Data provisioning in simulation workflows

Computer-based simulations become more and more important, e.g., to imitate real-world experiments such as crash tests, which would otherwise be too expensive or not feasible at all. Thereby, simulation workflows may be used to control the interaction with simulation tools performing necessary numerical calculations. The input data needed by these tools often come from diverse data sources that manage their data in a multiplicity of proprietary formats. Hence, simulation workflows additionally have to carry out many complex data provisioning tasks. These tasks filter and transform heterogeneous input data in such a way that underlying simulation tools can properly ingest them. Furthermore, some simulations use different tools that need to exchange data between each other. Here, even more complex data transformations are needed to cope with the differences in data formats and data granularity as they are expected by involved tools. Nowadays, scientists conducting simulations typically have to design their simulation workflows on their own. So, they have to implement many low-level data transformations that realize the data provisioning for and the data exchange between simulation tools. In doing so, they waste time for workflow design, which hinders them to concentrate on their core issue, i.e., the simulation itself. This thesis introduces several novel concepts and methods that significantly alleviate the design of the complex data provisioning in simulation workflows. Firstly, it addresses the issue that most existing workflow systems offer multiple and diverse data provisioning techniques. So, scientists are frequently overwhelmed with selecting certain techniques that are appropriate for their workflows. This thesis discusses how to conquer the multiplicity and diversity of available techniques by their systematic classification. The resulting classes of techniques are then compared with each other considering relevant functional and non-functional requirements for data provisioning in simulation workflows. The major outcome of this classification and comparison is a set of guidelines that assist scientists in choosing proper data provisioning techniques. Another problem with existing workflow systems is that they often do not support all kinds of data resources or data management operations required by concrete computer-based simulations. So, this thesis proposes extensions of conventional workflow languages that offer a generic solution to data provisioning in arbitrary simulation workflows. These extensions allow for specifying any data management operation that may be described via the query or command languages of involved data resources, e.g., arbitrary SQL statements or shell commands. The proposed extensions of workflow languages still do not remove the burden from scientists to specify many complex data management operations using low-level query and command languages. Hence, this thesis introduces a novel pattern-based approach that even further enhances the abstraction support for simulation workflow design. Instead of specifying many workflow tasks, scientists only need to select a small number of abstract patterns to describe the high-level simulation process they have in mind. Furthermore, scientists are familiar with the parameters to be specified for the patterns, because these parameters correspond to terms or concepts that are related to their domain-specific simulation methodology. A rule-based transformation approach offers flexible means to finally map high-level patterns onto executable simulation workflows. Another major contribution is a pattern hierarchy arranging different kinds of patterns according to clearly distinguished abstraction levels. This facilitates a holistic separation of concerns and provides a systematic framework to incorporate different kinds of persons and their various skills into workflow design, e.g., not only scientists, but also data engineers. Altogether, the pattern-based approach conquers the data complexity associated with simulation workflows, which allows scientists to concentrate on their core issue again, namely on the simulation itself. The last contribution is a complementary optimization method to increase the performance of local data processing in simulation workflows. This method introduces various techniques that partition relevant local data processing tasks between the components of a workflow system in a smart way. Thereby, such tasks are either assigned to the workflow execution engine or to a tightly integrated local database system. Corresponding experiments revealed that, even for a moderate data size of about 0.5 MB, this method is able to reduce workflow duration by nearly a factor of 9

ICSEA 2021: the sixteenth international conference on software engineering advances

