Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε με σκοπό να γενικεύσει το πρόβλημα του ελέγχου υποθέσεων που εμπεριέχουν στοχαστική διάταξη στα πλαίσια της Μη Παραμετρικής Στατιστικής. Για τον σκοπό αυτό μελετήθηκε η σχετική βιβλιογραφία, εξετάσθηκε η ορολογία, οι ήδη υπάρχοντες ορισμοί και οι σχετικές προταθείσες μέθοδοι και ακολούθως έγινε προσπάθεια γενίκευσης του προαναφερθέντος προβλήματος. Η έρευνα αυτή απέδωσε δύο ομάδες αποτελεσμάτων. Στην πρώτη, ορίσθηκε μια νέα ολική διάταξη (XFO) σε κάθε σύνολο ασαφών αριθμών που έχουν διαφορετικές κορυφές οι οποίες σχηματίζουν συμπαγές υποσύνολο του ℝ. Η ασαφής αυτή διάταξη αποδίδει την σύγκριση των ασαφών αριθμών με ένα ασαφές μέτρο αναγκαιότητας και με το δυϊκό του μέτρο δυνατότητας. Η σύγκριση αυτής της μεθόδου με την πλέον αναγνωρισμένη αντίστοιχη μέθοδο διάταξης ασαφών αριθμών απέδειξε ότι η εισαχθείσα μέθοδος XFO είναι πιο κοντά στην αρχική μας εκτίμηση για την διάταξη και ανταποκρίνεται πιο αισιόδοξα. Στην δεύτερη ομάδα αποτελεσμάτων εισάγεται η έννοια της στοχαστικής διάταξης ασαφών τυχαίων μεταβλητών, με σύντηξη των ακολούθων εννοιών: α) της στοχαστικής διάταξης, β) της ανωτέρω ασαφούς διάταξης και γ) της εισαγόμενης έννοιας της ασαφούς συνάρτησης κατανομής. Ο ορισμός της στοχαστικής διάταξης δίδεται σε αρμονία με την μέθοδο XFO, αφού και οι δύο έχουν τις ρίζες τους στην ίδια διάταξη κλειστών διαστημάτων που εισάγεται αρχικά στην εργασία, μπορεί δε να θεωρηθεί η ασαφής στοχαστική διάταξη ως επέκταση της XFO. Η δεύτερη αυτή ομάδα περιλαμβάνει ένα εισαγόμενο για πρώτη φορά τρόπο ορισμού Ασαφών Υποθέσεων που περιέχουν στοχαστική διάταξη ασαφών τυχαίων μεταβλητών. Αυτό έχει αποτέλεσμα να βαθμολογείται θετικά μόνο η μία εκ των δύο ασαφών υποθέσεων, ασαφούς μηδενικής και ασαφούς εναλλακτικής, διευκολύνοντας έτσι την λήψη αποφάσεων. Προτείνεται διαδικασία ασαφούς ελέγχου που πιστοποιεί οποιαδήποτε ενυπάρχουσα στοχαστική διάταξη δύο ασαφών τυχαίων δειγμάτων, συμβατή με τον ορισμό, η οποία αντιστοιχεί θετικές τιμές αλήθειας μόνον στην αποδεκτή υπόθεση και μηδέν στην απορριπτόμενη. Τα αποτελέσματα του ελέγχου εκφράζονται με την βοήθεια δύο μέτρων αναγκαιότητας. Η μείζων συνεισφορά της προτεινόμενης ασαφούς διαδικασίας ελέγχου ασαφών υποθέσεων, που αναφέρονται σε στοχαστική διάταξη ασαφών τυχαίων μεταβλητών, είναι ότι παρέχει εργαλείο μετασχηματισμού του προβλήματος σε ένα περιορισμένο αριθμό ελέγχων κλασσικών υποθέσεων της μη Παραμετρικής Στατιστικής. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να συμβάλουμε στην επίλυση τέτοιων προβλημάτων ασαφών ελέγχων τόσο θεωρητικών ζητημάτων στοχαστικής διάταξης ασαφών τυχαίων μεταβλητών όσο και ενός αριθμού πρακτικών προβλημάτων, όπως της ασαφούς αξιολόγησης εξεταζομένων. / This dissertation has been carried out in order to extend the problem of testing hypotheses on stochastic orderings, with methods based on ranks. This study provides two sets of related results. In the first set of results we introduce a novel linear order, the “extended fuzzy order” (XFO), on every subset of F(ℝ), the members of which must have their modal values all different and form a compact subset of ℝ. A distinct new feature is that our linear determined procedure employs the corresponding order of a class interval associated with a confidence measure which assigns a necessity measure value on every comparison . This new XFO method measures the ordering of any two fuzzy numbers with a possibility and a necessity measure, a feature that makes the method relevant for processing of fuzzy statistical data. These fuzzy measures are compared with the widely accepted PD and NSD indices of D. Dubois and H. Prade. The comparison proves that our possibility and necessity measures are more optimistic and comply better with our intuition. In the second set of results it is investigated the fuzzy extension of hypotheses testing using non parametric methods based on ranks. To achieve this, the notion of fuzzy distribution function is introduced in a practical manner, which is proved to be equivalent to the known notion of Kruse and Mayer. The stochastic ordering of two fuzzy random samples is defined in a fusion of the notion of stochastic