Boolean networks with robust and reliable trajectories

We construct and investigate Boolean networks that follow a given reliable trajectory in state space, which is insensitive to fluctuations in the updating schedule, and which is also robust against noise. Robustness is quantified as the probability that the dynamics return to the reliable trajectory after a perturbation of the state of a single node. In order to achieve high robustness, we navigate through the space of possible update functions by using an evolutionary algorithm. We constrain the networks to having the minimum number of connections required to obtain the reliable trajectory. Surprisingly, we find that robustness always reaches values close to 100 percent during the evolutionary optimization process. The set of update functions can be evolved such that it differs only slightly from that of networks that were not optimized with respect to robustness. The state space of the optimized networks is dominated by the basin of attraction of the reliable trajectory.Comment: 12 pages, 9 figure

Development of a recommendation system for scientific literature based on deep learning

Dissertação de mestrado em BioinformaticsThe previous few decades have seen an enormous volume of articles from the scientific commu nity on the most diverse biomedical topics, making it extremely challenging for researchers to find relevant information. Methods like Machine Learning (ML) and Deep Learning (DL) have been used to create tools that can speed up this process. In that context, this work focuses on examining the performance of different ML and DL techniques when classifying biomedical documents, mainly regarding their relevance to given topics. To evaluate the different techniques, the dataset from the BioCreative VI Track 4 challenge was used. The objective of the challenge was to identify documents related to protein-protein interactions altered by mutations, a topic extremely important in precision medicine. Protein-protein interactions play a crucial role in the cellular mechanisms of all living organisms, and mutations in these interaction sites could be indicative of diseases. To handle the data to be used in training, some text processing methods were implemented in the Omnia package from OmniumAI, the host company of this work. Several preprocessing and feature extraction methods were implemented, such as removing stopwords and TF-IDF, which may be used in other case studies. They can be used either with generic text or biomedical text. These methods, in conjunction with ML pipelines already developed by the Omnia team, allowed the training of several traditional ML models. We were able to achieve a small improvement on performance, compared to the challenge baseline, when applying these traditional ML models on the same dataset. Regarding DL, testing with a CNN model, it was clear that the BioWordVec pre-trained embedding achieved the best performance of all pre-trained embeddings. Additionally, we explored the application of more complex DL models. These models achieved a better performance than the best challenge submission. BioLinkBERT managed an improvement of 0.4 percent points on precision, 4.9 percent points on recall, and 2.2 percent points on F1.As décadas anteriores assistiram a um enorme aumento no volume de artigos da comunidade científica sobre os mais diversos tópicos biomédicos, tornando extremamente difícil para os investigadores encontrar informação relevante. Métodos como Aprendizagem Máquina (AM) e Aprendizagem Profunda (AP) tem sido utilizados para criar ferramentas que podem acelerar este processo. Neste contexto, este trabalho centra-se na avaliação do desempenho de diferentes técnicas de AM e AP na classificação de documentos biomédicos, principalmente no que diz respeito à sua relevância para determinados tópicos. Para avaliar as diferentes técnicas, foi utilizado o conjunto de dados do desafio BioCreative VI Track 4. O objectivo do desafio era identificar documentos relacionados com as interações proteína-proteína alteradas por mutações, um tópico extremamente importante na medicina de precisão. As interacções proteína-proteína desempenham um papel crucial nos mecanismos celulares de todos os organismos vivos, e as mutações nestes locais de interacção podem ser indicativas de doenças. Para tratar os dados a utilizar no treino, alguns métodos de processamento de texto foram implementados no pacote Omnia da OmniumAI, a empresa anfitriã deste trabalho. Foram implementados vários métodos de pré-processamento e extracção de características, tais como a remoção de palavras irrelevantes e TF-IDF, que podem ser utilizados em outros casos de estudos, tanto com texto genérico quer com texto biomédico. Estes métodos, em conjunto com as pipelines de AM já desenvolvidas pela equipa da Omnia, permitiram o treino de vários modelos tradicionais de AM. Conseguimos alcançar uma pequena melhoria no desempenho, em comparação com a linha de referência do desafio, ao aplicar estes modelos tradicionais de AM no mesmo conjunto de dados. Relativamente a AP, testando com um modelo CNN, ficou claro que o embedding pré-treinado BioWordVec alcançou o melhor desempenho de todos os embeddings pré-treinados. Adicionalmente, exploramos a aplicação de modelos de AP mais complexos. Estes modelos alcançaram um melhor desempenho do que a melhor submissão do desafio. BioLinkBERT conseguiu uma melhoria de 0,4 pontos percentuais na precisão, 4,9 pontos percentuais no recall, e 2,2 pontos percentuais em F1

Estimation of the rock deformation modulus and RMR based on data mining techniques

In this work Data Mining tools are used to develop new and innovative models for the estimation of the rock deformation modulus and the Rock Mass Rating (RMR). A database published by Chun et al. (2008) was used to develop these models. The parameters of the database were the depth, the weightings of the RMR system related to the uniaxial compressive strength (UCS), the rock quality designation (RQD), the joint spacing (JS), the joint condition (JC), the groundwater condition (GWC) and the discontinuity orientation adjustment (DOA), the RMR and the deformation modulus. As a modelling tool the R program environment was used to apply these advanced techniques. Several algorithms were tested and analysed using different sets of input parameters. It was possible to develop new models to predict the rock deformation modulus and the RMR with improved accuracy and, additionally, allowed to have an insight of the importance of the different input parameters.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT

Ensaios de penetração nos solos graníticos da região norte de Portugal: Algumas correlações

