Classification and prediction of whereabouts patterns from the Reality Mining dataset

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Effectiveness of Data Enrichment on Categorization: Two Case Studies on Short Texts and User Movements

The widespread diffusion of mobile devices, e.g., smartphones and tablets, has made possible a huge increment in data generation by users. Nowadays, about a billion users daily interact on online social media, where they share information and discuss about a wide variety of topics, sometimes including the places they visit. Furthermore, the use of mobile devices makes available a large amount of data tracked by integrated sensors, which monitor several users’ activities, again including their position. The content produced by users are composed of few elements, such as only some words in a social post, or a simple GPS position, therefore a poor source of information to analyze. On this basis, a data enrichment process may provide additional knowledge by exploiting other related sources to extract additional data. The aim of this dissertation is to analyze the effectiveness of data enrichment for categorization, in particular on two domains, short texts and user movements. We de- scribe the concept behind our experimental design where users’ content are represented as abstract objects in a geometric space, with distances representing relatedness and similarity values, and contexts representing regions close to the each object where it is possibile to find other related objects, and therefore suitable as data enrichment source. Regarding short texts our research involves a novel approach on short text enrichment and categorization, and an extensive study on the properties of data used as enrich- ment. We analyze the temporal context and a set of properties which characterize data from an external source in order to properly select and extract additional knowledge related to textual content that users produce. We use Twitter as short texts source to build datasets for all experiments. Regarding user movements we address the problem of places categorization recognizing important locations that users visit frequently and intensively. We propose a novel approach on places categorization based on a feature space which models the users’ movement habits. We analyze both temporal and spa- tial context to find additional information to use as data enrichment and improve the importance recognition process. We use an in-house built dataset of GPS logs and the GeoLife public dataset for our experiments. Experimental evaluations on both our stud- ies highlight how the enrichment phase has a considerable impact on each process, and the results demonstrate its effectiveness. In particular, the short texts analysis shows how news articles are documents particularly suitable to be used as enrichment source, and their freshness is an important property to consider. User Movements analysis demonstrates how the context with additional data helps, even with user trajectories difficult to analyze. Finally, we provide an early stage study on user modeling. We exploit the data extracted with enrichment on the short texts to build a richer user profile. The enrichment phase, combined with a network-based approach, improves the profiling process providing higher scores in similarity computation where expectedCo-supervisore: Ivan ScagnettoopenDottorato di ricerca in Informaticaope

Emergency Button Application - Android Systems

The investigation of emergency situations is a complex field of study which involves different perspectives. Individual‘s and public‘s safety is a very important issue, the established emergency response system is the main core of resolving these emergency situations, we are already familiar with the normal emergency reporting system like calling 911 or using emergency phones, But this project aims to create an application that can assist users in emergency situations and provide users with instant details of their location to send to family, friends, or authorities in panic & emergency situations, another option other than public emergency phone systems and other forms of reporting in emergency situations for an easier and friendlier approach, thus improving public safety. The methodology used to complete this application is agile software development methodology which is based on iterative & incremental development that is rapid & flexible. The tools for this project include Eclipse Indigo which is a popular platform to develop Android Applications with the aid of a variety of software tools in design and user friendly software development such as Android ADT tools. In conclusion, the application‘s is successfully developed and met its main objective which is to help users broadcast their message in an emergency situation whenever they need help and can‘t easily get it or find it but with today‘s world mobile software development, public safety shall be more personalized