ordering, fuzzy distribution function and XFO method. A novel definition of fuzzy hypotheses related to a potential fuzzy stochastic order between two fuzzy random samples is given in a new manner so that the null and its alternative hypotheses do not overlap. Consequently, the method assigns positive possibility grades either to the null fuzzy hypothesis or to the its fuzzy alternative. This simplifies the fuzzy decision making, and moreover there is no need to defuzzify the results if a clear cut decision is required. A fuzzy statistical inference procedure of fuzzy hypotheses is proposed and it is carried out at a fuzzy significance level. The definition of a fuzzy critical value is required, which is carried out in a practical manner. The proposed method certifies any underlying stochastic fuzzy order between two fuzzy random samples giving grades of confidence to that. Two necessity measures are assigned to the rejection of the fuzzy null hypothesis in favor of its alternative. The first measures the necessity of the existence of any fuzzy stochastic ordering between the fuzzy random samples under examination. The second necessity measure expresses the confidence of the fuzzy null hypothesis rejection uniformly for all relevant α-cut levels. The main contribution of this thesis, as far as the second set of results is concerned, is that a problem of testing fuzzy hypotheses on stochastic orderings of fuzzy random variables at a fuzzy significance level, is transferred to a limited number of tests of classic hypotheses. These tests are carried out at a fuzzy significance level, and are processed with the application of the linear fuzzy ordering procedure XFO.

Η αυτόματη πλοήγηση πλοίων αποτελεί ένα αντικείμενο ιδιαίτερης μελέτης κατά τα τελευταία χρόνια. Αυτό οφείλεται αφενός στην μεγάλη χρησιμότητα της εφαρμογής της, αφετέρου στην δυσκολία μαθηματικής περιγραφής και μοντελοποίησης των αντίστοιχων συστημάτων. Κατά την διπλωματική εργασία αυτή, σχεδιάστηκε ένας ελεγκτής ανοικτού βρόχου εμπροσθογενούς δράσης, με τη βοήθεια πειραματικών μετρήσεων, που σε συνδυασμό με τους συνήθεις πλέον PD και ασαφείς ελεγκτές, υλοποιήθηκε με σκοπό τον πειραματικό έλεγχο της θέσης και του προσανατολισμού του μοντέλου ενός πραγματικού πλοίου. / Control in ship navigation is a field of excess research during the last few years. The increasing need for automated ship navigation, combined with the challenging to describe and model systems of ships and other vessels, has led to many great works on this area. In this diploma thesis an open loop feedforward controller was designed using experimental data. This controller was used together with PD and Fuzzy controllers to control the position and the orientation of a model ship.

Στην εργασία αυτή, αναφερθήκαμε στους εξελικτικούς αλγορίθμους, στον διαφορο-εξελικτικό αλγόριθμο ενώ μελετήσαμε πιο αναλυτικά τον γενετικό αλγόριθμο (θεωρητική και μαθηματική μελέτη). Στην συνέχεια, αναλύθηκαν τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, η δομή τους, το θεωρητικό τους υπόβαθρο και έγινε μια μαθηματική προσέγγισή τους. Το επόμενο αντικείμενο αυτής της εργασίας ήταν η μελέτη και ανάλυση των ασαφών γνωστικών απεικονίσεων (θεωρητικά, μαθηματικά, χρησιμότητά τους σε διάφορα προβλήματα). Στα επόμενα κεφάλαια γίνεται αναφορά σε συγκεκριμένα παραδείγματα εκπαίδευσης και βελτιστοποίησης του μοντέλου των ασαφών γνωστικών απεικονίσεων και των τεχνητών νευρωνικών δικτύων χρησιμοποιώντας τον γενετικό αλγόριθμο και εξελικτικές έννοιες. / In this work, we discussed the evolutionary algorithms, the differentiation evolutionary algorithm and studied in more detail the genetic algorithm (theoretical and mathematical study). Then analyzed the artificial neural networks, their structure, their theoretical background and became a mathematical approach. The next object of this work was the study and analysis of fuzzy cognitive representations (in theory, mathematics, useful in different problems). The following chapters refer to specific examples of training and optimization of fuzzy model of cognitive imaging and artificial neural networks using genetic algorithm and evolutionary concepts.

