38 research outputs found

    Semantic array programming in data-poor environments: assessing the interactions of shallow landslides and soil erosion

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    This research was conducted with the main objective to better integrate and quantify the role of water-induced shallow landslides within soil erosion processes, with a particular focus on data-poor conditions. To fulfil the objectives, catchment-scale studies on soil erosion by water and shallow landslides were conducted. A semi-quantitative method that combines heuristic, deterministic and probabilistic approaches is here proposed for a robust catchment-scale assessment of landslide susceptibility when available data are scarce. A set of different susceptibility-zonation maps was aggregated exploiting a modelling ensemble. Each susceptibility zonation has been obtained by applying heterogeneous statistical techniques such as logistic regression (LR), relative distance similarity (RDS), artificial neural network (ANN), and two different landslide-susceptibility techniques based on the infinite slope stability model. The good performance of the ensemble model, when compared with the single techniques, make this method suitable to be applied in data-poor areas where the lack of proper calibration and validation data can affect the application of physically based or conceptual models. A new modelling architecture to support the integrated assessment of soil erosion, by incorporating rainfall induced shallow landslides processes in data-poor conditions, was developed and tested in the study area. This proposed methodology is based on the geospatial semantic array programming paradigm. The integrated data-transformation model relies on a modular architecture, where the information flow among modules is constrained by semantic checks. By analysing modelling results within the study catchment, each year, on average, mass movements are responsible for a mean increase in the total soil erosion rate between 22 and 26% over the pre-failure estimate. The post-failure soil erosion rate in areas where landslides occurred is, on average, around 3.5 times the pre-failure value. These results confirm the importance to integrate landslide contribution into soil erosion modelling. Because the estimation of the changes in soil erosion from landslide activity is largely dependent on the quality of available datasets, this methodology broadens the possibility of a quantitative assessment of these effects in data-poor regions

    High-Performance Modelling and Simulation for Big Data Applications

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    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

    Artificial general intelligence: Proceedings of the Second Conference on Artificial General Intelligence, AGI 2009, Arlington, Virginia, USA, March 6-9, 2009

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    Artificial General Intelligence (AGI) research focuses on the original and ultimate goal of AI – to create broad human-like and transhuman intelligence, by exploring all available paths, including theoretical and experimental computer science, cognitive science, neuroscience, and innovative interdisciplinary methodologies. Due to the difficulty of this task, for the last few decades the majority of AI researchers have focused on what has been called narrow AI – the production of AI systems displaying intelligence regarding specific, highly constrained tasks. In recent years, however, more and more researchers have recognized the necessity – and feasibility – of returning to the original goals of the field. Increasingly, there is a call for a transition back to confronting the more difficult issues of human level intelligence and more broadly artificial general intelligence

