Using Plan Decomposition for Continuing Plan Optimisation and Macro Generation

This thesis addresses three problems in the field of classical AI planning: decomposing a plan into meaningful subplans, continuing plan quality optimisation, and macro generation for efficient planning. The importance and difficulty of each of these problems is outlined below. (1) Decomposing a plan into meaningful subplans can facilitate a number of postplan generation tasks, including plan quality optimisation and macro generation – the two key concerns of this thesis. However, conventional plan decomposition techniques are often unable to decompose plans because they consider dependencies among steps, rather than subplans. (2) Finding high quality plans for large planning problems is hard. Planners that guarantee optimal, or bounded suboptimal, plan quality often cannot solve them In one experiment with the Genome Edit Distance domain optimal planners solved only 11.5% of problems. Anytime planners promise a way to successively produce better plans over time. However, current anytime planners tend to reach a limit where they stop finding any further improvement, and the plans produced are still very far from the best possible. In the same experiment, the LAMA anytime planner solved all problems but found plans whose average quality is 1.57 times worse than the best known. (3) Finding solutions quickly or even finding any solution for large problems within some resource constraint is also difficult. The best-performing planner in the 2014 international planning competition still failed to solve 29.3% of problems. Re-engineering a domain model by capturing and exploiting structural knowledge in the form of macros has been found very useful in speeding up planners. However, existing planner independent macro generation techniques often fail to capture some promising macro candidates because the constituent actions are not found in sequence in the totally ordered training plans. This thesis contributes to plan decomposition by developing a new plan deordering technique, named block deordering, that allows two subplans to be unordered even when their constituent steps cannot. Based on the block-deordered plan, this thesis further contributes to plan optimisation and macro generation, and their implementations in two systems, named BDPO2 and BloMa. Key to BDPO2 is a decomposition into subproblems of improving parts of the current best plan, rather than the plan as a whole. BDPO2 can be seen as an application of the large neighbourhood search strategy to planning. We use several windowing strategies to extract subplans from the block deordering of the current plan, and on-line learning for applying the most promising subplanners to the most promising subplans. We demonstrate empirically that even starting with the best plans found by other means, BDPO2 is still able to continue improving plan quality, and often produces better plans than other anytime planners when all are given enough runtime. BloMa uses an automatic planner independent technique to extract and filter “self-containe” subplans as macros from the block deordered training plans. These macros represent important longer activities useful to improve planners coverage and efficiency compared to the traditional macro generation approaches