Η παρούσα διδακτορική εργασία αφορά στο σχεδιασμό και εφαρμογή ελέγχου σε κατανεμημένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ώστε να είναι δυνατή η ένταξή της σε μικροδίκτυα στο δίκτυο χαμηλής τάσης. O σχεδιασμός του ελέγχου αποσκοπεί: 1) Στην δυνατότητα σύνδεσης-αποσύνδεσης (Plug and play) της κατανεμημένης παραγωγής στο μικροδίκτυο χωρίς καμμία ιδιαίτερη παρέμβαση από κεντρικό έλεγχο. 2) Η κατανεμημένη παραγωγή, που περιλαμβάνει συστοιχία κυττάρων καυσίμου και ανεμογεννήτρια, πρέπει να παρέχει στήριξη ενεργού και άεργου ισχύος στο μικροδίκτυο διανομής όταν συμβαίνουν διαταραχές φορτίου. 3) Να τροφοδοτεί όλο το φορτίο σε κατάσταση νησιδοποίησης, στην οποία θα μπορεί να μεταβαίνει είτε λόγω σφάλματος στην μέση τάση είτε γιατί το μικροδίκτυο είναι επιθυμητό να λειτουργεί εσκεμμένα στην προαναφερθείσα κατάσταση. 4) Η μετάβαση από τη διασυνδεδεμένη κατάσταση του μικροδικτύου στη νησιδοποίηση και αντίστροφα να γίνεται με τον ομαλότερο δυνατό τρόπο. Λόγω της έντονης μη γραμμικότητας των υπό μελέτη συστημάτων, στο σχεδιασμό των συστημάτων ελέγχου εφαρμόζεται ασαφής λογική. Τα αποτελέσματα της έρευνας αφορούν τόσο τον θεωρητικό σχεδιασμό των παραπάνω συστημάτων με την βοήθεια προγράμματος εξομοίωσης (Matlab/Simulink) όσο και την πειραματική επιβεβαίωση των συμπερασμάτων στο εργαστήριο. Αρχικά, εξομοιώνεται μια συστοιχία κυττάρων καυσίμου συνδυασμένη με μια μπαταρία (υβριδικό σύστημα) και ενσωματώνεται σε ένα ασθενές δίκτυο διανομής. Ο έλεγχος δοκιμάζεται για τοπικές μεταβολές φορτίου και για μετάβαση από την διασυνδεδεμένη σε νησιδοποιημένη κατάσταση προκειμένου να διαπιστωθούν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά του ελέγχου που αναφέρθηκαν. Επιπλέον, γίνεται μια διερεύνηση για το εύρος της αποτελεσματικότητας του ελέγχου για διαφορετικού τύπου γραμμών διανομής. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική σε όλες τις περιπτώσεις. Στην συνέχεια, το ίδιο υβριδικό σύστημα (μεγαλύτερης όμως ισχύος) και μια ανεμογεννήτρια με γεννήτρια διπλής τροφοδότησης ενσωματώνονται σε ένα μικροδίκτυο που συνδέεται σε ασθενές δίκτυο διανομής στο πρόγραμμα εξομοίωσης. Ο έλεγχος του υβριδικού συστήματος δεν αλλάζει λόγω της ευελιξίας της ασαφούς λογικής. Ο έλεγχος των μικροπηγών δοκιμάζεται για τοπικές μεταβολές φορτίου και για μετάβαση από την διασυνδεδεμένη σε νησιδοποιημένη κατάσταση και αντιστρόφως για μετάβαση από νησιδοποιημένη σε διασυνδεδεμένη κατάσταση. Επιπλέον, γίνεται μια διερεύνηση της δυναμικής απόκρισης του μικροδικτύου κατά την ύπαρξη μπαταρίας και κατά την απομάκρυνσή της από το μικροδίκτυο. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική σε όλες τις περιπτώσεις. Για την πειραματική επιβεβαίωση, αξιοποιείται ένα σύστημα συστοιχίας κυττάρων καυσίμου (Ballard& Nexa System) συνδυασμένο με μια μπαταρία στο χώρο του εργαστηρίου. Εφαρμόζεται η τεχνολογία ψηφιακού ελέγχου σήματος μέσω ενός ψηφιακού επεξεργαστή σήματος (DSP). Έτσι, δίνεται η δυνατότητα σε τμήματα του ελέγχου που έχουν ήδη σχεδιαστεί να μεταφέρονται μέσω ειδικού λογισμικού στον επεξεργαστή και να ενσωματώνονται στην κατανεμημένη παραγωγή με ελάχιστο κόστος. Το πραγματικό σύστημα που δημιουργείται δοκιμάζεται για τοπικές μεταβολές φορτίου. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική σε όλες τις περιπτώσεις. Μέσω εκτενών αποτελεσμάτων εξομοίωσης αλλά και πειραματικών, αποδεικνύεται πως ο προτεινόμενος έλεγχος συγκεντρώνει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά που αναφέρθηκαν. Αποδεικνύεται, μάλιστα, ιδιαίτερα ευέλικτος και πρακτικός όχι μόνο σε θεωρητικές εφαρμογές αλλά και σε πραγματικά δεδομένα. Το τελευταίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό αφού δίνει την δυνατότητα στον μηχανικό με ελάχιστο κόστος και με εύκολο χειρισμό λόγω της ασαφούς λογικής και του ψηφιακού επεξεργαστή να ελέγχει οποιαδήποτε κατανεμημένη παραγωγή (easy engineering) με ελάχιστες διορθωτικές κινήσεις. / Σhe present Ph.d thesis regards to the design and application of the control of the distributed generation (or microsource) so that distributed generation integrates into microgrids at the low voltage side. The design of the control has to achieve the following: 1) Meet the «plug and play» operation mode that implies that a microsource can be added to the microgrid without reengineering the central control and protection of units that are already part of the system. 