Learning Representations of Emotional Speech with Deep Convolutional Generative Adversarial Networks

Automatically assessing emotional valence in human speech has historically been a difficult task for machine learning algorithms. The subtle changes in the voice of the speaker that are indicative of positive or negative emotional states are often "overshadowed" by voice characteristics relating to emotional intensity or emotional activation. In this work we explore a representation learning approach that automatically derives discriminative representations of emotional speech. In particular, we investigate two machine learning strategies to improve classifier performance: (1) utilization of unlabeled data using a deep convolutional generative adversarial network (DCGAN), and (2) multitask learning. Within our extensive experiments we leverage a multitask annotated emotional corpus as well as a large unlabeled meeting corpus (around 100 hours). Our speaker-independent classification experiments show that in particular the use of unlabeled data in our investigations improves performance of the classifiers and both fully supervised baseline approaches are outperformed considerably. We improve the classification of emotional valence on a discrete 5-point scale to 43.88% and on a 3-point scale to 49.80%, which is competitive to state-of-the-art performance

A Review of Artificial Intelligence in the Internet of Things

Humankind has the ability of learning new things automatically due to the capacities with which we were born. We simply need to have experiences, read, study… live. For these processes, we are capable of acquiring new abilities or modifying those we already have. Another ability we possess is the faculty of thinking, imagine, create our own ideas, and dream. Nevertheless, what occurs when we extrapolate this to machines? Machines can learn. We can teach them. In the last years, considerable advances have been done and we have seen cars that can recognise pedestrians or other cars, systems that distinguish animals, and even, how some artificial intelligences have been able to dream, paint, and compose music by themselves. Despite this, the doubt is the following: Can machines think? Or, in other words, could a machine which is talking to a person and is situated in another room make them believe they are talking with another human? This is a doubt that has been present since Alan Mathison Turing contemplated it and it has not been resolved yet. In this article, we will show the beginnings of what is known as Artificial Intelligence and some branches of it such as Machine Learning, Computer Vision, Fuzzy Logic, and Natural Language Processing. We will talk about each of them, their concepts, how they work, and the related work on the Internet of Things fields

Recent Advances in Steganography

Steganography is the art and science of communicating which hides the existence of the communication. Steganographic technologies are an important part of the future of Internet security and privacy on open systems such as the Internet. This book's focus is on a relatively new field of study in Steganography and it takes a look at this technology by introducing the readers various concepts of Steganography and Steganalysis. The book has a brief history of steganography and it surveys steganalysis methods considering their modeling techniques. Some new steganography techniques for hiding secret data in images are presented. Furthermore, steganography in speeches is reviewed, and a new approach for hiding data in speeches is introduced

Data-Driven Audio Feature Space Clustering for Automatic Sound Recognition in Radio Broadcast News

This is an Open Access article published by World Scientific Publishing Company. It is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 (CC-BY) License. Further distribution of this work is permitted, provided the original work is properly cited. T. Theodorou, I. Mpoas, A. Lazaridis, N. Fakotakis, 'Data-Driven Audio Feature Space Clustering for Automatic Sound Recognition in Radio Broadcast News', International Journal on Artificial Intelligence Tools, Vol. 26 (2), April 2017, 1750005 (13 pages), DOI: 10.1142/S021821301750005. © The Author(s).In this paper we describe an automatic sound recognition scheme for radio broadcast news based on principal component clustering with respect to the discrimination ability of the principal components. Specifically, streams of broadcast news transmissions, labeled based on the audio event, are decomposed using a large set of audio descriptors and project into the principal component space. A data-driven algorithm clusters the relevance of the components. The component subspaces are used by sound type classifier. This methodology showed that the k-nearest neighbor and the artificial intelligent network provide good results. Also, this methodology showed that discarding unnecessary dimension works in favor on the outcome, as it hardly deteriorates the effectiveness of the algorithms.Peer reviewe

Affective Computing

This book provides an overview of state of the art research in Affective Computing. It presents new ideas, original results and practical experiences in this increasingly important research field. The book consists of 23 chapters categorized into four sections. Since one of the most important means of human communication is facial expression, the first section of this book (Chapters 1 to 7) presents a research on synthesis and recognition of facial expressions. Given that we not only use the face but also body movements to express ourselves, in the second section (Chapters 8 to 11) we present a research on perception and generation of emotional expressions by using full-body motions. The third section of the book (Chapters 12 to 16) presents computational models on emotion, as well as findings from neuroscience research. In the last section of the book (Chapters 17 to 22) we present applications related to affective computing

