Η τεχνητή νοημοσύνη στη βιοπληροφορική θεωρείται ένα πολύ σημαντικό βήμα αναφορικά με την κατηγοριοποίηση των ασθενειών, ακόμα και τη θεραπεία αυτών. Μέσω των νευρωνικών δικτύων τεχνητής νοημοσύνης μπορούμε να επεξεργαστούμε ιατρική πληροφορία και να κατηγοριοποιήσουμε μοτίβα καίριας σημασίας όσον αφορά την ιατρική διάγνωση. Βέβαια, καθώς στη λήψη αποφάσεων πάντα εισχωρεί ο παράγοντας της αβεβαιότητας, μία από τις πιο κατάλληλες προσεγγίσεις, η οποία προσομοιώνει τον τρόπο που κάθε άνθρωπος λαμβάνει αποφάσεις, είναι η ασαφής λογική. Συνδιάζοντας την ασαφή λογική με τη γνώση ειδικών μπορούμε να μοντελοποιήσουμε σύνθετα φαινόμενα και να αποφανθούμε για τη φύση αυτών. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία υλοποιείται ένα ασαφές έξυπνο σύστημα που έχει ως σκοπό να μοντελοποιήσει πέντα καρδιολογικής φύσεως ασθένειες, χρησιμοποιώντας υλικό το οποίο προέρχεται από τη γνώση ειδικών στον τομέα της καρδιολογίας: στεφανιαία νόσος, υπέρταση, κολπική μαρμαρυγή, καρδιακή ανεπάρκεια, διαβήτης. Επιπλέον, το σύστημα, σε συνεργασία με το αρμόδιο ιατρικό προσωπικό, παραμετροποιήθηκε και στη συνέχεια έγινε προσπάθεια βελτιστοποίησής του μέσω της ενσωμάτωσης νευρωνικών δικτύων. Η αποδοτικότητά του αξιολογήθηκε ευνοϊκά μέσα από μία ομάδα ιατρών, δίνοντας ελπίδες για μία νέα εποχή στον τρόπο διεξαγωγής ιατρικής διάγνωσης. Το συγκεκριμένο σύστημα θα αποτελέσει τμήμα του Cardiosmart365, ενός ολοκληρωμένου συστήματος για τη δια βίου παρακολούθηση ασθενών με καρδιολογικά προβλήματα, την έγκαιρη διάγνωση και τη βέλτιστη διαχείριση περιπτώσεων εκτάκτου ανάγκης. Σε αυτό το έξυπνο ασαφές σύστημα προσαρτάται η γνώση που προκύπτει μέσα από τα νευρωνικά δίκτυα, με την οποία και επιτυγχάνεται αυτόματα η βελτιστοποίησή του. / Arti cial intelligence (AI) in bioinformatics is considered to be a great step towards disease classi cation, or even disease treatment. AI gives the opportunity through arti cial neural networks (ANNs) to process medical information and classify pat- terns, something of great importance, as far as medical diagnosis is conserned. How- ever, since there is always the factor of uncertainty in decision making, fuzzy logic is considered to be one of the most suitable approximations, since it deals with reason- ing that is approximate rather than xed and exact, thus closer to human reasoning. Therefore, based on human expert knowledge they are capable of modeling complex phenomena. In this diploma thesis, we implement a fuzzy expert system, consisting of ve subsystems, concerning ve cariological diseases, incorporating expert knowledge on this particular eld: coronary artery disease, hypertension, atrial brillation, heart failure, and diabetes. Moreover, the parameters were con gured, in cooperation with experts on the eld, and optimization e orts were made through the integration of neural networks. Evaluated by a group of doctors, the e ciency was rated as satisfactory, giving hope for a new era in the way medical diagnosis is conducted. This system will be a part of Cardiosmart365, an integrated system for lifelong cardiologic patient monitoring, early detection of emergency, and optimal process management of the emergency incident. In the fuzzy expert system implemented, knowledge through neural networks is incorporated, thus achieving automatic opti- mization.

Τα Ευφυή Συστήματα Διδασκαλίας (Intelligent Tutoring Systems) είναι συστήματα που χρησιμοποιούν μεθόδους Τεχνητής Νοημοσύνης για την παροχή εξατομικευμένης διδασκαλίας, τα τελευταία χρόνια και μέσω Διαδικτύου. Τα συστήματα αυτά προσφέρουν δηλαδή μάθηση προσαρμοζόμενη στις δυνατότητες και της ανάγκες των μαθητών-φοιτητών. Ένα σημαντικό τμήμα των συστημάτων αυτών αφορά την αξιολόγηση των μαθητών. Η αξιολόγηση αφορά τον προσδιορισμό του επιπέδου γνώσης ενός μαθητή. Αυτό συνήθως γίνεται με την μέτρηση της απόδοσης του μαθητή σ’ ένα ή περισσότερα τεστ που περιέχουν ερωτήσεις-ασκήσεις που αναφέρονται σε ένα σύνολο εννοιών και είναι διαφόρων επιπέδων δυσκολίας. Ένα σημαντικό στοιχείο στην υπόθεση αυτή είναι ο σωστός προσδιορισμός του επιπέδου δυσκολίας των ερωτήσεων-ασκήσεων. Ένα δεύτερο στοιχείο είναι ο σωστός σχεδιασμός των τεστ ώστε να ανταποκρίνεται στις ανάγκες του κάθε μαθητή, ανάλογα με την μελέτη που έχει κάνει. Ένα τρίτο στοιχείο αφορά τις ευφυείς μεθόδους που θα χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη των παραπάνω δύο στοιχείων. Συνήθως χρησιμοποιούνται απλές μέθοδοι, όπως π.χ. κανόνες παραγωγής ή σημαντικά δίκτυα. Μια ενδιαφέρουσα ερευνητική κατεύθυνση είναι η χρήση υβριδικών ευφυών τεχνικών, δηλαδή τεχνικών που συνδυάζουν δύο τουλάχιστον γνωστές ευφυείς τεχνικές, όπως είναι π.χ. ο συνδυασμός κανόνων παραγωγής και γενετικών αλγορίθμων. Το αντικείμενο αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι: (α) η εύρεση μιας μεθόδου για ρεαλιστικότερο προσδιορισμό του επιπέδου δυσκολίας των ερωτήσεων-ασκήσεων, (β) η εύρεση μιας μεθόδου για προσαρμοστικό σχεδιασμό των τεστ αξιολόγησης των μαθητών, ώστε να ανταποκρίνονται στις ανάγκες και δυνατότητες του καθενός χωριστά, (γ) η χρήση υβριδικών ευφυών τεχνικών και (δ) η εφαρμογή των παραπάνω σ’ ένα υπάρχον ευφυές σύστημα διδασκαλίας θεμάτων τεχνητής νοημοσύνης. / Intelligent Tutoring Systems (ITSs) are systems that use AI techniques in order to provide adaptive assessment. ITSs adapt the course material to the student's needs, based on his/her profile and knowledge level. An important function of such systems is student evaluation. Student evaluation refers to the evaluation of the knowledge level of a student after having dealt with a learning page. This is achieved by processing the results of the exercises offered at the end of a learning page. Estimation of the knowledge level of a concept is based, among others, on the difficulty level of the correctly answered exercises included in the test. So, the right determination of the difficulty level of an exercise is very important. Another important issue is the design of the tests in order to correspond student's needs based on their study. Feedback from the students saved in the student model should be taken into account for determination of the difficulty levels of the questions/exercises that will be chosen from each concept. A third important issue is the use of Hybrid Intelligent Methods to achieve the two mentioned issues. Most ITSs use simple methods like semantic networks or production rules. An interesting research direction is the useof hybrid AI methods which combine at least two well known AI techniques like production rules and genetic algorithms. The scope of this paper is (a) the determination of a realistic method for exercise difficulty level adaptation (b) the determination of a method for the personalized assessment of the learner according to a student model (c) the use of Hybrid Intelligent Methods and (d) the implementation of all the above in an Artificial Intelligence Teaching System of the course of "Artificial Intelligence".

