22 research outputs found

    Highly Efficient Search In Linguistic Data

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    Robust and affordable localization and mapping for 3D reconstruction. Application to architecture and construction

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    La localización y mapeado simultáneo a partir de una sola cámara en movimiento se conoce como Monocular SLAM. En esta tesis se aborda este problema con cámaras de bajo coste cuyo principal reto consiste en ser robustos al ruido, blurring y otros artefactos que afectan a la imagen. La aproximación al problema es discreta, utilizando solo puntos de la imagen significativos para localizar la cámara y mapear el entorno. La principal contribución es una simplificación del grafo de poses que permite mejorar la precisión en las escenas más habituales, evaluada de forma exhaustiva en 4 datasets. Los resultados del mapeado permiten obtener una reconstrucción 3D de la escena que puede ser utilizada en arquitectura y construcción para Modelar la Información del Edificio (BIM). En la segunda parte de la tesis proponemos incorporar dicha información en un sistema de visualización avanzada usando WebGL que ayude a simplificar la implantación de la metodología BIM.Departamento de Informática (Arquitectura y Tecnología de Computadores, Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial, Lenguajes y Sistemas Informáticos)Doctorado en Informátic

    New scalable machine learning methods: beyond classification and regression

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    Programa Oficial de Doutoramento en Computación . 5009V01[Abstract] The recent surge in data available has spawned a new and promising age of machine learning. Success cases of machine learning are arriving at an increasing rate as some algorithms are able to leverage immense amounts of data to produce great complicated predictions. Still, many algorithms in the toolbox of the machine learning practitioner have been render useless in this new scenario due to the complications associated with large-scale learning. Handling large datasets entails logistical problems, limits the computational and spatial complexity of the used algorithms, favours methods with few or no hyperparameters to be con gured and exhibits speci c characteristics that complicate learning. This thesis is centered on the scalability of machine learning algorithms, that is, their capacity to maintain their e ectivity as the scale of the data grows, and how it can be improved. We focus on problems for which the existing solutions struggle when the scale grows. Therefore, we skip classi cation and regression problems and focus on feature selection, anomaly detection, graph construction and explainable machine learning. We analyze four di erent strategies to obtain scalable algorithms. First, we explore distributed computation, which is used in all of the presented algorithms. Besides this technique, we also examine the use of approximate models to speed up computations, the design of new models that take advantage of a characteristic of the input data to simplify training and the enhancement of simple models to enable them to manage large-scale learning. We have implemented four new algorithms and six versions of existing ones that tackle the mentioned problems and for each one we report experimental results that show both their validity in comparison with competing methods and their capacity to scale to large datasets. All the presented algorithms have been made available for download and are being published in journals to enable practitioners and researchers to use them.[Resumen] El reciente aumento de la cantidad de datos disponibles ha dado lugar a una nueva y prometedora era del aprendizaje máquina. Los éxitos en este campo se están sucediendo a un ritmo cada vez mayor gracias a la capacidad de algunos algoritmos de aprovechar inmensas cantidades de datos para producir predicciones difíciles y muy certeras. Sin embargo, muchos de los algoritmos hasta ahora disponibles para los científicos de datos han perdido su efectividad en este nuevo escenario debido a las complicaciones asociadas al aprendizaje a gran escala. Trabajar con grandes conjuntos de datos conlleva problemas logísticos, limita la complejidad computacional y espacial de los algoritmos utilizados, favorece los métodos con pocos o ningún hiperparámetro a configurar y muestra complicaciones específicas que dificultan el aprendizaje. Esta tesis se centra en la escalabilidad de los algoritmos de aprendizaje máquina, es decir, en su capacidad de mantener su efectividad a medida que la escala del conjunto de datos aumenta. Ponemos el foco en problemas cuyas soluciones actuales tienen problemas al aumentar la escala. Por tanto, obviando la clasificación y la regresión, nos centramos en la selección de características, detección de anomalías, construcción de grafos y en el aprendizaje máquina explicable. Analizamos cuatro estrategias diferentes para obtener algoritmos escalables. En primer lugar, exploramos la computación distribuida, que es utilizada en todos los algoritmos presentados. Además de esta técnica, también examinamos el uso de modelos aproximados para acelerar los cálculos, el dise~no de modelos que aprovechan una particularidad de los datos de entrada para simplificar el entrenamiento y la potenciación de modelos simples para adecuarlos al aprendizaje a gran escala. Hemos implementado cuatro nuevos algoritmos y seis versiones de algoritmos existentes que tratan los problemas mencionados y para cada uno de ellos detallamos resultados experimentales que muestran tanto su validez en comparación con los métodos previamente disponibles como su capacidad para escalar a grandes conjuntos de datos. Todos los algoritmos presentados han sido puestos a disposición del lector para su descarga y se han difundido mediante publicaciones en revistas científicas para facilitar que tanto investigadores como científicos de datos puedan conocerlos y utilizarlos.[Resumo] O recente aumento na cantidade de datos dispo~nibles deu lugar a unha nova e prometedora era no aprendizaxe máquina. Os éxitos neste eido estanse a suceder a un ritmo cada vez maior gracias a capacidade dalgúns algoritmos de aproveitar inmensas cantidades de datos para producir prediccións difíciles e moi acertadas. Non obstante, moitos dos algoritmos ata agora dispo~nibles para os científicos de datos perderon a súa efectividade neste novo escenario por mor das complicacións asociadas ao aprendizaxe a grande escala. Traballar con grandes conxuntos de datos leva consigo problemas loxísticos, limita a complexidade computacional e espacial dos algoritmos empregados, favorece os métodos con poucos ou ningún hiperparámetro a configurar e ten complicacións específicas que dificultan o aprendizaxe. Esta tese céntrase na escalabilidade dos algoritmos de aprendizaxe máquina, é dicir, na súa capacidade de manter a súa efectividade a medida que a escala do conxunto de datos aumenta. Tratamos problemas para os que as solucións dispoñibles teñen problemas cando crece a escala. Polo tanto, deixando no canto a clasificación e a regresión, centrámonos na selección de características, detección de anomalías, construcción de grafos e no aprendizaxe máquina explicable. Analizamos catro estratexias diferentes para obter algoritmos escalables. En primeiro lugar, exploramos a computación distribuída, que empregamos en tódolos algoritmos presentados. Ademáis desta técnica, tamén examinamos o uso de modelos aproximados para acelerar os cálculos, o deseño de modelos que aproveitan unha particularidade dos datos de entrada para simplificar o adestramento e a potenciación de modelos sinxelos para axeitalos ao aprendizaxe a gran escala. Implementamos catro novos algoritmos e seis versións de algoritmos existentes que tratan os problemas mencionados e para cada un deles expoñemos resultados experimentais que mostran tanto a súa validez en comparación cos métodos previamente dispoñibles como a súa capacidade para escalar a grandes conxuntos de datos. Tódolos algoritmos presentados foron postos a disposición do lector para a súa descarga e difundíronse mediante publicacións en revistas científicas para facilitar que tanto investigadores como científicos de datos poidan coñecelos e empregalos

