[pt] Esta dissertação investiga o uso de Algoritmos Genéticos Co-evolucionários na automatização do processo de desenvolvimento de Sistemas de Software Orientados a Objetos. A qualidade final do software depende principalmente da qualidade da modelagem desenvolvida para o mesmo. Durante a fase de modelagem, diversos modelos são desenvolvidos antecipando diversas visões do produto final, e possibilitando a avaliação do software antes mesmo que ele seja implementado. A síntese de um modelo de software pode, portanto, ser vista como um problema de otimização onde se busca uma melhor configuração entre os elementos contemplados pelo paradigma de orientação a objetos, como classes, métodos e atributos, que atenda a critérios de qualidade de design. O objetivo do trabalho foi estudar uma forma de sintetizar modelagens de maior qualidade através da evolução por Algoritmos Genéticos Co- evolucionários. Para avaliar a modelagem do software, foram investigadas métricas de qualidade de software tais como: Reutilização, Flexibilidade, Inteligibilidade, Funcionalidade, Extensibilidade e Efetividade. Essas métricas foram aplicadas na função de avaliação, que por sua vez, foi definida objetivando a síntese de uma modelagem de software orientado a objetos com uma maior qualidade. Neste problema, deseja-se contemplar mais de um objetivo ao mesmo tempo. Para isso, foi utilizada a técnica de Pareto para problemas multi- objetivos. Os resultados obtidos foram comparados com modelagens produzidas por especialistas e as suas características analisadas. O desempenho do AG no processo de otimização foi comparado com o da busca aleatória e, em todos os casos, os resultados obtidos pelo modelo foram sempre superiores. / [en] This work investigates the use of Co-evolutionary Genetic Algorithms in the automation of the development process of object-oriented software systems. The software final quality depends mainly on the design quality developed for the same. During the design phase, different models are developed anticipating various visions of the end product, thus making possible the software evaluation before it is implemented. The synthesis of a software model can, therefore, be seen as an optimization problem where it seeks a better configuration between the contemplated elements for the object-oriented paradigm, as classes, methods and attributes, which follows the quality design criteria. The work goal was to study a way to synthesize designs of better quality through its evolution by Coevolutionary Genetic Algorithms. In order to assess the software quality, it was also investigated software quality metrics, such as: Reusability, Flexibility, Understandability, Functionality, Extensibility and Effectiveness. These metrics were applied in an evaluation function that, in turn, was defined aiming at the object-oriented design synthesis with a better quality. In this problem, it is desired to contemplate more than one objective at a time. For this, the Pareto technique for multi-objective problems was used. The results were compared with designs produced by specialists and its characteristics analyzed. The GA performance in the optimization process was compared with the exhaustive search and, in all cases, the model results were superior.

[pt] Arquitetos de software utilizam cada vez mais mecanismos de auto- organização para projetar sistemas distribuídos em um ambiente dinâmico, com ruído e imprevisível. Neste cenário, além de não existir uma entidade centralizadora que possua o conhecimento completo do estado do ambi- ente como um todo, mecanismos de auto-organização são principalmente inspirados pela natureza e permitem o comportamento com controle de- scentralizado. Existem duas linhas de pesquisa que direcionam esta tese: a primeira, como é o caso de qualquer paradigma de engenharia de soft- ware, o sucesso e abrangência de uso de sistemas auto-organizáveis requerem notações que exploram o uso de abstrações relacionadas a auto-organização e promovam a rastreabilidade a partir de modelos de projeto à código, e re- querem métodos de engenharia para prover know-how e guiar um engenheiro durante o projeto da aplicação. A segunda linha de pesquisa foca no incen- tivo do reuso de software em sistemas auto-organizáveis. Os objetivos desta tese são: prover um método de engenharia baseado em simulação para apoiar o projeto, desenvolvimento, simulação, validação e refinamento de sistemas multi-agentes auto-organizáveis; e prover uma arquitetura baseada em sim- ulação. Um projeto arquitetural ajuda no desenvolvimento de uma estrutura de programa modular e na representação dos relacionamentos de controle entre módulos e encoraja o engenheiro de software a se concentrar no pro- jeto arquitetural antes de se preocupar com otimizações e código. Esta tese apresenta: um ciclo de vida de desenvolvimento iterativo baseado no Pro- cesso Unificado, SSOA - uma arquitetura de auto-organização baseada em simulação, e o framework que implementa a arquitetura. O método de pro- jeto e a arquitetura