Αυτή η Διδακτορική Διατριβή πραγματεύεται το θέμα της ομαδοποίησης δεδομένων (clustering), καθώς και εφαρμογές των τεχνικών αυτών σε πραγματικά προβλήματα. Η παρουσίαση των επιμέρους θεμάτων και αποτελεσμάτων της διατριβής αυτής οργανώνεται ως εξής: Στο Κεφάλαιο 1 παρέχουμε τον ορισμό της Υπολογιστικής Νοημοσύνης σαν τομέας ερευνάς, και αναλύουμε τα ξεχωριστά τμήματα που τον αποτελούν. Για κάθε ένα από αυτά παρουσιάζεται μια σύντομη περιγραφή. Το Κεφάλαιο 2, ασχολείται με την ανάλυση του ερευνητικού πεδίου της ομαδοποίησης. Κάθε ένα από τα χαρακτηριστικά της αναλύεται ξεχωριστά και γίνεται μια επισκόπηση των σημαντικότερων αλγόριθμων ομαδοποίησης. Το Κεφάλαιο 3, αφιερώνεται στη παρουσίαση του αλγορίθμου UKW, που κατά την εκτέλεση του έχει την ικανότητα να προσεγγίζει το πλήθος των ομάδων σε ένα σύνολο δεδομένων. Επίσης παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα με σκοπό τη μελέτη της απόδοσης του αλγορίθμου. Στο Κεφάλαιο 4, προτείνεται μια επέκταση του αλγορίθμου UKW, σε μετρικούς χώρους. Η προτεινόμενη επέκταση διατηρεί όλα τα πλεονεκτήματα του αλγορίθμου UKW. Τα πειραματικά αποτελέσματα που παρουσιάζονται επίσης σε αυτό το κεφάλαιο, συγκρίνουν την προτεινόμενη επέκταση με άλλους αλγορίθμους. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τροποποιήσεις του αλγορίθμου με στόχο την βελτίωση των αποτελεσμάτων του. Οι προτεινόμενες τροποποιήσεις αξιοποιούν πληροφορία από τα τοπικά χαρακτηριστικά των δεδομένων, ώστε να κατευθύνουν όσο το δυνατόν καλύτερα την αλγοριθμική διαδικασία. Το Κεφάλαιο 6, πραγματεύεται επεκτάσεις του αλγορίθμου σε κατανεμημένες Βάσεις δεδομένων. Για τις διάφορες υποθέσεις που μπορούν να γίνουν όσον αφορά τη φύση του περιβάλλοντος επικοινωνίας, παρουσιάζονται κατάλληλοι αλγόριθμοι. Στο Κεφάλαιο 7, εξετάζουμε την περίπτωση δυναμικών βάσεων δεδομένων. Σε ένα τέτοιο μη στατικό περιβάλλον αναπτύσσεται μια επέκταση του αλγορίθμου UKW, που ενσωματώνει τη δυναμική δομή δεικτοδότησης Bkd-tree. Επιπλέον παρουσιάζονται θεωρητικά αποτελέσματα για την πολυπλοκότητα χειρότερης περίπτωσης του αλγορίθμου. Το Κεφάλαιο 8, μελετά την εφαρμογή αλγορίθμων ομαδοποίησης σε δεδομένα γονιδιακών εκφράσεων. Επίσης προτείνεται και αξιολογείται ένα υβριδικό σχήμα που καταφέρνει να αυτοματοποιήσει την όλη διαδικασία επιλογής γονιδίων και ομαδοποίησης. Τέλος, η παρουσίαση του ερευνητικού έργου αυτής της διατριβής ολοκληρώνεται στο Κεφάλαιο 9 που ασχολείται με την ανάπτυξη υβριδικών τεχνικών που συνδυάζουν την ομαδοποίηση και τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα, και αναδεικνύει τις δυνατότητες τους σε δύο πραγματικά προβλήματα. / This Doctoral Dissertation appoints the issue of data Clustering, as well as the applications of these kind of methods in real world problems. The presentation of the individual results of this dissertation is organised as follows: In Chapter 1, the definition of Computational Intelligence is provided as a research area. For each distinct part of this area a short description is supplied. Chapter 2, deals with the analysis of the research area of Clustering per se, and its characteristics are analysed separably. Moreover, we provide a review of the most representative clustering algorithms. Chapter 3, is devoted to the presentation of the UKW algorithm, that is able to endogenously provide approximations for the number of clusters in a dataset, during its execution. Furthermore, the included experimental results demonstrate the algorithm's efficiency. In Chapter 4, an extension of the UKW algorithm to metric spaces is proposed. This extension preserves all the advantages of the original algorithm. The included experimental results compare the proposed extension to other approaches. In the next chapter we present modifications of the UKW algorithm that scope to improve its efficiency. This is performed through the utilisation of information from the local characteristics of the data, so as to direct more efficiently the whole clustering procedure. Chapter 6, deals with extensions of the algorithm in distributed data bases. For the various assumptions that can be postulated for the nature of the communication environment different algorithms are proposed. In Chapter 7, we consider the case of dynamic databases. In such a non-static environment, an algorithm is developed that draws form the principles of the UKW algorithm, and embodies the dynamic indexing Bkd-tree data structure. Moreover, theoretical results are presented regarding the worst case complexity of the algorithm. Chapter 8, studies the application of clustering algorithms in gene expression data. Besides, it is proposed and evaluated, a hybrid algorithmic scheme that manages to automate the whole procedure of gene selection and clustering. Finally, the presentation of the research work of this dissertation is fulfilled in Chapter 9. This Chapter is devoted to the development of hybrid techniques that combine clustering methods and Artificial Neural Networks, and demonstrate their abilities in two real world problems.

Στην εργασία που ακολουθεί, ασχολούμαστε με την εφαρμογή μεθόδων Τεχνητής Νοημοσύνης σε ένα πραγματικό πρόβλημα, που αναφέρεται στην διάγνωση του βαθμού ασφαλισιμότητας ενός πελάτη μιας ασφαλιστικής εταιρείας. Η ανάγκη για την εφαρμογή αυτή προέκυψε από το γεγονός ότι πολλές φορές ο εμπειρογνώμονας της εταιρείας δεν είναι διαθέσιμος, αλλά και όταν είναι, χρειάζεται ένα συμβουλευτικό πρόγραμμα. Πιο συγκεκριμένα, για τη λύση του προβλήματος χρησιμοποιούνται: α) ένα ασαφές έμπειρο σύστημα υλοποιημένο με τη βοήθεια του εργαλείου FuzzyCLIPS, β) ένα έμπειρο σύστημα που χρησιμοποιεί κανόνες με συντελεστές βεβαιότητας τύπου MYCIN, γ) ένα έμπειρο σύστημα που χρησιμοποιεί κανόνες με συντελεστές βεβαιότητας τύπου weighted, υλοποιημένα και τα δύο με βάση το εργαλείο CLIPS και δ) ένα νευρωνικό δίκτυο υλοποιημένο με βάση το εργαλείο WEKA. Στο τέλος συγκρίνουμε τα παραπάνω συστήματα με βάση κάποιες μετρικές. Πριν να ξεκινήσουμε την ανάλυση του προβλήματός μας και των υλοποιήσεων των παραπάνω συστημάτων, αναλύουμε λίγο παραπάνω τους όρους και τα εργαλεία που ήδη αναφέραμε, δίνοντας περισσότερες πληροφορίες για την προέλευση τους, τα χαρακτηριστικά τους, τη χρησιμότητά τους, κτλ. Έτσι, αρχικά δίνουμε περισσότερα στοιχεία για τον τομέα της Τεχνητής Νοημοσύνης και πώς αυτός έχει εξελιχτεί στις τελευταίες δεκαετίες, και αναλύουμε τη συσχέτιση των Έμπειρων Συστημάτων με την Τεχνητή Νοημοσύνη, τα χαρακτηριστικά τους, τη δομή τους, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους. Στη συνέχεια, αναλύουμε τα τρία εργαλεία που θα χρησιμοποιήσουμε και τις δυνατότητες αυτών. Κι αφού δώσουμε περισσότερες πληροφορίες για το πρόβλημα της ‘Ασφαλισιμότητας’ και τον τρόπο που το αντιμετωπίζουμε, γίνεται παρουσίαση των παραπάνω ευφυών συστημάτων και των αποτελεσμάτων τους σε συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων. Τέλος, προχωράμε σε σύγκριση και σχολιασμό των τιμών των μετρικών που προέκυψαν από τις προηγούμενες εφαρμογές, και εξαγωγή των συμπερασμάτων της σύγκρισης. / In the work that follows, we deal with the application of methods of Artificial Intelligence in a real problem, that is concerned with the diagnosis of degree of ‘how safe is to insure a customer’ in an insurance company. The need for this application resulted from the fact that many times over, the expert of the insurance company may not be available, but also when he is, he could use an advisory program. To be more exact, for the solution of the problem described above we use: a) a fuzzy expert system (in our case we use FuzzyCLIPS), b) an expert system that use rules with certainty factors as in the MYCIN tool, c) an expert system that uses rules with certainty factors as in the Weighted tool, both programmed using the CLIPS expert systems tool d) a neural network through WEKA neural network producer tool. Finally, we compare the above mentioned systems by calculating a set of metrics to conclude which method produces the most accurate results. Before analysing our problem and running the systems mentioned above, we analyze fatherly the terms and the tools that we use, providing more information on their characteristics, usefulness, etc. Thus, initially we give more information about Artificial Intelligence and how it has developed in the last decades, and we analyze the cross-correlation of Expert Systems with Artificial Intelligence, their characteristics, their structure, their advantages and disadvantages. After that, we analyze the three tools that we will use, and their possibilities, advantages and disadvantages. After giving more information on the problem of ‘how safe is to insure a customer’ and the way we deal with it, we present the above expert systems and their results in a specific dataset. Finally, we compare the metrics that were calculated from the previous applications, and comment on the conclusions of this comparison.