    Comparative Summarization of Document Collections

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    Comparing documents is an important task that help us in understanding the differences between documents. Example of document comparisons include comparing laws on same related subject matter in different jurisdictions, comparing the specifications of similar product from different manufacturers. One can see that the need for comparison does not stop at individual documents, and extends to large collections of documents. For example comparing the writing styles of an author early vs late in their life, identifying linguistic and lexical patterns of different political ideologies, or discover commonalities of political arguments in disparate events. Comparing large document collections calls for automated algorithms to do so. Every day a huge volume of documents are produced in social and news media. There has been a lot of research in summarizing individual document such as a news article, or document collections such as a collection of news articles on a related topic or event. However, comparatively summarizing different document collections, or comparative summarization is under-explored problem in terms of methodology, datasets, evaluations and applicability in different domains. To address this, in this thesis, we make three types of contributions to comparative summarization, methodology, datasets and evaluation, and empirical measurements on a range of settings where comparative summarization can be applied. We propose a new formulation the problem of comparative summarization as competing binary classifiers. This formulation help us to develop new unsupervised and supervised methods for comparative summarization. Our methods are based on Maximum Mean Discrepancy (MMD), a metric that measures the distance between two sets of datapoints (or documents). The unsupervised methods incorporate information coverage, information diversity and discriminativeness of the prototypes based on global-model of sentence-sentence similarity, and be optimized with greedy and gradient methods. We show the efficacy of the approach in summarizing a long running news topic over time. Our supervised method improves the unsupervised methods, and can learn the importance of prototypes based on surface features (e.g., position, length, presence of cue words) and combine different text feature representations. Our supervised method meets or exceeds the state-of-the-art performance in benchmark datasets. We design new scalable automatic and crowd-sourced extrinsic evaluations of comparative summaries when human written ground truth summaries are not available. To evaluate our methods, we develop two new datasets on controversial news topics -- CONTROVNEWS2017 and NEWS2019+BIAS datasets which we use in different experiments. We use CONTROVNEWS2017, which consists of news articles on controversial topics to evaluate our unsupervised methods in summarizing over time. We use NEWS2019+BIAS, which again consists of news articles on controversial news topics, along with media bias labels to empirically study the applicability of methods. Finally, we measure the distinguishability and summarizability of document collections to quantify the applicability of our methods in different domains. We measure these metrics in a newly curated NEWS2019+BIAS dataset in comparing articles over time, and across ideological leanings of media outlets. First, we observe that the summarizability is proportional to the distinguishability, and identify the groups of articles that are less or more distinguishable.Second, better distinguishability and summarizability is amenable to the choice of document representations according to the comparisons we make, either over time, or across ideological leanings of media outlets. We also apply the comparative summarization method to the task of comparing stances in the social media domain