foram avaliados através de três domínios de aplicação diferentes: veículos guiados automatizados, contratos que governam sistemas multi-agentes emergentes, e modelagem computacional do comportamento de células-tronco. / [en] Software architects are increasingly relying on self-organizing mechanisms to design distributed systems within a dynamic, noisy and unpredictable envi- ronment. At any point in time, no centralized entity has complete knowledge of the state of the environment as a whole and self-organizing mechanisms are mainly naturally-inspired which enables the decentralized control. There are two tracks that drive the research in this thesis: first, as it is the case with any new software engineering paradigm, the successful and widespread deployment of self-organizing systems require notations that explore the use of self-organizing related abstractions and promote the traceability from the design models to code, and engineering methods that provides know-how and guides an engineer during an application design. The second research track is to promote software reuse of self-organizing systems. This thesis’s goals are: to provide a simulation-based engineering method to support the design, development, simulation, validation and refinement of self-organizing multi-agent systems; and to provide a simulation-based architecture. An ar- chitectural design helps on the development of a modular program structure and on the representation of the control relationships between modules and encourages the software engineer to concentrate on architectural design be- fore worrying about optimizations or code. We present: an iterative develop- ment life-cycle based on a customization of the Unified Process, the SSOA – Simulation-based Self-Organizing Architecture –, and the framework that implements the architecture. We have evaluated the design method and ar- chitecture using three different application domains: the automated guided vehicles, the contracts that govern emergent multi-agent systems, and the stem cell behavior computational modeling.

[pt] Agentes de Software é uma tecnologia que permite criar simuladores e sistemas inteligentes que tomam decisões automaticamente. A primeira contribuição dessa tese é o MAS-School, um método para modelar e implementar agentes de software inteligentes desde as primeiras fases de desenvolvimento. Esse método também apresenta várias orientações de como incluir aprendizado na fase de design e implementação. O método apresenta no final uma estratégia incremental de desenvolvimento para permitir a avaliação do desempenho das técnicas de machine learning. A segunda contribuição dessa tese é o framework ASYNC. O ASYNC é composto por um conjunto de ferramentas de engenharia de software para auxiliar a construção de sistemas baseados em agentes assíncronos, cooperativos e inteligentes. Esta tese apresenta quatro estudos de casos complexos desenvolvidos com agentes inteligentes para exemplificar o uso do método e framework. A primeira aplicação apresenta um sistema baseado em agentes para criar promoções em um mercado varejista utilizando o conceito de agregação de produtos. A segunda aplicação apresenta um mercado virtual para compra e venda de bens. A terceira aplicação é um sistema multi-agente distribuído para um complexo cenário de procurement em leilões simultâneos e interdependentes. Essa aplicação participou do Trading Agent Competition em 2004 e obteve a terceira colocação. A quarta aplicação é um sistema multi-agente para um Supply Chain Management. / [en] The agent technology is used to develop systems that perform several complex tasks. This thesis presents the MAS-School method for modeling and implementing intelligent agent-based systems. The method presents a systematic approach to support a disciplined introduction of machine learning techniques in multi-agent systems from an early stage of design. The proposed approach encompasses guidelines to both the design and implementation phases of an agent-based system. It is based on an incremental development strategy that largely relies on simulation and testing techniques. This thesis also presents the ASYNC framework that is composed of software engineering tools for building agent based system for asynchronous, cooperative and intelligent agents. This thesis presents four complex applications that used the proposed method and framework in the design and implementation phase. The first case study presents an application that discovers the most appealing offerings for consumers in a retail market. The second case study presents a virtual marketplace for buying and selling goods with automatic negotiation. The third case study is a multi-agent system for a complex procurement scenario with interdependent and simultaneous auctions. This system achieved the third place in the 2004 TAC Classic competition. The fourth case study is a multi-agent system for a PC manufacturer scenario based on sourcing of components, manufacturing of PC's and sales to customers.