Integration of BIM in Building Sustainability Assessment methods

Tese de doutoramento em Sustentabilidade do Ambiente ConstruídoThe Architecture, Engineering and Construction (AEC) industry is highly responsible for several environmental impacts and worldwide authorities and societies are increasingly looking for more sustainable buildings. Given the ambitious targets of climate neutrality and decarbonisation, there is an urgent need to develop specific strategies to act in the building sector, as it has been recognised as a key industry to reverse environmental impacts. Among the existing tools, Building Sustainability Assessment (BSA) methods stand out as a pathway to evaluate and promote the integration of sustainability principles in buildings. However, such methods often require multi-disciplinary information about the building and significant resources such as time, money, and human labour. Consequently, and in the absence of mandatory legislation, BSA is usually neglected or applied in project later stages just to provide a sustainable evaluation of the building. With the deployment of Building Information Modelling (BIM), the opportunity for BSA to adopt and benefit from BIM functionalities arises. Currently, BIM has not been used comprehensively in the evaluation process of BSA but the potential for process automation and simplification are well known. To effectively integrate BSA into BIM environment, this research aims to develop a BIM integration framework for the Portuguese residential BSA method SBToolPT-H. Moreover, such framework will be materialized by the creation of an enduser BIM-based application – SBToolBIM – which will act as a decision support tool regarding building sustainability for the project's early stages. SBToolBIM will automate and accelerate the assessment of SBToolPTH by reflecting its criteria through computable rules. Results show the attractiveness of SBToolBIM, as well as the possibility to have real-time feedback about the building sustainability level in early project stages, allowing for the introduction and comparison of different sustainability measures with few resources. SBToolBIM has established a novel and common approach which can be used as a systematic framework to apply BIM in other BSA schemes, representing a pathway to reduce the building sector impacts and provide valuable contributes to reach worldwide climate neutrality and decarbonisation targets.A indústria da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) é responsável por diversos impactes ambientais, levando as autoridades e sociedades mundiais à procura por edifícios mais sustentáveis. Perante os ambiciosos objetivos da neutralidade climática e descarbonização, surge a necessidade de desenvolver estratégias específicas para o setor dos edifícios, dado ser uma indústria chave para a reversão dos referidos impactes. Entre as ferramentas existentes, destacam-se os métodos da avaliação da sustentabilidade de edifícios (BSA, do inglês Building Sustainability Assessment) como forma de avaliar e promover a integração de medidas sustentáveis. No entanto, a sua utilização requer informações multidisciplinares do edifício, bem como recursos significativos, tais como tempo, custos e mão de obra. Consequentemente e na ausência de legislação obrigatória, os BSA são geralmente negligenciados ou aplicados em fases finais de projeto, apenas para identificar o nível de sustentabilidade do edifício. Com a implementação do Building Information Modeling (BIM), surge a oportunidade dos BSA adotarem e beneficiarem das suas funcionalidades. Atualmente, o BIM ainda não é integralmente utilizado no processo de avaliação dos BSA, mas as suas potencialidades para automação e simplificação do processo já foram reconhecidas. De modo a integrar os BSA em ambiente BIM, este trabalho visa desenvolver uma estrutura de integração BIM para o método BSA residencial português SBToolPT-H. A estrutura será materializada através da criação de uma aplicação BIM – SBToolBIM – que irá atuar como uma ferramenta de apoio à decisão em fases iniciais de projeto. O SBToolBIM irá automatizar e acelerar os processos de avaliação da sustentabilidade através do SBToolPT-H, refletindo os seus critérios através de regras computacionais. Os resultados demonstram a utilidade do SBToolBIM, bem como a possibilidade de fornecer feedback em tempo real sobre o nível de sustentabilidade do edifício nas fases iniciais de projeto, permitindo a introdução e a comparação de diferentes medidas de sustentabilidade, utilizando poucos recursos. O SBToolBIM estabelece uma nova abordagem sistemática para aplicação do BIM noutros métodos BSA, representando um caminho para a redução dos impactes do setor e dando valiosas contribuições para alcançar as metas de neutralidade climática e descarbonização.SBToolBIM research was funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT), grant number SFRH/BD/145735/2019

Automated Deduction – CADE 28

This open access book constitutes the proceeding of the 28th International Conference on Automated Deduction, CADE 28, held virtually in July 2021. The 29 full papers and 7 system descriptions presented together with 2 invited papers were carefully reviewed and selected from 76 submissions. CADE is the major forum for the presentation of research in all aspects of automated deduction, including foundations, applications, implementations, and practical experience. The papers are organized in the following topics: Logical foundations; theory and principles; implementation and application; ATP and AI; and system descriptions

