Η διαρκώς αυξανόμενη διαθεσιμότητα ηλεκτρονικών πηγών πληροφόρησης έχει δημιουργήσει νέα δεδομένα και απαιτήσεις στην περιοχή της Ανάκτησης Πληροφορίας. Υπάρχει αδιάκοπη ανάγκη για βελτίωση των υπαρχόντων και σχεδίαση νέων αλγορίθμων, που να επιτυγχάνουν υψηλή απόδοση και αξιοπιστία. Ένα επιπλέον ζητούμενο είναι η κατασκευή λογισμικού περιβάλλοντος που θα διευκολύνει τη χρήση υπαρχόντων αλγορίθμων, την εισαγωγή νέων, το συνδυασμό τους και τη συγκριτική αξιολόγησή τους. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, εστιάζουμε σε μεθόδους ανάκτησης πληροφορίας (με έμφαση στην ανάκτηση κειμένου), που έχουν στον πυρήνα τους τεχνολογίες Γραμμικής Άλγεβρας και πιο συγκεκριμένα σε τεχνικές που αξιοποιούν τα φασματικά χαρακτηριστικά των μητρώων όρων-κειμένων. Υπενθυμίζουμε ότι περίοπτη θέση στην περιοχή της Ανάκτησης Πληροφορίας, όσον αφορά τις τεχνικές της γραμμικής άλγεβρας, κατέχουν οι ιδιάζουσες τιμές και τα ιδιάζοντα διανύσματα των μητρώων. Περιγράφουμε επίσης το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός ολοκληρωμένου περιβάλλοντος που διευκολύνει τους χρήστες στην ανάπτυξη, χρήση και αξιολόγηση των αλγορίθμων που στηρίζεται στο εξαιρετικά διαδεδομένο περιβάλλον της MATLAB. Αρχικά, εξετάζουμε τα βασικά προβλήματα στην Ανάκτηση Πληροφορίας, που είναι η ομαδοποίηση, η εξαγωγή σχετικών κειμένων και η κατηγοριοποίηση. Στην πρώτη κατηγορία προβλημάτων, στόχος μας είναι η βελτίωση παραδοσιακών αλγορίθμων όπως οι k-means και PDDP. Στο πλαίσιο αυτό προτείνουμε ένα σύνολο υβριδικών τεχνικών που βασίζονται στους δύο αυτούς αλγορίθμους και αντιμετωπίζουν προβλήματα που σχετίζονται με αυτούς. Ειδικότερα, πετυχαίνουν τη βελτίωση της απόδοσής τους ως προς την ποιότητα των παρεχόμενων αποτελεσμάτων ή ως προς την ταχύτητά τους. Σε σύγκριση με τον k-means, επιτυγχάνουν την αφαίρεση του στοιχείου της τυχαιότητας που τον χαρακτηρίζει, λόγω της γνωστής ευαισθησίας του στις αρχικές συνθήκες. Επιπλέον, προτείνουμε ένα ενιαίο σύνολο αποδοτικών "μεθόδων πυρήνα" (kernel methods) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην περίπτωση που τα δεδομένα του προβλήματος έχουν μη γραμμικά χαρακτηριστικά. Οι παραπάνω υβριδικές μέθοδοι εφαρμόζονται και στο πρόβλημα της μπλοκ διαγωνιοποίησης στοχαστικών μητρώων που μοντελοποιούν για παράδειγμα χημικές διεργασίες, μέσω μαρκοβιανών αλυσίδων. Τα αρχικά αποτελέσματα που έχουμε, υποδεικνύουν ότι η προσέγγιση αυτή μπορεί να βελτιώσει σημαντικά υπάρχουσες μεθόδους, παρέχοντας ταυτόχρονα προσεγγίσεις του πλήθους των μπλοκ που αντιστοιχούν σε σταθερές καταστάσεις της μαρκοβιανής αλυσίδας. Τέλος, προτείνουμε μια διαφορετική προσέγγιση με τον αλγόριθμο ομαδοποίησης Oriented k-windows ο οποίος, όπως και ο PDDP, χρησιμοποιεί ιδιάζοντα διανύσματα (ισοδύναμα, κύριους άξονες - PCA) με σκοπό την εξαγωγή πληροφορίας αναφορικά με τον κυρίαρχο προσανατολισμό των ομάδων στον Ευκλείδειο χώρο. Στη συνέχεια, παρουσιάζουμε αλγορίθμους ανάκτησης σχετικών κειμένων και αλγορίθμους κατηγοριοποίησης που βασίζονται στη "Λανθάνουσα Σημασιολογική Δεικτοδότηση" (LSI). Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζουμε ένα αλγοριθμικό πλαίσιο που στηρίζεται σε μια "μεθοδολογία αντιπροσώπων", με την οποία προσπαθούμε να προσεγγίσουμε σημασιολογικά μια συλλογή, εξάγοντας υποχώρους του χώρου στηλών του μητρώου όρων-κειμένων που προσεγγίζουν τον βέλτιστο υποχώρο της διάσπασης ιδιαζουσών τιμών. Η μεθοδολογία μας χρησιμοποιεί αλγορίθμους ομαδοποίησης, όπως οι υβριδικές μέθοδοι που αναφέραμε, με σκοπό τη διάσπαση του προβλήματος σε ένα σύνολο όσο γίνεται περισσότερο ανεξάρτητων προβλημάτων που μπορούν να λυθούν περισσότερο αποδοτικά. Μέσα από μια εκτεταμένη πειραματική μελέτη, δείχνουμε ότι η συγκεκριμένη μεθοδολογία μπορεί να βελτιώσει άλλες διαδεδομένες προσεγγίσεις (LSI, LLSF κ.λπ.). Επίσης, επεκτείνουμε και εφαρμόζουμε τη "μεθοδολογία αντιπροσώπων" σε μεθόδους πυρήνα, καθώς επίσης και στο πρόβλημα υπολογισμού μη αρνητικών παραγοντοποίησεων μητρώων (NMF). Δείχνουμε ότι η χρήση της μεθοδολογίας επιφέρει σημαντική μείωση του κόστους σε μνήμη και υπολογισμούς των μεθόδων πυρήνα και βελτίωση της ποιότητας των αποτελεσμάτων της NMF. Η διατριβή στάθηκε αφορμή για την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου λογισμικού περιβάλλοντος. Πιο συγκεκριμένα, οι νέες μέθοδοι που αναφέραμε, καθώς και άλλες διαδεδομένες τεχνικές έχουν υλοποιηθεί και ενταχθεί στο περιβάλλον Text to Matrix Generator (TMG). Το TMG στηρίζεται κατά κύριο λόγο στη MATLAB ενώ μικρότερα τμήματά του έχουν γραφτεί σε Perl. Το TMG αποτελείται από έξι τμήματα, ενώ είναι εύκολα επεκτάσιμο. Τα τμήματα αυτά παρέχουν μια ευρεία συλλογή μεθόδων ανάκτησης πληροφορίας που αποτελείται από μεθόδους (i) κατασκευής και ανανέωσης μητρώων όρων-κειμένων, (ii) υπολογισμού προσεγγίσεων μειωμένης διάστασης και (iii) μη αρνητικών παραγοντοποιήσεων, (iv) ανάκτησης σχετικών κειμένων, (v) ομαδοποίησης και (vi) κατηγοριοποίησης. Για όλα τα παραπάνω, το εργαλείο παρέχει κατάλληλα προσαρμοσμένες γραφικές διεπαφές που διευκολύνουν το χρήστη. Εναλλακτικά, οι λειτουργίες του μπορούν να κληθούν απευθείας από τη γραμμή εντολών. Το TMG διευκολύνει την ταχεία προτοτυποποίηση αλγορίθμων και διατίθεται