Improving Computer Based Speech Therapy Using a Fuzzy Expert System

In this paper we present our work about Computer Based Speech Therapy systems optimization. We focus especially on using a fuzzy expert system in order to determine specific parameters of personalized therapy, i.e. the number, length and content of training sessions. The efficiency of this new approach was tested during an experiment performed with our CBST, named LOGOMON

A linguistic multigranular sensory evaluation model for olive oil

Evaluation is a process that analyzes elements in order to achieve different objectives such as quality inspection, marketing and other fields in industrial companies. This paper focuses on sensory evaluation where the evaluated items are assessed by a panel of experts according to the knowledge acquired via human senses. In these evaluation processes the information provided by the experts implies uncertainty, vagueness and imprecision. The use of the Fuzzy Linguistic Approach 32 has provided successful results modelling such a type of information. In sensory evaluation it may happen that the panel of experts have more or less degree knowledge of about the evaluated items or indicators. So, it seems suitable that each expert could express their preferences in different linguistic term sets based on their own knowledge. In this paper, we present a sensory evaluation model that manages multigranular linguistic evaluation framework based on a decision analysis scheme. This model will be applied to the sensory evaluation process of Olive Oil

Estrategias evolutivas para la adquisición de conocimiento en controladores borrosos temporales difuminados, aplicadas al encaminamiento adaptativo en redes de comunicaciones

En esta tesis se presenta una metodología para mejorar las prestaciones de los algoritmos de encaminamiento adaptativos. El procedimiento propuesto está basado en el empleo sistemas borroso-genéticos evolutivos aplicados al encaminamiento adaptativo distribuido, en redes de comunicaciones de conmutación de paquetes. La metodología propuesta se puede descomponer en tres partes: 1.Desarrollo de los Controladores Borrosos Temporales Difuminados y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales Híbridos. 2.Desarrollo de los Algoritmos Genéticos ?Dirigidos?. 3.Aplicación de los Sistemas Borroso-Genéticos Evolutivos al encaminamiento adaptativo distribuido en redes de conmutación de paquetes. Tras la identificación de los problemas asociados al control con Controladores Borrosos Clásicos, Controladores Borrosos Temporales y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales, para solucionarlos, en este documento se propone el uso de Controladores Borrosos Temporales Difuminados y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales Híbridos, que incorporan el concepto de la Difuminación temporal. Para los últimos controladores se presentan las innovaciones introducidas en: representación del conocimiento, contenido en sus bases de reglas y de datos, así como su estrategia de razonamiento. Tras la identificación de los problemas asociados al empleo de Algoritmos Genéticos aplicados a estos últimos controladores, para solucionarlos, en este documento se propone el uso de Algoritmo Genéticos ?Dirigidos?, que generan una mejora en la ?bondad? de la base de conocimiento obtenida, así como en la velocidad de aprendizaje. Esta mejora es debida a forzar la aparición de grupos útiles de reglas (temporales y no temporales) con el mismo antecedente, eliminando así la búsqueda aleatoria. Para este Algoritmo Genético se presenta sus novedades en: la estructura de las bases de conocimiento y la adquisición de conocimiento. El empleo de una única métrica para el encaminamiento adaptativo en redes de comunicaciones, es insuficiente para reflejar el estado actual del enlace. Para solucionar este problema se propone el uso de dos métricas: el retardo medio de los paquetes en el enlace y el jitter del retardo de los enlaces, medidas en los intervalos de muestreo previos, para obtener una métrica simple: la variable de salida de un Controlador Borroso. Los resultados experimentales muestran que la inclusión, en el proceso de encaminamiento, de Controladores Borrosos Temporales Difuminados y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales mejoran las prestaciones de la red. Esta mejora es debida a la obtención de valores de la métrica que se adaptan a diferentes circunstancias, para evitar la congestión de los enlaces y altas oscilaciones en el encaminamiento

Estrategias evolutivas para la adquisición de conocimiento en controladores borrosos temporales difuminados, aplicadas al encaminamiento adaptativo en redes de comunicaciones