2) The distributed generation that is a fuel cell system and a wind turbine in this case, have to provide active and reactive power support to the low voltage microgrid in cases of local load disturbances. 3) The distributed generation have to supply the whole demanded power in case of islanding mode of operation either because of a fault at the mean voltage side or because of an intentional disconnection e.g. maintenance work. 4) The transitioning from the interconnected mode to the islanded mode of operation and vice-versa has to be smooth. Due to the intense non linearity of the system, the control design is based on fuzzy logic. The results of this research regard not only to the theoretical design of the above systems via the simulation program Matlab/Simulink but also to the experimental affirmation of the results in the laboratory. Firstly, a fuel cell system combined with a battery bank forming a hybrid system is simulated and integrated into a weak distribution grid. The response of the control system is simulated firstly under a severe step load change under grid connected mode and secondly when a transitioning to islanded operation mode is caused by an upstream supply outage. Also, a study is made in order to ascertain the range of the efficiency of the proposed control for different types of distribution lines. The performance of the control revealed good in all cases. Secondly, the same hybrid system (of bigger nominal power though) and a wind turbine with doubly induction generator are integrated into a microgrid which is connected to a weak distribution grid via the simulation program. The control of the hybrid system remains the same due to the flexibility of fuzzy reasoning. The response of the control system is simulated firstly under a severe step load change under grid connected mode and secondly when a transitioning to islanded operation mode happens and vice-versa when a transitioning from islanded to interconnected operation mode occurs. Also, the transient response of the system is investigated in the cases when the battery bank is part of the microgrid and when it is eliminated. The performance of the control revealed good in all cases. The experimental setup includes a fuel cell system (Ballard& Nexa System) combined with a battery bank. In order to transfer parts of the designed control and integrate them into the experimental setup, the technology of the digital signal control via the digital signal processor (DSP) is exploited. The transfer of the control to the DSP is done through a software program at the minimum costs. The response of the real system is evaluated under a step load. The performance of the control revealed good in all cases.Through a large number of simulation and experimental results, the proposed control proves to meet the desirable requirements that already are mentioned. The proposed controller, also, prove to be particular flexible and practical in real systems. The latter remark makes the designed control suitable in real systems where the engineer tunes the local controller of each distributed generation easier due to fuzzy logic (easy engineering). It has to be reminded, also, that through the digital control technology, the integration of the control by the engineer is at minimum costs.