ελεύθερα μέσω ιστοσελίδας (http://scgroup.hpclab.ceid.upatras.gr/scgroup/Projects/TMG/). Από αναζητήσεις τεκμηριώνεται ότι έχει υποστηρίξει πολλούς επιστήμονες παγκοσμίως τόσο σε ερευνητικό όσο και σε εκπαιδευτικό επίπεδο. Περιγράφουμε επίσης τις πρόσφατες εργασίες μας για την ανάδειξη του TMG ως υπηρεσίας στον Παγκόσμιο Ιστό. Ειδικότερα, αναπτύσσεται λογισμικό για την απομακρυσμένη χρήση του TMG μέσω ειδικού API και τίθενται οι βάσεις για μελλοντική έρευνα που θα αφορά στην βελτιωμένη επίδοση και στην αποδοτική χρήση του συστήματος. / The amount of digital data is rapidly growing and continuously motivates research innovation in Information Retrieval. Much of the data is text, so there is an ever present need to push the field of Text Mining forward by designing and implementing novel, effective algorithms that attain high performance and reliability. It is also desirable to develop software environments that facilitate not only access to existing methods, but also enable the rapid prototyping, performance evaluation and incorporation of new algorithms for Text Mining. In this research we focus on algorithms that use Linear Algebra and Matrix Analysis tools as computational kernels. We use the term spectral to highlight the fact that our methods rely on the spectral characteristics of the underlying term-document matrices that encode the texts under study. We consolidate our new and existing algorithms in a software environment, called TMG, that we built on top of MATLAB and Perl. First, we consider the basic text mining tasks, namely clustering, ad-hoc retrieval and text classication. In clustering, we focus on a well-known spectral method, called PDDP (Principal Direction Divisive Partitioning) and investigate hybrid methods that combine PDDP and standard workhorses such as k-means. In particular, the proposed methods improve the performance of the aforementioned algorithms, regarding the quality of the attained clustering and/or their speed. Compared with k-means, our algorithms eliminate the non-determinism originating from k-means' initialization phase. We also propose a framework for kernel methods, that can be used in case the data exhibit non-linearities. Our spectral clustering algorithms are applied in sparse matrix reordering, specifically in the block diagonalization of row stochastic matrices. In addition to helping in the intepretation of a recent method for identifying metastable states of Markov chains, they also provide the means to improve their performance. Initial results, demonstrate that the proposed methodology can improve significantly over existing techniques, deriving approximations of the number of blocks corresponding to dinstict stable states of the underlying Markov chain. We also show how to use spectral methods to improve the performance of a density-based clustering approach, called Oriented k-windows. In particular, the algorithm uses information derived from the Principal Component Analysis (PCA), in order to guide a windowing technique, namely k-windows, that could give insights about the data orientation. The next part of the thesis deals with ad-hoc retrieval and classification methods, based on Latent Semantic Indexing (LSI). We propose an algorithmic framework based on a "representatives methodology", in order to approximate a collection semantically, by extracting subspaces of the column space of the term-document matrix, that approximate the optimal subspace derived by the SVD. Our methodology uses clustering techniques, like the aforementioned hybrid methods, in a preprocessing stage. Our objective is to split the problem into a set of independent subproblems that could be solved more efficiently. Results from extensive experimentation indicate that our methodology can improve a state-of-the-art method like LSI. We also apply the representatives methodology to kernel methods and Nonnegative Matrix Factorization (NMF). Extensive numerical experiments indicate that this methodology improves the computational cost and memory requirements of kernel methods and also increases the quality of the nonnegative approximations. We have incorporated all the proposed methods in a software environment, called Text to Matrix Generator (TMG). The first release of TMG was before this Ph.D. was even started. but has since undergone several upgrades and rewrites. TMG currently consists of six easily extensible modules. These modules provide methods for (i) constructing and updating term-document matrices, (ii) computing low rank approximations and (iii) non negative factorizations, and (iv) ad-hoc retrieval, (v) clustering and (vi) classification. TMG is accessible in two primary modes, graphical and command line and is freely downloadable from its webpage (http://scgroup.hpclab.ceid.upatras.gr/scgroup/Projects/TMG/). As our usage logs indicate, TMG is being used worldwide for research and educational uses. We also describe a brief overview of open problems and ongoing work. We describe our first version of "remote TMG", that views TMG as a Web resource and provides remote access mode to it by means of a special API.

