Querying a Bioinformatic Data Sources Registry with Concept Lattices

ISSN 0302-9743 (Print) 1611-3349 (Online) ISBN 978-3-540-27783-5International audienceBioinformatic data sources available on the web are multiple and heterogenous. The lack of documentation and the difficulty of interaction with these data banks require users competence in both informatics and biological fields for an optimal use of sources contents that remain rather under exploited. In this paper we present an approach based on formal concept analysis to classify and search relevant bioinformatic data sources for a given user query. It consists in building the concept lattice from the binary relation between bioinformatic data sources and their associated metadata. The concept built from a given user query is then merged into the concept lattice. The result is given by the extraction of the set of sources belonging to the extents of the query concept subsumers in the resulting concept lattice. The sources ranking is given by the concept specificity order in the concept lattice. An improvement of the approach consists in automatic refinement of the query thanks to domain ontologies. Two forms of refinement are possible by generalisation and by specialisation

Discovering the hidden knowledge in transaction data through formal concept analysis

The aim of this research is to discover if hitherto hidden knowledge exists in transaction data and how it can be exposed through the application of Formal Concept Analysis (FCA). Enterprise systems capture data in a transaction structure so that they can provide information that seeks to align with the knowledge that decision-makers use to achieve business goals. With the emergence of service-oriented architecture and developments in business intelligence, data in its own right is becoming significant, suggesting that data in itself may be capable of capturing human behaviour and offerer novel insights from a `bottom-up' perspective. The constraints of hard-coded top-down analysis can thus be addressed by agile systems that use components based on the discovery of the hidden knowledge in the transaction data. There is a need to connect the user's human-oriented approach to problem solving with the formal structures that computer applications need to bring their productivity to bear. FCA offers a natural approach that meets these requirements as it provides a mathematical theory based on concepts, logical relationships that can be represented and understood by humans. By taking an action research and case study approach an experimental environment was designed along two avenues. The first was a study in an educational setting that would combine the generation of the data with the behaviour of the users (students) at the time, thereby capturing their actions as reflected in the transaction data. To create a representative environment, the students used an industry standard SAP enterprise system with the business simulator ERPsim. This applied study provided an evaluation of FCA and contemporary tools while maintaining a relevant pedagogic outcome for the students. The second avenue was a discovery experiment based on user activity logs from an actual organisations productive system, applying and developing the methods applied previously. Analysis of user logs from this system using FCA revealed the hitherto hidden knowledge in its transaction data by discovering patterns and relationships made visible through the multi dimensional representation of data. The evidence gathered by this research supports FCA for exposing and discovering hidden knowledge from transactional data, it can contribute towards systems and humans working together more effectively.</p

Accessing spoken interaction through dialogue processing [online]