[pt] Esta dissertação apresenta uma solução para a geração e execução automática de testes funcionais a partir da descrição textual de casos de uso, visando verificar se determinada aplicação atende aos requisitos funcionais definidos por esta documentação. A ferramenta construída é capaz de gerar casos de teste semânticos valorados, transformá-los em código-fonte (para Java Swing e os frameworks de teste TestNG e FEST, na versão atual), executá-los, coletar os resultados e analisar se os casos de uso da aplicação atendem ou não a estes requisitos. Dentre os principais diferenciais da solução construída estão a cobertura de cenários de teste que envolvem múltiplos casos de uso, a cobertura de cenários envolvendo recursão, a possibilidade da definição de regras de negócio sobre dados existentes em bancos de dados de teste, a geração automática dos valores fornecidos nos testes e a geração de testes funcionais semânticos, num formato independente de linguagem de programação e frameworks de teste. / [en] This master s dissertation presents a solution for the automatic generation and execution of functional tests based on the textual use case description and aims to verify whether certain application matches its functional requirements defined by this documentation. The constructed tool is capable of generating valued semantic test cases, of transforming them into source code (for Java Swing and the TestNG and FEST frameworks, in the current version), of executing them, of collecting the results and of analyzing whether the application s use cases matches (or not) its requirements. The solution main differentials includes the coverage of test scenarios that involves more than one use case, the coverage of scenarios containing recursive flows, the possibility of defining business rules using data existing in test databases, as well as the automatic generation of test values, and the generation of semantic functional tests in a format independent of programming languages and frameworks.

[pt] Um dos requisitos para a usabilidade de um sistema interativo é que os usuários adquiram o conhecimento, denominado de modelo de usabilidade, sobre como aplicar as soluções-em-potencial concebidas pelo designer às tarefas do seu domínio. A abordagem da Engenharia Semiótica apresenta uma perspectiva na qual um sistema interativo é um artefato de metacomunicação através do qual o designer envia uma mensagem que comunica o modelo de usabilidade para o usuário. Partindo desta perspectiva e baseado nos conceitos de semiótica das teorias de Charles S. Peirce e de Umberto Eco desenvolvemos modelos teóricos que descrevem o modelo de usabilidade como sendo o conteúdo da mensagem do designer, a interface de usuário como a sua expressão e o design como sendo uma atividade de produção de signos apoiada por um sistema semiótico, composto por uma linguagem de especificação e por regras que correlacionam as mensagens especificadas aos widgets dos principais padrões e ferramentas de interfaces de usuário. / [en] Interactive systems usability could be enhanced if users learn all the knowledge - the usabilty model - that capability them in applying designer`s potential solutions to domain tasks. The Semiotic Engineering approach perceives interactive systems as metacommunication artifacts that send a message from designer to users whose expression is the lower-level messages exchanged between user and system and whose content is the usability model. Starting from this perspective and based on semiotic theory concepts from Charles S. Peirce and Umberto Eco we present conceptual models to the interface as the expression and to the usability model as the content of designer`s message. We also develop a semiotic system to support user interface design. The system is composed by a specification language and rules that maps specified messagens to user interface widgets. Our emphasis here is not in aesthetics aspects of user interfaces, but in the interactive and performing nature of the interface message as it is carried throughout the computational medium. / [es] Uno de los requisitos para el uso de un sistema interactivo es que los usuarios adquieran conocimiento (denominado de modelo de usabilidad) sobre como aplicar las soluciones-en-potencial concebidas por el diseñador a las tareas de su dominio. El abordaje de la Ingeniería Semiótica presenta define un sistema interactivo como un artefacto de metacomunicación a través del cual el diseñador envía un mensaje que comunica el modelo de usabilidad para el usuario. Partiendo de esta perspectiva y considerando los conceptos de semiótica de las teorías de Charles S. Peirce y de Umberto Eco, desarrollamos modelos teóricos que describen el modelo de usabilidad como el contenido del mensaje del diseñador; la interfaz de usuario como su expresión y el diseño como una actividad de producción de signos apoyada por un sistema semiótico, compuesto por un lenguaje de especificación y por reglas que correlacionan los mensajes especificados a los widgets de los principales padrones y herramientas de interfaces de usuario.