Η Αλλαγή Πεποιθήσεων είναι το πεδίο που ασχολείται, μελετά και τυποποιεί ένα πλήθος διαδικασιών της συλλογιστικής σκέψης. Οι θεμελιώδεις αρχές της βρίσκονται σε διάφορα φιλοσοφικά συστήματα της περιόδου της αρχαιότητας. Ωστόσο, η σύγχρονη προβληματική που αναπτύσσεται γύρω από το πεδίο αυτό και που καλείται να αντιμετωπίσει εντάσσεται στην ευρύτερη περιοχή της Αναπαράστασης της Γνώσης. Στα μέσα της δεκαετίας του 80 και ύστερα από την προσπάθεια μετάβασης σε πιο συστηματικές και μαθηματικές προσεγγίσεις, η Αλλαγή Πεποιθήσεων αποκτά την τελική της μορφή. Ο όρος Αλλαγή διαιρείται σε τρεις ευρείες υπό-ενότητες: την πρόσθεση, την αφαίρεση και την αναθεώρηση. Η πρόσθεση αναφέρεται στη συλλογή νέων πληροφοριών (επέκταση πεποιθήσεων), η αφαίρεση την απώλεια πληροφορίας, ενώ η αναθεώρηση ερμηνεύει τη μερική ή ολική αλλαγή στο σύνολο των πεποιθήσεών μας, εξαιτίας της εμφάνισης μίας νέας πεποίθησης. Κάθε διαδικασία Αλλαγής συνοδεύεται από ένα σύνολο ορθολογικών αξιωμάτων. Τα αξιώματα διατυπώθηκαν με κύριο σκοπό την ομαδοποίηση, ταξινόμηση και περιορισμό των συλλογιστικών μας ενεργειών. Εκτός από τους τύπους αλλαγών και τα σύνολα των αξιωμάτων που αναφέρθηκαν στο χώρο της Αλλαγής Πεποιθήσεων υπάρχουν και άλλες σημαντικές - συμπληρωματικές διαδικασίες. Μία από τις πιο γνωστές και επωφελείς είναι αυτή της Επαναλαμβανόμενης Αναθεώρησης. Ενώ η απλή αναθεώρηση ερμηνεύει καταστάσεις που προξενούνται από την εμφάνιση μίας και μόνο πληροφορίας, η επαναλαμβανόμενη αναθεώρηση διασαφηνίζει περιπτώσεις μάθησης μέσα από το φάσμα των διαδοχικών πεποιθήσεων. Η παρούσα διατριβή θα μπορούσε να διαιρεθεί σε τρεις μεγάλες κατηγορίες. Η πρώτη εξετάζει συστηματικά τις διάφορες μεθόδους και τεχνικές που αναφέρονται στη διεθνή βιβλιογραφία. Η δεύτερη περιλαμβάνει την κυριότερη ερευνητική μας συνεισφορά καθώς και οι προτάσεις μας πάνω σε ανοικτά προβλήματα της Αλλαγής των Πεποιθήσεων. Πιο συγκεκριμένα, στο αρχικό στάδιο της έρευνάς μας αποτυπώνεται η προσπάθεια σύνδεσης της αναθεώρησης με την επαναλαμβανόμενη αναθεώρηση πεποιθήσεων. Η σύνδεση αυτή επιτυγχάνεται με την εισαγωγή ενός νέου αξιώματος που ονομάζουμε αξίωμα επαναλαμβανόμενης ανάκτησης. Αποδεικνύεται ότι το αξίωμα της επαναλαμβανόμενης ανάκτησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές περιπτώσεις κατά τις οποίες το δεύτερο αξίωμα (DP2) των Darwiche και Pearl χαρακτηρίζεται αρκετά ισχυρό. Αποδεικνύουμε επίσης την ορθότητα και πληρότητα του παραπάνω αξιώματος μέσα από το σύστημα σφαιρών του Adam Grove. Στη συνέχεια η έρευνά μας στρέφεται στην προσπάθεια σύνδεσης δύο πολύ σημαντικών περιοχών στην αλλαγή πεποιθήσεων: την Επαναλαμβανόμενη και τη Relevance-Sensitive αναθεώρηση πεποιθήσεων. Τα αποτελέσματα της απόδειξης αφενός αποκαλύπτουν την ύπαρξη μη-συνέπειας μεταξύ τους αξιώματος (P) για τη Relevanse-Sensitive αναθεώρηση πεποιθήσεων με κάθε ένα από τα (DP) αξιώματα της επαναλαμβανόμενης αναθεώρησης πεποιθήσεων, αφετέρου αξιώνουν μία αναγκαία και γενικότερη αποκατάσταση στα τυπικά μοντέλα της αλλαγής πεποιθήσεων. Ακόμη μπορεί να αποδοθεί στη δική μας έρευνα και κάτι διαφορετικό, σε σχέση με τις άλλες: ότι η διαδικασία της αφαίρεσης πεποιθήσεων βασίζεται σε Horn Clauses. Ωστόσο, η αμιγής ερευνητική μας προσπάθεια αναφέρεται την παροχή σημασιολογίας βασιζόμενη σε διατάξεις πιθανών κόσμων για τη διαδικασία του e-contraction που εισήγαγε ο James Delgrande. Η Τρίτη κατηγορία, τέλος, αποβλέπει στην παρουσίαση της κλασσικής θεωρίας της Αναθεώρησης Πεποιθήσεων μέσα από την εφαρμογή της στην επιστήμη των υπολογιστών και πιο συγκεκριμένα, μέσω του Σημασιολογικού Ιστού. / Belief Change is an area that studies and standardizes several reasoning processes. However, the problems it has to confront rest in the wider area of Knowledge Representation. In the mid-1980s and after a transition effort to more systematic and mathematical Approaches, the Belief Change gets into its final form. The term “change” splits in three wide subgroups: expansion, contraction and revision. The expansion regards the collection of new information (belief expansion), while contraction concerns the loss of information. Finally, the revision explains the partial or total change in our beliefs, deriving from the appearance of new information. Every Change process is coupled with several rational postulates. Those were mainly formulated to group, classify and constrain our reasoning. Apart from the change formulas and the postulates mentioned above, in the field of Belief Change there are other important – additional processes. One of the most known and useful is the Iterated Revision. While the simple Revision explains conditions that are induced from the emergence of one and only information, the Iterated Revision clarifies cases of learning through the spectrum of successive beliefs. The present dissertation is classified in three major categories. The first one concerns the systematic study of several methods and techniques found in the international bibliography. The second incorporates our main contribution in research and our propositions with regard in open problems of the Belief Change. More specifically, the initial stage of our research is an effort to connect the revision with the iterated belief revision. This connection is achieved with the introduction of a new postulate called “iterated recovery postulate”. It is also established that the iterated recovery postulate (IR) can be used in many cases where the second postulate DP2, by Darwiche and Pearl, is qualified as rather strong. Moreover, we prove hereby that the postulate is sound and complete through the Adam Grove’s System of Spheres. Our research continues to connect two very important areas in the Belief Change: the Iterated and the Relevance-Sensitive belief revision. The conclusions of this proof reveal the inconsistency between the (P) postulate, regarding the Relevance-Sensitive belief revision, with “each and every one” of the DP postulates of the iterated belief revision. Likewise, they urge for a broad and imperative recovery of the “belief change” typical models. Unlike others, our contribution in research has to do with the belief contraction process, based on Horn Clauses. Our pure research regards the provision of semantics based on possible worlds orderings for the process of e-contraction, introduced by James Delgrande. Finally, the third category tries to present the classical theory of Belief Revision through its application in the computer science and specifically through the Semantic Web.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να ερευνήσει και να αποδείξει τη σχέση ανάμεσα στις προσωπικές ικανότητες (αυτοέλεγχο και αυτορρύθμιση συναισθημάτων) και τις συνιστώσες της συναισθηματικής νοημοσύνης (κοινωνικές δεξιότητες, κίνητρο και ενσυναίσθηση) και της μετασχηματιστικής ηγεσίας, όταν και όπως εκφράζονται από τους καθηγητές/τριες στα Ελληνικά σχολεία - οργανώσεις της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στην περιοχή της Δυτικής Ελλάδας. Μετά από την θεωρητική θεμελίωση αποδεικνύεται μέσα από την εμπειρική έρευνα (τα αποτελέσματα πρέκυψαν από την επεξεργασία 226 ερωτηματολογίων που απαντήθηκαν από μαθητές των Λυκείων της παραπάνω περιοχής) ότι οι διαστάσεις της συναισθηματικής νοημοσύνης συνδέονται έντονα θετικά με τη μετασχηματιστική ηγεσία των καθηγητών-ηγετών στην ομάδα-τάξη που διδάσκουν-ηγούνται. / This study investigates the relationships between personal skills (self-awareness, self-regulation) and emotional intelligence components (social skills, motivation and empathy) and transformational leadership of the secondary education teachers in West Greek area. Results provided support for the model which suggests that teacher's emotional inelligence components are positively associated with transformational leadership in the classroom. Participants were 226 students. Data were collected by means of questionnaires in a series of face-to- face sructured interviews regarding their perceptions for the following: 1) Teacher's emotional intelligence and 2) teacher's transformational leadership.