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η εφαρμογή Εξελικτικών Μεθόδων, βασισμένων, στους Γενετικούς Αλγόριθμους, στο πρόβλημα της επιλογής της τάξης και της αναγνώρισης των παραμέτρων γραμμικών συστημάτων και ειδικότερα Αυτοανάδρομων Κινούμενου Μέσου όρου Διαδικασιών ARMA (Autoregressive Moving Average Processes). Οι Γενετικοί Αλγόριθμοι είναι αλγόριθμοι αναζήτησης που βασίζονται στις αρχές της εξέλιξης που παρατηρούνται στη φύση και γίνονται όλο και περισσότερο γνωστοί χάριν της ικανότητά τους να λύνουν δύσκολα προβλήματα. Οι ΓΑ χαρακτηρίζονται από την απλότητα και την κομψότητά τους ως ‘γεροί’ αλγόριθμοι αναζήτησης, καθώς επίσης και από τη ικανότητά τους να ανακαλύπτουν γρήγορα τις καλές λύσεις δύσκολων και κυρίως μεγάλης διάστασης προβλημάτων. Το θεμελιώδες πρόβλημα της επιλογής της τάξης και της αναγνώρισης των παραμέτρων ενός μοντέλου, έχει αντιμετωπιστεί με επιτυχία με τη χρήση της θεωρίας Διαμερισμού Πολλών Μοντέλων (Multi Model Partitioning -MMP) του Λαϊνιώτη. Βασισμένη στην εκ των υστέρων επιλογή του συνόλου των υποψηφίων μοντέλων, η μέθοδος αυτή δίνει βέλτιστες λύσεις - ή σχεδόν βέλτιστες, όταν η πραγματική τάξη του μοντέλου δεν ανήκει στον αρχικό πληθυσμό των υποψηφίων μοντέλων. Το μειονέκτημα της εξάρτησης από την εκ των υστέρων επιλογή των υποψηφίων μοντέλων μπορεί να αντιμετωπιστεί με τη χρήση τεχνικών φυσικής επιλογής, όπως οι Γενετικοί Αλγόριθμοι, οι οποίοι αποτελούν μία από τις πιο γνωστές και αποτελεσματικές μεθόδους αναζήτησης και βελτιστοποίησης. Η εξελικτική μέθοδος, που παρουσιάζεται στην εργασία αυτή, συνδυάζει την αποτελεσματικότητα της MMP θεωρίας με την ευρωστία των Γενετικών Αλγορίθμων με σκοπό τη δημιουργία μίας νέας γενιάς πολυδιάστατων φίλτρων διαμερισμού. Η δομή των φίλτρων αυτών μεταβάλλεται διαρκώς για να ταιριάζει κάθε φορά με ένα δεδομένο σύνολο μοντέλων, τα οποία προσδιορίζονται δυναμικά και on-line με τη χρήση ενός κατάλληλα σχεδιασμένου ΓΑ. Παρά του ότι η κωδικοποίηση των παραμέτρων είναι σύνθετη, τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα, σε σύγκριση με τους συμβατικούς αλγορίθμους αναγνώρισης συστήματος, αφού έχει τη δυνατότητα να εξερευνά ολόκληρο το χώρο τιμών των παραμέτρων. Επιπλέον, η εξέλιξη του αρχικού πληθυσμού καταλήγει σε εύρεση της πραγματικής τάξης του μοντέλου του συστήματος ακόμα και στην περίπτωση όπου η πραγματική τάξη δεν ανήκει στην τράπεζα μοντέλων του αρχικού πληθυσμού. Η υλοποίηση του αλγόριθμου έγινε σε παράλληλο περιβάλλον, αφού τόσο το Multi Model Adaptive Filter (MMAF) όσο και οι Γενετικοί Αλγόριθμοι είναι από τη φύση τους παράλληλα δομημένοι, οδηγώντας έτσι στη βελτίωση της ταχύτητας του αλγορίθμου. Με σκοπό να επιτευχθεί επιπλέον βελτίωση του αλγορίθμου τόσο ως προς την αύξηση της ταχύτητας του όσο και την ποιότητα της εξέλιξης των πληθυσμών των ΓΑ, έγινε χρήση ενός επιπλέον Γενετικού Αλγορίθμου ο οποίος προσδιόρισε τις τιμές των παραμέτρων των ΓΑ που υλοποιούν την υβριδική εξελικτική μέθοδο. Ο Μετά-Γενετικός αλγόριθμος προσδιόρισε το Μέγεθος του Πληθυσμού, την Πιθανότητα Μετάλλαξης και Διασταύρωσης των παράλληλων ΓΑ. Από τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν μπορεί κάποιος εύκολα να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι ο ΜΓΑ καταφέρνει να επιλέξει τις βέλτιστες τιμές για τις βασικές γενετικές παραμέτρους με αποτέλεσμα η όλη διαδικασία να μπορεί να αυτοματοποιηθεί και να είναι πλήρως προσαρμόσιμη σε οποιαδήποτε αλλαγή συμβεί στο περιβάλλον εφαρμογής του ΜΓΑ. / -

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει στόχο την υπολογιστική υποβοήθηση της διάγνωσης της αθηρωμάτωσης μέσω της ανάπτυξης και εφαρμογής προηγμένων μεθοδολογιών επεξεργασίας και ανάλυσης ακολουθιών εικόνων υπερήχων β-σάρωσης της καρωτίδας. Οι μέθοδοι που παρουσιάζονται στη διατριβή αξιολογούνται τόσο σε συνθετικά όσο και σε πραγματικά απεικονιστικά δεδομένα. Μετά από διεξοδική μελέτη προτείνονται οι κατάλληλες ρυθμίσεις της υπερηχοτομογραφικής διάταξης καθώς και η εφαρμογή διαδικασίας κανονικοποίησης των λαμβανομένων εικόνων, με στόχο τη βελτιστοποίηση του αποτελέσματος των διαδικασιών επεξεργασίας εικόνας. Για την ανάλυση της υφής της αθηρωματικής πλάκας στην καρωτίδα, προτείνονται και αξιολογούνται συγκριτικά τρεις τεχνικές μετασχηματισμού: μετασχηματισμός Fourier, μετασχηματισμός κυματιδίου και φίλτρα Gabor. Αποδεικνύεται ότι χαρακτηριστικά υφής που υπολογίζονται τόσο με βάση το μετασχηματισμό κυματιδίου όσο και με τα φίλτρα Gabor μπορούν να διαχωρίσουν τους δυο τύπους αθηρωματικών πλακών (συμπτωματικές και ασυμπτωματικές). Για την εκτίμηση της κίνησης του τοιχώματος της καρωτίδας προτείνονται και αξιολογούνται τέσσερις μέθοδοι, από τις οποίες η μέθοδος της οπτικής ροής ελαχίστων τετραγώνων με βάρη βρέθηκε να έχει τη βέλτιστη απόδοση. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της μετατόπισης τόσο του υγιούς τοιχώματος της καρωτίδας, όσο και τοιχώματος με ασυμπτωματική ή συμπτωματική αθηρωματική πλάκα. Επιπλέον, προτείνεται μια αυτόματη μέθοδος κατάτμησης του τοιχώματος της καρωτίδας από διαμήκεις και εγκάρσιες εικόνες υπερήχων, η οποία βασίζεται στο μετασχηματισμό Hough. Η προτεινόμενη μεθοδολογία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό χρήσιμων για τη διάγνωση ποσοτικών δεικτών, όπως το πάχος του έσω-μέσου χιτώνα και οι κυματομορφές μεταβολής της αρτηριακής διαμέτρου. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η εν γένει υψηλή ακρίβεια της μεθόδου περιορίζεται για την περίπτωση εγκάρσιων τομών και αθηρωμάτωσης. Για τη βελτίωση του αποτελέσματος της κατάτμησης σε αυτές τις περιπτώσεις, προτείνεται ο συνδυασμός του μετασχηματισμού Hough με ενεργές καμπύλες. Η μελέτη της κίνησης του αρτηριακού τοιχώματος συμπληρώνεται με ένα μαθηματικό μοντέλο για την παραμόρφωση του αρτηριακού τοιχώματος κατά την ακτινική και αξονική διεύθυνση. Για την εξατομίκευση του μοντέλου και τον προσδιορισμό των παραμέτρων του, πραγματοποιείται προσαρμογή σε πραγματικές μετρήσεις της παραμόρφωσης, που υπολογίζονται με εφαρμογή της μεθόδου ανάλυσης κίνησης σε ακολουθίες εικόνων συγκεκριμένων ασθενών. Ορισμένες παράμετροι του μαθηματικού μοντέλου βρέθηκαν να διαφοροποιούνται σημαντικά μεταξύ των στρωμάτων του αρτηριακού τοιχώματος αλλά και μεταξύ υγιούς τοιχώματος και τοιχώματος με αθηρωμάτωση. Η υλοποίηση των παραπάνω μεθοδολογιών σε συνδυασμό με κατάλληλη διεπιφάνεια χρήσης οδήγησε στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου σύστηματος λογισμικού (ANALYSIS), το οποίο στοχεύει στην υποβοήθηση της διάγνωσης της αθηρωμάτωσης της καρωτίδας. Το σύνολο των μεθόδων που παρουσιάζονται στη διδακτορική διατριβή αναμένεται να συμβάλουν αφενός στη μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς του φυσιολογικού και αθηρωματικού αρτηριακού τοιχώματος και αφετέρου στην καθιέρωση μιας πιο αντικειμενικής και αξιόπιστης προσέγγισης για τη διάγνωση της αθηρωμάτωσης και την επιλογή ασθενών υποψήφιων για ενδαρτηρεκτομή. / The purpose of this Ph.D. thesis is to develop and apply advanced image processing and analysis methods to sequences of B-mode ultrasound images of the carotid artery aiming to support the diagnosis of carotid atherosclerosis. The computational methods, presented in the thesis, are applied to both synthetic and real ultrasound data. Based on the findings of a carefully designed study, optimal ultrasound device settings are proposed for reliable motion estimation. Standardized techniques, including image normalization, are also recommended for image processing tasks. Texture analysis of the carotid atheromatous plaque was performed using three transform-based methods (Fourier transform, Wavelet transform and Gabor filters). Texture features estimated using the discrete 2D Wavelet transform and the Gabor filters are found significantly different between symptomatic and asymptomatic subjects. Four different approaches are proposed for the analysis of motion of the carotid artery wall and a validation study is performed using simulated data. The weighted least-squares optical flow method is found to have the best performance. This method is subsequently used to analyze the motion of the healthy carotid artery wall, as well as of the arterial wall with asymptomatic and symptomatic atheromatous plaque. Moreover, an automatic segmentation method based on Hough transform is proposed for the segmentation of the arterial wall from B-mode ultrasound images of longitudinal and transverse sections of the carotid artery. The method can be used for the estimation of widely used diagnostic measures, such as the intima-media thickness and the arterial distension waveforms. The accuracy of the method was reasonably high for longitudinal sections and somewhat lower for transverse sections and diseased arteries. A combination of Hough transform and active contours is proposed to improve the segmentation results in those cases. A mathematical model of the mechanical deformation of the carotid artery wall is also proposed. In an attempt to determine a patient-specific approach, the model is fitted to actual displacement waveforms estimated using the leastsquares optical flow method to B-mode ultrasound image sequences of the carotid artery. A number of model parameters are found significantly different between different layers of the arterial wall and between healthy and diseased wall. The previous methods for the processing and analysis of B-mode ultrasound images of the carotid artery are integrated to a modular software system (ANALYSIS). ANALYSIS can be a useful and powerful tool for the diagnosis of carotid atherosclerosis. The computational methods presented in this thesis are expected to contribute not only to the study of the mechanical behavior of the healthy and diseased carotid artery wall but also to the definition of an objective and reliable approach for the diagnosis of carotid atherosclerosis and the optimal selection of patients for carotid endarterectomy.