Σήμερα η ανάγκη για δημιουργία ποιοτικών και φθίνων και ανταγωνιστικών βιομηχανικών προϊόντων έχει σαν αποτέλεσμα να χρειαζόμαστε αυτοματισμούς και αυτόματο έλεγχο ηλεκτρικών μηχανών με μεγάλη ακρίβεια και αδιάλειπτη λειτουργία απο διαταραχές του περιβάλλοντος . Επιπλέον το ενεργειακό πρόβλημα που είναι από τα σπουδαιότερα προβλήματα του πλανήτη και του ανθρώπου σήμερα οδηγούν στην ανάγκη ελαχιστοποίησης των ενεργειακών απωλειών με αποτέλεσμα συνήθως να επιθυμούμε λειτουργία των ηλεκτρομηχανικών συστημάτων με μηδενική κατανάλωση/ παραγωγή άεργου ισχύος . Η Ηλεκτρική μηχανή συνεχούς ρεύματος με διέγερση σε σειρά χρησιμοποιείται λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της σε πολλές εφαρμογές που χρειάζονται υψηλή ροπή εκκίνησης όπως ανυψωτικά μηχανήματα, σιδηροδρομικά οχήματα. Οι ανορθωτές με ελεγχόμενη έναυση αλλά και σβέση κατά PWM προτιμούνται έναντι των διόδων και των θυρίστορς γιατί μας δίνουν περισσότερες δυνατότητες ελέγχου . Η Μοντελοποίηση , σχεδιασμός συστήματος ελέγχου, ευστάθειας του συστήματος για την μηχανή συνεχούς ρεύματος οδηγούμενης από τριφασικό ανορθωτή ερευνάται. Γίνεται εξαγωγή του μοντέλου, στο τριφασικό σύστημα και στο πλαίσιο park, με βάση την δυναμική ανάλυση Εuler -Lagrange . Για την εξαγωγή του μοντέλου γίνεται ακόμα χρήση του Averaging Analysis . Ανάλυση που βασίζεται στην παθητικότητα μάς δείχνει ότι το σύστημα είναι ευσταθές πεπερασμένης εισόδου-πεπερασμένης κατάστασης. Οι ελεγκτές που αναπτύσσονται σε αυτή τη εργασία είναι ο ασαφής ελεγκτής, ο νευροασαφής που χρησιμοποιούνται ευρέως σε μη γραμμικά συστήματα στην βιομηχανία, ο PI σειριακός (cascade) ελεγκτής που συνηθίζεται στις ηλεκτρικές μηχανές. Τέλος επιχειρείται ο σχεδιασμός ενός PI ελεγκτή με υπολογισμό κερδών από νευροασαφή εκτιμητή. Ο ασαφής ελεγκτής σχεδιάζεται με πρόβλεψη σφάλματος και επιτυγχάνει πολύ καλή ρύθμιση των στροφών και καλό έλεγχο στης αέργου ισχύος, εξομοιώσεις επιβεβαιώνουν την απόδοση του ελεγκτή. Ομοίως ισχύουν για τον νευροασαφή ελεγκτή με το πλεονέκτημα μικρότερου υπολογιστικού χρόνου αλλά μειονεκτεί μεγαλύτερης εμφάνισης ενός μόνιμου σφάλματος. Ο PI σειριακός (cascade) επιτυγχάνει άριστη ρύθμιση αέργου ισχύος και καλή ρύθμιση στροφών ενώ ο PI casacde- Anfis μας δίνει ελαφριά καλύτερα αποτελέσματα αλλά αφήνει αρκετές δυνατότητες για περαιτέρω σχεδιασμό και έρευνα. Επίσης γίνεται κάποια ανάλυση για εξαγωγή συμπερασμάτων ευστάθειας και σύγκλισης για τα σύστημα κλειστού βρόχου. Τα αποτελέσματα τα επιβεβαιώνουμε και τα συγκρίνουμε μέσω εξομοιώσεων. / Nowadays , the demand for precise control in industrial applications require the design and development of advanced controllers. Also the energy problem which is one of the most important global problems lead to the need of high energy efficient systems. In industrial applications in most cases ,due to the energy problem , we desire operation with unity power factor. The dc series connected motor is preferred in many application such as railway and levitating systems due to its high starting torque. We choose the 3 -phase pulse width modulation rectifier because of its many capabilities comparison with thyristor rectifiers. Modeling, control design and stability analysis of series connected dc motor fed by three-phase PWM ac/dc voltage converter are investigated. The designed controllers are fuzzy , neuro fuzzy, PI cascade and Anfis- pi cascade controller. The model is obtained via Euler -Lagrange dynamic analysis. Also we used the averaging analysis in order to determine the dynamic model of the system in a-b-c frame and d-q park's frame. We prove the ISS stability of the open loop system based on passivity analysis. The fuzzy use a predictive logic based on the acceleration of the motor, we result excellent precise control of angular velocity and a satisfied control of reactive power. Neuro Fuzzy controller has the same effectiveness with less computational effort but has a possibility to occur a small permanent error in angular velocity. PI cascade controller has as a result a excellent response at reactive power and good response in angular velocity with more less computational effort. ANFIS -PI cascade controller have a bit better results from PI-cascade controllers but it leaves hopes for more optimum designs in feature. Furthermore there are some stability and convergence analysis for the closed loop system. Simulation results verify the effectiveness of each controller for comparison.