Η ανα χείρας διατριβή σκοπό είχε να θέσει προβληματισμούς για τον επαναπροσδιορισμό του νοήματος της παιδαγωγικής σχέσης των εκπαιδευτικών με τους μαθητές τους, σε συνάρτηση με το συμβουλευτικό ρόλο των εκπαιδευτικών. Τα ερωτήματα τα οποία κίνησαν το ερευνητικό ενδιαφέρον αφορούσαν στην ταυτότητα και στο ρόλο των εκπαιδευτικών σήμερα μέσα στη σχολική τάξη. Η έρευνα έγινε με δύο μεθοδολογικές προσεγγίσεις :ποσοτική και ποιοτική. Το δείγμα αποτελούνταν από δύο διαφορετικές ομάδες: (α) μία ομάδα Σχολικού Επαγγελματικού Προσανατολισμού (εκπαιδευτικοί οι οποίες ασχολούντο με το θεσμό του ΣΕΠ) και (β) μία ομάδα Γενικής Παιδείας (ΓΠ) (εκπαιδευτικοί οι οποίες δεν ασχολούντο με το ΣΕΠ). Συγκεκριμένα, διερευνήθηκαν τα ερωτήματα:  Πως επηρεάζεται η παιδαγωγική σχέση όταν οι εκπαιδευτικοί έχουν επίγνωση της πνευματικότητάς τους και του συναισθήματός τους;  Πως επηρεάζεται ο συμβουλευτικός ρόλος όταν οι εκπαιδευτικοί έχουν επίγνωση της πνευματικότητάς τους και του συναισθήματός τους; Τα ανωτέρω ερευνητικά ερωτήματα επιχειρήσαμε να τα απαντήσουμε μέσα από τη διερεύνηση: 1) των αντιλήψεων των γυναικών εκπαιδευτικών αναφορικά με τη συναισθηματική επίγνωση και την πνευματικότητά τους ως χαρακτηριστικά της ταυτότητάς τους, 2) των αντιλήψεων των γυναικών εκπαιδευτικών αναφορικά με την παιδαγωγική σχέση τους, 3) της επίδρασης του συναισθήματος και της πνευματικότητας των γυναικών εκπαιδευτικών (όπως οι ίδιες την αντιλαμβάνονται) κατά την πιθανή συμβουλευτική παρέμβαση τους σε διαχείριση κρίσιμων καταστάσεων μέσα στην τάξη (όπως τις αναγνωρίζουν οι ίδιες). Η έρευνα έγινε πρώτον μέσα από ποσοτική προσέγγιση και δεύτερον μέσα από ποιοτική προσέγγιση. Κατά την ποσοτική προσέγγιση ερευνώνται με ποσοτικά εργαλεία (κλίμακες Liekert) οι αντιλήψεις/εκτιμήσεις των γυναικών εκπαιδευτικών αναφορικά με  τον ρόλο της πνευματικής υπέρβασης στη ζωή τους , όπως εκφράζεται μέσα από τις διαστάσεις Πνευματικότητα/προσωπική σχέση με τον Θεό, της κλίμακας Δείκτης Πνευματικής Υπέρβασης (STrI Seidlitz et al. 2002)  τον ρόλο της Συναισθηματικής Νοημοσύνης στη ζωή τους, όπως εκφράζεται μέσα από τις διαστάσεις της κλίμακας συναισθηματικότητα (emotionality), ευζωίας (well-being),του αυτοελέγχου καθώς (self-control), και κοινωνικότητα/αντίληψη των συναισθημάτων των άλλων (sociability) (TEIQue-SF Petrides & Furnham,2001).  τη σχέση των διαστάσεων της κλίμακας Δείκτης Πνευματικής Υπέρβασης και των διαστάσεων της κλίμακας Συναισθηματικής Νοημοσύνης. Αναλυτικότερα :  Πως εκτιμούν οι γυναίκες εκπαιδευτικοί του δείγματός μας την Πνευματική Υπέρβαση και τις διαστάσεις της (παρουσία πνευματικότητας /προσωπική σχέση τους με τον Θεό);  Πως εκτιμούν οι γυναίκες εκπαιδευτικοί του δείγματός μας τη Συναισθηματική Νοημοσύνη σύμφωνα με τις διαστάσεις της;  Πως και αν σχετίζονται α) η Πνευματική Υπέρβαση και οι διαστάσεις της, β) η Συναισθηματική Νοημοσύνη και οι διαστάσεις της: με την ηλικία, τα έτη υπηρεσίας, την επιμόρφωση, την ενασχόληση με τον Σχολικό Επαγγελματικό προσανατολισμό  Οι δύο ομάδες ΓΠ και ΣΕΠ, διαφέρουν στις εκτιμήσεις τους ως προς τις δύο κλίμακες; Κατά την ποιοτική προσέγγιση ερευνώνται με ποιοτικά εργαλεία (συνέντευξη και αφηγηματικό ημερολόγιο) οι αντιλήψεις γυναικών εκπαιδευτικών αναφορικά με:  την επίγνωση της πνευματικότητάς τους-τα κριτήρια της πνευματικής Νοημοσύνης  την παιδαγωγική σχέση τους  την αφοσίωση και την κινητοποίηση στην εργασία τους  το συναίσθημα στην εργασία τους  τις υπαρξιακές ανησυχίες των μαθητών τους  τις αντιδράσεις τους στη διαχείριση αναγνωρισμένων κρίσιμων καταστάσεων μέσα στην τάξη  την επίγνωση και εμπλοκή ή μη εμπλοκή του συναισθήματος και των προσωπικών πιστεύω τους κατά τη συμβουλευτική ή μη παρέμβασή τους σε αναγνωρισμένες κρίσιμες καταστάσεις μέσα στην τάξη. Αναλυτικότερα:  Πώς επηρεάζει η επίγνωση της πνευματικότητας την παιδαγωγική σχέση των γυναικών εκπαιδευτικών;  Πώς επηρεάζει η επίγνωση της πνευματικότητας τον συμβουλευτικό ρόλο των γυναικών εκπαιδευτικών;  Πώς επηρεάζει η επίγνωση του συναισθήματος την παιδαγωγική σχέση των γυναικών εκπαιδευτικών;  Πώς επηρεάζει η επίγνωση του συναισθήματος το συμβουλευτικό ρόλο των γυναικών εκπαιδευτικών; Ο όρος «Πνευματικότητα» νοείται, στην παρούσα έρευνα, ως το στοιχείο της προσωπικότητας του ατόμου, το οποίο το ωθεί στην εκζήτηση/αναζήτηση του νοήματος, υπερβαίνοντας τον εαυτό του, τόσο στην προσωπική ζωή του, όσο και στις σχέσεις του με τους άλλους. Το «Συναίσθημα» ερευνάται μέσα από τη θεωρία της Συναισθηματικής Νοημοσύνης. Με άλλα λόγια, αξιολογείται ως ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της προσωπικότητας. Μελετάται, πιο αναλυτικά, εξάλλου και μέσα από τη Συναισθηματική Επίγνωση. Η Συναισθηματική Νοημοσύνη περικλείει ένα σύνολο ικανοτήτων και δεξιοτήτων μέσα από τις οποίες το άτομο είναι σε θέση να κατανοήσει δικές του συναισθηματικές καταστάσεις αλλά και να ερμηνεύσει συναισθηματικές καταστάσεις των άλλων. Ειδικότερα, η Συναισθηματική Επίγνωση αφορά στην πλευρά εκείνη της συναισθηματικής νοημοσύνης, η οποία ενέχει την αυτοαντίληψη και την αυτοαξιολόγηση των συναισθημάτων. Η πνευματικότητα και το συναίσθημα στην παιδαγωγική σχέση, σε συνάρτηση με το συμβουλευτικό ρόλο των εκπαιδευτικών, σύμφωνα με την υπάρχουσα αρθρογραφία δε διαφαίνεται να έχει αρκούντως διερευνηθεί σε ποσοτικό αλλά και ποιοτικό επίπεδο. Τα κυριότερα ευρήματα της ποσοτικής έρευνας δείχνουν, αφενός την αξιοπιστία των εργαλείων (STrI Δείκτης Πνευματικής Υπέρβασης, και TEI-Que SF)και την καλή προσαρμογή τους στο εν λόγω δείγμα, αφετέρου ότι δε σημειώνονται σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις δύο ομάδες ΣΕΠ και ΓΠ με κριτήριο το συμβουλευτικό ρόλο. Το γεγονός της ενασχόλησης με το θεσμό του ΣΕΠ φάνηκε ότι δεν ήταν ισχυρό διαφοροποιητικό στοιχείο. Οι δύο ομάδες σημείωσαν σχεδόν ίδιες τιμές και στις δύο κλίμακες. Χαμηλή εν τούτοις συσχέτιση παρατηρήθηκε ανάμεσα στον παράγοντα Πνευματικότητα και τις συναισθηματικές διαστάσεις της κλίμακας συναισθηματικής νοημοσύνης. Τα ευρήματα της ποιοτικής έρευνας, αναφορικά με το νόημα της παιδαγωγικής σχέσης, έδειξαν ότι οι συμμετέχουσες στην έρευνα έχουν επίγνωση της αναγκαιότητας για επαναπροσδιορισμό του νοήματος της παιδαγωγικής σχέσης, το οποίο, σύμφωνα με τις αντιλήψεις τους, είναι συνάρτηση της επιμόρφωσης των εκπαιδευτικών στο γνωστικό τους αντικείμενο, αλλά και στις εκάστοτε ψυχολογικές ανάγκες της μαθητικής κοινότητας. Όσον αφορά στις αντιλήψεις των συμμετεχουσών για τη σημασία της παιδαγωγικής σχέσης, διαφορές σημειώνονται ανάμεσα σε άτομα τα οποία έχουν επίγνωση της πνευματικότητάς τους και σε άτομα τα οποία δεν έχουν. Οι περισσότερες συμμετέχουσες κατά την ποιοτική έρευνα ανέφεραν ως δυνατό τους σημείο του χαρακτήρα τους την ενσυναίσθηση. Τα κυριότερα ευρήματα της ποιοτικής έρευνας, αναφορικά με τη συναισθηματική επίγνωση για εμπλοκή ή συμμετοχή των συμμετεχουσών στην παιδαγωγική σχέση, αλλά και κατά τη διαχείριση κρίσιμων καταστάσεων μέσα στην τάξη, ήταν: α) η αγαπητική θέση και διάθεση προς τους μαθητές και β) η αναγνώριση, η επίγνωση αλλά και εκδήλωση των συναισθημάτων των συμμετεχουσών ως προϋποθέσεις για την παιδαγωγική σχέση. Αξίζει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι οι συμμετέχουσες οι οποίες δήλωσαν θρησκευτική πνευματικότητα ανέφεραν τη συναισθηματική τους εμπλοκή/συμμετοχή πλέον εντόνως από τις υπόλοιπες συμμετέχουσες, εμβαθύνοντας και εκθέτοντας διεξοδικά το συναίσθημά τους. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ποιοτικής έρευνας, η πνευματικότητα και η συναισθηματική επίγνωση επηρεάζουν θετικά την παιδαγωγική σχέση και το συμβουλευτικό ρόλο των εκπαιδευτικών. Δημιουργούνται δηλαδή από τις εκπαιδευτικούς οι προϋποθέσεις εκείνες ώστε η παιδαγωγική σχέση και ο συμβουλευτικός ρόλος να οδηγούν σε καρποφόρα αποτελέσματα για τους μαθητές, όχι μόνο σε επίπεδο γνώσεων αλλά και σε κατάκτηση ανθρωπιστικών αξιών. Επιπρόσθετα, οι εκπαιδευτικοί της ομάδας ΣΕΠ, σύμφωνα με τις αφηγήσεις τους πλησίαζαν τους μαθητές τους και σε ώρα διαλείμματος για να συζητήσουν μαζί τους προβλήματα τα οποία ενέκυπταν κατά την ώρα του ΣΕΠ. Η πνευματικότητα ωστόσο, εκδηλώνεται και επηρεάζει τη παιδαγωγική σχέση στο βαθμό που επιτρέπει την εκδήλωση και εμπλοκή της στην παιδαγωγική σχέση το ίδιο το άτομο. Λέξεις κλειδιά: Πνευματικότητα, Πνευματική Νοημοσύνη, Πνευματική Υπέρβαση, Συναισθηματική Νοημοσύνη, Συναισθηματική Επίγνωση, Συμβουλευτικός, Ρόλος, Παιδαγωγική Σχέση, Γυναίκες Εκπαιδευτικοί. / This dissertation aims at raising questions about the redefinition of the notion of the pedagogical relationship with students, as well as about the counselling role of educators. The questions that triggered the investigative interest in the present dissertation concern the identity and role of educators in the modern school classroom. Two methodological approaches were used for the research: quantitative and qualitative. The sample tested consists of two distinct groups: a) a Career Counselling/Vocational Education group (C.C. /V.E.) (female educators involved in the School Career Counselling/Vocational Education institution) and b) a General Education group (G.E.) (female