Ο προγραμματισμός παραγωγής και ελέγχου αποθεμάτων αποσκοπεί στην εύρεση της “χρυσής τομής” μεταξύ δυο αντιφατικών στόχων, από πλευράς ελαχιστοποίησης του συνολικού κόστους λειτουργίας μιας επιχείρησης: της μείωσης απ’ τη μια του διαθέσιμου αποθέματος και της ύπαρξης απ’ την άλλη ικανής ποσότητας διαθέσιμων αγαθών έτσι ώστε να καλύπτεται η ζήτησή τους στην αγορά. Ο συμβιβασμός μεταξύ αυτών των δυο στόχων επιτυγχάνεται με την δημιουργία κατάλληλων μαθηματικών κανόνων για τη χρονική (πότε;) και ποσοτική (πόσο;) διακίνηση του αποθέματος. Για την επίλυσή του έχουν προταθεί διάφορα μαθηματικά μοντέλα, τα οποία ποσοτικοποιούν τις παραμέτρους κόστους και εκφράζουν το συνολικό κόστος λειτουργίας της επιχείρησης με τη χρήση μιας συνάρτησης η οποία βελτιστοποιείται με εφαρμογή μαθηματικών μεθόδων. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην παρουσίαση των πιο ευρέως χρησιμοποιούμενων, προσδιοριστικών μοντέλων (όλες οι παράμετροι του συστήματος είναι γνωστές σταθερές) ενώ ο ορίζοντας σχεδιασμού θεωρείται πεπερασμένος. Στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας παρουσιάζονται τα γενικά χαρακτηριστικά ενός προβλήματος παραγωγής και αποθήκευσης καθώς επίσης τα σχετικά με αυτό κόστη. Στο δεύτερο κεφάλαιο ακολουθεί η παρουσίαση των μοντέλων της Οικονομικής Ποσότητας Παραγγελίας, στα οποία θεωρείται ότι η ζήτηση πραγματοποιείται με ένα σταθερό ρυθμό και ότι το απόθεμα επιθεωρείται διαρκώς (ο χρόνος θεωρείται συνεχής). Αντίθετα, στα μοντέλα του τρίτου κεφαλαίου ο ορίζοντας σχεδιασμού χωρίζεται σε τακτά χρονικά διαστήματα, δηλαδή γίνεται η παραδοχή ότι ο χρόνος είναι διακριτός. Τέλος, στο τέταρτο αντιστοιχείται σε κάθε μοντέλο που αναλύθηκε στα προηγούμενα κεφαλαία, μια ολοκληρωμένη εφαρμογή η οποία επιλύεται λεπτομερώς. / Programmising the production and stock control aims to find the “golden mean” between two contradictory goals : as far as minimizing the total service expenses of a company is concerned, reduce the available cost, and on the other hand the existence of another one adequate quantity of available goods, so that their demand in the market can be covered. The compromising between these two goals can be achieved with the creation of appropriate mathematic rules about the time (when?) and amount (how much?) stock circulation. In order to achieve this compromising, many mathematical models have been proposed which quantify the subsiding costs and express the total service expenses of the company, using a function which is constantly being improved with the application of mathematical methods. The present project focuses on the presentation of the most widely used defining models, while the designing horizon is considered to be passed by. In the first part of the present project appear the general characteristics of a problem concerning the production and saving, as well as the relevant costs. The second part includes the presentation of the model about the Economic Order Quantity, in which it is regarded that demand is accomplished with a steady pace, and that the stock is constantly being checked (time is regarded to be continuous). On the other hand, in the model of the third part, the designing horizon is divided in regular time spaces, reaching the conclusion that time is apparent significant. Finally in the last part, each model analyzed in the previous chapters, is matched with a complete application, being solved in detail.

- / -

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των μεθόδων βελτιστοποίησης της ποιότητας των παρεχομένων υπηρεσιών των δικτύων κυτταρικής τηλεφωνίας τρίτης γενιάς σε διαλειπτικό περιβάλλον. Αρχικά γίνεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη των συστημάτων κινητών επικοινωνιών και παρουσιάζεται το σημαντικότερο πρότυπο τρίτης γενιάς, το UMTS και τα ιδιαίτερα τεχνικά χαρακτηριστικά του. Στην συνέχεια αναλύεται το LTE το οποίο αποτελεί την τελευταία εξέλιξη των δικτύων τρίτης γενιάς και αναμένεται να αντικαταστήσει το UMTS στο άμεσο μέλλον αποτελώντας στην πραγματικότητα τον πρόδρομο των συστημάτων τέταρτης γενιάς. Στην συνέχεια εστιάζουμε στα διαλειπτικά κανάλια αναλύοντας τα φαινόμενα που παρατηρούνται σε αυτά και τα στατιστικά μοντέλα μέσα από τα οποία περιγράφονται. Παράλληλα διερευνάται η επίδραση των φαινομένων αυτών (θετική ή αρνητική) στο QoS των δικτύων τρίτης γενιάς βάσει των χαρακτηριστικών τους (όπως παρουσιάστηκαν στο κεφάλαιο 1) και οι δυνατότητες για περαιτέρω βελτιστοποίηση κατα τον σχεδιασμό των δικτύων και την σωστή εκμετάλλευση των χαρακτηριστικών του περιβάλλοντος όδευσης. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στα μοντέλα εσωτερικού χώρου λόγω του μεγάλου φορτίου κίνησης που καλούνται να εξυπηρετήσουν. Στο τελευταίο μέρος παρουσιάζεται η διαδικασία παραμετροποίησης κάποιων σημαντικών μοντέλων και τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων που έγιναν στον χώρο του κτηρίου των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών. / The subject of this diploma thesis is the study of the optimization techniques of the quality of service for third generation cellular telephony networks in fading enviroment. After a short presentation of the evolution of the systems of wireless telecommunications, it is discussed UMTS the most important third generation system which dominated the european market and its technical features. LTE is also introduced, the system which is expected to replace UMTS in the near future while being the predecessor of the fourth generation systems. Then we focus on the fading channels analysing the phenomena wich are related to them and analysing the statistical models that describe them. It is also studied the effect (positive or negative) of these phenomena on the QoS of the third generation networks and the optimization methods which can be applied during the network designing process with special reference to the indoor propagation models because of the big amount of traffic load that they are asked to serve. At the last chapter of the thesis there is a presentation of the parameter setting procedure for some important models and the outcomes of the simulation that took place in the building of Electronic Engineering.

