τεχνητή νοημοσύνη

Αναγνώριση και πρόβλεψη σύνθετων γεγονότων με αυτόματα

Τα συστήματα αναγνώρισης γεγονότων δέχονται ως είσοδο ροές δεδομένων επί των οποίων προσπαθούν να εντοπίσουν ενδιαφέροντα μοτίβα, με βάση κάποιους κανόνες που έχει ορίσει ο χρήστης. Τέτοια συστήματα έχουν μελετηθεί και αναπτυχθεί σε διάφορα ερευνητικά πεδία, όπως αυτά της Τεχνητής Νοημοσύνης, των Κατανεμημένων Συστημάτων και της Τεχνολογίας Λογισμικού. Ως επόμενο βήμα μετά την αναγνώριση καθεαυτή θεωρείται και η δυνατότητα για πρόβλεψη γεγονότων πριν αυτά συμβούν κι εντοπιστούν από το σύστημα αναγνώρισης. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος αναγνώρισης γεγονότων καθώς και πιθανοτικής πρόβλεψής τους. Ως βάση του συστήματος θα χρησιμοποιηθεί ο φορμαλισμός των αυτομάτων και διάφορων παραλλαγών τους, όπως τα συμβολικά αυτόματα.

Αναλόγως των ενδιαφερόντων του φοιτητή, η εργασία μπορεί να κινηθεί προς διάφορες κατευθύνσεις, όπως (ενδεικτικά) οι παρακάτω:

  • Ανάπτυξη ενός μεταγλωττιστή για τη μετάφραση κανόνων σε αυτόματα.
  • Επέκταση των εκφραστικών δυνατοτήτων των συμβολικών αυτομάτων.
  • Εφαρμογή της θεωρίας των μαρκοβιανών αλυσίδων σε συμβολικά αυτόματα.
  • Σύγκριση διαφορετικών συστημάτων πρόβλεψης γεγονότων (π.χ., πιθανοτικά συμβολικά αυτόματα σε σχέση με πιθανοτικά προθεματικά δέντρα).

Ενδεικτική βιβλιογραφία:

Βαθιά μάθηση για την ομαδοποίηση καιρικών δεδομένων

Ο καιρός είναι ένα πολύπλοκο, μη-γραμμικό σύστημα που είναι δύσκολο να αναλυθεί μέσω παραδοσιακών αλγορίθμων μηχανικής μάθησης. Ταυτόχρονα όμως, είναι χρήσιμος σε πληθώρα ερευνητικών και πρακτικών εφαρμογών, όπως στην αντιμετώπιση έκτακτων αναγκών, στην πρόβλεψη συμπεριφοράς κλπ. Ο προσδιορισμός αντιπροσωπευτικών τύπων καιρού βάσει αλγορίθμων βαθιάς μάθησης έχει αποδειχθεί αποτελεσματικός σε ορισμένες εφαρμογές, αλλά χρειάζεται περισσότερη εργασία για να επιτευχθεί μια πιο γενική και παραμετροποιήσιμη λύση.

Αυτή η εργασία θα μελετήσει την εφαρμογή τεχνικών βαθιάς μάθησης για την ομαδοποίηση καιρικών δεδομένων, βασιζόμενη σε προηγούμενες εργασίες που έχουν διεξαχθεί στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος». Θα υποδείξει και θα υλοποιήσει νέες προσεγγίσεις στο πρόβλημα λαμβάνοντας υπόψη τη γεωγραφική θέση καθώς και τα χρονικά χαρακτηριστικά του καιρού. Θα υλοποιήσει πρωτότυπα μοντέλα και θα τεκμηριώσει την αποτελεσματικότητά τους χρησιμοποιώντας καιρικά δεδομένα μεγάλης κλίμακας.

ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΡΥΘΜΙΖΟΜΕΝΕΣ ΣΥΝΟΨΕΙΣ ΤΡΟΧΙΑΣ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ

Με την πρόοδο της τεχνολογίας (κινητές συσκευές, GPS, RFID, κ.ά.) είναι πλέον δυνατή η παρακολούθηση του γεωγραφικού στίγματος μεγάλου πλήθους κινούμενων αντικειμένων (λ.χ., αυτοκινήτων, πλοίων, αεροπλάνων) σε πραγματικό χρόνο με την μορφή ρεύματος δεδομένων (data stream). Ωστόσο, μεγάλα τμήματα της τροχιάς (trajectory) τέτοιων αντικειμένων συχνά εξελίσσονται σχεδόν σε ευθεία γραμμή και με πρακτικά σταθερή ταχύτητα. Επομένως, η συσσώρευση γεωγραφικών στιγμάτων κατά μήκος αυτών των τμημάτων περιττεύει, ενώ ο υπερβολικός όγκος τους μπορεί να δυσχεράνει σημαντικά την έγκαιρη παροχή απαντήσεων σε ερωτήματα (λ.χ. ποια πλοία κινήθηκαν κοντά στο λιμάνι κατά το τελευταίο δεκάλεπτο). Γι’ αυτόν τον λόγο, πρόσφατα έχει προταθεί η δημιουργία συνόψεων κάθε τροχιάς, ανιχνεύοντας σε πραγματικό χρόνο χαρακτηριστικά σημεία (critical points) της εξελισσόμενης πορείας κάθε αντικειμένου. Τέτοια σημεία που δηλώνουν λ.χ. στάση, στροφή ή αργή κίνηση ενός μεμονωμένου αντικειμένου μπορούν να εντοπισθούν βάσει κανόνων που ελέγχουν μεταβολές στο διάνυσμα της ταχύτητάς του. Πειραματικές μελέτες έδειξαν ότι με προσεκτική παραμετροποίηση, ακόμη κι αν απορριφθεί σχεδόν το 99% των πρωτογενών στιγμάτων, η τροχιά μπορεί να ανασυντεθεί με αρκετά ικανοποιητική ακρίβεια βάσει μόνο των χαρακτηριστικών στιγμάτων, επιταχύνοντας σημαντικά την επεξεργασία ερωτημάτων και την online αναγνώριση πιο σύνθετων φαινομένων (λ.χ. πλοία που προσεγγίζουν το ένα το άλλο).

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η περαιτέρω βελτίωση της ποιότητας των παραγομένων συνόψεων στα πλαίσια ενός συστήματος που θα διαχειρίζεται τροχιές αντικειμένων με χρήση λογισμικών για μεγάλα δεδομένα (λ.χ. Apache Flink, Kafka, Spark). Η μελέτη προβλέπεται να κινηθεί σε δύο κύριους άξονες:

• Δυνατότητα δυναμικών ρυθμίσεων στις τιμές των παραμέτρων που επηρεάζουν την αναγνώριση των χαρακτηριστικών σημείων. Λ.χ., το κατώφλι της ταχύτητας για την ανίχνευση αργής κίνησης θα πρέπει να ορίζεται διαφορετικά, ανάλογα με τον τύπο του κινούμενου αντικειμένου (π.χ. άλλο κατώφλι για δεξαμενόπλοιο και άλλο ένα μικρό αλιευτικό σκάφος). Επίσης, η γεωγραφική περιοχή στην οποία κινείται κάποιο αντικείμενο μπορεί να επιβάλλει συγκεκριμένους περιορισμούς (λ.χ. όριο ταχύτητας) που τώρα δεν λαμβάνονται υπ’ όψιν. Απλές τεχνικές μηχανικής μάθησης θα μπορούσαν να εφαρμοστούν προκειμένου κάθε αντικείμενο να «μαθαίνει» βάσει του μοτίβου της κινήσεώς του για να μπορεί να προσαρμόζει αναλόγως τις εκάστοτε παραμέτρους.
• Μολονότι οι δραστικά συμπιεσμένες τροχιές καταφέρνουν να αποδώσουν πολύ καλά την κίνηση των αντικειμένων, αρκετά συχνά τυχαίνει να απορρίπτουν στίγματα που θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για την ανίχνευση πιο σύνθετων φαινομένων (λ.χ. πλοία εν κινήσει). Όταν λοιπόν απαιτείται κάτι τέτοιο, ο αλγόριθμος θα πρέπει να μπορεί να «χαλαρώνει» τον βαθμό συμπίεσης, τηρώντας περισσότερα στίγματα με κατάλληλη ρύθμιση στις παραμέτρους ή ακόμη και απενεργοποιώντας προσωρινά κάποιους κανόνες ανίχνευσης χαρακτηριστικών σημείων.

