ao problema de caixeiro viajante (TSP) e ao problema da mochila (KP). Após avaliação dos resultados, não foi possível provar que existia um algoritmo que se destacava entre os demais ou que os algoritmos eram equivalentes

QuantumATK: An integrated platform of electronic and atomic-scale modelling tools

QuantumATK is an integrated set of atomic-scale modelling tools developed since 2003 by professional software engineers in collaboration with academic researchers. While different aspects and individual modules of the platform have been previously presented, the purpose of this paper is to give a general overview of the platform. The QuantumATK simulation engines enable electronic-structure calculations using density functional theory or tight-binding model Hamiltonians, and also offers bonded or reactive empirical force fields in many different parametrizations. Density functional theory is implemented using either a plane-wave basis or expansion of electronic states in a linear combination of atomic orbitals. The platform includes a long list of advanced modules, including Green's-function methods for electron transport simulations and surface calculations, first-principles electron-phonon and electron-photon couplings, simulation of atomic-scale heat transport, ion dynamics, spintronics, optical properties of materials, static polarization, and more. Seamless integration of the different simulation engines into a common platform allows for easy combination of different simulation methods into complex workflows. Besides giving a general overview and presenting a number of implementation details not previously published, we also present four different application examples. These are calculations of the phonon-limited mobility of Cu, Ag and Au, electron transport in a gated 2D device, multi-model simulation of lithium ion drift through a battery cathode in an external electric field, and electronic-structure calculations of the composition-dependent band gap of SiGe alloys.Comment: Submitted to Journal of Physics: Condensed Matte

OEXP Analysis Tools Workshop

This publication summarizes the software needs and available analysis tools presented at the OEXP Analysis Tools Workshop held at the NASA Langley Research Center, Hampton, Virginia on June 21 to 22, 1988. The objective of the workshop was to identify available spacecraft system (and subsystem) analysis and engineering design tools, and mission planning and analysis software that could be used for various NASA Office of Exploration (code Z) studies, specifically lunar and Mars missions

