Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς απαγωγέων υπερτάσεων (SPD), όταν αυτοί αποτελούν μέρος του εσωτερικού συστήματος αντικεραυνικής προστασίας για μια οικιακή εγκατάσταση. Αρχικά γίνεται μια αναφορά στα αίτια δημιουργίας κρουστικών υπερτάσεων στο δίκτυο διανομής, ενώ στη συνέχεια δίνεται έμφαση στις υπερτάσεις που προκαλούνται από άμεσα ή έμμεσα κεραυνικά πλήγματα στο σύστημα. Στα πλαίσια της μελέτης δημιουργήθηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης που αναπαριστά ένα δίκτυο χαμηλής τάσης TN-C-S με δύο πανομοιότυπους οικιακούς καταναλωτές, όσον αφορά τη δομή της εσωτερικής ηλεκτρικής εγκατάστασής τους παρουσία ή μη διατάξεων αντικεραυνικής προστασίας. Σκοπός της προκειμένης μελέτης είναι να δειχθεί η βέλτιστη συνδεσμολογία των διατάξεων προστασίας μέσα σε εσωτερικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις έτσι ώστε να αποτρέπεται η ανάπτυξη επικίνδυνων τάσεων και ρευμάτων για τον άνθρωπο και τον εξοπλισμό της οικιακής εγκατάστασης. / The subject of this project is a study upon the dynamic performance of surge arresters as a part of the internal lightning protection system for a residential electrical installation. At first, a reference about the actions or the natural phenomena that cause surge overvoltages in low voltage systems is given in detail and is followed by an essential theoretical approach on the lighning phenomenon. Both the causes, the consequences and the conditions in which a lightning occurs are being analysed. Furthermore, the characteristics and the qualifications a Lightning Protection System needs to comply with, are given, according to the Greek Standard ΕΛΟΤ-1197 and the European Standards IEC 62305-2, IEC 61643-12. Along with writing this essay, a simulation model using Simulink-Matlab was produced. The model represents a LV TN-C-S system that distributes power to two households with identical internal electrical installation. The aim of the present study is to indicate the optimal connection of the surge protective devices (SPDs) in the domestic electrical installation in order to prevent the appearance of potentially dangerous overvoltages to the humans or to the household equipment.

Είναι ευρύτατα γνωστό ότι ο θόρυβος δημιουργείται από δονούμενες επιφάνειες. Για την αντιμετώπιση του θορύβου στην πηγή του, δηλαδή τη δονούμενη επιφάνεια, δύο κυρίως τρόποι έχουν αναπτυχθεί. Ο πρώτος τρόπος αφορά τη χρησιμοποίηση παθητικών μέσων, δηλαδή ηχομονωτικών υλικών που αποσβένουν συγκεκριμένες συχνότητες. Ο δεύτερος τρόπος αφορά τη χρήση ενεργητικών μέσων. Τα ενεργητικά μέσα είναι διατάξεις που αποτελούνται από ένα σύστημα ελέγχου και ένα σύνολο αισθητήρων και ενεργοποιητών. Η λειτουργία ενός τέτοιου Συστήματος Ενεργού Ελέγχου Δονήσεων (ΣΕΕΔ) βασίζεται στην καταγραφή μέσω των αισθητήρων του τρόπου δόνησης της επιφάνειας (πρωτεύον πεδίο δόνησης), την δημιουργία σημάτων ελέγχου από τον ελεγκτή (ίδιου πλάτους αλλά με διαφορά φάσης 180o) και την αποστολή τους στους ενεργοποιητές που θα δημιουργήσουν ένα δευτερεύον πεδίο δόνησης. Η υπέρθεση των δύο πεδίων έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός εναπομείναντος πεδίου με πλάτη δόνησης αισθητά χαμηλότερα από αυτά του πρωτεύοντος. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός γενικευμένου ΣΕΕΔ, ο έλεγχος του οποίου βασίζεται σε εργαλεία Τεχνητής Νοημοσύνης όπως τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα και οι Γενετικοί Αλγόριθμοι για την αναγνώριση του τρόπου δόνησης οποιασδήποτε επιφάνειας και το βέλτιστο έλεγχο της δόνησής της, χωρίς να απαιτείται καμία πρότερη γνώση της δυναμικής συμπεριφοράς της επιφάνειας. Επιπλέον, το υπό μελέτη ΣΕΕΔ είναι ικανό να ελέγχει τέσσερις συχνότητες αντί μιας που απαντάται συνήθως στην πλειονότητα των εφαρμογών. Ο σκοπός της διατριβής αυτής είναι η απόδειξη της αρχής λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος. Η προσέγγιση για την επίτευξη αυτού του στόχου περιλαμβάνει πειραματικές μετρήσεις ενός πρωτότυπου ΣΕΕΔ σε μία απλοποιημένη πειραματική διάταξη. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του εν λόγω ΣΕΕΔ δείχνουν ότι παρά τους περιορισμούς που υπεισέρχονται λόγω των δυνατοτήτων του υλικού (hardware) του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού, το υπό μελέτη ΣΕΕΔ λειτουργεί επιτυχώς στη βασική αρχή του, ενώ έχει τις προϋποθέσεις και τη δυναμική για περαιτέρω βελτιστοποίηση και εξέλιξη σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. / It is generally approved that noise is created by vibrating surfaces. In order to tackle this phenomenon at its source, mainly two approaches have been followed. The first approach involves passive means, that is sound insulation materials that dampen certain frequencies. The second approach involves the use of active means. The active means are arrangements that consist of a control system and a set of sensors and actuators. The application of such an arrangement for vibration control is called Active Vibration Control (AVC) and is based on the sampling (by means of sensors) of the primary field of vibration of the surface, the creation of control signals by the controller (secondary field - of the same amplitude but with phase difference of 180o) and finally applying these control signals on the vibrating surface, by means of the actuators. The superimposing of the two vibration signals (primary and secondary) results to a residual field where the amplitudes of vibration are significantly lower than in the primary. The objective of the thesis at hand is to develop a Generic AVC with the controller developed using Artificial Intelligence tools such as the Artificial Neural Networks (ANNs) and Genetic Algorithms (GAs), in order to identify the vibration patterns of any surface and the optimal control of its vibration, without any prior knowledge of the dynamic behavior of the surface. Moreover, the developed AVC system will be able to identify and control four dominating frequencies instead of one that is usually the choice in the majority of similar applications. The scope of this work is the ‘Proof of Concept’ of the successful operation of such a generic AVC system. The approach to this end includes experimental testing of a prototype AVC system on a simplified experimental set-up. The results of the application of the developed AVC system, performed also by independent parties in the framework of a EC-funded Basic Research project, prove the successful operation of the developed AVCS, even within the limitation of the contemporary data acquisition platform (hardware and software) used, imposes limitations in the efficiency of the AVCS, and provide the basis for its further development and application in a multitude of problems.

Σήμερα, βρισκόμαστε ήδη στο στάδιο μετάβασης από τις παραδοσιακές επιτραπέζιες υπολογιστικές τεχνολογίες στα διάχυτα (ubiquitous) υπολογιστικά περιβάλλοντα που θα μας υποστηρίζουν σχεδόν σε κάθε καθημερινή μας λειτουργία ή δραστηριότητα. Παράλληλα, υπάρχει μία αυξανόμενη τάση για τοποθέτηση του χρήστη στο κέντρο των υπηρεσιών. Αυτό σημαίνει ότι οι υπηρεσίες θα προσαρμόζονται με βάση το στενό και ευρύτερο περιβάλλον διαβίωσης (context), τις ανάγκες και τις προτιμήσεις των χρηστών. Δύο από τις βασικότερες έννοιες στις οποίες βασίζεται η προσφορά διάχυτων εξατομικευμένων υπηρεσιών είναι η γνώση πλαισίου (context awareness) και η μοντελοποίηση χρηστών (user modeling). Η έλευση του διάχυτου υπολογισμού και η χρησιμοποίηση της διάχυτης μοντελοποίησης χρηστών (ubiquitous user modeling) έχει δημιουργήσει νέες προσδοκίες και προκλήσεις για την παροχή εξατομικευμένων υπηρεσιών σε πολλούς τομείς εφαρμογών μεταξύ των οποίων είναι και ο τομέας της υγείας. Η ιατρική αντιμετώπιση αλλάζει πλέον κατεύθυνση και γίνεται προστατευτική, προληπτική και εύκολα προσεγγίσιμη (π.χ. στη δουλειά, στο σπίτι, κλπ.), συνοδευόμενη από συνεχή και εμμένουσα παροχή υψηλής ποιότητας εξατομικευμένης ιατρικής συμβουλής και υποστήριξης. Οι σύγχρονες ιατρικές υπηρεσίες αναμένονται να είναι διαθέσιμες κάθε στιγμή, 7 ημέρες την εβδομάδα και να παρέχονται με έναν εξατομικευμένο τρόπο ώστε να απευθύνονται στις ιδιαίτερες ανάγκες και απαιτήσεις κάθε ατόμου. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται μία μεθοδολογία παροχής διάχυτων υπηρεσιών σε εξελιγμένα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα που συνδυάζει τη γνώση πλαισίου, τη μοντελοποίηση χρηστών και τα κοινωνικά δίκτυα (social networks). Η μεθοδολογία αυτή εφαρμόστηκε στον ιατρικό χώρο και ειδικότερα στις διαταραχές άγχους. Πιο συγκεκριμένα, στη διατριβή καθορίστηκαν πλήρως οι παράμετροι πλαισίου που σχετίζονται άμεσα με τις διαταραχές άγχους και προτάθηκε ένα μοντέλο πλαισίου που βασίζεται σε οντολογίες. Επίσης, μελετήθηκε η δομή και οι τεχνικές κατασκευής και ανανέωσης των μοντέλων χρηστών, ενώ μελετήθηκε η χρήση των κοινωνικών δικτύων για την παροχή ιατρικής φροντίδας και οι ρόλοι των μελών τους στις διαταραχές άγχους. Τέλος, προτάθηκε η αρχιτεκτονική ενός συστήματος γνώσης πλαισίου που ενσωματώνει τις ανωτέρω τεχνολογίες, τμήμα του οποίου αναπτύχθηκε, υλοποιήθηκε και αξιολογήθηκε από επαγγελματίες ιατρούς. Κατά την εφαρμογή της παραπάνω μεθοδολογίας στις διαταραχές άγχους αναπτύχθηκε η εφαρμογή PerMed που αποτελεί ένα εργαλείο αρχειοθέτησης και επεξεργασίας των προσωπικών πληροφοριών των ασθενών και τέσσερις υπηρεσίες που στοχεύουν στην υποστήριξη της θεραπείας των διαταραχών άγχους. Οι τρεις εστιάζουν στην ανακάλυψη πιθανών συσχετίσεων στα δεδομένα πλαισίου, ενώ η τέταρτη στοχεύει στην πρόβλεψη του άγχους που θα παρουσιάσει ένας ασθενής σε ένα δεδομένο πλαίσιο. Τα σχόλια που λάβαμε από επαγγελματίες ψυχιάτρους είναι αρκετά ενθαρρυντικά και ευελπιστούμε ότι η προτεινόμενη προσέγγιση θα αποτελέσει ένα ισχυρό εργαλείο υποστήριξης της θεραπείας των διαταραχών άγχους. / Today, we are already on the transition from the traditional desktop-based computing technologies towards ubiquitous computing environments that will enfold us in almost all our daily situations and activities. Simultaneously, there exists an increased tendency of putting the user into the center of service delivery. This means that the services in the ubiquitous environments should be adapted to the context, the needs and the preferences of users. Two of the key-concepts, based on which the delivery of ubiquitous personalized services is realized, are context-awareness and user modeling. The emergence of ubiquitous computing and ubiquitous user modeling has created new expectations and challenges for the delivery of personalized services in a considerable amount of application domains, among which is the healthcare domain. Healthcare provision changes direction becoming protective, proactive and more reachable (e.g. at home or at work), accompanied by continuous and persistent provision of personalized high-quality health advice and assistance. Modern healthcare services are expected to be available around the clock, seven days a week and delivered in a personalized manner addressing the specific needs and preferences of each individual. The present dissertation presents a methodology of providing ubiquitous services at advanced telecommunication networks, which combines context-awareness, user modeling and social networks. This methodology was implemented in the healthcare domain and more specifically in anxiety disorders. In particular, in this dissertation, the contextual aspects that are directly associated with anxiety disorders were defined and an ontology-based context model was proposed. In addition, the user models’ structure was determined and the techniques for the processing of their content were developed. Furthermore, the use of social networks in anxiety disorders and the role of their members were studied. Finally, the architecture of a context-aware system that integrates all the above technologies was proposed, a part of which was developed, implemented and evaluated by professional psychiatrists. During the implementation of the proposed methodology in anxiety disorders, the PerMed application that provides medical experts with a tool for archiving and processing the patient’s personal data and four treatment supportive services were developed. The three of them focus on the discovery of possible associations between the patient’s contextual data and the last service aims at predicting the stress level a patient might suffer from, in a given context. The feedback received from expertized psychiatrists was very encouraging and we hope that the proposed approach will constitute a powerful treatment supportive tool for anxiety disorders.