educators not involved in the School Career Counselling/Vocational Education institution). Specifically, the questions examined are the following: • If educators are aware of their own spirituality and emotion o How does this affect their pedagogical relationship? o How does this affect their counselling role? We attempted to answer these questions through the exploration of the following: 1) How female educators understand emotional awareness and their spirituality as characteristics of their identity 2) The conceptions of female educators concerning their pedagogical relationship 3) The impact of both emotion and spirituality of female educators (according to their own conceptions) on their role as counsellors in the event of a critical situation in the classroom (as this is identified by the educators). The research was carried firstly through a quantitative and secondly through a qualitative approach. On the quantitative research, we used the Spiritual Transcendence scale (Seidlitz et al., 2002) and the Petrides & Furnham scale (translation by Petrides, Pita & Kokkinaki, 2007) in order to explore female educators’ conceptions and evaluations concerning: • The role of spiritual transcendence in their lives, as this is expressed through the dimensions Spirituality/personal relationship with God, of the scale STrI (Seidlitz et al. 2002) • The role of Emotional Intelligence in their lives, as this is expressed through the dimensions of the chart emotionality, well-being, self-control, and sociability (TEIQue-SF Petrides & Furnham, 2001). • The relationship between the dimensions of the two scales. On the qualitative research, we carried out interviews and used narrative diaries as tools to explore the female educators’ perceptions concerning: • Their awareness of their own spirituality – the criteria for Spiritual Intelligence • Their pedagogic relationship • Their devotion and motivation in their work • The ontological concerns of their students • Their responses to recognisably critical situations in the classroom • Their awareness of their emotions, and the possible involvement of their emotions and personal beliefs when they give counsel, or their detachment in recognisably critical situations in the classroom In this study, “Spirituality” is understood as a quality each individual possesses as part of their personality, which urges them to seek meaning by transcending themselves both in their private lives and in their relationships with others. Emotion is explored through the theory of Emotional Intelligence. In other words, it is being assessed as a personality trait, which is also examined more thoroughly through the concept of Emotional Awareness. Emotional Intelligence encompasses a set of competences and skills, which enable individuals to comprehend their own emotional states as well as interpret those of other people. More specifically, the aspects of Emotional Intelligence involving notions of self-conception and self-evaluation of emotions constitute Emotional Awareness. According to the existing literature in the field, Spirituality and Emotion in the pedagogical relationship, in conjunction with the counselling role of educators, do not seem to have been sufficiently investigated on the quantitative and qualitative levels. The principal findings of the quantitative research indicate the reliability of the tools employed (STrI - Spiritual Transcendence Index – and TEI-Que SF) as well as their adaptability to the tested sample, whilst showing that there are no significant differences between the aforementioned C.C./V.E. and G.E. groups, as far as the educator’s counselling role is concerned. Involvement in the School Career Counselling/Vocational Education institution did not appear to be a strong differentiating element. Both groups manifested almost the same scores on both scales employed. Nevertheless, the correlation observed between the Spirituality parameter and the Emotion aspects of the Emotional Intelligence scale was weak, which led us to the implementation of the qualitative research. The findings of the qualitative research showed that the female participants in the survey were conscious of the necessity to redefine the meaning of the pedagogic relationship, which, in their view, is the correlation between further education for teachers in their fields and further instruction for the varying psychological needs of the school community. In contrast, with respect to the meaning of the pedagogic relationship, there were differences between individuals who were conscious of their spirituality and those who were not. Moreover, during the qualitative research, most female participants mentioned empathy as an asset to their characters. The most important finding in the qualitative research - relating to Emotional Awareness, both in the female participants’ intervention or involvement in the pedagogic relationship, and during crisis management in the classroom - was the loving stance and attitude towards the students: the identification, the awareness and the expression of emotions as preconditions for the pedagogic relationship. It is worth mentioning, however, that the female participants who had declared religious spirituality for themselves reported their emotional engagement/involvement more intensely than the rest of the female participants by further elaborating and describing their emotion thoroughly. Based on the research findings, we arrive at the conclusion that the Spirituality and Emotional Awareness parameters have a positive effect on the pedagogical relationship and the educators’ counselling role. Therefore, the educators set the preconditions necessary for the pedagogical relationship and the counselling role to lead to fruitful results for the students; not merely in terms of acquiring knowledge but also obtaining humanist values. Moreover, according to their own narratives, the educators from the C.C./V.E. group would approach their students during breaks if necessary, to talk about problems that surfaced during Career Counselling. Spirituality though, manifests itself and influences the pedagogical relationship to the extent that individuals themselves allow it to emerge and be part of that relationship. Key words: Spirituality, Spiritual Intelligence, Spiritual Transcendence, Emotional Intelligence, Emotional Awareness, Counselling Role, Pedagogical Relationship, Female Educators.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως στόχο τη δημιουργία ενός αποδοτικού μοντέλου για το Λειτουργικό Συνδυασμό Βιο-Ιατρικών δεδομένων (BioMedical data integration). Ξεκινώντας από τη σχεδιαστική ανάλυση της ιατρικής γνώσης και των προβλημάτων που προκύπτουν από τον τρόπο παραγωγής των ιατρικών δεδομένων, προχωρεί στην επίλυση των επιμέρους θεμάτων Λειτουργικού Συνδυασμού εντός ενός συγκεκριμένου ιατρικού πεδίου και καταλήγει στον ολοκληρωμένο Λειτουργικό Συνδυασμό ιατρικών δεδομένων προερχόμενων από διαφορετικές πηγές και πεδία γνώσης. Συνεχίζει με τη σχεδίαση ενός μοντέλου βάσεων δεδομένων που ακολουθεί «οριζόντια» λογική και είναι αρκετά αποδοτικό ώστε να αποκρίνεται σε πολύπλοκα και ευρείας κλίμακας ερωτήματα σε πραγματικό χρόνο. Καταλήγει με την παρουσίαση μίας ολοκληρωμένης εφαρμογής η οποία εκμεταλλευόμενη τα πλεονεκτήματα του Λειτουργικού Συνδυασμού και της οριζόντιας δομής των δεδομένων είναι σε θέση να διαχειριστεί εξετάσεις προερχόμενες από κάθε κυτταρομετρητή ροής και συνδυάζοντάς αυτές με τις υπόλοιπες αιματολογικές κλινικοεργαστηριακές εξετάσεις να απαντά σε καθημερινά και σύνθετα ερευνητικά, ιατρικά ερωτήματα. Τα πρωτότυπα ερευνητικά αποτελέσματα που προέκυψαν στα πλαίσια της παρούσης εργασίας δημοσιεύτηκαν σε έγκυρα διεθνή περιοδικά και σε διεθνή και ελληνικά συνέδρια με κριτές. / Current dissertation focuses on the creation of an efficient model for Bio-medical data integration. Starting with an analytical approach of the medical knowledge and the problems that may occur cause of the way that medical data are produced, continues with the necessary solutions for single domain data integration and concludes with the proposal of a working framework for mass data integration, originating from multiple medical domains. The proposed integration model is based on the “horizontal” logic of a database design and it’s efficient enough to produce query results in real time, even for complex real-life medical questions. The proof of concept of the working framework and its goals for mass data integration is achieved through the presentation of a medical information system. The presented system, by taking advantage of the “horizontal” database design, is able to manage Flow Cytometry measurements, originating for any available hardware and by integrating the cytometric data with other types of hematological data is able to give answers to everyday and research medical questions. All original research results that produced within the scope of this dissertation were published in international research journals and medical conferences.

H παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Αναγνώρισης Προτύπων, του Τμήματος Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αποτελεί μέρος της ευρύτερης ερευνητικής δραστηριότητας του Εργαστηρίου στον τομέα του σχεδιασμού και της εφαρμογής των τεχνολογιών Υπολογιστικής Νοημοσύνης στην ανάλυση βιολογικών δεδομένων. Η διδακτορική αυτή διατριβή χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα Ηράκλειτος ΙΙ. Ο τομέας της πρωτεωμικής είναι ένα σχετικά καινούργιο και γρήγορα αναπτυσσόμενο ερευνητικό πεδίο. Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στον τομέα της πρωτεωμικής είναι η αναδόμηση του πλήρους πρωτεϊνικού αλληλεπιδραστικού δικτύου μέσα στα κύτταρα. Εξαιτίας του γεγονότος, ότι οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στις βασικές λειτουργίες ενός κυττάρου, η ανάλυση αυτών των δικτύων μπορεί να αποκαλύψει τον ρόλο αυτών των αλληλεπιδράσεων στις ασθένειες καθώς και τον τρόπο με τον οποίο οι τελευταίες αναπτύσσονται. Παρόλα αυτά, είναι αρκετά δύσκολο να καταγραφούν και να μελετηθούν οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις ενός οργανισμού, καθώς το πρωτέωμα διαφοροποιείται από κύτταρο σε κύτταρο και αλλάζει συνεχώς μέσα από τις βιοχημικές του αλληλεπιδράσεις με το γονιδίωμα και το περιβάλλον. Ένας οργανισμός έχει ριζικά διαφορετική πρωτεϊνική έκφραση στα διάφορα σημεία του σώματός του, σε διαφορετικά στάδια του κύκλου ζωής του και υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Δημιουργούνται, λοιπόν, δύο πάρα πολύ σημαντικοί τομείς έρευνας, που είναι, πρώτον, η εύρεση των πραγματικών πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων ενός οργανισμού που θα συνθέσουν το πρωτεϊνικό δίκτυο αλληλεπιδράσεων και, δεύτερον, η περαιτέρω ανάλυση του πρωτεϊνικού δικτύου για εξόρυξη πληροφορίας (εύρεση πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων, καθορισμός λειτουργίας πρωτεϊνών κτλ). Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζονται καινοτόμες αλγοριθμικές τεχνικές Υπολογιστικής Νοημοσύνης για την πρόβλεψη πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, τον υπολογισμό ενός βαθμού εμπιστοσύνης για κάθε προβλεφθείσα αλληλεπίδραση, την πρόβλεψη πρωτεϊνικών συμπλόκων από δίκτυα πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων και την πρόβλεψη της λειτουργίας πρωτεϊνών. Συγκεκριμένα, στο κομμάτι της πρόβλεψης και βαθμολόγησης πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων αναπτύχθηκε μια πληθώρα καινοτόμων τεχνικών ταξινόμησης. Αυτές κυμαίνονται από υβριδικούς συνδυασμούς μετα-ευρετικών μεθόδων και ταξινομητών μηχανικής μάθησης, μέχρι μεθόδους γενετικού προγραμματισμού και υβριδικές μεθοδολογίες ασαφών συστημάτων. Στο κομμάτι της πρόβλεψης πρωτεϊνικών συμπλόκων υλοποιήθηκαν δύο βασικές καινοτόμες μεθοδολογίες μη επιβλεπόμενης μάθησης, οι οποίες θεωρητικά και πειραματικά ξεπερνούν τα μειονεκτήματα των υπαρχόντων αλγορίθμων. Για τις περισσότερες από αυτές τις υλοποιηθείσες μεθοδολογίες υλοποιήθηκαν φιλικές προς τον χρήστη διεπαφές. Οι περισσότερες από αυτές τις μεθοδολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλους τομείς. Αυτό πραγματοποιήθηκε με μεγάλη επιτυχία σε προβλήματα βιοπληροφορικής όπως η πρόβλεψη microRNA γονιδίων και mRNA στόχων τους και η μοντελοποίηση - πρόβλεψη οικονομικών χρονοσειρών. Πειραματικά, η μελέτη αρχικά επικεντρώθηκε στον οργανισμό της ζύμης (Saccharomyces cerevisiae), έτσι ώστε να αξιολογηθούν οι αλγόριθμοι, που υλοποιήθηκαν και να συγκριθούν με τις υπάρχουσες αλγοριθμικές μεθοδολογίες. Στη συνέχεια, δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στις πρωτεΐνες του ανθρώπινου οργανισμού. Συγκεκριμένα, οι καλύτερες αλγοριθμικές τεχνικές για την ανάλυση δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων εφαρμόστηκαν σε ένα σύνολο δεδομένων που δημιουργήθηκε για τον ανθρώπινο οργανισμό. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός πλήρους, σταθμισμένου δικτύου πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων για τον άνθρωπο και την εξαγωγή των πρωτεϊνικών συμπλόκων, που υπάρχουν σε αυτό καθώς και τον λειτουργικό χαρακτηρισμό πολλών αχαρακτήριστων πρωτεϊνών. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων για τον άνθρωπο είναι διαθέσιμα μέσω μίας διαδικτυακής βάσης γνώσης HINT-KB (http://hintkb.ceid.upatras.gr), που υλοποιήθηκε στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής. Σε αυτή την βάση γνώσης ενσωματώνεται, από διάφορες πηγές, ακολουθιακή, δομική και λειτουργική πληροφορία για ένα τεράστιο πλήθος ζευγών πρωτεϊνών του ανθρώπινου οργανισμού. Επίσης, οι χρήστες μπορούν να έχουν προσβαση στις προβλεφθείσες πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις και στον βαθμό εμπιστοσύνης τους. Τέλος, παρέχονται εργαλεία οπτικοποίησης του δικτύου πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, αλλά και εργαλεία ανάκτησης των πρωτεϊνικών συμπλόκων που υπάρχουν σε αυτό και της λειτουργίας πρωτεϊνών και συμπλόκων. Το προβλήματα με τα οποία καταπιάνεται η παρούσα διδακτορική διατριβή έχουν σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον, όπως τεκμηριώνεται και από την παρατιθέμενη στη διατριβή εκτενή βιβλιογραφία. Μάλιστα, βασικός στόχος είναι οι παρεχόμενοι αλγόριθμοι και υπολογιστικά εργαλεία να αποτελέσουν ένα οπλοστάσιο στα χέρια των βιοπληροφορικάριων για την επίτευξη της κατανόησης των κυτταρικών λειτουργιών και την χρησιμοποίηση αυτής της γνώσης για γονιδιακή θεραπεία διαφόρων πολύπλοκων πολυπαραγοντικών ασθενειών όπως ο καρκίνος. Τα σημαντικόταρα επιτεύγματα της παρούσας διατριβής μπορούν να συνοψισθούν στα ακόλουθα σημεία: • Παροχή ολοκληρωμένης υπολογιστικής διαδικασίας ανάλυσης δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων • Σχεδιασμός και υλοποίηση ευφυών τεχνικών πρόβλεψης και βαθμολόγησης πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, που θα παρέχουν αποδοτικά και ερμηνεύσιμα μοντέλα πρόβλεψης. • Σχεδιασμός και υλοποίηση αποδοτικών αλγορίθμων μη επιβλεπόμενης μάθησης για την εξόρυξη πρωτεϊνικών συμπλόκων από δίκτυα πρωτεϊνικών αλληλλεπιδράσεων. • Δημιουργία μιας βάσης γνώσης που θα παρέχει στην επιστημονική κοινότητα όλα τα ευρήματα της ανάλυσης των δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων για τον ανθρώπινο οργανισμό. / The present dissertation was conducted in the Pattern Recognition Laboratory, of the Department of Computer Engineering and Informatics at the University of Patras. It is a part of the wide research activity of the Pattern Recognition Laboratory in the domain of designing, implementing and applying Computational Intelligence technologies for the analysis of biological data. The present dissertation was co-financed by the research program Hrakleitos II. The proteomics domain is a quite new and fast evolving research domain. One of the great challenges in the domain of proteomics is the reconstruction of the complete protein-protein interaction network within the cells. The analysis of these networks is able to uncover the role of protein-protein interactions in diseases as well as their developmental procedure, as protein-protein interactions play very important roles in the basic cellular functions. However, this is very hard to be accomplished as protein-protein interactions and the whole proteome is differentiated among cells and it constantly changes through the biochemical cellular and environment interactions. An organism has radically different protein expression in different tissues, in different phases of his life and under varying environmental conditions. Two very important domains of research are created. First, the identification of the real protein-protein interactions within an organism which will compose its protein interaction network. Second, the analysis of the protein interaction network to extract knowledge (search for protein complexes, uncovering of proteins functionality e.tc.) In the present dissertation novel algorithmic Computational Intelligent techniques are presented for the prediction of