    Visual Perception System for Aerial Manipulation: Methods and Implementations

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    La tecnología se evoluciona a gran velocidad y los sistemas autónomos están empezado a ser una realidad. Las compañías están demandando, cada vez más, soluciones robotizadas para mejorar la eficiencia de sus operaciones. Este también es el caso de los robots aéreos. Su capacidad única de moverse libremente por el aire los hace excelentes para muchas tareas que son tediosas o incluso peligrosas para operadores humanos. Hoy en día, la gran cantidad de sensores y drones comerciales los hace soluciones muy tentadoras. Sin embargo, todavía se requieren grandes esfuerzos de obra humana para customizarlos para cada tarea debido a la gran cantidad de posibles entornos, robots y misiones. Los investigadores diseñan diferentes algoritmos de visión, hardware y sensores para afrontar las diferentes tareas. Actualmente, el campo de la robótica manipuladora aérea está emergiendo con el objetivo de extender la cantidad de aplicaciones que estos pueden realizar. Estas pueden ser entre otras, inspección, mantenimiento o incluso operar válvulas u otras máquinas. Esta tesis presenta un sistema de manipulación aérea y un conjunto de algoritmos de percepción para la automatización de las tareas de manipulación aérea. El diseño completo del sistema es presentado y una serie de frameworks son presentados para facilitar el desarrollo de este tipo de operaciones. En primer lugar, la investigación relacionada con el análisis de objetos para manipulación y planificación de agarre considerando diferentes modelos de objetos es presentado. Dependiendo de estos modelos de objeto, se muestran diferentes algoritmos actuales de análisis de agarre y algoritmos de planificación para manipuladores simples y manipuladores duales. En Segundo lugar, el desarrollo de algoritmos de percepción para detección de objetos y estimación de su posicione es presentado. Estos permiten al sistema identificar objetos de cualquier tipo en cualquier escena para localizarlos para efectuar las tareas de manipulación. Estos algoritmos calculan la información necesaria para los análisis de manipulación descritos anteriormente. En tercer lugar. Se presentan algoritmos de visión para localizar el robot en el entorno al mismo tiempo que se elabora un mapa local, el cual es beneficioso para las tareas de manipulación. Estos mapas se enriquecen con información semántica obtenida en los algoritmos de detección. Por último, se presenta el desarrollo del hardware relacionado con la plataforma aérea, el cual incluye unos manipuladores de bajo peso y la invención de una herramienta para realizar tareas de contacto con superficies rígidas que sirve de estimador de la posición del robot. Todas las técnicas presentadas en esta tesis han sido validadas con extensiva experimentación en plataformas reales.Technology is growing fast, and autonomous systems are becoming a reality. Companies are increasingly demanding robotized solutions to improve the efficiency of their operations. It is also the case for aerial robots. Their unique capability of moving freely in the space makes them suitable for many tasks that are tedious and even dangerous for human operators. Nowadays, the vast amount of sensors and commercial drones makes them highly appealing. However, it is still required a strong manual effort to customize the existing solutions to each particular task due to the number of possible environments, robot designs and missions. Different vision algorithms, hardware devices and sensor setups are usually designed by researchers to tackle specific tasks. Currently, aerial manipulation is being intensively studied to allow aerial robots to extend the number of applications. These could be inspection, maintenance, or even operating valves or other machines. This thesis presents an aerial manipulation system and a set of perception algorithms for the automation aerial manipulation tasks. The complete design of the system is presented and modular frameworks are shown to facilitate the development of these kind of operations. At first, the research about object analysis for manipulation and grasp planning considering different object models is presented. Depend on the model of the objects, different state of art grasping analysis are reviewed and planning algorithms for both single and dual manipulators are shown. Secondly, the development of perception algorithms for object detection and pose estimation are presented. They allows the system to identify many kind of objects in any scene and locate them to perform manipulation tasks. These algorithms produce the necessary information for the manipulation analysis described in the previous paragraph. Thirdly, it is presented how to use vision to localize the robot in the environment. At the same time, local maps are created which can be beneficial for the manipulation tasks. These maps are are enhanced with semantic information from the perception algorithm mentioned above. At last, the thesis presents the development of the hardware of the aerial platform which includes the lightweight manipulators and the invention of a novel tool that allows the aerial robot to operate in contact with static objects. All the techniques presented in this thesis have been validated throughout extensive experimentation with real aerial robotic platforms

    Advances in knowledge discovery and data mining Part II

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    19th Pacific-Asia Conference, PAKDD 2015, Ho Chi Minh City, Vietnam, May 19-22, 2015, Proceedings, Part II</p

    Gaze-Based Human-Robot Interaction by the Brunswick Model

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    We present a new paradigm for human-robot interaction based on social signal processing, and in particular on the Brunswick model. Originally, the Brunswick model copes with face-to-face dyadic interaction, assuming that the interactants are communicating through a continuous exchange of non verbal social signals, in addition to the spoken messages. Social signals have to be interpreted, thanks to a proper recognition phase that considers visual and audio information. The Brunswick model allows to quantitatively evaluate the quality of the interaction using statistical tools which measure how effective is the recognition phase. In this paper we cast this theory when one of the interactants is a robot; in this case, the recognition phase performed by the robot and the human have to be revised w.r.t. the original model. The model is applied to Berrick, a recent open-source low-cost robotic head platform, where the gazing is the social signal to be considered
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