The Sixteenth International Conference on Software Engineering Advances (ICSEA 2021), held on October 3 - 7, 2021 in Barcelona, Spain, continued a series of events covering a broad spectrum of software-related topics. The conference covered fundamentals on designing, implementing, testing, validating and maintaining various kinds of software. The tracks treated the topics from theory to practice, in terms of methodologies, design, implementation, testing, use cases, tools, and lessons learnt. The conference topics covered classical and advanced methodologies, open source, agile software, as well as software deployment and software economics and education. The conference had the following tracks: Advances in fundamentals for software development Advanced mechanisms for software development Advanced design tools for developing software Software engineering for service computing (SOA and Cloud) Advanced facilities for accessing software Software performance Software security, privacy, safeness Advances in software testing Specialized software advanced applications Web Accessibility Open source software Agile and Lean approaches in software engineering Software deployment and maintenance Software engineering techniques, metrics, and formalisms Software economics, adoption, and education Business technology Improving productivity in research on software engineering Trends and achievements Similar to the previous edition, this event continued to be very competitive in its selection process and very well perceived by the international software engineering community. As such, it is attracting excellent contributions and active participation from all over the world. We were very pleased to receive a large amount of top quality contributions. We take here the opportunity to warmly thank all the members of the ICSEA 2021 technical program committee as well as the numerous reviewers. The creation of such a broad and high quality conference program would not have been possible without their involvement. We also kindly thank all the authors that dedicated much of their time and efforts to contribute to the ICSEA 2021. We truly believe that thanks to all these efforts, the final conference program consists of top quality contributions. This event could also not have been a reality without the support of many individuals, organizations and sponsors. We also gratefully thank the members of the ICSEA 2021 organizing committee for their help in handling the logistics and for their work that is making this professional meeting a success. We hope the ICSEA 2021 was a successful international forum for the exchange of ideas and results between academia and industry and to promote further progress in software engineering research

Participative Urban Health and Healthy Aging in the Age of AI

This open access book constitutes the refereed proceedings of the 18th International Conference on String Processing and Information Retrieval, ICOST 2022, held in Paris, France, in June 2022. The 15 full papers and 10 short papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 33 submissions. They cover topics such as design, development, deployment, and evaluation of AI for health, smart urban environments, assistive technologies, chronic disease management, and coaching and health telematics systems

Conceptual schemas generation from organizacional model in an automatic software production process

Actualmente, la ingeniería de software ha propuesto múltiples técnicas para mejorar el desarrollo de software, sin embargo, la meta final no ha sido satisfecha. En muchos casos, el producto software no satisface las necesidades reales de los clientes finales del negocio donde el sistema operará. Uno de los problemas principales de los trabajos actuales es la carencia de un enfoque sistemático para mapear cada concepto de modelado del dominio del problema (modelos organizacionales), en sus correspondientes elementos conceptuales en el espacio de la solución (modelos conceptuales orientados a objetos). El principal objetivo de esta tesis es proveer un enfoque metodológico que permita generar modelos conceptuales y modelos de requisitos a partir de descripciones organizacionales. Se propone el uso de tres disciplinas, distintas pero complementarias (modelado organizacional, requisitos de software y modelado conceptual) para lograr este objetivo. La tesis describe un proceso de elicitación de requisitos que permite al usuario crear un modelo de negocios que representa la situación actual del negocio (requisitos tempranos). Nosotros consideramos que este modelo, el cual refleja la forma en la que se implementan actualmente los procesos de negocio, es la fuente correcta para determinar la funcionalidad esperada del sistema a desarrollar. Se propone también un proceso para identificar los elementos que son relevantes para ser automatizados a partir del modelo de negocio. Como resultado de este proceso se genera un modelo intermedio que representa los requisitos del sistema de software. Finalmente, presentamos un conjunto de guías sistemáticas para generar un esquema conceptual orientado a objetos a partir del modelo intermedio. Nosotros también exploramos, como solución alternativa, la generación de una especificación de requisitos tardíos a partir del modelo intermedio.Martínez Rebollar, A. (2008). Conceptual schemas generation from organizacional model in an automatic software production process [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3304Palanci

Computational methods to create and analyze a digital gene expression atlas of embryo development from microscopy images