Análise funcional do ventrículo esquerdo em angio-TC coronária

Doutoramento em Engenharia InformáticaCoronary CT angiography is widely used in clinical practice for the assessment of coronary artery disease. Several studies have shown that the same exam can also be used to assess left ventricle (LV) function. LV function is usually evaluated using just the data from end-systolic and end-diastolic phases even though coronary CT angiography (CTA) provides data concerning multiple cardiac phases, along the cardiac cycle. This unused wealth of data, mostly due to its complexity and the lack of proper tools, has still to be explored in order to assess if further insight is possible regarding regional LV functional analysis. Furthermore, different parameters can be computed to characterize LV function and while some are well known by clinicians others still need to be evaluated concerning their value in clinical scenarios. The work presented in this thesis covers two steps towards extended use of CTA data: LV segmentation and functional analysis. A new semi-automatic segmentation method is presented to obtain LV data for all cardiac phases available in a CTA exam and a 3D editing tool was designed to allow users to fine tune the segmentations. Regarding segmentation evaluation, a methodology is proposed in order to help choose the similarity metrics to be used to compare segmentations. This methodology allows the detection of redundant measures that can be discarded. The evaluation was performed with the help of three experienced radiographers yielding low intraand inter-observer variability. In order to allow exploring the segmented data, several parameters characterizing global and regional LV function are computed for the available cardiac phases. The data thus obtained is shown using a set of visualizations allowing synchronized visual exploration. The main purpose is to provide means for clinicians to explore the data and gather insight over their meaning, as well as their correlation with each other and with diagnosis outcomes. Finally, an interactive method is proposed to help clinicians assess myocardial perfusion by providing automatic assignment of lesions, detected by clinicians, to a myocardial segment. This new approach has obtained positive feedback from clinicians and is not only an improvement over their current assessment method but also an important first step towards systematic validation of automatic myocardial perfusion assessment measures.A angiografia coronária por TC (angio-TC) é prática clínica corrente para a avaliação de doença coronária. Alguns estudos mostram que é também possível utilizar o exame de angio-TC para avaliar a função do ventrículo esquerdo (VE). A função ventricular esquerda (FVE) é normalmente avaliada considerando as fases de fim de sístole e de fim de diástole, apesar de a angio-TC proporcionar dados relativos a diferentes fases distribuídas ao longo do ciclo cardíaco. Estes dados não considerados, devido à sua complexidade e à falta de ferramentas apropriadas para o efeito, têm ainda de ser explorados para que se perceba se possibilitam uma melhor compreensão da FVE. Para além disso, podem ser calculados diferentes parâmetros para caracterizar a FVE e, enquanto alguns são bem conhecidos dos médicos, outros requerem ainda uma avaliação do seu valor clínico. No âmbito de uma utilização alargada dos dados proporcionados pelos angio- TC, este trabalho apresenta contributos ao nível da segmentação do VE e da sua análise funcional. É proposto um método semi-automático para a segmentação do VE de forma a obter dados para as diferentes fases cardíacas presentes no exame de angio- TC. Foi também desenvolvida uma ferramenta de edição 3D que permite aos utilizadores a correcção das segmentações assim obtidas. Para a avaliação do método de segmentação apresentado foi proposta uma metodologia que permite a detecção de medidas de similaridade redundantes, a usar no âmbito da avaliação para comparação entre segmentações, para que tais medidas redundantes possam ser descartadas. A avaliação foi executada com a colaboração de três técnicos de radiologia experientes, tendo-se verificado uma baixa variabilidade intra- e inter-observador. De forma a permitir explorar os dados segmentados, foram calculados vários parâmetros para caracterização global e regional da FVE, para as diversas fases cardíacas disponíveis. Os resultados assim obtidos são apresentados usando um conjunto de visualizações que permitem uma exploração visual sincronizada dos mesmos. O principal objectivo é proporcionar ao médico a exploração dos resultados obtidos para os diferentes parâmetros, de modo a que este tenha uma compreensão acrescida sobre o seu significado clínico, assim como sobre a correlação existente entre diferentes parâmetros e entre estes e o diagnóstico. Finalmente, foi proposto um método interactivo para ajudar os médicos durante a avaliação da perfusão do miocárdio, que atribui automaticamente as lesões detectadas pelo médico ao respectivo segmento do miocárdio. Este novo método obteve uma boa receptividade e constitui não só uma melhoria em relação ao método tradicional mas é também um primeiro passo para a validação sistemática de medidas automáticas da perfusão do miocárdio