Towards Geo Decision Support Systems for Renewable Energy Outreach

La Tierra se encuentra afectada por numerosos fenómenos tales como los desastres naturales, sobre urbanización, contaminación, etc. Todas estas actividades afectan enormemente a los recursos naturales del planeta llevando a la escasez de los mismos. Un tema especialmente relevante es el uso exhaustivo de energía fósil y su impacto negativo sobre nuestro medio ambiente. Resulta de este modo fundamental la búsqueda de nuevos recursos energéticos limpios para satisfacer nuestras necesidades y reducir la dependencia de recursos energéticos fósiles. La transformación de una infraestructura de generación de energía basada en recursos fósiles a otra basada en recursos energéticos renovables tales como eólica, solar y energía hidroeléctrica llevará a un mejor mantenimiento del medio ambiente ya que supondrá poco o ningún efecto en el calentamiento global por las emisiones, y a una reducción de la dependencia de fuentes de energía fósil. Las energías renovables son una fuente natural de energía que tiene importantes beneficios ya que proporciona un sistema de producción de energía confiable, con precios de la energía estables, puestos de trabajo especializados, y beneficios económicos y el medio ambiente. La energía solar es una de las mejores energías renovables. El sol es la fuente natural y fundamental de la existencia humana sobre la tierra y afecta a todos los procesos químicos, físicos y biológicos. Una hora de la energía del sol en la tierra es suficiente para alimentar a todo el planeta durante un año. La energía del sol o la radiación solar y su presencia geográfica determinan posibles inversiones en energía solar y las estrategias de desarrollo de las mismas. De este modo es esencial para poder proporcionar respuestas relacionadas con el "qué, quién, cuando y donde". Por ejemplo: ¿Cuál es el perfil de trabajo que mejor adapta a una posición gerencial de las energías renovables? ¿Dónde está el mejor lugar para invertir en huertos solares y/o parques eólicos? ¿En qué fecha se registra la más alta productividad? ¿Por qué este lugar no es apto para proyectos hidráulicos? ¿Por qué hay un bajón en la radiación solar en el año 2000 frente a 2012? Etc. En general, la toma de decisiones es el proceso de seleccionar la mejor opción viable de un conjunto de posibles maneras de hacer las cosas. Los Sistemas de Soporte de Decisión (del inglés Decision Support System, DSS) constituyen un ecosistema cognitivo que facilita la interacción entre los seres humanos y los datos para facilitar de forma profunda, significativa y útil la creación de soluciones efectivas en tiempo y costes. Grandes almacenamientos de Datos (Data warehousing), procesos de Extracción, Transformación y Carga (del inglés Extract Transform and Load, ETL) y la Inteligencia de Negocios (del ingles Business Intelligence, BI) son aspectos tecnológicos clave vinculados a la toma de decisiones. Además, la toma de decisiones en el contexto de la energía solar depende de Sistemas de Información Geográfica. Aunque la energía del Sol está disponible en todo el mundo, es evidente que la energía solar es más abundante cerca de los trópicos. Por ejemplo, una inversión en plantas de energía fotovoltaica en lugares cerca de los trópicos y del ecuador requerirá menos tiempo para su amortización. Dependiendo de la ubicación geográfica y las condiciones climáticas, la intensidad solar varía. Por esta razón, es importante seleccionar la ubicación adecuada que optimice la inversión teniendo en cuenta factores como la intensidad de la radiación solar, clima, tierras aptas y economía. Hay modelos como Global atlas y SimuSOLAR que dan información de idoneidad sobre la radiación solar y las ubicaciones. Sin embargo, estos modelos están restringidos a expertos, cubren áreas geográficas limitadas, no son aptos para casos de uso diferentes de los inicialmente previstos, y adolecen de falta de informes detallados e intuitivos para el público en general. El desarrollo de una cartografía extensa sobre la relación de zonas de sol y de sombra es un trabajo muy complejo que involucra diversos conceptos y retos de ingeniería, necesitando de la integración de diferentes modelos de datos, de calidad y cantidad heterogéneas, con limitaciones presupuestarias, etc. El objetivo de los trabajos de investigación desarrollados ha sido establecer la arquitectura de software para el desarrollo de Sistemas de Soporte de Decisión en el ámbito de las energías renovables en general, y de la energía solar en particular. La característica clave de este enfoque de arquitectura de software es ser capaz de proporcionar Sistemas de Soporte de Decisión que ofrezcan servicios de bajo coste ("low cost") en este contexto. Hagamos una analogía. Imagínese que usted está buscando comprar o alquilar una casa en España. Quiere analizar las características del edificio (por ejemplo dimensiones, jardín, más de una edificación en la parcela) y su entorno (por ejemplo, conexiones, servicios). Para realizar esta tarea puede utilizar los datos gratuitos proporcionados por la Oficina Virtual del Catastro de España junto con imágenes