Τα τελευταία χρόνια, τόσο στη διεθνή όσο και στην ελληνική επιστημονική κοινότητα, παρατηρείται ένα αυξημένο ενδιαφέρον για το πώς η σκέψη των μικρών παιδιών προσεγγίζει το φυσικό κόσμο. Έτσι το πεδίο έρευνας των Φυσικών Επιστημών επικεντρώνεται στην ανίχνευση και μελέτη των βιωματικών παραστάσεων των παιδιών (Ραβάνης, 1999). Η ανίχνευση και η καταγραφή αυτών των παραστάσεων θεωρείται σημαντική, καθώς είναι παρούσες στη σκέψη των παιδιών και αποτελούν εμπόδια για την κατανόηση των επιστημονικών εννοιών και φαινομένων (Baster, 1995, Sharp, 1995). Αυτή η έρευνα διεξήχθη για να τεθεί ένα γενικότερος προβληματισμός ως προς τις σκέψεις των παιδιών της προσχολικής ηλικίας, για ένα γεωλογικό φαινόμενο που ταράσσει συχνά τον ελλαδικό χώρο, τον σεισμό, καθώς και για να διαπιστωθεί αν τα παιδιά της συγκεκριμένης ηλικίας μπορούν να ανταπεξέρθουν επαρκώς ως προς την πρόληψη και αντιμετώπιση αυτού του φαινομένου. Έτσι, επιχειρήθηκε η ανίχνευση των νοητικών παραστάσεων των παιδιών προσχολικής ηλικίας σχετικά με τη γεωφυσικά χαρακτηριστικά της γης, για να εμβαθύνει στη συνέχεια στο φαινόμενο του σεισμού καθώς και στην πρόληψη και αντιμετώπισή του. Αρχικά, παρουσιάζεται το θεωρητικό πλαίσιο με βάση το οποίο σχεδιάστηκε η παρούσα έρευνα και φυσικά τα πορίσματα ερευνών που έχουν διεξαχθεί σχετικά με το υπό εξέταση θέμα. Εν συνεχεία, γίνεται αναφορά στο μεθοδολογία της συγκεκριμένη έρευνα και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα, τόσο σε κάθε φάση της ανίχνευσης όσο και συνολικά. Τέλος, ο σχολιασμός των αποτελεσμάτων, τα συμπεράσματα και η συζήτηση καθώς και οι επιπτώσεις των ευρημάτων της έρευνας που αναδύονται σχετικά με τη διδασκαλία των εννοιών που εξετάζονται, ολοκληρώνουν την παρούσα έρευνα. / In the past few year, in the international and Greek scientific community, is observed an increased interest for how the thought of children approaches the natural world. Thus, the field of research of Natural Sciences is focused in the detection and study of experiential representations of children (Ravanis, 1999). The detection and the recording of these representations are considered important, while are present in the thought of children and constitute obstacles for the comprehension of scientific significances and phenomena (Baster, 1995, Sharp, 1995). This research was carried out, in order to placed a more general reflection, as for the thoughts of children of preschool age, for a geological phenomenon that upsets often the hellenic space, the earthquake. In addition, this research was carried out in order to realize if the children of particular age are sufficiently capable to face this phenomenon as well as its prevention and confrontation. Thus, was attempted the detection of intellectual representations of children of preschool age with regard to geophysical characteristic of ground, in order to it deepens afterwards in the phenomenon of earthquake as well as in the prevention and his confrontation. Initially, it is presented the theoretical frame on which we based to drawn the present research and the conclusions of researches that have been carried out with regard to the subject under review. Then, the report continues with the methodology concept and is presented the results. Finally, the conclusion of this research represents the annotation of results, the conclusions and the discussion as well as the repercussions of discoveries of research that emerge with regard to the teaching of significances that is examined.