A novel soft computing approach based on FIR to model and predict energy dynamic systems

Tesi en modalitat compendi de publicacionsWe are facing a global climate crisis that is demanding a change in the status quo of how we produce, distribute and consume energy. In the last decades, this is being redefined through Smart Grids(SG), an intelligent electrical network more observable, controllable, automated, fully integrated with energy services and the end-users. Most of the features and proposed SG scenarios are based on reliable, robust and fast energy predictions. For instance, for proper planning activities, such as generation, purchasing, maintenance and investment; for demand side management, like demand response programs; for energy trading, especially at local level, where productions and consumptions are more stochastics and dynamic; better forecasts also increase grid stability and thus supply security. A large variety of Artificial Intelligence(AI) techniques have been applied in the field of Short-term electricity Load Forecasting(SLF) at consumer level in low-voltage system, showing a better performance than classical techniques. Inaccuracy or failure in the SLF process may be translated not just in a non-optimal (low prediction accuracy) solution but also in frustration of end-users, especially in new services and functionalities that empower citizens. In this regard, some limitations have been observed in energy forecasting models based on AI such as robustness, reliability, accuracy and computation in the edge. This research proposes and develops a new version of Fuzzy Inductive Reasoning(FIR), called Flexible FIR, to model and predict the electricity consumption of an entity in the low-voltage grid with high uncertainties, and information missing, as well as the capacity to be deployed either in the cloud or locally in a new version of Smart Meters(SMs) based on Edge Computing(EC). FIR has been proved to be a powerful approach for model identification and system ’s prediction over dynamic and complex processes in different real world domains but not yet in the energy domain. Thus, the main goal of this thesis is to demonstrate that a new version of FIR, more robust, reliable and accurate can be a referent Soft Computing(SC) methodology to model and predict dynamic systems in the energy domain and that it is scalable to an EC integration. The core developments of Flexible FIR have been an algorithm that can cope with missing information in the input values, as well as learn from instances with Missing Values(MVs) in the knowledge-based, without compromising significantly the accuracy of the predictions. Moreover, Flexible FIR comes with new forecasting strategies that can cope better with loss of causality of a variable and dispersion of output classes than classical k nearest neighbours, making the FIR forecasting process more reliable and robust. Furthermore, Flexible FIR addresses another major challenge modelling with SC techniques, which is to select best model parameters. One of the most important parameters in FIR is the number k of nearest neighbours to be used in the forecast process. The challenge to select the optimal k, dynamically, is addressed through an algorithm, called KOS(K nearest neighbour Optimal Selection), which has been developed and tested also with real world data. It computes a membership aggregation function of all the neighbours with respect their belonging to the output classes.While with KOS the optimal parameter k is found online, with other approaches such as genetic algorithms or reinforcement learning is not, which increases the computational time.Ens trobem davant una crisis climàtica global que exigeix un canvi al status quo de la manera que produïm, distribuïm i consumim energia. En les darreres dècades, està sent redefinit gràcies a les xarxa elèctriques intel·ligents(SG: Smart Grid) amb millor observabilitat, control, automatització, integrades amb nous serveis energètics i usuaris finals. La majoria de les funcionalitats i escenaris de les SG es basen en prediccions de la càrrega elèctrica confiables, robustes i ràpides. Per les prediccions de càrregues elèctriques a curt termini(SLF: Short-term electricity Load Forecasting), a nivell de consumidors al baix voltatge, s’han aplicat una gran varietat de tècniques intel·ligència Artificial(IA) mostrant millor rendiment que tècniques estadístiques tradicionals. Un baix rendiment en SLF, pot traduir-se no només en una solució no-òptima (baixa precisió de predicció) sinó també en la frustració dels usuaris finals, especialment en nous serveis i funcionalitats que empoderarien als ciutadans. En el marc d’aquesta investigació es proposa i desenvolupa una nova versió de la metodologia del Raonament Inductiu Difús(FIR: Fuzzy Inductive Reasoning), anomenat Flexible FIR, capaç de modelar i predir el consum