libres de un proveedor de ortofotografías (por ejemplo PNOA, Google o Bing) y datos contextuales libres procedentes de otros organismos locales, regionales y/o nacionales (por ejemplo el Ayuntamiento de Zaragoza, el Gobierno de Aragón, el proyecto Cartociudad). Si alguien integra todos estos orígenes de datos en un sistema (por ejemplo el cliente del servicio de mapas de la Infraestructura de Datos Espaciales de España, IDEE), tiene un Sistema de Soporte de Decisión "low cost" para comprar o alquilar una casa. Este trabajo de investigación tiene como objetivo el desarrollo de un enfoque de arquitectura de software que podría proporcionar un Sistema de Soporte de Decisión "low cost" cuando los consumidores necesitan tomar decisiones relacionadas con las energías renovables, en particular sistemas de energía solar, como podría ser la selección de la mejor opción para instalar un sistema solar, o decidir una inversión en una granja solar comunitaria. Una parte importante de este proceso de investigación ha consistido en el análisis sobre la idoneidad de las tecnologías vinculadas a Grandes almacenamientos de Datos y procesos de Extracción, Transformación y Carga para almacenar y procesar gran cantidad de datos históricos referentes a la energía, e Inteligencia de Negocios para la estructuración y presentación de informes. Por otro lado, ha sido necesario centrar el trabajo en modelos de negocio abierto (infraestructura de servicios web, modelos de datos 3D, técnicas de representación de datos sobre zonas de sol y sombra, y fuentes de datos) para el desarrollo económico del producto. Además, este trabajo identifica casos de uso donde los Sistemas de Soporte de Decisión deben ser el instrumento de resolución de problemas de mercado y de problemas científicos. Por lo tanto, esta tesis tiene como objetivo enfatizar y adoptar las tecnologías citadas para proponer un Sistema de Soporte de Decisión completo para un mejor uso potencial de las energías renovables que denominamos REDSS (del inglés Renewable Energy Decision Support System). El trabajo de investigación ha sido desarrollado con el objeto de encontrar respuestas a las siguientes preguntas de investigación: Preguntas relacionadas a los datos: - ¿Cómo elegir el proceso de creación de datos más adecuado para crear modelos geográficos cuyo coste económico sea razonable? Preguntas relacionadas con la tecnología: - ¿Qué limitaciones tecnológicas actuales tienen las herramientas computacionales para el cálculo de la intensidad y sombra solar? - ¿Cómo se puede adaptar conceptos como Grandes almacenamientos de Datos y la Inteligencia de Negocios en el campo de las energías renovables? - ¿Cómo estructurar y organizar datos relacionados con la intensidad solar y la sombra? - ¿Cuáles son las diferencias significativas entre el método propuesto y otros servicios globales existentes? Preguntas relacionadas con casos de uso: - ¿Cuáles son los casos de uso de REDSS? - ¿Cuáles son los beneficios de REDSS para expertos y público en general? Para darle una forma concreta a la contribución y el enfoque propuesto, se ha desarrollado un prototipo denominado Energy2People basado en principios de Inteligencia de Negocio que no sólo proporciona datos de localización avanzada sino que es una base sobre la que para desarrollar futuros productos comerciales. En su conformación actual, esta herramienta ayuda a descubrir y representar las relaciones de datos clave en el sector de las energías renovables y, permite descubrir al público en general relaciones entre los datos en casos donde no era evidente. Esencialmente, el enfoque propuesto conduce a un aumento en el rendimiento de gestión y visualización de datos. Las principales aportaciones de esta tesis pueden resumirse como siguen: - En primer lugar, esta tesis hace una revisión de varios modelos de sol-sombra de código abierto y cerrado para identificar el alcance de la necesidad de modelos de decisión y de su soporte efectivo. Además, proporciona información detallada sobre fuentes de información gratuita relacionada con datos de radiación solar. - En segundo lugar, se plantea un armazón conceptual para el desarrollo de modelos geográficos de bajo coste. Como ejemplo de la aplicación de esta aproximación se ha desarrollado un modelo de bajo coste de ciudad virtual 3D utilizando datos catastrales públicamente disponibles vía servicios Web. - En tercer lugar, este trabajo propone el uso de REDSS al problema de la toma de decisiones en el campo de la energía solar. Este modelo también cuenta con otros puntos distinguibles como los enfoques de co-creación y Mix-and-match. - En cuarto lugar, esta tesis identifica varios escenarios de aplicaciones reales y varios tipos de actores que deberían salir beneficiados por la aplicación de esta estrategia. - Por último, esta tesis presenta el prototipo "Enery2People" desarrollado para explorar datos de localización de la radiación solar y eventos temporales que sirve como ejemplo práctico de la aproximación planteada en esta tesis. Para hacer más claro el potencial del enfoque propuesto, este prototipo es comparado con otros Atlas Internacionales de la energía renovable