Zusammenfassung Unser Leben, unsere Leistungen und unsere Umgebung, alles wird derzeit durch Schriftsprache dokumentiert. Die rasante Fortentwicklung der technischen Möglichkeiten Audio, Bilder und Video aufzunehmen, abzuspeichern und wiederzugeben kann genutzt werden um die schriftliche Dokumentation von menschlicher Kommunikation, zum Beispiel Meetings, zu unterstützen, zu ergänzen oder gar zu ersetzen. Diese neuen Technologien können uns in die Lage versetzen Information aufzunehmen, die anderweitig verloren gehen, die Kosten der Dokumentation zu senken und hochwertige Dokumente mit audiovisuellem Material anzureichern. Die Indizierung solcher Aufnahmen stellt die Kerntechnologie dar um dieses Potential auszuschöpfen. Diese Arbeit stellt effektive Alternativen zu schlüsselwortbasierten Indizes vor, die Suchraumeinschränkungen bewirken und teilweise mit einfachen Mitteln zu berechnen sind. Die Indizierung von Sprachdokumenten kann auf verschiedenen Ebenen erfolgen: Ein Dokument gehört stilistisch einer bestimmten Datenbasis an, welche durch sehr einfache Merkmale bei hoher Genauigkeit automatisch bestimmt werden kann. Durch diese Art von Klassifikation kann eine Reduktion des Suchraumes um einen Faktor der Größenordnung 4­10 erfolgen. Die Anwendung von thematischen Merkmalen zur Textklassifikation bei einer Nachrichtendatenbank resultiert in einer Reduktion um einen Faktor 18. Da Sprachdokumente sehr lang sein können müssen sie in thematische Segmente unterteilt werden. Ein neuer probabilistischer Ansatz sowie neue Merkmale (Sprecherinitia­ tive und Stil) liefern vergleichbare oder bessere Resultate als traditionelle schlüsselwortbasierte Ansätze. Diese thematische Segmente können durch die vorherrschende Aktivität charakterisiert werden (erzählen, diskutieren, planen, ...), die durch ein neuronales Netz detektiert werden kann. Die Detektionsraten sind allerdings begrenzt da auch Menschen diese Aktivitäten nur ungenau bestimmen. Eine maximale Reduktion des Suchraumes um den Faktor 6 ist bei den verwendeten Daten theoretisch möglich. Eine thematische Klassifikation dieser Segmente wurde ebenfalls auf einer Datenbasis durchgeführt, die Detektionsraten für diesen Index sind jedoch gering. Auf der Ebene der einzelnen Äußerungen können Dialogakte wie Aussagen, Fragen, Rückmeldungen (aha, ach ja, echt?, ...) usw. mit einem diskriminativ trainierten Hidden Markov Model erkannt werden. Dieses Verfahren kann um die Erkennung von kurzen Folgen wie Frage/Antwort­Spielen erweitert werden (Dialogspiele). Dialogakte und ­spiele können eingesetzt werden um Klassifikatoren für globale Sprechstile zu bauen. Ebenso könnte ein Benutzer sich an eine bestimmte Dialogaktsequenz erinnern und versuchen, diese in einer grafischen Repräsentation wiederzufinden. In einer Studie mit sehr pessimistischen Annahmen konnten Benutzer eines aus vier ähnlichen und gleichwahrscheinlichen Gesprächen mit einer Genauigkeit von ~ 43% durch eine graphische Repräsentation von Aktivität bestimmt. Dialogakte könnte in diesem Szenario ebenso nützlich sein, die Benutzerstudie konnte aufgrund der geringen Datenmenge darüber keinen endgültigen Aufschluß geben. Die Studie konnte allerdings für detailierte Basismerkmale wie Formalität und Sprecheridentität keinen Effekt zeigen. Abstract Written language is one of our primary means for documenting our lives, achievements, and environment. Our capabilities to record, store and retrieve audio, still pictures, and video are undergoing a revolution and may support, supplement or even replace written documentation. This technology enables us to record information that would otherwise be lost, lower the cost of documentation and enhance high­quality documents with original audiovisual material. The indexing of the audio material is the key technology to realize those benefits. This work presents effective alternatives to keyword based indices which restrict the search space and may in part be calculated with very limited resources. Indexing speech documents can be done at a various levels: Stylistically a document belongs to a certain database which can be determined automatically with high accuracy using very simple features. The resulting factor in search space reduction is in the order of 4­10 while topic classification yielded a factor of 18 in a news domain. Since documents can be very long they need to be segmented into topical regions. A new probabilistic segmentation framework as well as new features (speaker initiative and style) prove to be very effective compared to traditional keyword based methods. At the topical segment level activities (storytelling, discussing, planning, ...) can be detected using a machine learning approach with limited accuracy; however even human annotators do not annotate them very reliably. A maximum search space reduction factor of 6 is theoretically possible on the databases used. A topical classification of these regions has been attempted on one database, the detection accuracy for that index, however, was very low. At the utterance level dialogue acts such as statements, questions, backchannels (aha, yeah, ...), etc. are being recognized using a novel discriminatively trained HMM procedure. The procedure can be extended to recognize short sequences such as question/answer pairs, so called dialogue games. Dialog acts and games are useful for building classifiers for speaking style. Similarily a user may remember a certain dialog act sequence and may search for it in a graphical representation. In a study with very pessimistic assumptions users are able to pick one out of four similar and equiprobable meetings correctly with an accuracy ~ 43% using graphical activity information. Dialogue acts may be useful in this situation as well but the sample size did not allow to draw final conclusions. However the user study fails to show any effect for detailed basic features such as formality or speaker identity