Automated evaluation of generated headlines

This project deals with developing a platform for the automated evaluation of headlines. The platform will contain several metrics, which will give a score for each generated headline given its document and gold-standard headlines (manually created). The platform may include existing metrics (like Rouge), extended metrics (which integrate several existing approaches and based on the existing ones), and novel metrics (which will be elaborated during the project).

Additional Keywords: Headline generation, ROUGE, text similarity, summarization, KL-divergence, VSM, word embedding

Semantic-based Service Composition in IoT Marketplace

Motivation
Recent advances in computer systems and in communication technologies and protocols, as well as in service-oriented (SoA) and everything as a service (EaaS) architectures, set a fertile ground for the rapid growth of the Internet of Things (IoT). The main feature of IoT is the integration of heterogeneous and multimodal sensors, processing units and action elements (actuators) in a distributed and ambient environment. Billions of devices are expected to be interconnected and integrated as (micro-) services, which can be used and re-used by developers making the building and realization of complex applications easier. IoT platforms are necessary to facilitate the communication capabilities of the developed services, along with the service discovery process, support interoperability and service composition. At a higher level, the IoT revolution will rely on multiple platforms that also need to be interoperable for the realization of the IoT vision.

Research and Development Area
IoT adopts a service-oriented architecture (SoA), where all ``things'' are exposed as web services that can be used and reused. Available services in an IoT ecosystem can be combined to construct complex applications that fulfill some new desired functionality which none of the existing services is able to provide. This procedure is known as service composition [1]. Key steps in composing a service are the discovery of suitable services (available in a service registry) and their appropriate interconnection using an IoT-ready platform (e.g. the SYNAISTHISI platform developed at IIT, NCSR Demokritos http://synaisthisi.iit.demokritos.gr, http://iot.synaisthisi.iit.demokritos.gr), such that a functional composition is ensured where every service can be readily invoked. Discovering and interconnecting the services can be greatly enhanced by exploiting semantic descriptions of services, often provided in OWL-S or SAWSDL. The preferable way to perform service composition in the IoT context is in a completely automated fashion, where end-users simply specify their needs and a composite service is returned without further intervention (manual and semi-automatic approaches also exist in the literature).

Goals and Expected Outcome
Usually (automatic) service composition is posed as either an AI planning-based [2] or a graph-based [3] problem, where the goal is to match the outputs of services to the inputs of other services in order to produce an invokable composite service. Matching inputs to outputs constitutes the main step in fulfilling the functional requirements of a composite service. However, services may have preconditions and effects as part of their functional requirements which are often ignored by current methods. In this work, we shall follow the semantically-aware AI planning-based route to service composition and also consider preconditions and effects of services. Moreover, we will investigate non-functional requirements, such as user preferences, location, Quality of Service (QoS) (e.g. response time, throughput), price, as part of the planning problem in order to produce composite services that best fit the users’ needs. The temporal aspects of services will also be considered (e.g. a service may be unavailable at certain times), as well as the dynamic replacement of a service (e.g. when a service unexpectedly fails). This thesis gives an opportunity to the student to deal with an important problem arising in IoT, which is expected in the future to form one of the key elements of the envisioned ambient marketplace where services from different vendors and heterogeneous domains are produced, delivered and traded.