Foram realizados ensaios SPT, DPH, DPL e CPT nos solos graníticos em vários locais urbanos da Região Norte de Portugal, essencialmente do Porto, Braga e Guimarães. Obtiveram-se correlações entre resultados dos ensaios SPT-DPH; CPT-DPL; CPT-DPH e DPH-DPL, que são apresentadas. Para a correlação SPT-DPH os resultados do penetrómetro usado foram convertidos nos do penetrómetro indicado no Eurocódigo 7 (parte 3) com vista a uma normalização. Os resultados do SPT foram afectados do factor profundidade segundo a regra prevista no mesmo Eurocódigo (EC7). Os resultados das correlações (lineares) foram obtidos usando o conhecido programa para computador SPSS (Statistical Package for Social Sciences). Faz-se a discussão deles no fim do trabalho. Fazem-se também considerações sobre a aplicação dos resultados dos ensaios penetrométricos à determinação das características de resistência e de rigidez dos solos ensaiados

Slope stability evaluation. Performance of neural networks versus support vector machines

Neste trabalho são comparados os desempenhos das Redes Neuronais Artificiais (RNA) com as Máquinas de Vetores de Suporte (MVS) na avaliação da estabilidade de taludes. Para isso foi gerada uma base de dados contendo os fatores de segurança (FS) calculados para 501 taludes homogéneos bem como as suas características geométricas e geotécnicas. Os fatores de segurança foram obtidos usando o método de Bishop modificado e o software SLOPE/W. Nas análises efetuadas foi usada a biblioteca RMiner no ambiente R para facilitar o uso deste nas tarefas de classificação e regressão. Para usar aquela tarefa as bases de dados foram ajustadas substituindo o fator de segurança dos taludes por “estável” quando FS é maior ou igual à unidade e “instável” quando FS é menor que 1. Constata-se que tanto as RNA como as MVS apresentam bons desempenhos nas tarefas de regressão e de classificação. No entanto, são as MVS que apresentam os melhores desempenhos nas duas tarefas.This work compares the performances of the Artificial Neural Networks (ANN) with the Support Vector Machines (SVM) in the slope stability evaluation. For this purpose a database containing the factors of safety (FS) computed for 501 homogeneous slopes as well as their geometric and geotechnical characteristics was generated. The factors of safety were obtained using the modified Bishop method and the SLOPE/W software. The analyses were performed using the RMiner library in the R environment to facilitate its use in classification and regression tasks. In the classification task the data were adjusted by replacing the FS for “stable” when FS is greater or equal to 1 and “unstable” when FS is lower than 1. Both ANN and SVM presented good performances in regression and classification tasks. Nevertheless, the SVM had better performance in both tasks

Impactos Operacionais dos Sistemas de Ajudas Visuais à Navegação Aérea

A Força Aérea (FA) possui no seu dispositivo de infraestruturas, aeródromos militares, cuja operacionalidade contribui para o seu poder aéreo. Os seus aeródromos encontram-se equipados com sistemas de sinalização luminosa de ajudas visuais à navegação aérea (SSLAVNA) que são parte integrante desse sistema de armas, que não só contribuem para a sua operacionalidade, mas também permitem a realização de operações aéreas em ambientes noturnos e de visibilidade reduzida. Esses sistemas, complexos e exigentes a nível técnico e de suporte logístico relevante, deverão estar adequados às necessidades operacionais da FA, nomeadamente no respeitante a todos os requisitos definidos e indispensáveis ao cumprimento das missões desempenhadas. Assim esta investigação pretende avaliar essa adequabilidade e analisar a sua sustentabilidade no contexto da FA. Abstract: The Portuguese Air Force (PoAF) aerodrome infrastructural facilities are essential to his air power and an integrating part of its weapons device. The aerodromes are equipped with Visual Aids for Navigation, namely Aerodrome Lighting Systems which are not only essential to their operability but also allow aircraft operation in night and low visibility environments. Those systems, complex as technical and logistical demanding, shall acknowledge critical and defined PoAF operational requirements for the accomplishment of their established missions. Therefore, in this context, this research aims to assess the suitability and analyze the sustainability of the Aerodrome Lighting Systems of the PoAF.N/

Correlações entre algumas propriedades mecânicas de rochas graníticas com vista à escavação de túneis

A escavação de túneis em maciços rochosos é uma tarefa complexa que requer uma rigorosa caracterização dos mesmos. Essa caracterização envolve a determinação de várias características, nomeadamente a capacidade resistente da rocha e as características de fracturação do maciço. Para avaliar estas características são efectuados ensaios e o levantamento da orientação e espaçamento das diacláses, bem como o material de enchimento das mesmas. No presente trabalho, para avaliar a capacidade resistente de rochas graníticas, foram usados resultados de ensaios de compressão uniaxial, de carga pontual e com o esclerómetro de Schmidt. Foram estabelecidas correlações quer entre os parâmetros de resistência obtidos nestes ensaios quer entre esses parâmetros e o módulo de elasticidade. Foram obtidas boas correlações entre os parâmetros envolvidos.The excavation of tunnels in rock masses is a complex task that requires its accurate characterization. This characterization involves the determination of several characteristics, mainly the rock strength and the rock mass fracturation. To evaluate these characteristics, tests are performed and the orientation and joint spacing, as well as the filling material are surveyed. In this work, to evaluate the strength of granitic rocks results of uniaxial compression test, point load test and Schmidt hammer test were used. Correlations were established both between the strength parameters and between these parameters and the modulus of elasticity. Good correlations were obtained between the involved parameters