Privacy in rfid and mobile objects

Los sistemas RFID permiten la identificación rápida y automática de etiquetas RFID a través de un canal de comunicación inalámbrico. Dichas etiquetas son dispositivos con cierto poder de cómputo y capacidad de almacenamiento de información. Es por ello que los objetos que contienen una etiqueta RFID adherida permiten la lectura de una cantidad rica y variada de datos que los describen y caracterizan, por ejemplo, un código único de identificación, el nombre, el modelo o la fecha de expiración. Además, esta información puede ser leída sin la necesidad de un contacto visual entre el lector y la etiqueta, lo cual agiliza considerablemente los procesos de inventariado, identificación, o control automático. Para que el uso de la tecnología RFID se generalice con éxito, es conveniente cumplir con varios objetivos: eficiencia, seguridad y protección de la privacidad. Sin embargo, el diseño de protocolos de identificación seguros, privados, y escalables es un reto difícil de abordar dada las restricciones computacionales de las etiquetas RFID y su naturaleza inalámbrica. Es por ello que, en la presente tesis, partimos de protocolos de identificación seguros y privados, y mostramos cómo se puede lograr escalabilidad mediante una arquitectura distribuida y colaborativa. De este modo, la seguridad y la privacidad se alcanzan mediante el propio protocolo de identificación, mientras que la escalabilidad se logra por medio de novedosos métodos colaborativos que consideran la posición espacial y temporal de las etiquetas RFID. Independientemente de los avances en protocolos inalámbricos de identificación, existen ataques que pueden superar exitosamente cualquiera de estos protocolos sin necesidad de conocer o descubrir claves secretas válidas ni de encontrar vulnerabilidades en sus implementaciones criptográficas. La idea de estos ataques, conocidos como ataques de “relay”, consiste en crear inadvertidamente un puente de comunicación entre una etiqueta legítima y un lector legítimo. De este modo, el adversario usa los derechos de la etiqueta legítima para pasar el protocolo de autenticación usado por el lector. Nótese que, dada la naturaleza inalámbrica de los protocolos RFID, este tipo de ataques representa una amenaza importante a la seguridad en sistemas RFID. En esta tesis proponemos un nuevo protocolo que además de autenticación realiza un chequeo de la distancia a la cual se encuentran el lector y la etiqueta. Este tipo de protocolos se conocen como protocolos de acotación de distancia, los cuales no impiden este tipo de ataques, pero sí pueden frustrarlos con alta probabilidad. Por último, afrontamos los problemas de privacidad asociados con la publicación de información recogida a través de sistemas RFID. En particular, nos concentramos en datos de movilidad que también pueden ser proporcionados por otros sistemas ampliamente usados tales como el sistema de posicionamiento global (GPS) y el sistema global de comunicaciones móviles. Nuestra solución se basa en la conocida noción de k-anonimato, alcanzada mediante permutaciones y microagregación. Para este fin, definimos una novedosa función de distancia entre trayectorias con la cual desarrollamos dos métodos diferentes de anonimización de trayectorias.Els sistemes RFID permeten la identificació ràpida i automàtica d’etiquetes RFID a través d’un canal de comunicació sense fils. Aquestes etiquetes són dispositius amb cert poder de còmput i amb capacitat d’emmagatzematge de informació. Es per això que els objectes que porten una etiqueta RFID adherida permeten la lectura d’una quantitat rica i variada de dades que els descriuen i caracteritzen, com per exemple un codi únic d’identificació, el nom, el model o la data d’expiració. A més, aquesta informació pot ser llegida sense la necessitat d’un contacte visual entre el lector i l’etiqueta, la qual cosa agilitza considerablement els processos d’inventariat, identificació o control automàtic. Per a que l’ús de la tecnologia RFID es generalitzi amb èxit, es convenient complir amb diversos objectius: eficiència, seguretat i protecció de la privacitat. No obstant això, el disseny de protocols d’identificació segurs, privats i escalables, es un repte difícil d’abordar dades les restriccions computacionals de les etiquetes RFID i la seva naturalesa sense fils. Es per això que, en la present tesi, partim de protocols d’identificació segurs i privats, i mostrem com es pot aconseguir escalabilitat mitjançant una arquitectura distribuïda i col•laborativa. D’aquesta manera, la