[1] Q. Z. Sheng, X. Qiao, A. V. Vasilakos, C. Szabo, S. Bourne, and X. Xu. Web services composition: A decade’s overview. Inf. Sciences, 280:218–238, 2014
[2] O. Hatzi, D. Vrakas, M. Nikolaidou, N. Bassiliades, D. Anagnostopoulos, and I. Vlahavas. An integrated approach to automated semantic web service composition through planning. IEEE Transactions on Services Computing, 5(3):319–332, 2012
[3] P. Rodriguez-Mier, C. Pedrinaci, M. Lama, and M. Mucientes. An integrated semantic web service discovery and composition framework. IEEE Transactions on Services Computing, PrePrints, 2015

For more information, please contact
Dr Costantine S. Spyropoulos
Director of Research
costass@iit.demokritos.gr

Dr Grigorios Tzortzis
Research Associate
gtzortzi@iit.demokritos.gr

Αυτόματος εντοπισμός γλωσσικών δεικτών (δομών και χαρακτηριστικών) ως μέσων έγκαιρης διάγνωσης και πρόγνωσης της νόσου Alzheimer σε πρώιμο στάδιο και συγγενών διαταραχών: Μία διαγλωσσική μελέτη.

Με την παρούσα εργασία θα γίνει προσπάθεια να εντοπιστούν με υπολογιστικές μεθόδους γλωσσικοί δείκτες στον προφορικό και στο γραπτό λόγο των ασθενών σε πρώιμο στάδια της νόσου Alzheimer. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι ο αυτόματος εντοπισμός καθολικών/διαγλωσσικών αλλά και ειδικότερων γλωσσικών δομών στις οποίες αναγωρίζονται "αποκλίσεις" από την υγιή γλωσσική χρήση και οι οποίες θα βοηθούσαν στην πρόβλεψη αλλά και στη διάγνωση της νόσου Alzheimer και άλλων συγγενών ασθενειών.

Λέξεις κλειδιά
Μηχανική μάθηση (Ταξινόμηση Κειμένων, Επιλογή Χαρακτηριστικών), Γλωσσολογία (Σημασιολογία, Μορφολογία, Σύνταξη), Υπολογιστική Γλωσσολογία, Εξαγωγή πληροφορίας

Ενδεικτική Βιβλιογραφία:
1. Fraser, K., Meltzer, J., & Rudzicz, F. (2016). Linguistic features identify Alzheimer's disease in narrative speech. Journal of Alzheimer's disease 49, 407-422.
2. Rentoumi, V., Raoufian, L., Ahmed, S., de Jager, C. A., & Garrard, P. (2014). Features and machine learning classification of connected speech samples from patients with autopsy proven Alzheimer's disease with and without additional vascular pathology. Journal of Alzheimer's Disease, 42(s3), S3-S17.

Αλληλοσυμπλήρωση Ανθρώπου - Ρομπότ

Η αυτόνομη ή σχεδόν αυτόνομη λειτουργία ενός ρομπότ είναι συχνά προτιμότερη από τον τηλεχειρισμό, γιατί η μεγαλύτερη αυτονομία επιτρέπει σε έναν άνθρωπο να ελέγχει ταυτόχρονα πολλαπλά ρομπότ και μπορεί επίσης να παρέμβει σε περιπτώσεις κόπωσης ή λανθασμένου χειρισμού. Από την άλλη, η αυτόνομη λειτουργία ενός ρομπότ είναι εξειδικευμένη για την εκτέλεση μιας εργασίας και δεν έχει την ευελιξία προσαρμογής που έχει ο άνθρωπος σε νέα περιβάλλοντα και καθήκοντα. Αυτό δημιουργεί μία ευκαιρία αλληλοσυμπλήρωσης ανθρώπου –
ρομπότ, όπου η ανθρώπινη ευελιξία συμπληρώνεται από την ικανότητα των ρομπότ να διεκπεραιώνουν αυτόνομα εργασίες στις οποίες έχουν ήδη προσαρμοσθεί και να παρεμβαίνουν σε λανθασμένους ή επικίνδυνους
χειρισμούς.

Στόχος της διπλωματικής είναι η μελέτη ενός απλού παραδείγματος τηλεχειρισμού και αυτόματης πλοήγησης με σκοπό τη διερεύνηση του πως μπορούν δεδομένα που θα συλλεγούν από ανθρώπους κατά τον τηλεχειρισμό
της πλατφόρμας να χρησιμοποιηθουν είτε για την αυτόνομη πλοήγηση της πλατφόρμας σε διαφορετικά περιβάλλοντα (ο άνθρωπος διδάσκει τα ρομπότ) είτε τη δημιουργία ενός συστήματος όπου το ρομπότ θα επεμβαίνει επικουρικά και αυτόνομα σε κρίσιμες στιγμές του τηλεχειρισμού ενός συστήματος.