[pt] O desenvolvimento de software orientado a aspectos (DSOA) vem obtendo maior atenção tanto da academia quanto da indústria. Sistemas orientados a aspectos compreendem novas abstrações de engenharia de software e tratam de diferentes dimensões de complexidade. Conseqüentemente, o DSOA traz novos problemas para a engenharia de software experimental. Novos mecanismos de avaliação são necessários para medir os graus de manutenibilidade e reusabilidade de sistemas orientados a aspectos. Esta dissertação apresenta um framework de avaliação para o DSOA composto por dois elementos: um conjunto de métricas e um modelo de qualidade. No intuito de evitar a reinvenção de soluções já testadas, esses elementos são baseados em princípios bem conhecidos da engenharia de software e métricas já existentes. O framework proposto foi avaliado no contexto de dois estudos empíricos de domínios distintos, com características, níveis de controle e níveis de complexidade diferentes. O primeiro estudo empírico comparou uma abordagem orientada a objetos com uma abordagem orientada a aspectos para o projeto e implementação de um sistema multi- agentes. O segundo estudo envolveu a aplicação do framework proposto para avaliar as implementações em Java e AspectJ dos padrões de projeto da GoF. / [en] Aspect-oriented software development (AOSD) is gaining wide attention both in research environments and in industry. Aspect- oriented systems encompass new software engineering abstractions and different complexity dimensions. As a consequence, AOSD poses new problems to empirical software engineering. It requires new assessment mechanisms to measure the maintainability and reusability degrees of aspect-oriented systems. This dissertation presents an assessment framework for AOSD, which is composed of two components: a suite of metrics and a quality model. These components are based on well-known principles and existing metrics in order to avoid the reinvention of well-tested solutions. The proposed framework has been evaluated in the context of two different empirical studies with different characteristics, diverse domains, varying control levels and different complexity degrees. The first study compared an object-oriented approach and an aspect-oriented approach to the design and implementation of a multi-agent system. The second study involved the application of the proposed framework to evaluate Java and AspectJ implementations of the GoF design patterns.

[pt] O investimento em infraestrutura computacional para suportar picos de processamento de curta duração ou sazonais pode gerar desperdícios financeiros, em razão de, na maior parte do tempo, estes recursos ficarem ociosos. Além disso, em muitas soluções, o tempo de resposta é crítico para atendimento dos requisitos do negócio, tornando, muitas vezes, a solução economicamente inviável. Neste cenário é fundamental a alocação inteligente de recursos computacionais em função da demanda por processamento, custo desta alocação e requisitos do negócio. A Simulação de Monte Carlo é um método estatístico utilizado para resolver uma ampla gama de problemas científicos e de engenharia. Quando aplicado a problemas reais, muitas vezes apresenta os desafios mencionados. Computação na nuvem surge como uma alternativa para disponibilizar recursos computacionais sob demanda, gerando economia de escala sem precedentes e escalabilidade quase infinita. Ao alinhar uma moderna arquitetura à nuvem é possível encapsular funcionalidades e oferecer um leque de serviços que antes seriam restritos a domínios específicos. Neste trabalho propomos um arcabouço genérico, que permite a disponibilização de um leque de serviços baseados na Simulação de Monte Carlo, fazendo uso racional da elasticidade provida pela nuvem, a fim de alcançar melhores patamares de eficiência e reuso. / [en] The investment in computing infrastructure to attend seasonal demand or processing peak can generate financial waste, because the most of the time these resources are idle. In addition, in many solutions the response time are critical to attend business requirements, which often, turn the solution economically unviable. In this scenario it is essential intelligent allocation of computing resources according to the demand for processing, allocation and cost of business requirements. The Monte Carlo Simulation is a statistical method widely used to solve a wide range of scientific and engineering problems. When applied to real problems usually have the challenges mentioned. Cloud Computing is an alternative to providing on-demand computing resources, generating economies of scale unprecedented and almost infinite scalability. Aligning a modern architecture to the cloud is possible to encapsulate functionality and offer a range of services that would previously have been restricted to specific areas. In this paper we are interested in building a generic framework, that may provide a range of services based on Monte Carlo, make rational use of the elasticity provided by the cloud in order to achieve better levels of efficiency and reuse.