protein-protein interactions, the prediction of a confidence score for each predicted protein-protein interaction, the prediction of protein complexes and the prediction of proteins functionality. In particular, in the task of predicting and scoring protein-protein interactions, a wide range of novel classification techniques was designed and developed. These techniques range from hybrid combinations of meta-heuristic methods and machine learning classifiers, to genetic programming methods and fuzzy systems. For the task of predicting protein complexes, two novel unsupervised methods were designed and developed which theoretically and experimentally surpassed the limitations of existing methodologies. For most of the designed techniques user friendly interfaces were developed to allow their utilizations by other researchers. Moreover, many of the implemented techniques were successfully applied to other research domaines such as the prediction of microRNAs and their targets and the forecastment of financial time series. The experimental procedure, initially focused on the well studied organism of Yeast (Saccharomyces cerevisiae) to validate the performance of the proposed algorithms and compare them with existing computational methodologies. Then, it focuses on the analysis of protein-protein interaction data from the Human organism. In specific, the best algorithmic techniques, from the ones proposed in the present dissertation, were applied to a human protein-protein interaction dataset. This resulted to the construction of a weighted protein-protein interaction network of high coverage, to the extraction of human protein complexes and to the functional characterization of Human proteins and complexes. The results of the analysis of Human protein-protein interaction data are available in the web knowledge base HINT-KB (http://hintkb.ceid.upatras.gr) which was implemented during this dissertation. In this knowledge base, structural, functional and sequential information from various sources were incorporated for every protein pair. Moreover, HINTKB provide access to the predicted and scored protein-protein interactions and to the predicted protein complexes and their functional characterization. The problems which occupied the present dissertation have very significant research interest as it is proved by the provided wide bibliography. The basic goal is the provided algorithms and tools to contribute in the ultimate goal of systems biology to understand the cellular mechanisms and contribute in the development of genomic therapy of complex diseases such as cancer. The most important achievements of the present dissertation are summarized in the next points: • Providing an integrated computational framework for the analysis of protein-protein interaction data. • Designing and implementing intelligent techniques for predicting and scoring protein-protein interactions in an accurate and interpretable manner. • Designing and implementing effective unsupervised algorithmic techniques for extracting protein complexes and predicting their functionality. • Creating a knowledge base which will provide to the scientific community all the findings of the analysis conducted on the Human protein-protein interaction data.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή ασχολείται με την εφαρμογή της υπολογιστικής νοημοσύνης στη μουσική, επιχειρώντας ταπεινά να συνεισφέρει, έστω και κατ' ελάχιστο, στην μακραίωνη πορεία της σύζευξης των μουσικών εννοιών με τα μαθηματικά. Οι τρεις πυλώνες πάνω στους οποίους στηρίζεται αυτή η διατριβή αφορούν τη χρήση μεθόδων υπολογιστικής νοημοσύνης για α) την εξέταση των μαθηματικών μουσικών χαρακτηριστικών με στόχο την επιτυχή κατηγοριοποίηση, αναγνώριση και χαρακτηρισμό περιεχομένου σε μουσικά κομμάτια, β) την ευφυή αυτόματη σύνθεση μουσικής βάσει μαθηματικών μουσικών χαρακτηριστικών και γ) τη διαδραστική ευφυή σύνθεση μουσικής και τις επεκτάσεις της. Ενώ οι τρεις αυτοί πυλώνες φαίνονται επιφανειακά ασύνδετοι, το κοινό τους θεμέλιο είναι τα μαθηματικά μουσικά χαρακτηριστικά και ο ρόλος που αυτά διαδραματίζουν έτσι ώστε να αναπτυχθούν μοντέλα υπολογιστικής νοημοσύνης που τελικά προσομοιάζουν τον τρόπο που οι άνθρωποι ``αντιλαμβάνονται'' τη μουσική. Το γεγονός ότι όλοι οι δίαυλοι έρευνας που παρουσιάζονται σε αυτή τη διατριβή διοχετεύονται στο ίδιο κανάλι, γίνεται φανερό στο τελευταίο κεφάλαιο (Κεφάλαιο 9) όπου τα μαθηματικά μουσικά χαρακτηριστικά, η ευφυής σύνθεση μουσικής και η διαδραστική ευφυής σύνθεση μουσικής, ενσωματώνονται σε ένα καινοτόμο σύστημα που περιγράφεται λεπτομερώς στο εν λόγω κεφάλαιο. Επίσης, βασική μέριμνα των μελετών που παρουσιάζονται στης έρευνες που αποτελούν την παρούσα διατριβή ήταν η απόδοση αντικειμενικών, λεπτομερών και αμερόληπτων αποτελεσμάτων, μέσα από εξαντλητικές πειραματικές διαδικασίες, πολλές από τις οποίες περιείχαν και καθεαυτές νεοτερισμούς. Η επισήμανση της παραπάνω πρότασης θέλει να καταδείξει τη διαφοροποίηση της παρούσας διατριβής από την εν πολλοίς καθεστηκυία αντίληψη για τον τρόπο παρουσίασης των αποτελεσμάτων για τις μεθόδους αυτόματης σύνθεσης μουσικής, μέσα από την εμφάνιση τμημάτων από συνθέσεις (σε μορφή παρτιτούρας ή ήχου). Το πρώτο μέρος της διατριβής περιλαμβάνει τα Κεφάλαια 2 και 3, όπου μελετάται η κατηγοριοποίηση μουσικών κομματιών σε συμβολική μορφή, καθώς και η αναγνώριση και ο χαρακτηρισμός περιεχομένου από ηχογραφήσεις. Στόχος του μέρους αυτού είναι η παρουσίαση της καθοριστικότητας αφενός του χώρου του προφίλ τονικής τάξης για την ανάπτυξη μαθηματικών μουσικών χαρακτηριστικών που ενσωματώνουν την ανθρώπινη μουσική αντίληψη μέχρι ενός βαθμού, και αφετέρου η ανάδειξη της αποτελεσματικότητας των μεθόδων υπολογιστικής νοημοσύνης ως εργαλεία αποτελεσματικού εντοπισμού αυτής της ιδιότητας των προαναφερθέντων χαρακτηριστικών. Η συνεισφορά του πρώτου μέρους αφορά κυρίως την πρόταση νέων μεθοδολογιών που επιτελούν αποτελεσματικά προσομοιώσεις κατηγοριοποίησης κομματιών ανά συνθέτη ή είδος, αναγνώρισης περιεχομένου ηχογράφησης τυμπάνων και χαρακτηρισμού μουσικού ηχητικού υλικού με τμηματοποίηση σε περιοχές με διαφορετικό κλειδί σύνθεσης. Επίσης, στη συνεισφορά του μέρους αυτού μπορεί να ενταχθεί και η εισαγωγή και ανάλυση του πρωτεύοντος χρωματικού ιδιοχώρου. Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει τα Κεφάλαια 4, 5, 6 και 7, στα οποία αναλύεται η συνεισφορά της διατριβής στον τομέα της ευφυούς αυτόματης σύνθεσης μουσικής. Συγκεκριμένα, η συνεισφορά του Κεφαλαίου 4 είναι η πρόταση μιας κατηγοριοποίησης των ευφυών μεθόδων σύνθεσης σύμφωνα με το αποτέλεσμα που επιδιώκουν, προτείνοντας δηλαδή τις κατηγορίες των μη επιβλεπόμενων, των επιβλεπόμενων και των διαδραστικών συστημάτων ευφυούς σύνθεσης. Με αυτή την κατηγοριοποίηση ο αναγνώστης εισάγεται στα επόμενα κεφάλαια όπου περιγράφονται τα καινοτόμα συστήματα που προτάθηκαν, κυρίως για επιβλεπόμενη σύνθεση βάσει χαρακτηριστικών, για την ευφυή παραγωγή ρυθμών (Κεφάλαιο 5), τόνων (Κεφάλαιο 6), καθώς και για την ολοκλήρωση των συνθέσεων μέσω της έννοιας της οριζόντιας αντιγραφής ενορχήστρωσης και την ευφυή συνοδεία αυτοσχεδιαστή (Κεφάλαιο 7). Τα αποτελέσματα που παρέχονται για όλα τα συστήματα αυτού του μέρους εξετάζουν ενδελεχώς πολλές πτυχές των συνθετικών τους ιδιοτήτων, αποκαλύπτοντας τα σημεία υπεροχής τους αλλά και τις αδυναμίες τους. Στο τρίτο μέρος γίνεται η περιγραφή των διαδραστικών συστημάτων που μελετήθηκαν στη διατριβή, αναλύοντας όχι μόνο την ανάπτυξη των αλγόριθμων πίσω από τα συστήματα αυτά, αλλά εστιάζοντας κυρίως στα ουσιώδη ζητήματα που άπτονται της αντίληψης της ανθρώπινης μουσικής και της σύνδεσής της με την ευφυή-αυτόματη σύνθεση. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 8 γίνεται αρχικά η παρουσίαση ενός καινοτόμου υπολογιστικού συστήματος που εξελίσσει διαδραστικά (με βαθμολογίες παρεχόμενες από τον χρήστη) συναρτήσεις με τη μέθοδο του γενετικού προγραμματισμού. Σκοπός του συστήματος αυτού είναι η παραγωγή κυματομορφών που ακούγονται γενιά με τη γενιά όλο και πιο ευχάριστες για την προσωπική του αισθητική του χρήστη. Μέσω αυτού του συστήματος προτάθηκε το ενδεχόμενο της άντλησης πληροφοριών για τα ηχητικά χαρακτηριστικά των μελωδιών σε διαφορετικά εξελικτικά στάδια - από τις μη εξελιγμένες και χαμηλά βαθμολογημένες στις εξελιγμένες και υψηλά βαθμολογημένες μελωδίες - έτσι ώστε να μελετηθεί το κατά πόσο τα ηχητικά χαρακτηριστικά αυτά μπορεί να παρέχουν ενδείξεις για την αισθητική αρτιότητα μιας μελωδίας. Αυτό το σύστημα επίσης αξιοποιήθηκε για την ανάπτυξη των γενετικών τελεστών προσαρμοσμένου βάθους, οι οποίοι, συνδυαζόμενοι με την παράμετρο ``παράγοντα ρίσκου'', δίνουν στον χρήστη έναν επιπλέον έλεγχο στην εξελικτική διαδικασία, απαλλάσσοντάς τον από ένα μέρος του φαινομένου της κόπωσης του χρήστη. Το τρίτο μέρος, και η ερευνητική διαδρομή αυτής της διατριβής, κλείνει με το Κεφάλαιο 9, όπου παρουσιάζεται ένα διαδραστικό σύστημα εξελικτικής σύνθεσης μουσικής σε δύο επίπεδα, το οποίο πέρα από το ότι συνδυάζει την έρευνα που έγινε σχεδόν σε ολόκληρη τη διατριβή, περιέχει επίσης νεοτερισμούς σε πολλά επίπεδα: από την κεντρική σύλληψη, την υλοποίηση, ως και τη διαδικασία εξαγωγής αποτελεσμάτων. Η κεντρική σύλληψη αφορά την εξέλιξη των μαθηματικών μουσικών χαρακτηριστικών που περιγράφουν μια μελωδία αντί για τη μελωδία καθεαυτή (ή το μοντέλο που την παράγει). Η υλοποίηση έγινε σε δύο επίπεδα, τον πάνω επίπεδο εξέλιξης χαρακτηριστικών και το κάτω επίπεδο ευφυούς επιβλεπόμενης σύνθεσης μουσικής με καινοτόμους αλγόριθμους και στα δύο επίπεδα. Τέλος, η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε, στην οποία προτάθηκε και υλοποιήθηκε η χρήση αυτόματων βαθμολογητών που προσομοιάζουν τη βαθμολογική συμπεριφορά των ανθρώπων, επέτρεψε την πλήρως αντικειμενική εξέταση των δυνατοτήτων του συστήματος να συγκλίνει στις βέλτιστες μελωδίες του χρήστη. / The PhD thesis at hand discusses the employment of computational intelligence in music, attempting to humbly commit a minimal contribution to the deep history of studies that relate music to mathematics. The three cornerstones upon which the thesis at hand is founded, discuss the employment of computational intelligence methods for a) the examination of musical-mathematical features towards classifying, identifying and characterising music content, b) intelligent music composition based on musical-mathematical features and c) interactive intelligent music composition and further developments. While at a first glance these three parts seem unrelated, their common keystone is the music-mathematical features and the role that these features play towards developing computational intelligence models which at some extent simulate the human ``perception’’ of music. The fact that all the research channels that are presented in this thesis, are finally led to a single stream, becomes evident in the final chapter of the thesis (Chapter 9) where the music-mathematical features, the intelligent music composition and the interactive music composition are embodied in an innovative system that is thoroughly described. Additionally, a main concern of the studies that comprise this thesis was the presentation of objective, detailed and unbiased results, achieved through exhaustive experimental processes, many of which were by themselves innovative. The latter comment intents to highlight the different approach that the research in this thesis follows, in comparison to the most common approaches concerning the presentation of experimental results for automatic music composition methods - which simply include small score or audio parts of automatically composed music. The first part of the thesis includes the Chapters 2 and 3, where the categorisation of music pieces in symbolic form is examined, as well as the identification and characterisation of music recordings. Aim of this part is on the hand to present the rich quality of information that can be extracted by several pitch class space-related features regarding human perception of music, while on the other hand to pinpoint the effectiveness of computational intelligence methods as tools to extract the aforementioned rich information. The first part’s contribution is primarily the presentation of novel methodologies that achieve effective categorisation of music pieces per composer or style, identify the content of drums recordings and characterise the content of recorded pieces by recognising locations of composition key changes. An additionally contribution of this part is the presentation and study of the principal chroma eigenspace. The second part encompasses Chapters 4, 5, 6 and 7, which discuss the contribution of this thesis in intelligent music composition. Specifically, the contribution of Chapter 4 includes a proposed categorisation of intelligent music composition methods based on their intended result, proposing their segregation to unsupervised, supervised and interactive intelligent music composition methodologies. Through this categorisation, an introduction to the subsequent chapters is achieved, which mainly discuss supervised intelligent music composition based on music-mathematical features for the generation of rhythmic sequences (Chapter 5), tonal sequences (Chapter 6), as well as integrated synthesis through the concept of horizontal orchestration replication and intelligent improviser accompaniment (Chapter 7). The results of the presented studies in this part constitute of exhausted research processes that examine different compositional aspects of the proposed methodologies, revealing their strengths and weaknesses over other methodologies presented in the literature. In the third part the interactive systems that were studied in the thesis are presented, not only by analysing the algorithmic development of the underlying methodologies, but mostly focussing on matters that pertain to the human perception and intelligent music composition. Specifically, in the beginning of Chapter 8 an innovative system is presented that evolves mathematical functions interactively (through user ratings), through genetic programming. Aim of this system is the generation and evolution of waveforms that sound more pleasant to the user, according to hers/his subjective criteria. This system allowed the proposition to obtain information about several audio features of the melodies in different evolutionary stages - from non evolved and low rated melodies to evolved and highly rated ones - in order to study whether these features incorporate indications about the aesthetic integrity of a melody. This system was also utilised towards the development of fitness-adaptive genetic operators, which, combined with the ``risk factor’’ parameter, gave the user additional control over the evolutionary process, alleviating user fatigue at a considerable extent. The third part, along with the research conducted in the context of this thesis, concludes with Chapter 9, where an interactive evolutionary intelligent music composition system is presented, that combines almost all research presented in the thesis up to that point. This chapter includes also several innovative research propositions in many levels: the core concept, the implementation and the experimental process. The core concept discusses the evolution of music-mathematical features that describe a melody, rather than evolving the melody per se (or the model that generates it). The implementation incorporated two levels of serial evolution: the upper level of feature evolution and the lower level of supervised intelligent music composition, with novel algorithms in both levels. Finally, the experimental process that was developed - in the context of which the utilisation of automatic raters that simulate human behaviour was proposed - allowed a completely subjective evaluation of the systems capabilities, regarding its convergence to the optimal melodies of the user’s subjective preference.