En esta tesis se presenta una metodología para mejorar las prestaciones de los algoritmos de encaminamiento adaptativos. El procedimiento propuesto está basado en el empleo sistemas borroso-genéticos evolutivos aplicados al encaminamiento adaptativo distribuido, en redes de comunicaciones de conmutación de paquetes. La metodología propuesta se puede descomponer en tres partes: 1.Desarrollo de los Controladores Borrosos Temporales Difuminados y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales Híbridos. 2.Desarrollo de los Algoritmos Genéticos ?Dirigidos?. 3.Aplicación de los Sistemas Borroso-Genéticos Evolutivos al encaminamiento adaptativo distribuido en redes de conmutación de paquetes. Tras la identificación de los problemas asociados al control con Controladores Borrosos Clásicos, Controladores Borrosos Temporales y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales, para solucionarlos, en este documento se propone el uso de Controladores Borrosos Temporales Difuminados y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales Híbridos, que incorporan el concepto de la Difuminación temporal. Para los últimos controladores se presentan las innovaciones introducidas en: representación del conocimiento, contenido en sus bases de reglas y de datos, así como su estrategia de razonamiento. Tras la identificación de los problemas asociados al empleo de Algoritmos Genéticos aplicados a estos últimos controladores, para solucionarlos, en este documento se propone el uso de Algoritmo Genéticos ?Dirigidos?, que generan una mejora en la ?bondad? de la base de conocimiento obtenida, así como en la velocidad de aprendizaje. Esta mejora es debida a forzar la aparición de grupos útiles de reglas (temporales y no temporales) con el mismo antecedente, eliminando así la búsqueda aleatoria. Para este Algoritmo Genético se presenta sus novedades en: la estructura de las bases de conocimiento y la adquisición de conocimiento. El empleo de una única métrica para el encaminamiento adaptativo en redes de comunicaciones, es insuficiente para reflejar el estado actual del enlace. Para solucionar este problema se propone el uso de dos métricas: el retardo medio de los paquetes en el enlace y el jitter del retardo de los enlaces, medidas en los intervalos de muestreo previos, para obtener una métrica simple: la variable de salida de un Controlador Borroso. Los resultados experimentales muestran que la inclusión, en el proceso de encaminamiento, de Controladores Borrosos Temporales Difuminados y Controladores Borrosos basados en Reglas Temporales mejoran las prestaciones de la red. Esta mejora es debida a la obtención de valores de la métrica que se adaptan a diferentes circunstancias, para evitar la congestión de los enlaces y altas oscilaciones en el encaminamiento

Relational data factorization

Motivated by an analogy with matrix factorization, we introduce the problem of factorizing relational data. In matrix factorization, one is given a matrix and has to factorize it as a product of other matrices. In relational data factorization, the task is to factorize a given relation as a conjunctive query over other relations, i.e., as a combination of natural join operations. Given a conjunctive query and the input relation, the problem is to compute the extensions of the relations used in the query. Thus, relational data factorization is a relational analog of matrix factorization; it is also a form of inverse querying as one has to compute the relations in the query from the result of the query. The result of relational data factorization is neither necessarily unique nor required to be a lossless decomposition of the original relation. Therefore, constraints can be imposed on the desired factorization and a scoring function is used to determine its quality (often similarity to the original data). Relational data factorization is thus a constraint satisfaction and optimization problem. We show how answer set programming can be used for solving relational data factorization problems.Algorithms and the Foundations of Software technolog

Fitting aggregation operators to data

Theoretical advances in modelling aggregation of information produced a wide range of aggregation operators, applicable to almost every practical problem. The most important classes of aggregation operators include triangular norms, uninorms, generalised means and OWA operators.With such a variety, an important practical problem has emerged: how to fit the parameters/ weights of these families of aggregation operators to observed data? How to estimate quantitatively whether a given class of operators is suitable as a model in a given practical setting? Aggregation operators are rather special classes of functions, and thus they require specialised regression techniques, which would enforce important theoretical properties, like commutativity or associativity. My presentation will address this issue in detail, and will discuss various regression methods applicable specifically to t-norms, uninorms and generalised means. I will also demonstrate software implementing these regression techniques, which would allow practitioners to paste their data and obtain optimal parameters of the chosen family of operators.<br /