[pt] Sistemas impactados por Problemas de Projeto (PPs) podem se tornar difíceis de manter e evoluir. A identificação de PPs pode ocorrer por meio de múltiplos sintomas, tais como code smells. Após tal identificação, pode-se remover os PPs por meio de refatorações. No entanto, decidir onde e como refatorar é uma tarefa desafiadora. Assim, técnicas de recomendação de refatoração têm sido propostas. Apesar disso, ainda há pouco consenso sobre quais requisitos devem ser atendidos por elas. Nesta tese, estamos propondo quatro requisitos empiricamente identificados que tais técnicas devem seguir. Primeiro, cada PP geralmente está relacionado a vários tipos de sintomas no código-fonte e eles devem ser considerados juntos para gerar recomendações. Além disso, uma técnica de recomendação deve permitir a seleção de contextos específicos para refatoração. Quarto, também deve-se considerar as funcionalidades modificadas para criar recomendações úteis. Finalmente, os desenvolvedores nem sempre conduzem as refatorações mais eficazes na prática, muitas vezes inconscientemente, resultando na remoção incompleta de PPs. Assim, eles precisam de assistência para remover os PPs. Existem apenas técnicas que atendem parcialmente aos requisitos mencionados. Sendo assim, nós propomos a técnica OrganicRef. OrganicRef destina-se a ajudar os desenvolvedores na remoção de PPs em seus contextos de interesse. OrganicRef encontra as funcionalidades dos elementos de código usando um algoritmo de modelagem de tópicos. Em seguida, ele coleta múltiplos tipos de sintomas que afetam os elementos do código. Para recomendar refatorações, OrganicRef combina heurísticas baseadas em regras e baseadas em funcionalidades. OrganicRef também aplica otimização baseada em busca para derivar várias recomendações possíveis. Para avaliar o OrganicRef, realizamos um estudo experimental com seis projetos de software. Os resultados mostraram que as recomendações do OrganicRef melhoram significativamente a qualidade dos elementos refatorados. / [en] Software projects impacted by Design Problems (DPs) may become difficult to maintain and evolve. The identification of DPs may occur through symptoms such as code smells. After such identification, developers can remove the DPs through refactorings. However, deciding where and how to refactor is a challenging task. Thus, several refactoring recommendation techniques have been proposed. Nevertheless, there is still little consensus on which requirements must be satisfied by them. In this thesis, we are proposing four empirically identified requirements that any DP removal technique should follow. First, each single DP is usually related with multiple types of symptoms in the source code and they should be considered altogether for generating recommendations. Second, a recommendation technique should allow the selection of possible candidate contexts for refactoring. Fourth, the technique should consider the features of undergoing changes to create useful recommendations. Finally, developers do not always conduct the most effective refactorings in practice, quite often unconsciously, resulting in the incomplete removal of DPs. Thus, they need assistance to remove DPs. There are techniques partially fulfilling the aforementioned requirements, though none satisfactorily meets them all. Thus, we propose the OrganicRef technique. OrganicRef is intended to help developers in removing DPs in their contexts of interest. OrganicRef finds the contexts by capturing the features affecting relevant code elements using a topic modeling algorithm. Then, it collects multiple symptom types affecting the code elements. To recommend effective refactorings, OrganicRef combines rulebased and feature-driven heuristics. It also uses search-based optimization to derive multiple possible recommendations. To evaluate OrganicRef, we conducted an empirical study with six open source projects. Results showed that OrganicRef recommendations significantly improves the design of refactored elements.