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.

Η διαλογή (Triage) των ασθενών, που προσέρχονται στο Τμήμα Επειγόντων Περιστατικών (ΤΕΠ), αποτελεί μια διαδικασία, η οποία εφαρμόζεται όταν ο αριθμός των προσερχόμενων πασχόντων είναι μεγαλύτερος από την δυνατότητα του προσωπικού και των διαθέσιμων πόρων του εκάστοτε φορέα. Στην Ελλάδα, η οικονομική ύφεση φαίνεται να έχει επηρεάσει την επισκεψιμότητα στα ΤΕΠ, καθώς υπάρχει ένα τεράστιο ποσοστό του πληθυσμού, που είναι ανασφάλιστοι και που για οποιοδήποτε πρόβλημα υγείας, απευθύνονται στα ΤΕΠ τριτοβάθμιων νοσοκομείων. Ωστόσο, αν και οι ανάγκες απαιτούν ένα πιο ολοκληρωμένο σύστημα ΤΕΠ, τα αποτελέσματα είναι δυσμενή. Η Επείγουσα Ιατρική, αν και είναι νομικά κατοχυρωμένη ειδικότητα σε >54 χώρες παγκοσμίως και σε 19/27 χώρες-μέλη της Ε.Ε., στην Ελλάδα ακόμη δεν είναι αναγνωρισμένη ως ειδικότητα ή εξειδίκευση. Επιπροσθέτως, η διαλογή των ασθενών, δεν είναι οργανωμένη και δεν ακολουθεί τις κατευθυντήριες οδηγίες.. Μόνη εξαίρεση αποτελεί το Γ.Ν. Θεσσαλονίκης ‘Παπαγεωργίου’, στο οποίο εφαρμόζεται διαλογή με 5-level σύστημα, κάνοντας χρήση του αλγορίθμου ESI (Emergency Severity Index). Σκοπός της εργασίας αυτής, αποτελεί αφ' ενός μεν η δημιουργία ενός ευφυούς συστήματος διαλογής και κατηγοριοποίησης των ασθενών, που προσέρχονται στο Τμήμα Επειγόντων Περιστατικών, αφ' ετέρου δε η σύγκριση διαφόρων μεθόδων δημιουργίας του πυρήνα του ευφυούς συστήματος. Στόχος του συστήματος είναι να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο για την αποτελεσματικότερη και ταχύτερη διαλογή των ασθενών. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε η συλλογή ενός σημαντικού αριθμού δεδομένων ασθενών, οι οποίοι προσήλθαν στα ΤΕΠ του ΠΓΝ Πατρών. Τα δεδομένα αυτά, τα οποία και συλλέχθηκαν ανώνυμα, περιλαμβάνουν δημογραφικά στοιχεία, το κύριο σύμπτωμα του ασθενή, την αξιολόγηση TRIAGE, τον τρόπο άφιξης στα ΤΕΠ καθώς και ένα σύνολο από χαρακτηριστικά γνωρίσματα για κάθε ξεχωριστό οργανικό σύστημα. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν συνεντεύξεις με εμπειρογνώμονες (ιατρούς-νοσηλευτές). Η γνώση, η οποία πάρθηκε από τα δεδομένα, τις συνεντεύξεις και την βιβλιογραφία αποτέλεσαν την πηγή για την παραγωγή των κανόνων του συστήματος. Η κατηγοριοποίηση των ασθενών, η οποία και στηρίζεται στο σύστημα διαλογής ESI, γίνεται σε κλάσεις εξόδου. Ο αριθμός των κλάσεων εξόδου, είναι 5πλάσιος του αριθμού των ιατρικών ειδικοτήτων. Η αποτελεσματικότητα του συστήματος, αξιολογείται με βάση διεθνώς χρησιμοποιούμενες μετρικές. / The screening (Triage) of patients attending the Emergency Department (ED) is a process which applies when the number of the arriving patients is greater than the ability of the staff and of the resources of each institution. In Greece, the economic downturn seems to have affected the traffic in ED, as there is a huge percentage of the population, who are uninsured and who for any health problem, addressed to the tertiary hospital. However, although needs require a more integrated system of ED, the results are unfavourable. The Emergency Medicine, although legally patented specialty in > 54 countries around the world and in 19/27 countries-members of the EU, in Greece is still not recognized as a specialty or specialization. In addition, the ED-Triage, is not organized and does not follow the guidelines. The only exception is the General Hospital ‘Papageorgiou’ at Thessaloniki, which uses for ED-Triage a 5-level system, using the algorithm ESI (Emergency Severity Index). The purpose of this work is on the one hand, the creation of an intelligent system for sorting and categorization of patients who come to the Emergency Department, and a comparison of various methods of creating the core of intelligent system. The aim of the system is to be a useful tool for better and faster triage of patients. Initially, the collection was a considerable quantity of data by patients who came to the ED of the Universal Hospital of Patras. These data, which were collected anonymously, include demographics, the main symptom of the patient, the evaluation of TRIAGE, how the patient arrival in the ED and a set of features for each separate organic system. At the same time, made interviews with experts (doctors-nurses). Knowledge, which was taken by the data, interviews and literature became the source for the production of the rules of the system. The categorization of patients, which is based on the sorting system, ESI is to output classes. The number of output classes, is 5 times the number of medical specialties. The effectiveness of the system, evaluated by internationally-used metrics.