On some axiomatic extensions of the monoidal T-norm based logic MTL : an analysis in the propositional and in the first-order case

The scientific area this book belongs to are many-valued logics: in particular, the logic MTL and some of its extensions, in the propositional and in the first-order case. The book is divided in two parts: in the first one the necessary background about these logics, with some minor new results, are presented. The second part is devoted to more specific topics: there are five chapters, each one about a different problem. In chapter 6 a temporal semantics for Basic Logic BL is presented. In chapter 7 we move to first-order logics, by studying the supersoundness property: we have improved some previous works about this theme, by expanding the analysis to many extensions of the first-order version of MTL. Chapter 8 is dedicated to four different families of n-contractive axiomatic extensions of BL, analyzed in the propositional and in the first-order case: completeness, computational and arithmetical complexity, amalgamation and interpolation properties are studied. Finally, chapters 9 and 10 are about Nilpotent Minimum logic: in chapter 9 the sets of tautologies of some NM-chains (subalgebras of [0,1]_NM) are studied, compared and the problems of axiomatization and undecidability are tackled. Chapter 10, instead, concerns some logical and algebraic properties of (propositional) Nilpotent Minimum logic. The results (or an extended version of them) of these last chapters have been also presented in papers

ON SOME AXIOMATIC EXTENSIONS OF THE MONOIDAL T-NORM BASED LOGIC MTL: AN ANALYSIS IN THE PROPOSITIONAL AND IN THE FIRST-ORDER CASE

The scientific area this thesis belongs to are many-valued logics: in particular, the logic MTL and some of its extensions, in the propositional and in the first-order case (see [8],[9],[6],[7]). The thesis is divided in two parts: in the first one the necessary background about these logics, with some minor new results, are presented. The second part is devoted to more specific topics: there are five chapters, each one about a different problem. In chapter 6 a temporal semantics for Basic Logic BL is presented. In chapter 7 we move to first-order logics, by studying the supersoundness property: we have improved some previous works about this theme, by expanding the analysis to many extensions of the first-order version of MTL. Chapter 8 is dedicated to four different families of n-contractive axiomatic extensions of BL, analyzed in the propositional and in the first-order case: completeness, computational and arithmetical complexity, amalgamation and interpolation properties are studied. Finally, chapters 9 and 10 are about Nilpotent Minimum logic (NM, see [8]): in chapter 9 the sets of tautologies of some NM-chains (subalgebras of [0,1]_NM) are studied, compared and the problems of axiomatization and undecidability are tackled. Chapter 10, instead, concerns some logical and algebraic properties of (propositional) Nilpotent Minimum logic. The results (or an extended version of them) of these last chapters have been also presented in papers [1, 4, 5, 2, 3]. ---------------------------------References--------------------------------------------- [1] S. Aguzzoli, M. Bianchi, and V. Marra. A temporal semantics for Basic Logic. Studia Logica, 92(2), 147-162, 2009. doi:10.1007/s11225-009-9192-3. [2] M. Bianchi. First-order Nilpotent Minimum Logics: first steps. Submitted for publication,2010. [3] M. Bianchi. On some logical and algebraic properties of Nilpotent Minimum logic and its relation with G\uf6del logic. Submitted for publication, 2010. [4] M. Bianchi and F. Montagna. Supersound many-valued logics and Dedekind-MacNeille completions. Arch. Math. Log., 48(8), 719-736, 2009. doi:10.1007/s00153-009-0145-3. [5] M. Bianchi and F. Montagna. n-contractive BL-logics. Arch. Math. Log., 2010. doi:10.1007/s00153-010-0213-8. [6] P. Cintula, F. Esteva, J. Gispert, L. Godo, F. Montagna, and C. Noguera. Distinguished algebraic semantics for t-norm based fuzzy logics: methods and algebraic equivalencies. Ann. Pure Appl. Log., 160(1), 53-81, 2009. doi:10.1016/j.apal.2009.01.012. [7] P. Cintula and P. H\ue1jek. Triangular norm predicate fuzzy logics. Fuzzy Sets Syst., 161(3), 311-346, 2010. doi:10.1016/j.fss.2009.09.006. [8] F. Esteva and L. Godo. Monoidal t-norm based logic: Towards a logic for left-continuous t-norms. Fuzzy sets Syst., 124(3), 271-288, 2001. doi:10.1016/S0165-0114(01)00098-7. [9] P. H\ue1jek. Metamathematics of Fuzzy Logic, volume 4 of Trends in Logic. Kluwer Academic Publishers, paperback edition, 1998. ISBN:9781402003707