[pt] Este trabalho apresenta uma proposta de implementação de uma blockchain privada gerenciada por agentes de software para armazenar dados de sáude. A tecnologia blockchain está mudando a maneira com que dados privados são armazenados. Agora é possível compartilhar informações sem revelar quem é o dono da informação. Este trabalho apresenta um sistema que permite que usuários armazenagem dados de saúde em uma blockchain gerenciada por agentes de software. Pesquisas revelaram que dados de saúde devem ser armazenado em blockchains privadas, pois são privadas e não devem ser acessíveis para qualquer pessoa como em blockchains públicas. Técnicas de engenharia de software foram utilizadas para desenvolver a arquitetura proposta. O resultado é uma blockchain privada capaz de manipular dados no padrão HL7 e armazena-los de forma anônima e privada. Agentes de software foram utilizados para realizar todo o processo de recebimento, validação e inserção de dados no blockchain. / [en] This paper presents an implementation approach for a private blockchain that is managed by software agents for healthcare data storage. Blockchain technology is changing the way we store private information. Now, it is possible to share private information while not revealing its owner s identity. This paper presents a solution, which enables users to store medical data by using blockchains along with software agents. Further research work has shown that healthcare data, as sensitive information, should be stored in private blockchains through the use of appropriate methods. Software engineering techniques have been used to achieve the proposed solution. The result is a private blockchain that is suitable for manipulating HL7 data, ensuring anonymity and privacy. This can be achieved through software agents that act as regulatory controls for the private blockchains.

[pt] Nos últimos anos, componentes de aprendizado de máquina têm sido cada vez mais integrados aos sistemas principais de organizações. A construção desses sistemas apresenta diversos desafios, tanto do ponto de vista teórico quanto prático. Um dos principais desafios é a interação eficaz entre atores com diferentes formações que precisam trabalhar em conjunto, como engenheiros de software e cientistas de dados. Este trabalho apresenta três estudos distintos que investigam as dinâmicas de colaboração entre esses dois atores em projetos de aprendizado de máquina. Primeiramente, realizamos um estudo de caso exploratório com quatro profissionais com experiência em engenharia de software e ciência de dados de um grande projeto de sistema habilitado por aprendizado de máquina. Em nosso segundo estudo, realizamos entrevistas complementares com membros de duas equipes que trabalham em sistemas habilitados por aprendizado de máquina para obter mais percepções sobre como cientistas de dados e engenheiros de software compartilham responsabilidades e se comunicam. Por fim, nosso terceiro estudo consiste em um grupo focal onde validamos a relevância dessa colaboração durante várias tarefas relacionadas à sistemas habilitados por aprendizado de máquina e avaliamos recomendações que podem melhorar a interação entre os atores. Nossos estudos revelaram vários desafios que podem dificultar a colaboração entre engenheiros de software e cientistas de dados, incluindo diferenças de conhecimento técnico, definições pouco claras das funções de cada um, e a falta de documentos que apoiem a especificação do sistema habilitado por aprendizado de máquina. Possíveis soluções para enfrentar esses desafios incluem incentivar a comunicação na equipe, definir claramente responsabilidades, e produzir uma documentação concisa do sistema. Nossa pesquisa contribui para a compreensão da complexa dinâmica entre engenheiros de software e cientistas de dados em projetos de aprendizado de máquina e fornece recomendações para melhorar a colaboração e a comunicação nesse contexto. Incentivamos novos estudos que investiguem essa interação em outros projetos. / [en] In recent years, Machine Learning (ML) components have been increasingly integrated into the core systems of organizations. Engineering such systems presents various challenges from both a theoretical and practical perspective. One of the key challenges is the effective interaction between actors with different backgrounds who need to work closely together, such as software engineers and data scientists. This work presents three studies investigating the current interaction and collaboration dynamics between these two roles in ML projects. Our first study depicts an exploratory case study with four practitioners with experience in software engineering and data science of a large ML-enabled system project. In our second study, we performed complementary interviews with members of two teams working on ML-enabled systems to acquire more insights into how data scientists and software engineers share responsibilities and communicate. Finally, our third study consists of a focus group where we validated the relevance of this collaboration during multiple tasks related to ML-enabled systems and assessed recommendations that can foster the interaction between the actors. Our studies revealed several challenges that can hinder collaboration between software engineers and data scientists, including differences in technical expertise, unclear definitions of each role s duties, and the lack of documents that support the specification of the ML-enabled system. Potential solutions to address these challenges include encouraging team communication, clearly defining responsibilities, and producing concise system documentation. Our research contributes to understanding the complex dynamics between software engineers and data scientists in ML projects and provides insights for improving collaboration and communication in this context. We encourage future studies investigating this interaction in other projects.