d’electricitat d’una entitat amb un grau d’incertesa molt elevat, inclús amb importants carències d’informació (missing values). A més, Flexible FIR té la capacitat de desplegar-se al núvol, així como localment, en el que podria ser una nova versió de Smart Meters (SM) basada en tecnologia d’Edge Computing (EC). FIR ja ha demostrat ser una metodologia molt potent per la generació de models i prediccions en processos dinàmics en diferents àmbits, però encara no en el de l’energia. Per tant, l’objectiu principal d’aquesta tesis és demostrar que una versió millorada de FIR, més robusta, fiable i precisa pot consolidar-se com una metodologia Soft Computing SC) de referencia per modelar i predir sistemes dinàmics en aplicacions per al sector de l’energia i que és escalable a una integració d’EC. Les principals millores de Flexible FIR han estat, en primer lloc, el desenvolupament i test d’un algorisme capaç de processar els valors d’entrada d’un model FIR tot i que continguin Missing Values (MV). Addicionalment, aquest algorisme també permet aprendre d’instàncies amb MV en la matriu de coneixement d’un model FIR, sense comprometre de manera significativa la precisió de les prediccions. En segon lloc, s’han desenvolupat i testat noves estratègies per a la fase de predicció, comportant-se millor que els clàssics k veïns més propers quan ens trobem amb pèrdua de causalitat d’una variable i dispersió en les classes de sortida, aconseguint un procés d’aprenentatge i predicció més confiable i robust. En tercer lloc, Flexible FIR aborda un repte molt comú en tècniques de SC: l’òptima parametrització del model. En FIR, un dels paràmetres més determinants és el número k de veïns més propers que s’utilitzaran durant la fase de predicció. La selecció del millor valor de k es planteja de manera dinàmica a través de l’algorisme KOS (K nearest neighbour Optimal Selection) que s’ha desenvolupat i testat també amb dades reals. Mentre que amb KOS el paràmetre òptim de k es calcula online, altres enfocaments mitjançant algoritmes genètics o aprenentatge per reforç el càlcul és offline, incrementant significativament el temps de resposta, sent a més a més difícil la implantació en escenaris d’EC. Aquestes millores fan que Flexible FIR es pugui adaptar molt bé en aplicacions d’EC. En aquest sentit es proposa el concepte d’un SM de segona generació basat en EC, que integra Flexible FIR com mòdul de predicció d’electricitat executant-se en el propi dispositiu i un agent EC amb capacitat per el trading d'energia produïda localment. Aquest agent executa un innovador mecanisme basat en incentius, anomenat NRG-X-Change que utilitza una nova moneda digital descentralitzada per l’intercanvi d’energia, que s’anomena NRGcoin.Estamos ante una crisis climática global que exige un cambio del status quo de la manera que producimos, distribuimos y consumimos energía. En las últimas décadas, este status quo está siendo redefinido debido a: la penetración de las energías renovables y la generación distribuida; nuevas tecnologías como baterías y paneles solares con altos rendimientos; y la forma en que se consume la energía, por ejemplo, a través de vehículos eléctricos o con la electrificación de los hogares. Estas palancas requieren una red eléctrica inteligente (SG: Smart Grid) con mayor observabilidad, control, automatización y que esté totalmente integrada con nuevos servicios energéticos, así como con sus usuarios finales. La mayoría de las funcionalidades y escenarios de las redes eléctricas inteligentes se basan en predicciones de la energía confiables, robustas y rápidas. Por ejemplo, para actividades de planificación como la generación, compra, mantenimiento e inversión; para la gestión de la demanda, como los programas de demand response; en el trading de electricidad, especialmente a nivel local, donde las producciones y los consumos son más estocásticos y dinámicos; una mejor predicción eléctrica también aumenta la estabilidad de la red y, por lo tanto, mejora la seguridad. Para las predicciones eléctricas a corto plazo (SLF: Short-term electricity Load Forecasting), a nivel de consumidores en el bajo voltaje, se han aplicado una gran variedad de técnicas de Inteligencia Artificial (IA) mostrando mejor rendimiento que técnicas estadísticas convencionales. Un bajo rendimiento en los modelos predictivos, puede traducirse no solamente en una solución no-óptima (baja precisión de predicción) sino también en frustración de los usuarios finales, especialmente en nuevos servicios y funcionalidades que empoderan a los ciudadanos. En este sentido, se han identificado limitaciones en modelos de predicción de energía basados en IA, como la robustez, fiabilidad, precisión i computación en el borde. En el marco de esta investigación se propone y desarrolla una nueva versión de la metodología de Razonamiento Inductivo Difuso (FIR: Fuzzy Inductive Reasoning), que