Akteursorientierte multimodale Straßenverkehrssimulation

Die vorliegende Dissertation behandelt die Entwicklung eines Verkehrssimulationssystems, welches vollautomatisch aus Landkarten Simulationsgraphen erstellen kann. Der Fokus liegt bei urbanen Simulationsstudien in beliebigen Gemeinden und Städten. Das zweite fundamentale Standbein dieser Arbeit ist daher die Konstruktion von Verkehrsmodellen, die die wichtigsten Verkehrsteilnehmertypen im urbanen Bereich abbilden. Es wurden Modelle für Autos, Fahrräder und Fußgänger entwickelt. Die Betrachtung des Stands der Forschung in diesem Bereich hat ergeben, dass die Verknüpfung von automatischer Grapherstellung und Modellen, die die Wechselwirkungen der verschiedenen Verkehrsteilnehmertypen abbilden, von keinem vorhandenen System geleistet wird. Es gibt grundlegend zwei Gruppen von Verkehrssimulationssystemen. Zum Einen existieren Systeme, die hohe Genauigkeiten an Simulationsergebnissen erzielen und dafür exakte (teil-)manuelle Modellierung der Gegebenheiten im zu simulierenden Bereich benötigen. Es werden in diesem Bereich meist Verkehrsmodelle simuliert, die die Verhaltensweisen der Verkehrsteilnehmer sehr gut abbilden und hierfür einen hohen Berechnungsaufwand benötigen. Auf der anderen Seiten existieren Simulationssysteme, die Straßengraphen automatisch erstellen können, darauf jedoch sehr vereinfachte Verkehrsmodelle simulieren. Es werden meist nur Autobewegungen simuliert. Der Nutzen dieser Herangehensweise ist die Möglichkeit, sehr große Szenarien simulieren zu können. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein System mit Eigenschaften beider grundlegenden Ansätze entwickelt, um multimodalen innerstädtischen Verkehr auf Basis automatisch erstellter Straßengraphen simulieren zu können. Die Entwicklung eines neuen Verkehrssimulationssystems erschien notwendig, da sich zum Zeitpunkt der Literaturbetrachtung kein anderes vorhandenes System für die Nutzung zur Erfüllung der genannten Zielstellung eignete. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte System heißt MAINSIM (MultimodAle INnerstädtische VerkehrsSIMulation). Die Simulationsgraphen werden aus Kartenmaterial von OpenStreetMap extrahiert. Kartenmaterial wird zuerst in verschiedene logische Layer separiert und anschließend zur Bestimmung eines Graphen des Straßennetzes genutzt. Eine Gruppe von Analyseschritten behebt Ungenauigkeiten im Kartenmaterial und ergänzt Informationen, die während der Simulation benötigt werden (z.B. die Verbindungsrichtung zwischen zwei Straßen). Das System verwendet Geoinformationssystemkomponenten zur Verarbeitung der Geodaten. Dies birgt den Vorteil der einfachen Erweiterbarkeit um weitere Datenquellen. Die Verkehrssimulation verwendet mikroskopische Verhaltensmodelle. Jeder einzelne Verkehrsteilnehmer wird somit simuliert. Das Modell für Autos basiert auf dem in der Verkehrsforschung weit genutzten Nagel-Schreckenberg-Modell. Es verfügt jedoch über zahlreiche Modifikationen und Erweiterungen, um das Modell auch abseits von Autobahnen nutzen zu können und weitere Verhaltensweisen zu modellieren. Das Fahrradmodell entsteht durch geeignete Parametrisierung aus dem Automodell. Zur Entwicklung des Fußgängermodells wurde