    Evaluating Architectural Safeguards for Uncertain AI Black-Box Components

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    Künstliche Intelligenz (KI) hat in den vergangenen Jahren große Erfolge erzielt und ist immer stärker in den Fokus geraten. Insbesondere Methoden des Deep Learning (ein Teilgebiet der KI), in dem Tiefe Neuronale Netze (TNN) zum Einsatz kommen, haben beeindruckende Ergebnisse erzielt, z.B. im autonomen Fahren oder der Mensch-Roboter-Interaktion. Die immense Datenabhängigkeit und Komplexität von TNN haben jedoch gravierende Schwachstellen offenbart. So reagieren TNN sensitiv auf bestimmte Einflussfaktoren der Umwelt (z.B. Helligkeits- oder Kontraständerungen in Bildern) und führen zu falschen Vorhersagen. Da KI (und insbesondere TNN) in sicherheitskritischen Systemen eingesetzt werden, kann solch ein Verhalten zu lebensbedrohlichen Situationen führen. Folglich haben sich neue Forschungspotenziale entwickelt, die sich explizit der Absicherung von KI-Verfahren widmen. Ein wesentliches Problem bei vielen KI-Verfahren besteht darin, dass ihr Verhalten oder Vorhersagen auf Grund ihrer hohen Komplexität nicht erklärt bzw. nachvollzogen werden können. Solche KI-Modelle werden auch als Black-Box bezeichnet. Bestehende Arbeiten adressieren dieses Problem, in dem zur Laufzeit “bösartige” Eingabedaten identifiziert oder auf Basis von Ein- und Ausgaben potenziell falsche Vorhersagen erkannt werden. Arbeiten in diesem Bereich erlauben es zwar potenziell unsichere Zustände zu erkennen, machen allerdings keine Aussagen, inwiefern mit solchen Situationen umzugehen ist. Somit haben sich eine Reihe von Ansätzen auf Architektur- bzw. Systemebene etabliert, um mit KI-induzierten Unsicherheiten umzugehen (z.B. N-Version-Programming-Muster oder Simplex Architekturen). Darüber hinaus wächst die Anforderung an KI-basierte Systeme sich zur Laufzeit anzupassen, um mit sich verändernden Bedingungen der Umwelt umgehen zu können. Systeme mit solchen Fähigkeiten sind bekannt als Selbst-Adaptive Systeme. Software-Ingenieure stehen nun vor der Herausforderung, aus einer Menge von Architekturellen Sicherheitsmechanismen, den Ansatz zu identifizieren, der die nicht-funktionalen Anforderungen bestmöglich erfüllt. Jeder Ansatz hat jedoch unterschiedliche Auswirkungen auf die Qualitätsattribute des Systems. Architekturelle Entwurfsentscheidungen gilt es so früh wie möglich (d.h. zur Entwurfszeit) aufzulösen, um nach der Implementierung des Systems Änderungen zu vermeiden, die mit hohen Kosten verbunden sind. Darüber hinaus müssen insbesondere sicherheitskritische Systeme den strengen (Qualitäts-) Anforderungen gerecht werden, die bereits auf Architektur-Ebene des Software-Systems adressiert werden müssen. Diese Arbeit befasst sich mit einem modellbasierten Ansatz, der Software-Ingenieure bei der Entwicklung von KI-basierten System unterstützt, um architekturelle Entwurfsentscheidungen (bzw. architekturellen Sicherheitsmechanismen) zum Umgang mit KI-induzierten Unsicherheiten zu bewerten. Insbesondere wird eine Methode zur Zuverlässigkeitsvorhersage von KI-basierten Systemen auf Basis von etablierten modellbasierten Techniken erforscht. In einem weiteren Schritt wird die Erweiterbarkeit/Verallgemeinerbarkeit der Zuverlässigkeitsvorhersage für Selbst-Adaptive Systeme betrachtet. Der Kern beider Ansätze ist ein Umweltmodell zur Modellierung () von KI-spezifischen Unsicherheiten und () der operativen Umwelt des Selbst-Adaptiven Systems. Zuletzt wird eine Klassifikationsstruktur bzw. Taxonomie vorgestellt, welche, auf Basis von verschiedenen Dimensionen, KI-basierte Systeme in unterschiedliche Klassen einteilt. Jede Klasse ist mit einem bestimmten Grad an Verlässlichkeitszusicherungen assoziiert, die für das gegebene System gemacht werden können. Die Dissertation umfasst vier zentrale Beiträge. 1. Domänenunabhängige Modellierung von KI-spezifischen Umwelten: In diesem Beitrag wurde ein Metamodell zur Modellierung von KI-spezifischen Unsicherheiten und ihrer zeitlichen Ausdehnung entwickelt, welche die operative Umgebung eines selbstadaptiven Systems bilden. 2. Zuverlässigkeitsvorhersage von KI-basierten Systemen: Der vorgestellte Ansatz erweitert eine existierende Architekturbeschreibungssprache (genauer: Palladio Component Model) zur Modellierung von Komponenten-basierten Software-Architekturen sowie einem dazugehörigenWerkzeug zur Zuverlässigkeitsvorhersage (für klassische Software-Systeme). Das Problem der Black-Box-Eigenschaft einer KI-Komponente wird durch ein Sensitivitätsmodell adressiert, das, in Abhängigkeit zu verschiedenen Unsicherheitsfaktoren, die Prädektive Unsicherheit einer KI-Komponente modelliert. 3. Evaluation von Selbst-Adaptiven Systemen: Dieser Beitrag befasst sich mit einem Rahmenwerk für die Evaluation von Selbst-Adaptiven Systemen, welche für die Absicherung von KI-Komponenten vorgesehen sind. Die Arbeiten zu diesem Beitrag verallgemeinern/erweitern die Konzepte von Beitrag 2 für Selbst-Adaptive Systeme. 4. Klassen der Verlässlichkeitszusicherungen: Der Beitrag beschreibt eine Klassifikationsstruktur, die den Grad der Zusicherung (in Bezug auf bestimmte Systemeigenschaften) eines KI-basierten Systems bewertet. Der zweite Beitrag wurde im Rahmen einer Fallstudie aus dem Bereich des Autonomen Fahrens validiert. Es wurde geprüft, ob Plausibilitätseigenschaften bei der Zuverlässigkeitsvorhersage erhalten bleiben. Hierbei konnte nicht nur die Plausibilität des Ansatzes nachgewiesen werden, sondern auch die generelle Möglichkeit Entwurfsentscheidungen zur Entwurfszeit zu bewerten. Für die Validierung des dritten Beitrags wurden ebenfalls Plausibilitätseigenschaften geprüft (im Rahmen der eben genannten Fallstudie und einer Fallstudie aus dem Bereich der Mensch-Roboter-Interaktion). Darüber hinaus wurden zwei weitere Community-Fallstudien betrachtet, bei denen (auf Basis von Simulatoren) Selbst-Adaptive Systeme bewertet und mit den Ergebnissen unseres Ansatzes verglichen wurden. In beiden Fällen konnte gezeigt werden, dass zum einen alle Plausibilitätseigenschaft erhalten werden und zum anderen, der Ansatz dieselben Ergebnisse erzeugt, wie die Domänen-spezifischen Simulatoren. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass unser Ansatz Software-Ingenieure bzgl. der Bewertung von Entwurfsentscheidungen, die für die Entwicklung von Selbst-Adaptiven Systemen relevant sind, unterstützt. Der erste Beitrag wurde implizit mit Beitrag 2 und mit 3 validiert. Für den vierten Beitrag wurde die Klassifikationsstruktur auf bekannte und repräsentative KI-Systeme angewandt und diskutiert. Es konnte jedes KI-System in eine der Klassen eingeordnet werden, so dass die generelle Anwendbarkeit der Klassifikationsstruktur gezeigt wurde