hemos llamado Flexible FIR, capaz de modelar y predecir el consumo de electricidad de una entidad con altos grados de incertidumbre e incluso con importantes carencias de información (missing values). Además, Flexible FIR tiene la capacidad de desplegarse en la nube, así como localmente, en lo que podría ser una nueva versión de Smart Meters (SM) basada en tecnología de Edge Computing (EC). En el pasado, ya se ha demostrado que FIR es una metodología muy potente para la generación de modelos y predicciones en procesos dinámicos, sin embargo, todavía no ha sido demostrado en el campo de la energía. Por tanto, el objetivo principal de esta tesis es demostrar que una versión mejorada de FIR, más robusta, fiable y precisa puede consolidarse como metodología Soft Computing (SC) de referencia para modelar y predecir sistemas dinámicos en aplicaciones para el sector de la energía y que es escalable hacia una integración de EC. Las principales mejoras en Flexible FIR han sido, en primer lugar, el desarrollo y testeo de un algoritmo capaz de procesar los valores de entrada en un modelo FIR a pesar de que contengan Missing Values (MV). Además, dicho algoritmo también permite aprender de instancias con MV en la matriz de conocimiento de un modelo FIR, sin comprometer de manera significativa la precisión de las predicciones. En segundo lugar, se han desarrollado y testeado nuevas estrategias para la fase de predicción de un modelo FIR, comportándose mejor que los clásicos k vecinos más cercanos ante la pérdida de causalidad de una variable y dispersión de clases de salida, consiguiendo un proceso de aprendizaje y predicción más confiable y robusto. En tercer lugar, Flexible FIR aborda un desafío muy común en técnicas de SC: la óptima parametrización del modelo. En FIR, uno de los parámetros más determinantes es el número k de vecinos más cercanos que se utilizarán en la fase de predicción. La selección del mejor valor de k se plantea de manera dinámica a través del algoritmo KOS (K nearest neighbour Optimal Selection) que se ha desarrollado y probado también con datos reales. Dicho algoritmo calcula una función de membresía agregada, de todos los vecinos, con respecto a su pertenencia a las clases de salida. Mientras que con KOS el parámetro óptimo de k se calcula online, otros enfoques mediante algoritmos genéticos o aprendizaje por refuerzo, el cálculo es offline incrementando significativamente el tiempo de respuesta, siendo además difícil su implantación en escenarios de EC. Estas mejoras hacen que Flexible FIR se adapte muy bien en aplicaciones de EC, en las que la analítica de datos en streaming debe ser fiable, robusta y con un modelo suficientemente ligero para ser ejecutado en un IoT Gateway o dispositivos más pequeños. También, en escenarios con poca conectividad donde el uso de la computación en la nube es limitado y los parámetros del modelo se calculan localmente. Con estas premisas, en esta tesis, se propone el concepto de un SM de segunda generación basado en EC, que integra Flexible FIR como módulo de predicción de electricidad ejecutándose en el dispositivo y un agente EC con capacidad para el trading de energía producida localmente. Dicho agente ejecuta un novedoso mecanismo basado en incentivos, llamado NRG-X-Change que utiliza una nueva moneda digital descentralizada para el intercambio de energía, llamada NRGcoin.Postprint (published version

Toward enhancement of deep learning techniques using fuzzy logic: a survey

Deep learning has emerged recently as a type of artificial intelligence (AI) and machine learning (ML), it usually imitates the human way in gaining a particular knowledge type. Deep learning is considered an essential data science element, which comprises predictive modeling and statistics. Deep learning makes the processes of collecting, interpreting, and analyzing big data easier and faster. Deep neural networks are kind of ML models, where the non-linear processing units are layered for the purpose of extracting particular features from the inputs. Actually, the training process of similar networks is very expensive and it also depends on the used optimization method, hence optimal results may not be provided. The techniques of deep learning are also vulnerable to data noise. For these reasons, fuzzy systems are used to improve the performance of deep learning algorithms, especially in combination with neural networks. Fuzzy systems are used to improve the representation accuracy of deep learning models. This survey paper reviews some of the deep learning based fuzzy logic models and techniques that were presented and proposed in the previous studies, where fuzzy logic is used to improve deep learning performance. The approaches are divided into two categories based on how both of the samples are combined. Furthermore, the models' practicality in the actual world is revealed