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη μελέτη και την ανάπτυξη μοντέλων ταξινόμησης τα οποία βασίζονται στα Πιθανοτικά Νευρωνικά Δίκτυα (ΠΝΔ). Τα προτεινόμενα μοντέλα αναπτύχθηκαν ενσωματώνοντας στατιστικές μεθόδους αλλά και μεθόδους από διάφορα πεδία της Υπολογιστικής Νοημοσύνης (ΥΝ). Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν οι Διαφοροεξελικτικοί αλγόριθμοι βελτιστοποίησης και η Βελτιστοποίηση με Σμήνος Σωματιδίων (ΒΣΣ) για την αναζήτηση βέλτιστων τιμών των παραμέτρων των ΠΝΔ. Επιπλέον, ενσωματώθηκε η τεχνική bagging για την ανάπτυξη συστάδας μοντέλων ταξινόμησης. Μια άλλη προσέγγιση ήταν η ανάπτυξη ενός Μπεϋζιανού μοντέλου για την εκτίμηση των παραμέτρων του ΠΝΔ χρησιμοποιώντας τον δειγματολήπτη Gibbs. Επίσης, ενσωματώθηκε μια Ασαφή Συνάρτηση Συμμετοχής για την καλύτερη στάθμιση των τεχνητών νευρώνων του ΠΝΔ καθώς και ένα νέο σχήμα διάσπασης του συνόλου εκπαίδευσης σε προβλήματα ταξινόμησης πολλαπλών κλάσεων όταν ο ταξινομητής μπορεί να επιτύχει ταξινόμηση δύο κλάσεων.Τα προτεινόμενα μοντέλα ταξινόμησης εφαρμόστηκαν σε μια σειρά από πραγματικά προβλήματα από διάφορες επιστημονικές περιοχές με ενθαρρυντικά αποτελέσματα. / The present thesis is dealing with the study and the development of classification models that are based on Probabilistic Neural Networks (PNN). The proposed models were developed by the incorporation of statistical methods as well as methods from several fields of Computational Intelligence (CI) into PNNs. In particular, the Differential Evolutionary optimization algorithms and Particle Swarm Optimization algorithms are employed for the search of promising values of PNNs’ parameters. Moreover, the bagging technique was incorporated for the development of an ensemble of classification models. Another approach was the construction of a Bayesian model for the estimation of PNN’s parameters utilizing the Gibbs sampler. Furthermore, a Fuzzy Membership Function was incorporated to achieve an improved weighting of PNN’s neurons. A new decomposition scheme is proposed for multi-class classification problems when a two-class classifier is employed. The proposed classification models were applied to a series of real-world problems from several scientific areas with encouraging results.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός Συστήματος Υποστήριξης Αποφάσεων βασισμένο στα Ασαφή Γνωστικά Δίκτυα, το οποίο θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον ιατρικό τομέα για τη διάγνωση ασθενειών και πιο συγκεκριμένα της νόσου του Parkinson. Αρχικά θα γίνει περιγραφή των Ασαφών Γνωστικών Δικτύων αλλά και του τρόπου υλοποίησης ενός Συστήματος Υποστήριξης Αποφάσεων για τη διάγνωση της νόσου του Parkinson. Στη συνέχεια θα γίνει πείραμα με στόχο να διαγνωσθεί το στάδιο, στο οποίο βρίσκονται τρεις ασθενείς. Αυτή η διάγνωση θα γίνει με δύο διαφορετικούς τρόπους. Τέλος θα συγκριθούν και θα αναλυθούν τα πειραματικά αποτελέσματα καθώς και τα συμπεράσματα που προκύπτουν από μία τέτοια έρευνα. / The purpose of this diploma thesis is to develop a Decision Support System based on Fuzzy Cognitive Maps. This system can be used in medicine in order to diagnose diseases, and more specifically Parkinson’s disease. After that three patients will be examined and the system will diagnose the stage of their disease. This diagnose will be achieved in two different ways. Finally we will compare and analyze the experimental results and the conclusions derived from such research.