Η διπλωματική δίνει την ευκαιρία στον φοιτητή να χρησιμοποιήσει εξαιρετικά προηγμένες ρομποτικές πλατφόρμες και να πειραματιστεί με τεχνολογίες αιχμής στην ρομποτική. Επιπλέον, θα του δοθεί η ευκαιρία
να εξοικειωθεί με την συλλογή και επεξεργασία δεδομένων που αφορούν ανθρώπινη συμπεριφορά.

Απαιτείται καθημερινή παρουσία στο ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, εργάσιμες ημέρες και ώρες, τουλάχιστον κατά την διάρκεια της πειραματικής φάσης της διπλωματικής.

Πειραματική Σύγκριση Συστημάτων Αναγνώρισης Σύνθετων Γεγονότων

Τα συστήματα αναγνώρισης σύνθετων γεγονότων από δεδομένα έχουν μελετηθεί και αναπτυχθεί σε διάφορα ερευνητικά πεδία, όπως αυτά της Τεχνητής Νοημοσύνης, των Κατανεμημένων Συστημάτων και της Τεχνολογίας Λογισμικού. Για παράδειγμα, στο χώρο της ναυτιλίας έχουν αναπτυχθεί συστήματα που επιβλέπουν τη δραστηριότητα των πλοίων με στόχο την αναγώριση, σε πραγματικό χρόνο, ύποπτης, επικίνδυνης και παράνομης συμπεριφόράς. Ο στόχος της εργασίας είναι η εμπειρική σύγκριση μηχανών αναγνώρισης σύνθετων γεγονότων, όπως το σύστημα ESPER το οποίο προέρχεται από το χώρο των βάσεων δεδομένων και βασίζεται σε χρονικές προεκτάσεις της γλώσσας SQL, και το σύστημα RTEC το οποίο προέρχεται από το χώρο της Τεχνητής Νοημοσύνης και βασίζεται στο λογισμό πράξης (Event Calculus). Η σύγκριση θα πραγματοποιηθεί σε πραγματικά (non-synthetic) δεδομένα από το χώρο της ναυτιλίας.

Η εκπόνηση της εργασίας θα πραγματοποιηθεί σε συνεργασία με τη MarineTraffic (http://www.marinetraffic.com/).

Ενδεικτική Βιβλιογραφία:
Artikis A., Sergot M. and Paliouras G. An Event Calculus for Event Recognition. IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering (TKDE), 2015.
http://users.iit.demokritos.gr/~a.artikis/publications/artikis-TKDE14.pdf

Αναγνώριση συγγραφέα (author identification) στα κοινωνικά δίκτυα με τεχνικές μηχανικής μάθησης