seguretat i la privacitat s’aconsegueixen mitjançant el propi protocol d’identificació, mentre que l’escalabilitat s’aconsegueix per mitjà de nous protocols col•laboratius que consideren la posició espacial i temporal de les etiquetes RFID. Independentment dels avenços en protocols d’identificació sense fils, existeixen atacs que poden passar exitosament qualsevol d’aquests protocols sense necessitat de conèixer o descobrir claus secretes vàlides, ni de trobar vulnerabilitats a les seves implantacions criptogràfiques. La idea d’aquestos atacs, coneguts com atacs de “relay”, consisteix en crear inadvertidament un pont de comunicació entre una etiqueta legítima i un lector legítim. D’aquesta manera, l’adversari utilitza els drets de l’etiqueta legítima per passar el protocol d’autentificació utilitzat pel lector. Es important tindre en compte que, dada la naturalesa sense fils dels protocols RFID, aquests tipus d’atacs representen una amenaça important a la seguretat en sistemes RFID. En aquesta dissertació proposem un nou protocol que, a més d’autentificació, realitza una revisió de la distància a la qual es troben el lector i l’etiqueta. Aquests tipus de protocols es coneixen com a “distance-boulding protocols”, els quals no prevenen aquests tipus d’atacs, però si que poden frustrar-los amb alta probabilitat. Per últim, afrontem els problemes de privacitat associats amb la publicació de informació recol•lectada a través de sistemes RFID. En concret, ens concentrem en dades de mobilitat, que també poden ser proveïdes per altres sistemes àmpliament utilitzats tals com el sistema de posicionament global (GPS) i el sistema global de comunicacions mòbils. La nostra solució es basa en la coneguda noció de privacitat “k-anonymity” i parcialment en micro-agregació. Per a aquesta finalitat, definim una nova funció de distància entre trajectòries amb la qual desenvolupen dos mètodes diferents d’anonimització de trajectòries.Radio Frequency Identification (RFID) is a technology aimed at efficiently identifying and tracking goods and assets. Such identification may be performed without requiring line-of-sight alignment or physical contact between the RFID tag and the RFID reader, whilst tracking is naturally achieved due to the short interrogation field of RFID readers. That is why the reduction in price of the RFID tags has been accompanied with an increasing attention paid to this technology. However, since tags are resource-constrained devices sending identification data wirelessly, designing secure and private RFID identification protocols is a challenging task. This scenario is even more complex when scalability must be met by those protocols. Assuming the existence of a lightweight, secure, private and scalable RFID identification protocol, there exist other concerns surrounding the RFID technology. Some of them arise from the technology itself, such as distance checking, but others are related to the potential of RFID systems to gather huge amount of tracking data. Publishing and mining such moving objects data is essential to improve efficiency of supervisory control, assets management and localisation, transportation, etc. However, obvious privacy threats arise if an individual can be linked with some of those published trajectories. The present dissertation contributes to the design of algorithms and protocols aimed at dealing with the issues explained above. First, we propose a set of protocols and heuristics based on a distributed architecture that improve the efficiency of the identification process without compromising privacy or security. Moreover, we present a novel distance-bounding protocol based on graphs that is extremely low-resource consuming. Finally, we present two trajectory anonymisation methods aimed at preserving the individuals' privacy when their trajectories are released

NIH-NSF Visualization Research Challenges Report

Engineering and Applied Science

An intelligent Geographic Information System for design

Recent advances in geographic information systems (GIS) and artificial intelligence (AI) techniques have been summarised, concentrating on the theoretical aspects of their construction and use. Existing projects combining AI and GIS have also been discussed, with attention paid to the interfacing methods used and problems uncovered by the approaches. AI and GIS have been combined in this research to create an intelligent GIS for design. This has been applied to off-shore pipeline route design. The system was tested using data from a real pipeline design project. [Continues.