Literatur über das Verhalten von Fußgängern diskutiert, um daraus geeignete Eigenschaften (z.B. Geschwindigkeiten und Straßenüberquerungsverhaltensmuster) abzuleiten. MAINSIM ermöglicht folglich die Betrachtung des Verkehrsgeschehens auch aus der Sicht der Gruppe der Fußgänger oder Fahrradfahrer und kann deren Auswirkungen auf den Straßenverkehr einer ganzen Stadt bestimmen. Das Automodell wurde auf Autobahnszenarien und innerstädtischen Straßengraphen evaluiert. Es konnte die gut verstandenen Zusammenhänge zwischen Verkehrsdichte, -fluss und -geschwindigkeit reproduzieren. Zur Evaluierung von Fahrradmodellen liegen nach dem besten Wissen des Autors keine Studien vor. Daher wurden an dieser Stelle der Einfluss der Fahrradfahrer auf den Straßenverkehr und die von Fahrrädern gefahrenen Geschwindigkeiten untersucht. Das Fußgängermodell konnte die aus der Literaturbetrachtung ermittelten Verhaltensweisen abbilden. Nachdem die wichtigsten Komponenten von MAINSIM untersucht wurden, begannen Fallstudien, die verschiedene Gebiete abdecken. Die wichtigsten Ergebnisse aus diesem Teil der Arbeit sind: - Es ist möglich, mit Hilfe maschineller Lernverfahren Staus innerhalb Frankfurts vorherzusagen. - Nonkonformismus bezüglich der Verkehrsregeln kann je nach Verhalten den Verkehrsfluss empfindlich beeinflussen, kann aber auch ohne Effekt bleiben. - Mit Hilfe von Kommunikationstechniken könnte in der Zukunft die Routenplanung von Autos verbessert werden. Ein Verfahren auf Basis von Pheromonspuren wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht. - MAINSIM eignet sich zur Simulation großer Szenarien. In der letzten Fallstudie dieser Arbeit wurde der Autoverkehr eines Simulationsgebietes um Frankfurt am Main herum mit ca. 1,6 Mio. Trips pro Tag simuliert. Da MAINSIM über ein Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Emissionsmodell verfügt, konnten die CO2-Emissionen innerhalb von Frankfurt ermittelt werden. Eine angekoppelte Simulation des Wetters mit Hilfe einer atmosphärischen Simulation zeigte, wie sich die Gase innerhalb Frankfurts verteilen. Für den professionellen Einsatz in der Verkehrsforschung muss das entwickelte Simulationssystem um eine Methode zur Kalibrierung auf Sensordaten im Simulationsgebiet erweitert werden. Die vorhandenen Ampelschaltungen bilden nicht reale Ampeln ab. Eine Erweiterung des Systems um die automatische Integrierung maschinell lesbarer Schaltpläne von Ampeln im Bereich des Simulationsgebietes würde die Ergebnisgüte weiter erhöhen. MAINSIM hat mehrere Anwendungsgebiete. Es können sehr schnell Simulationsgebiete modelliert werden. Daher bietet sich die Nutzung für Vorabstudien an. Wenn große Szenarien simuliert werden müssen, um z.B. die Verteilung der CO2-Emissionen innerhalb einer Stadt zu ermitteln, kann MAINSIM genutzt werden. Es hat sich im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass Fahrräder und Fußgänger einen Effekt auf die Mengen des Kraftstoffverbrauchs von Autos haben können. Es sollte bei derartigen Szenarien folglich ein Simulationssysytem genutzt werden, welches die relevanten Verkehrsteilnehmertypen abbilden kann. Zur Untersuchung weiterer wissenschaftlicher Fragestellungen kann MAINSIM beliebig erweitert werden