Abstract The creation of atlases, or digital models where information from different subjects can be combined, is a field of increasing interest in biomedical imaging. When a single image does not contain enough information to appropriately describe the organism under study, it is then necessary to acquire images of several individuals, each of them containing complementary data with respect to the rest of the components in the cohort. This approach allows creating digital prototypes, ranging from anatomical atlases of human patients and organs, obtained for instance from Magnetic Resonance Imaging, to gene expression cartographies of embryo development, typically achieved from Light Microscopy. Within such context, in this PhD Thesis we propose, develop and validate new dedicated image processing methodologies that, based on image registration techniques, bring information from multiple individuals into alignment within a single digital atlas model. We also elaborate a dedicated software visualization platform to explore the resulting wealth of multi-dimensional data and novel analysis algo-rithms to automatically mine the generated resource in search of bio¬logical insights. In particular, this work focuses on gene expression data from developing zebrafish embryos imaged at the cellular resolution level with Two-Photon Laser Scanning Microscopy. Disposing of quantitative measurements relating multiple gene expressions to cell position and their evolution in time is a fundamental prerequisite to understand embryogenesis multi-scale processes. However, the number of gene expressions that can be simultaneously stained in one acquisition is limited due to optical and labeling constraints. These limitations motivate the implementation of atlasing strategies that can recreate a virtual gene expression multiplex. The developed computational tools have been tested in two different scenarios. The first one is the early zebrafish embryogenesis where the resulting atlas constitutes a link between the phenotype and the genotype at the cellular level. The second one is the late zebrafish brain where the resulting atlas allows studies relating gene expression to brain regionalization and neurogenesis. The proposed computational frameworks have been adapted to the requirements of both scenarios, such as the integration of partial views of the embryo into a whole embryo model with cellular resolution or the registration of anatom¬ical traits with deformable transformation models non-dependent on any specific labeling. The software implementation of the atlas generation tool (Match-IT) and the visualization platform (Atlas-IT) together with the gene expression atlas resources developed in this Thesis are to be made freely available to the scientific community. Lastly, a novel proof-of-concept experiment integrates for the first time 3D gene expression atlas resources with cell lineages extracted from live embryos, opening up the door to correlate genetic and cellular spatio-temporal dynamics. La creación de atlas, o modelos digitales, donde la información de distintos sujetos puede ser combinada, es un campo de creciente interés en imagen biomédica. Cuando una sola imagen no contiene suficientes datos como para describir apropiadamente el organismo objeto de estudio, se hace necesario adquirir imágenes de varios individuos, cada una de las cuales contiene información complementaria respecto al resto de componentes del grupo. De este modo, es posible crear prototipos digitales, que pueden ir desde atlas anatómicos de órganos y pacientes humanos, adquiridos por ejemplo mediante Resonancia Magnética, hasta cartografías de la expresión genética del desarrollo de embrionario, típicamente adquiridas mediante Microscopía Optica. Dentro de este contexto, en esta Tesis Doctoral se introducen, desarrollan y validan nuevos métodos de procesado de imagen que, basándose en técnicas de registro de imagen, son capaces de alinear imágenes y datos provenientes de múltiples individuos en un solo atlas digital. Además, se ha elaborado una plataforma de visualization específicamente diseñada para explorar la gran cantidad de datos, caracterizados por su multi-dimensionalidad, que resulta de estos métodos. Asimismo, se han propuesto novedosos algoritmos de análisis y minería de datos que permiten inspeccionar automáticamente los atlas generados en busca de conclusiones biológicas significativas. En particular, este trabajo se centra en datos de expresión genética del desarrollo embrionario del pez cebra, adquiridos mediante Microscopía dos fotones con resolución celular. Disponer de medidas cuantitativas que relacionen estas expresiones genéticas con las posiciones celulares y su evolución en el tiempo es un prerrequisito fundamental para comprender los procesos multi-escala característicos de la morfogénesis. Sin embargo, el número de expresiones genéticos que pueden ser simultáneamente etiquetados en una sola adquisición es reducido debido a limitaciones tanto ópticas como del etiquetado. Estas limitaciones requieren la implementación de estrategias de creación de atlas que puedan recrear un multiplexado virtual de expresiones genéticas. Las herramientas computacionales desarrolladas han sido validadas en dos escenarios distintos. El primer escenario es el desarrollo embrionario temprano del pez cebra, donde el atlas resultante permite constituir un vínculo, a nivel celular, entre el fenotipo y el genotipo de este organismo modelo. El segundo escenario corresponde a estadios tardíos del desarrollo del cerebro del pez cebra, donde el atlas resultante permite relacionar expresiones genéticas con la regionalización del cerebro y la formación de neuronas. La plataforma computacional desarrollada ha sido adaptada a los requisitos y retos planteados en ambos escenarios, como la integración, a resolución celular, de vistas parciales dentro de un modelo consistente en un embrión completo, o el alineamiento entre estructuras de referencia anatómica equivalentes, logrado mediante el uso de modelos de transformación deformables que no requieren ningún marcador específico. Está previsto poner a disposición de la comunidad científica tanto la herramienta de generación de atlas (Match-IT), como su plataforma de visualización (Atlas-IT), así como las bases de datos de expresión genética creadas a partir de estas herramientas. Por último, dentro de la presente Tesis Doctoral, se ha incluido una prueba conceptual innovadora que permite integrar los mencionados atlas de expresión genética tridimensionales dentro del linaje celular extraído de una adquisición in vivo de un embrión. Esta prueba conceptual abre la puerta a la posibilidad de correlar, por primera vez, las dinámicas espacio-temporales de genes y células