Η ραγδαία ανάπτυξη που παρουσιάστηκε τα τελευταία χρόνια σε διάφορους τομείς της πληροφορικής με την αύξηση της ισχύος επεξεργασίας και της δυνατότητας αποθήκευσης ενός τεράστιου όγκου δεδομένων έδωσε νέα ώθηση στον τομέα διαχείρισης, αναζήτησης, σύνοψης και εξαγωγής της πληροφορίας από ένα βίντεο. Για την διαχείριση αυτής της πληροφορίας αναπτύχθηκαν τεχνικές περίληψης βίντεο. Η περίληψη ενός βίντεο υπό μορφή μιας στατικής ακολουθίας χαρακτηριστικών καρέ, μειώνει τον απαραίτητο όγκο της πληροφορίας που απαιτείται σε συστήματα αναζήτησης, ενώ διαμορφώνει την βάση για την αντιμετώπιση του σημασιολογικού περιεχομένου του σε εφαρμογές ανάκτησης. Το ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναφέρεται σε τεχνικές αυτόματης περίληψης βίντεο με χρήση της θεωρίας γράφων, για την ανάπτυξη μη επιβλεπόμενων αλγόριθμων ομαδοποίησης. Κάθε καρέ της ακολουθίας του βίντεο δεν αντιμετωπίζεται ως ένα διακριτό στοιχείο, αλλά λαμβάνεται υπόψη ο βαθμός συσχέτισης μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο το πρόβλημα της ομαδοποίησης ανάγεται από μια τυπική διαδικασία αναγνώρισης ομάδων σε ένα σύστημα ανάλυσης της δομής που περιέχεται στο σύνολο των δεδομένων. Ακόμη παρουσιάζεται μια νέα τεχνική βελτίωσης του βαθμού ομοιότητας των καρέ, η οποία βασίζεται στο θεωρητικό φορμαλισμό τεχνικών ημί-επιβλεπόμενης εκμάθησης, με χρήση όμως αλγόριθμων δυναμικής συμπίεσης, για την αναπαράσταση του οπτικού περιεχομένου τους. Τα αναλυτικά πειραματικά αποτελέσματα που παρατίθενται, αποδεικνύουν την βελτίωση της απόδοσης των προτεινόμενων μεθόδων σε σχέση με γνωστές τεχνικές περίληψης. Τέλος, προτείνονται κάποιες μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας στο αντικείμενο που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή, με άμεσες επεκτάσεις στο πεδίο ανάκτησης εικόνας και βίντεο. / The rapid development witnessed in the recent years enabling the storage and processing of a huge amount of data, in various fields of computer technology and image/video understanding, has given new impetus to the field of video manipulation, browsing, indexing, and retrieval. Video summarization, as a static sequence of key frames, reduces the amount of information required for video searching, while provides the basis for understanding the semantic content in video retrieval applications. The research subject of this doctoral thesis is the incorporation of graph theory and unsupervised clustering algorithms in Automatic Video Summarization applications of large video sequences. In this context, every frame from a video sequence is not processed as a discrete element, but the relations between the frames are considered. Thus, the clustering problem is transformed from a typical computation procedure, to the problem of data structure analysis. Detailed experimental results demonstrate the performance improvement provided by the proposed methods in comparison with well-known video summarization techniques from the literature. Finally, future research directions are proposed, directly applicable to the fields of image and video retrieval.