Behaviour Profiling using Wearable Sensors for Pervasive Healthcare

In recent years, sensor technology has advanced in terms of hardware sophistication and miniaturisation. This has led to the incorporation of unobtrusive, low-power sensors into networks centred on human participants, called Body Sensor Networks. Amongst the most important applications of these networks is their use in healthcare and healthy living. The technology has the possibility of decreasing burden on the healthcare systems by providing care at home, enabling early detection of symptoms, monitoring recovery remotely, and avoiding serious chronic illnesses by promoting healthy living through objective feedback. In this thesis, machine learning and data mining techniques are developed to estimate medically relevant parameters from a participant‘s activity and behaviour parameters, derived from simple, body-worn sensors. The first abstraction from raw sensor data is the recognition and analysis of activity. Machine learning analysis is applied to a study of activity profiling to detect impaired limb and torso mobility. One of the advances in this thesis to activity recognition research is in the application of machine learning to the analysis of 'transitional activities': transient activity that occurs as people change their activity. A framework is proposed for the detection and analysis of transitional activities. To demonstrate the utility of transition analysis, we apply the algorithms to a study of participants undergoing and recovering from surgery. We demonstrate that it is possible to see meaningful changes in the transitional activity as the participants recover. Assuming long-term monitoring, we expect a large historical database of activity to quickly accumulate. We develop algorithms to mine temporal associations to activity patterns. This gives an outline of the user‘s routine. Methods for visual and quantitative analysis of routine using this summary data structure are proposed and validated. The activity and routine mining methodologies developed for specialised sensors are adapted to a smartphone application, enabling large-scale use. Validation of the algorithms is performed using datasets collected in laboratory settings, and free living scenarios. Finally, future research directions and potential improvements to the techniques developed in this thesis are outlined

Making sense of pervasive signals: a machine learning approach

This study focused on challenges come from noisy and complex pervasive data. We proposed new Bayesian nonparametric models to infer co-patterns from multi-channel data collected from pervasive devices. By making sense of pervasive data, the study contributes to the development of Machine Learning and Data Mining in Big Data era

Personalized Expert Recommendation: Models and Algorithms

Many large-scale information sharing systems including social media systems, questionanswering sites and rating and reviewing applications have been growing rapidly, allowing millions of human participants to generate and consume information on an unprecedented scale. To manage the sheer growth of information generation, there comes the need to enable personalization of information resources for users — to surface high-quality content and feeds, to provide personally relevant suggestions, and so on. A fundamental task in creating and supporting user-centered personalization systems is to build rich user profile to aid recommendation for better user experience. Therefore, in this dissertation research, we propose models and algorithms to facilitate the creation of new crowd-powered personalized information sharing systems. Specifically, we first give a principled framework to enable personalization of resources so that information seekers can be matched with customized knowledgeable users based on their previous historical actions and contextual information; We then focus on creating rich user models that allows accurate and comprehensive modeling of user profiles for long tail users, including discovering user’s known-for profile, user’s opinion bias and user’s geo-topic profile. In particular, this dissertation research makes two unique contributions: First, we introduce the problem of personalized expert recommendation and propose the first principled framework for addressing this problem. To overcome the sparsity issue, we investigate the use of user’s contextual information that can be exploited to build robust models of personal expertise, study how spatial preference for personally-valuable expertise varies across regions, across topics and based on different underlying social communities, and integrate these different forms of preferences into a matrix factorization-based personalized expert recommender. Second, to support the personalized recommendation on experts, we focus on modeling and inferring user profiles in online information sharing systems. In order to tap the knowledge of most majority of users, we provide frameworks and algorithms to accurately and comprehensively create user models by discovering user’s known-for profile, user’s opinion bias and user’s geo-topic profile, with each described shortly as follows: —We develop a probabilistic model called Bayesian Contextual Poisson Factorization to discover what users are known for by others. Our model considers as input a small fraction of users whose known-for profiles are already known and the vast majority of users for whom we have little (or no) information, learns the implicit relationships between user?s known-for profiles and their contextual signals, and finally predict known-for profiles for those majority of users. —We explore user’s topic-sensitive opinion bias, propose a lightweight semi-supervised system called “BiasWatch” to semi-automatically infer the opinion bias of long-tail users, and demonstrate how user’s opinion bias can be exploited to recommend other users with similar opinion in social networks. — We study how a user’s topical profile varies geo-spatially and how we can model a user’s geo-spatial known-for profile as the last step in our dissertation for creation of rich user profile. We propose a multi-layered Bayesian hierarchical user factorization to overcome user heterogeneity and an enhanced model to alleviate the sparsity issue by integrating user contexts into the two-layered hierarchical user model for better representation of user’s geo-topic preference by others