Actas de SABI2020

Los temas salientes incluyen un marcapasos pulmonar que promete complementar y eventualmente sustituir la conocida ventilación mecánica por presión positiva (intubación), el análisis de la marchaespontánea sin costosos equipamientos, las imágenes infrarrojas y la predicción de la salud cardiovascular en temprana edad por medio de la biomecánica arterial

Evaluation of optimal solutions in multicriteria models for intelligent decision support

La memoria se enmarca dentro de la optimización y su uso para la toma de decisiones. La secuencia lógica ha sido la modelación, implementación, resolución y validación que conducen a una decisión. Para esto, hemos utilizado herramientas del análisis multicrerio, optimización multiobjetivo y técnicas de inteligencia artificial. El trabajo se ha estructurado en dos partes (divididas en tres capítulos cada una) que se corresponden con la parte teórica y con la parte experimental. En la primera parte se analiza el contexto del campo de estudio con un análisis del marco histórico y posteriormente se dedica un capítulo a la optimización multicriterio en el se recogen modelos conocidos, junto con aportaciones originales de este trabajo. En el tercer capítulo, dedicado a la inteligencia artificial, se presentan los fundamentos del aprendizaje estadístico , las técnicas de aprendizaje automático y de aprendizaje profundo necesarias para las aportaciones en la segunda parte. La segunda parte contiene siete casos reales a los que se han aplicado las técnicas descritas. En el primer capítulo se estudian dos casos: el rendimiento académico de los estudiantes de la Universidad Industrial de Santander (Colombia) y un sistema objetivo para la asignación del premio MVP en la NBA. En el siguiente capítulo se utilizan técnicas de inteligencia artificial a la similitud musical (detección de plagios en Youtube), la predicción del precio de cierre de una empresa en el mercado bursátil de Nueva York y la clasificación automática de señales espaciales acústicas en entornos envolventes. En el último capítulo a la potencia de la inteligencia artificial se le incorporan técnicas de análisis multicriterio para detectar el fracaso escolar universitario de manera precoz (en la Universidad Industrial de Santander) y, para establecer un ranking de modelos de inteligencia artificial de se recurre a métodos multicriterio. Para acabar la memoria, a pesar de que cada capítulo contiene una conclusión parcial, en el capítulo 8 se recogen las principales conclusiones de toda la memoria y una bibliografía bastante exhaustiva de los temas tratados. Además, el trabajo concluye con tres apéndices que contienen los programas y herramientas, que a pesar de ser útiles para la comprensión de la memoria, se ha preferido poner por separado para que los capítulos resulten más fluidos

Manipulador aéreo con brazos antropomórficos de articulaciones flexibles

[Resumen] Este artículo presenta el primer robot manipulador aéreo con dos brazos antropomórficos diseñado para aplicarse en tareas de inspección y mantenimiento en entornos industriales de difícil acceso para operarios humanos. El robot consiste en una plataforma aérea multirrotor equipada con dos brazos antropomórficos ultraligeros, así como el sistema de control integrado de la plataforma y los brazos. Una de las principales características del manipulador es la flexibilidad mecánica proporcionada en todas las articulaciones, lo que aumenta la seguridad en las interacciones físicas con el entorno y la protección del propio robot. Para ello se ha introducido un compacto y simple mecanismo de transmisión por muelle entre el eje del servo y el enlace de salida. La estructura en aluminio de los brazos ha sido cuidadosamente diseñada de forma que los actuadores estén aislados frente a cargas radiales y axiales que los puedan dañar. El manipulador desarrollado ha sido validado a través de experimentos en base fija y en pruebas de vuelo en exteriores.Ministerio de Economía y Competitividad; DPI2014-5983-C2-1-