    High-Performance Modelling and Simulation for Big Data Applications

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    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

    Evaluating Architectural Safeguards for Uncertain AI Black-Box Components

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    Although tremendous progress has been made in Artificial Intelligence (AI), it entails new challenges. The growing complexity of learning tasks requires more complex AI components, which increasingly exhibit unreliable behaviour. In this book, we present a model-driven approach to model architectural safeguards for AI components and analyse their effect on the overall system reliability

    “It ain’t all good:" Machinic abuse detection and marginalisation in machine learning

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    Online abusive language has been given increasing prominence as a societal problem over the past few years as people are increasingly communicating on online platforms. This increase in prominence has resulted in an increase in academic attention to the issue, particularly within the field of Natural Language Processing (NLP), which has proposed multiple datasets and machine learning methods for the detection of text-based abuse. Recently, the issue of disparate impacts of machine learning has been given attention, showing that marginalised groups in society are disproportionately negatively affected by automated content moderation systems. Moreover, a number of challenges have been identified for abusive language detection technologies, including poor model performance across datasets and a lack of ability of models to contextualise potentially abusive speech within the context of speaker intentions. This dissertation aims to ask how NLP models for online abuse detection can address issues of generalisation and context. Through critically examining the task of online abuse detection, I highlight how content moderation acts as protective filter that seeks to maintain a sanitised environment. I find that when considering automated content moderation systems through this lens, it is made clear that such systems are centred around experiences of some bodies at the expense of others, often those who are already marginalised. In efforts to address this, I propose two different modelling processes that a) centre the the mental and emotional states of the speaker by representing documents through the Linguistic Inquiry and Word Count (LIWC) categories that they invoke, and using Multi-Task Learning (MTL) to model abuse, such that the model takes aims to take account the intentions of the speaker. I find that through the use of LIWC for representing documents, machine learning models for online abuse detection can see improvements in classification scores on in-domain and out-of-domain datasets. Similarly, I show that through a use of MTL, machine learning models can gain improvements by using a variety of auxiliary tasks that combine data for content moderation systems and data for related tasks such as sarcasm detection. Finally, I critique the machine learning pipeline in an effort to identify paths forward that can bring into focus the people who are excluded and are likely to experience harms from machine learning models for content moderation

    Inductive Classification of Semantically Annotated Resources through Reduced Coulomb Energy Networks

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    The tasks of resource classification and retrieval from knowledge bases in the Semantic Web are the basis for a lot of important applications. In order to overcome the limitations of purely deductive approaches to deal with these tasks, inductive (instance-based) methods have been introduced as efficient and noise-tolerant alternatives. In this paper we propose an original method based on a non-parametric learning scheme: the Reduced Coulomb Energy (RCE) Network. The method requires a limited training effort but it turns out to be very effective during the classification phase. Casting retrieval as the problem of assessing the classmembership of individuals w.r.t. the query concepts, we propose an extension of a classification algorithm using RCE networks based on an entropic similarity measure for OWL. Experimentally we show that the performance of the resulting inductive classifier is comparable with the one of a standard reasoner and often more efficient than with other inductive approaches. Moreover, we show that new knowledge (not logically derivable) is induced and the likelihood of the answers may be provided. Copyright © 2010, IGI Global
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