H στυλομετρία (computational stylometry) έχει ως στόχο να ανακτήσει χρήσιμα χαρακτηριστικά κειμένων από το ύφος της γραφής, με στόχο την αυτόματη ταξινόμησή τους ως προς τον συγγραφέα τους. Η υφολογική πληροφορία εξάγεται μέσω της ανάλυσης του κειμένου με τεχνολογίες επεξεργασίας φυσικής γλώσσας, με την αυτόματη ανάλυση της διακύμανσης των γλωσσικών χαρακτηριστικών.
Υπάρχουσες στατιστικές τεχνικές αναγνωρίζουν με επιτυχία την ταυτότητα του συγγραφέα, το φύλο, τη μητρική γλώσσα , ακόμη και αν ένας συγγραφέας έχει άνοια. Πρόσφατα έχει υπάρξει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την εφαρμογή μεθόδων αναγνώρισης συγγραφέα στα κοινωνικά δίκτυα, π.χ. ανίχνευση εθνικότητας συγγραφέα στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης, φύλου και ηλικίας. Στα κοινωνικά δίκτυα, η στυλομετρία αποτελεί πολύ μεγάλη πρόκληση. Οι δημοσιεύσεις στα κοινωνικά δίκτυα γίνονται συνήθως μέσω tweets, σχόλιων, blogs, κλπ. Η μη τυπική χρήση της γλώσσας είναι συχνό φαινόμενο σε τέτοιου είδους δημοσιεύσεις, και καθιστά δύσκολη την επεξεργασία φυσικής γλώσσας. Επίσης, με δεδομένη την ταχύτητα με την οποία δημοσιεύεται νέο περιεχόμενο, η ανάγκη για σταδιακή επανεκπαίδευση του αλγόριθμου μηχανικής μάθησης καθίσταται απαραίτητη, προκειμένου να λάβει υπόψη του νέες παραλλαγές της χρήσης της γλώσσας που συνδέονται με τα διάφορα χαρακτηριστικά του κειμένου.
Η έρευνα σε αυτόν τον τομέα είναι ακόμα στα αρχικά της στάδια και οι περισσότερες υπάρχουσες προσεγγίσεις εστιάζουν μόνο σε ένα ή δύο χαρακτηριστικά, όπως η ηλικία και / ή το φύλο.
Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι μελετηθεί ο χώρος της αναγνώρισης συγγραφέα στα κοινωνικά δίκτυα και να προταθούν νέες προσεγγίσεις, οι οποίες θα λαμβάνουν υπόψη τη φύση των δεδομένων, με έμφαση στην συνεχή παραγωγή νέου περιεχομένου.

Λογικός συμπερασμός παρουσία αριθμητικών περιορισμών

Ο λογικός συμπερασμός εξάγει συμπεράσματα από τις σχέσεις ανάμεσα σε
αντικείμενα και από τα αξιώματα που τις διέπουν. Από την άλλη, η
ικανοποίηση περιορισμών εξάγει συμπεράσματα σχετικά με τιμές
μεταβλητών που διέπονται από περιορισμούς. Τόσο η δυνατότητα των
μεθόδων λογικού συμπερασμού να αξιοποιούν δεδομένα και περιορισμούς
πέρα από λογικές προτάσεις και αξιώματα, όσο και η δυνατότητα των
μεθόδων ικανοποίησης περιορισμών να αξιοποιούν αξιώματα σε εκφραστικές
λογικές είναι εξαιρετικά περιορισμένη. Οι σχετικές συγκεραστικές
μέθοδοι περιορίζονται σε μεγάλο βαθμό στην σειριακή επίλυση του
λογικού και του αριθμητικού μέρους, με ελάχιστη αλληλεπίδραση ανάμεσα
στο λογικό και το αριθμητικό πεδίο.

Σκοπός της διπλωματικής είναι ο πειραματισμός με μεθόδους αναζήτησης
που βασίζονται σε ευριστικές που λαμβάνουν ταυτόχρονα υπ' όψιν τους τα
δεδομένα και αξιώματα/περιορισμούς και των δύο πεδίων. Εναλλακτικά ή
συμπληρωματικά, η διπλωματική μπορεί και να αφορά τον πειραματισμό με
την επίλυση συστημάτων σχεσιακών/λογικών και αριθμητικών περιορισμών
σε κατανεμημένα υπολογιστικά περιβάλλοντα, όπως το Map Reduce.

Ενδεικτική βιβλιογραφία

S. Konstantopoulos and G. Apostolikas, Fuzzy-DL reasoning over unknown
fuzzy degrees. In Proc. 3rd International IFIP Workshop on Semantic
Web & Web Semantics (IFIP SWWS 2007), Vilamoura, Portugal, 29-30
Nov. 2007. Published as LNCS 4806, Springer, 2007.

T. Le Provost and M.G. Wallace. Generalized constraint propagation
over the CLP Scheme. Journal of Logic Programming 16(3-4):319–359,
July 1993. Special Issue on Constraint Logic Programming.

Syndicate content

© 2018 - Institute of Informatics and Telecommunications | National Centre for Scientific Research "Demokritos"

Terms of Service and Privacy Policy