Η παρουσία μαθητών στο ελληνικό σχολείο που προέρχονται από ποικίλα γλωσσικά και πολιτισμικά περιβάλλοντα έφερε νέα δεδομένα στην άσκηση του εκπαιδευτικού και παιδαγωγικού έργου και ανέδειξε αιτήματα για ισοτιμία μορφωτικών ευκαιριών για όλους τους μαθητές, για εξασφάλιση ευνοϊκών συνθηκών μάθησης, για ανάπτυξη κινήτρων ισότιμης και ενεργούς συμμετοχής όλων των μαθητών στην εκπαιδευτική διαδικασία. Αυτά τα σύνθετα αλλά και πολύπλοκα θέματα περιέχονται στο γενικότερο προβληματισμό της αντιμετώπισης ζητημάτων ετερότητας, που ως ευαίσθητοι εκπαιδευτικοί δεν πρέπει να τα αντιμετωπίσουμε μόνο θεωρητικά αλλά και μέσα από τις πραγματικές συνθήκες της σχολικής τάξης. Με την εργασία αυτή προσπαθούμε να διερευνήσουμε κατ΄ αρχήν πώς είναι αντιληπτή στην ελληνική βιβλιογραφία η εκπαίδευση των μαθητών που προέχονται από ποικίλα γλωσσικά και πολιτισμικά περιβάλλοντα και κατά πόσο η ένταξή τους στο ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα σχετίζεται με επιβάρυνση της κοινωνικής τους θέσης και τις αντίστοιχες κοινωνικές ανισότητες. Βασική μας υπόθεση στην εργασία είναι ότι το ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα είναι προσανατολισμένο προς μια πολιτική αφομοίωσης των μαθητών που προέρχονται από ποικίλα γλωσσικά και πολιτισμικά περιβάλλοντα , η οποία επιβεβαιώνεται αφ΄ ενός από το σχετικό νομοθετικό πλαίσιο και αφ΄ ετέρου από το σύνολο της σχετικής ελληνικής βιβλιογραφίας. Σκοπός της εργασίας αποτελεί η εξέταση της ελληνικής βιβλιογραφίας στη διαπολιτισμική εκπαίδευση στο πώς αξιολογεί το ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα σε ότι αφορά την εκπαίδευση και αντιμετώπιση των γλωσσικά και πολιτισμικά διαφοροποιημένων μαθητών. Γίνεται επίσης μια σύντομη αναφορά στα μοντέλα εκπαίδευσης των μεταναστών μαθητών, τα οποία ακολουθήθηκαν από διάφορα εκπαιδευτικά συστήματα, για να αναδειχθεί μετά από σύγκριση η σπουδαιότητα του διαπολιτισμικού μοντέλου, το οποίο κρίνεται ως το αποτελεσματικότερο και το καλύτερο σήμερα για την αντιμετώπιση των διακρίσεων όσο και των σχολικών αποτυχιών των μεταναστών μαθητών. Μέσα από βιβλιογραφική διερεύνηση των παραγόντων που επιδρούν στη διαδικασία εκπαίδευσης και ένταξης των «άλλων» μαθητών έχουμε σαν στόχο την ανίχνευση των αιτιών μιας σειράς προβλημάτων άμεσα συνδεδεμένων με τη σχολική επίδοση αυτών των μαθητών, ώστε να αντιμετωπίζονται αποτελεσματικά και να μην οδηγούνται στην περιθωριοποίηση και τον σχολικό αποκλεισμό. Η διαπολιτισμική εκπαίδευση οφείλει να δώσει μια απάντηση στην πολυπολιτισμικότητα του ελληνικού σχολείου και θα αφορά όλους τους μαθητές, ανεξάρτητα από εθνικές, γλωσσικές και πολιτισμικές ιδιαιτερότητες. Πρέπει να καταπολεμήσει την μονοπολιτισμική και εθνοκεντρική λογική, που είναι έντονη στο ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα. / --

Κύριο αντικείμενο μελέτης της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι οι περιστρεφόμενοι αστέρες νετρονίων. Λόγω του ότι οι κλασικές διαταρακτικές μέθοδοι που εφαρμόζονται για την εύρεση της ακτίνας ενός περιστρεφόμενου πολυτροπικού μοντέλου περιορίζονται, από την επιφάνεια του αστέρα, αναπτύξαμε μία μέθοδο για τον υπολογισμό ποσοτήτων πέραν αυτού του ορίου. Αυτή η γενικευμένη μέθοδος χρησιμοποιεί τις μετανευτώνειες παραμέτρους ως όρους διαταραχής. Υλοποιώντας έναν κώδικα σε γλώσσα προγραμματισμού Fortran, υπολογίσαμε εκτεταμένους πίνακες ποσοτήτων και σταθερών. Μέσω της γενικευμένης αυτής μεθόδου επιτυγχάνεται η εύρεση της ακριβούς τιμής της ακτίνας ενός τέτοιου μοντέλου καθώς και ο καθορισμός της κρίσιμης παραμέτρου περιστροφής, η οποία αποτελεί μία μετανευτώνεια παράμετρο. Ο υπολογισμός της κρίσιμης παραμέτρου διαταραχής επιτυγχάνεται με ευκολία, κυρίως εκ του λόγου ότι η μέθοδος έχει υπολογίσει εκτεταμένους πίνακες συναρτησιακών τιμών. Οι υπολογιζόμενες κρίσιμες παράμετροι διαταραχής είναι μεγαλύτερες των αντιστοίχων τιμών της βιβλιογραφίας (κυρίως σε σύγκριση με τους Fahlman-Anand [55]), και φαίνεται να συμφωνούν καλύτερα με τις τιμές που υπολογίζονται από τις λεγόμενες επαναληπτικές μεθόδους. Τα αποτελέσματα επαληθεύουν με μεγάλη ακρίβεια τιμές συναρτήσεων και παραμέτρων σε σύγκριση με την κλασική βιβλιογραφία. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε πέντε μέρη, τα οποία αναπτύσσονται στα κεφάλαια 1, 2, 3, 4 και 5. Στο πρώτο κεφάλαιο, περιγράφεται ο αστέρας νετρονίων ως αστροφυσικό αντικείμενο. Δίνεται βάρος τόσο στη δομή του όσο και στα φυσικά χαρακτηριστικά του. Η ύπαρξη των αστέρων νετρονίων είναι απόλυτα συνδεδεμένη με τους πάλσαρς. Αυτοί αποτελούν ένα «ζωντανό» παράδειγμα περιστρεφομένων αστέρων νετρονίων; έτσι, γίνεται αναφορά στις φυσικές ιδιότητες και στις διεργασίες που πραγματοποιούνται σε αυτούς. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναφερόμαστε στις καταστατικές εξισώσεις που διέπουν το εσωτερικό των αστέρων νετρονίων, και στην έννοια του πολυτρόπου. Αφενός μεν, διότι δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί μία μελέτη για αυτούς τους αστέρες χωρίς να υιοθετηθεί κάποια καταστατική εξίσωση, αφετέρου δε διότι μία από τις πλέον ενδεικτικές για την περιγραφή τους (και την οποία εμείς υιοθετούμε) είναι αυτή του πολυτρόπου. Επιπλέον, αναλύουμε τις εξισώσεις που διέπουν το αδιατάρακτο πολυτροπικό μοντέλο, όπως και αυτές που περιγράφουν το αντίστοιχο διαταραγμένο, σύμφωνα με τη θεωρία που ανέπτυξε ο Chandrasekhar. Στο τρίτο κεφάλαιο, χρησιμοποιούμε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας στη μελέτη του πολυτροπικού μοντέλου, εστιάζοντας κυρίως στον τρόπο με τον οποίο τροποποιείται η κλασική θεώρηση, στο πώς μετασχηματίζονται η βασικές ποσότητες του μοντέλου, και στο πώς προκύπτουν οι σχέσεις της μετανευτώνειας προσέγγισης. Εξάγουμε τις μετανευτώνειες εξισώσεις της υδροδυναμικής και αναπτύσσουμε το διαταρακτικό μοντέλο επίλυσης, από το οποίο προκύπτουν οι εξισώσεις που επιλύουμε αριθμητικά. Στο τέταρτο κεφάλαιο, κάνουμε αναφορά στις διάφορες αριθμητικές μεθόδους που έχουν αναπτυχθεί για την μελέτη του σχετικιστικά περιστρεφόμενου πολυτροπικού μοντέλου. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζουμε πίνακες αποτελεσμάτων και ενδιαφέρουσες γραφικές παραστάσεις. Δίνουμε επίσης ορισμένες αλγοριθμικές λεπτομέρειες για το πρόγραμμά μας. Συγκεκριμένα, γενικεύουμε τη μέθοδο των μετανευτωνείων προσεγγίσεων και αναλύουμε τα πλεονεκτήματα της. Ακολούθως, παραθέτουμε μία περιγραφή της αριθμητικής διαπραγμάτευσης της μεθόδου και την πορεία υλοποίησής της. Τέλος, παρατίθενται οι πίνακες των αποτελεσμάτων και τα τελικά συμπεράσματα. / In the present Thesis, we study rotating neutron stars. Due to the fact that the classical perturbation methods implemented to compute the radius of a polytropic rotating model are restricted by the star's surface, we develop a method for continuing integrations beyond this limit. This general approach utilises the postnewtonian parameters in terms of disturbance. By the application of a code written in Fortran, we calculate extensive tables of quantities and constants. Furthermore, we compute the radius as well as the critical rotation parameter, which plays the role of a postnewtonian term. This Thesis is organized in five chapters. In the first chapter, the neutron star is presented as an astrophysical object. Its structure and physical characteristics are of a great importance. Moreover, the existence of neutron stars is linked to pulsars, which are "living" examples of rotating neutron stars. Therefore, the physical characteristics of these objects are discussed in this chapter. The second chapter refers to the equations that describe the structure of the neutron stars and to the concept of polytropes. First, due to the difficulty in implementing a study for these stars without the adoption of any equation of state as well as due to the most indicative one for their description which is that of the polytrope. Second, the equations that refer to the undistorted and those that describe the corresponding distorted configurations are analysed in this chapter, in accordance with Chandrasekhar's perturbation theory. In the third chapter, the General Theory of Relativity is used to the study of the polytropic model, focusing on how the classical theory is corrected, on how the basic model's quantities are transformed and on how the equations of the postnewtonian approach are derived. The equations to be solved result from the latter ones. Furthermore, a a discussion on the various numerical methods that have been developed for studying the relativistic rotating polytopric model is given in the fourth chapter. In the fifth chapter of this Thesis, a number of tables illustrating results as well as some interesting diagrams are included. Certain algorithmic details for our program are given. We also discuss the generalisation of the postnewtonian approach and its advantages.

Το κάτωθι κείμενο πραγματεύεται το φαινόμενο της εξάπλωσης αυτοαναπαραγόμενων αυτομάτων σε δίκτυα. Αρχικά προβαίνουμε σε μια εισαγωγή στα αυτοαναπαραγόμενα προγράμματα και στο περιβάλλον στο οποίο εξαπλώνονται και εν συνεχεία εμβαθύνουμε στον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζουμε το φαινόμενο. Μελετάμε μεθόδους ανίχνευσης με χρήση φίλτρων Kalman και εντροπίας. Τέλος, ασχολούμαστε με μια σειρά παιγνίων και σεναρίων με σκοπό την ανάδειξη συγκεκριμένων πλευρών του όλου προβλήματος και την τροπή που παίρνει στις μέρες μας. Εν κατακλείδι, η παρούσα διπλωματική εργασία τονίζει βασικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν την διάδοση και εισάγει νέες βοηθητικές έννοιες και μοντέλα, με στόχο την κατανόηση και τον ενστερνισμό του πνεύματος των εξελίξεων στα σύγχρονα worms και viruses. / The text below considers the phenomenon of propagation of self replicating automata. We begin with an introduction to self replicating programs and to the environment in which they propagate and then we delve and explain the ways of approaching the phenomenon. We study detection methods via the use of Kalman filters and estimation of entropy. Finally, a series of games and scenarios are introduced and studied, in order to enlighten certain aspects of the problem and its current direction. In conclusion, this diploma thesis marks basic properties of the propagation and introduces auxiliary concepts and new models, having as a goal the comprehension and the adoption of the spirit of evolution of modern worms and viruses.