Speech-to-speech translation to support medical interviews

Projeto de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Este relatório apresenta a criação de um sistema de tradução fala-para-fala. O sistema consiste na captação de voz na forma de sinal áudio que de seguida é interpretado, traduzido e sintetizado para voz. Tendo como entrada um enunciado numa linguagem de origem e como saída um enunciado numa linguagem destino. O sistema implementado tem como âmbito do seu funcionamento o domínio médico, tendo em vista apoiar o diálogo entre médico e utente em linguagens diferentes durante consultas médicas. No caso do presente trabalho, foram escolhidos o português e inglês, sendo possível a tradução fala-para-fala nos dois sentidos. A escolha destas duas línguas resulta sobretudo da disponibilidade de recursos para o desenvolvimento do sistema. Ao longo dos anos tem existido um esforço de pesquisa e desenvolvimento em tecnologia que permite quebrar as barreiras do multilinguismo. Uma dessas tecnologias, com resultados de qualidade crescentemente aceitável, são os sistemas de tradução fala-para-fala. Em geral, estes sistemas são compostos por três componentes: reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz. Neste projecto foram implementadas as três componentes. No entanto, uma vez que face às tecnologias disponíveis, a componente de tradução tem um maior impacto no desempenho final do sistema, a esta foi conferida uma maior atenção. Embora nós, como humanos, compreendamos facilmente a linguagem falada, isto é algo extremamente difícil e complexo de um ponto de vista computacional. O objectivo do reconhecimento de fala é abordar esta tarefa computacionalmente através da construção de sistemas que mapeiam um sinal acústico para uma sequência de caracteres. Os modelos actuais para reconhecimento de fala fazem uso de modelos estatísticos. Nestes, a fala é reconhecida através do uso de modelos de linguagem que possibilitam a estimativa das probabilidades para as palavras, independentemente do sinal de entrada, e de um modelo acústico onde as propriedades acústicas da fala estão contempladas. Os modelos actuais de tradução automática, assim como os de reconhecimento de fala, são na sua larga maioria estatísticos. Actualmente os modelos de tradução baseados em unidades frásicas de input são os que obtém os resultados com melhor qualidade. Esta abordagem consiste na tradução de pequenos segmentos de palavras, onde existe uma tradução lexical e um modelo de alinhamento. Os modelos estatísticos fazem uso de textos de duas línguas alinhados, tendo como princípio o facto de que através da frequência de cada segmento de palavras, em relação à outra linguagem, seja obtida uma distribuição probabilística. Deste modo torna-se possível calcular qual a palavra ou conjunto de palavras mais prováveis de ocorrer como tradução para determinado texto que se pretenda traduzir. A sintetização de voz consiste na geração de fala na forma de onda acústica tendo como ponto de partida uma palavra ou uma sequência de palavras. Envolve o processamento de linguagens naturais e processamento de sinal. O primeiro converte o texto numa representação fonética e o último converte essa representação em sinal acústico. Neste documento é apresentado o estado da arte das três áreas envolvidas. São também apresentados os sistemas de tradução fala-para-fala, fazendo ou não uso do domínio médico, e também os processos existentes para a avaliação de cada uma das componentes. Tendo em vista a implementação de um sistema com as diversas componentes, foi necessário efectuar um levantamento da tecnologia existente. O levantamento teve por objectivo a implementação de duas soluções aplicacionais. Uma aplicação disponível pela internet como página web e outra através de uma aplicação móvel, ambas permitindo o reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz em ambas as linguagens e direcções. Dois sistemas de reconhecimento de fala foram escolhidos, o Microsoft Speech Platform para a aplicação móvel e o reconhecimento de fala disponível pelo Google nos browsers Google Chrome. O primeiro a ser usado na aplicação móvel e o segundo na aplicação web. O sistema de tradução automática escolhido foi o Moses. Sendo um sistema de tradução estatístico que permite a criação de modelos de tradução diversos, como os modelos baseados em frase e os modelos baseados em fatores. O sistema de sintetização de voz escolhido foi o Microsoft Speech Platform. A aplicação móvel foi desenvolvida para a plataforma iOS da Apple tendo em vista o uso de um telemóvel iPhone. A integração dos componentes pelas diversas arquitecturas foi assegurada pela implementação de web services. O reconhecimento de fala na aplicação web foi desenvolvido recorrendo ao uso da W3C Speech Input API Specifications, onde a programação através de HTML permite a captação de áudio no Google Chrome. Para a implementação do sistema tradução fala-para-fala foi necessário a obtenção de corpora paralelos de forma a se poder treinar os modelos estatísticos, sendo este um dos factores cruciais para o bom desempenho dos componentes. Uma vez que o sistema tem como domínio de aplicação o diálogo médico, corpora neste domínio seria o mais vantajoso. No entanto, a inexistência de tais corpora para o par Inglês-Português levou à aquisição de corpora alternativos. Através de uma experiência exploratória foi abordado o tipo de implementação mais adequado da componente de reconhecimento de fala, tendo como foco o modelo de linguagem. Três experiências foram então conduzidas de forma a decidir entre a aplicação de um modelo de linguagem baseado em regras ou um modelo estatístico. Para implementar um modelo de linguagem baseado em regras foi necessário a criação de um corpus médico que reflectisse um diálogo entre médico e paciente. Para tal, com a ajuda de um médico, criei um diálogo de um caso hipotético de lesão num braço devido a um acidente de carro. Este diálogo teve como base para a sua estruturação a aplicação do processo de anamnesis. A anamnesis consiste numa metodologia médica que através de um conjunto de perguntas chave permite adquirir a informação necessária para a formulação de um diagnóstico médico e decisão sobre o tratamento necessário. O corpus médico foi também transformado num corpus de fala de forma a este ser avaliado ao longo das experiências. Numa primeira experiência foi criada uma gramática básica cuja implementação foi obtida recorrendo à Speech Recognition Grammar Specification de forma a ser usada como modelo de linguagem pela componente de reconhecimento de fala. A segunda experiência tinha como objectivo a criação de uma gramática mais complexa que a primeira. Para tal foi criada uma gramática livre de contexto. Após a criação da gramática livre de contexto esta foi convertida manualmente para uma gramática SRGS. Na terceira experiência foram criados dois modelo de linguagem estatísticos, o primeiro fazendo uso do mesmo corpus que o usado nas experiências anteriores e o segundo composto por 30.000 frases independentes. Obteve-se melhores resultados com o modelo de linguagem estatístico e este ficou como a escolha para a implementação do componente de reconhecimento de fala. No treino da componente de tradução automática foram usados dois modelos estatísticos, baseados em frases e em factores. Pretendeu-se comparar os resultados entre os dois modelos de forma a escolher o modelo mais vantajoso. Para fazer uso do modelo baseado em factores foi necessária a preparação de corpora. Com os corpora já adquiridos foi concretizada a sua anotação para ambas as linguagens. Recorrendo ao LX-Suite e ao CoreNLP, foram criados corpora anotados com lemmas e informação morfossintáctica, com a primeira ferramenta para o português e a última para o inglês. Uma vez que a componente de sintetização de voz permitia uma implementação célere, esta foi implementada recorrendo aos modelos já existentes para ambas as linguagens e disponibilizados pela ferramenta. Por fim, são apresentados os resultados obtidos e a sua avaliação. Tanto a avaliação do sistema de reconhecimento de fala como o de tradução automática demonstraram um desempenho muito competitivo, do nível do estado da arte. A componente de reconhecimento de fala, assim como a componente de tradução automática, obtiveram melhores resultados fazendo-se uso de modelos de linguagem estatístico.This report presents the development of a speech-to-speech translation system. The system consists in the capture of voice as an audio signal that is then interpreted, translated and synthesized to voice for a target language. The three main components of the system, speech recognition, machine translation and speech synthesis, make use of statistical models, such as hidden Markov models. Given the technology available, the machine translation component has a greater impact on the performance of the system, a greater attention has thus been given to it. The system assumes the support to medical interviews between doctor and patient in different languages as its applicational domain. Two application solutions were developed: an online service on a website and a mobile application. This report begins by presenting the general concepts of the relevant areas involved. It proceeds with an overview of the state of the art relating to each area as well as to the methods used for the evaluation of the different components. It provides also an overview of existing technology and the criteria for choosing the tools to be used in the development of the system. It explains the acquisition and creation of the corpora used, and the process of development and integration of the components: speech recognition, machine translation and text-to-speech. Finally, the evaluation results are presented, as well as the final conclusions

Virtual Reality Games for Motor Rehabilitation

This paper presents a fuzzy logic based method to track user satisfaction without the need for devices to monitor users physiological conditions. User satisfaction is the key to any product’s acceptance; computer applications and video games provide a unique opportunity to provide a tailored environment for each user to better suit their needs. We have implemented a non-adaptive fuzzy logic model of emotion, based on the emotional component of the Fuzzy Logic Adaptive Model of Emotion (FLAME) proposed by El-Nasr, to estimate player emotion in UnrealTournament 2004. In this paper we describe the implementation of this system and present the results of one of several play tests. Our research contradicts the current literature that suggests physiological measurements are needed. We show that it is possible to use a software only method to estimate user emotion