Τα τελευταια χρόνια ειμαστε μαρτυρες ενός εντυπωσιακού παραδόξου στο χώρο της τεχνολογίας. Ενώ όλη η ανθρωπότητα αναζητά το κάτι παραπάνω σε υπολογιστική ισχύ, σε χώρο αποθήκευσης και σε ταχύτητα, μικρές αυτόνομες συσκευές έρχονται να κατακτήσουν όλο και περισσότερους τομείς της καθημερινότητάς μας. Μονάδες με την ικανότητα της επεξεργασίας και της αποθήκευσης δεδομένων, της αίσθησης του περιβάλλοντος αλλά και της επικοινωνίας μεταξύ τους, ενσωματώνονται σχεδόν σε όλους τους τομείς δραστηριοποίησης του ανθρώπου. Ο τρόπος αυτό-οργάνωσης αυτών των κόμβων - μονάδων στα πλαίσια μεγάλων ασύρματων δικτύων αισθητήρων, και η συλλογή δεδομένων από μια ευρεία περιοχή, τους δίνει τη δυνατότητα λήψης αποφάσεων, πολλές φορές κρίσιμων, ανάλογα με τις επικρατούμενες συνθήκες. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων, σε συνδυασμό με τις υπηρεσίες της υψηλής και καθιερωμένης τεχνολογίας του συστήματος GPS (Global Positioning System) μπορούν να δημιουργήσουν έναν εκρηκτικό συνδυασμό και ερευνητικές ιδέες για ανάπτυξη αστικών εφαρμογών αυτοματισμού, στο πλαίσιο των λεγόμενων «έξυπνων πόλεων». Μέσα σε ένα απέραντο δίκτυο ασυρμάτων αισθητήρων, αποτελούμενο από χιλιάδες οντότητες, η ικανότητα του κάθε κόμβου να εντοπίζει την θέση του και να την μοιράζεται με τους υπόλοιπους, κερδίζει ολοένα και περισσότερο έδαφος ειδικά σε θέματα δρομολόγησης. Η χρήση της τεχνολογίας GPS από έναν κόμβο, αντικείμενο που μελετάμε στη παρούσα εργασία, μπορεί να οδηγήσει από την επιτυχή εφαρμογή του Geographical Routing σε ένα WSN, μέχρι την υλοποίηση απαιτητικών εφαρμογών για αντιγραφή κίνησης αλλά και δημιουργίας «έξυπνων αυτοκινητόδρομων» μέσα στους οποίους θα γίνεται αυτόματη πλοήγηση των κινητών υπό την επίβλεψη ενός μεγάλου WSN με κόμβους που συνεργάζονται με το σύστημα δορυφορικού εντοπισμού θέσης αλλά και μεταξύ τους. Όπως γίνεται άμεσα αντιληπτό, η παρούσα εργασία, που πραγματεύεται την σωστή συνεργασία και επικοινωνία ενός δικτύου ασυρμάτων αισθητήρων με την τεχνολογία GPS για την ιχνηλάτηση της πορείας ενός κινητού, μπορεί να δώσει μελλοντική τροφή για ενασχόληση σε πολλαπλά ερευνητικά επίπεδα. Η εργασία μας χωρίστηκε σε τρείς θεματικές ενότητες. Η πρώτη αφορά τον τομέα του WSN και του προγραμματισμού των κόμβων, για επικοινωνία με τους δορυφόρους, με τον υπολογιστή αλλά και μεταξύ τους, με τις απαραίτητες λειτουργικές εφαρμογές που κληθήκαμε να υλοποιήσουμε. Η δεύτερη αναφέρεται στην εργασία μας από την πλευρά του υπολογιστή, που λειτουργεί σαν συλλέκτης των δεδομένων του δικτύου, και τη σύνδεση του συστήματός μας με την πρότυπη εφαρμογή Google EarthTM για απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο της τροχιάς που ακολουθεί ένα κινητό. Η τρίτη ενότητα περιλαμβάνει εκτέλεση πειραμάτων χρήσης του συστήματος που σχεδιάσαμε και παράθεση οπτικοποιημένων αποτελεσμάτων, για την εύκολη εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων όσον αφορά στη λειτουργικότητά του. / The last few years we witness a striking paradox in the field of technology. While all humanity is seeking for more computing power, more storage capabilities and more proccessing speed, small autonomous devices have appeared to occupy more and more areas of our lives in the daily routine. Units with the capabilities of data proccessing, data storage, enviromental sensing and communication with each other, are incorporated in almost all areas of human activity. The way in which these nodes are self-organized into large Wireless Sensor Networks and their ability to collect data from a wide area, enables them in taking decisions, critical ones sometimes, according to the prevailing conditions. The above characteristics of the components of wireless sensor networks, combined with the services of the established and standard technology of the GPS (Global Positioning System) can create ideas for research and development of urban applications of automation in the so-called “smart cities”. In a vast network of wireless sensors, consisting of thousands of entities, the ability of each node to detect its position and share it with others, is gaining more and more ground especially in routing topics. The use of GPS technology from a node, which is one of the subjects we study in this thesis, could lead from the successful implementation of the Geographical Routing, to the implementation of more demanding applications for motion replication but also to creating “smart highways” through which mobiles will execute an automatic navigation, supervised by a large WSN consisting of nodes cooperating with the satellite positioning system and with each other. As is readily apparent, the present thesis which is dealing with the good cooperation and communication of a wireless sensor network with the GPS technology in order to trace the path of a mobile, can provide room for future involvement in multiple levels of research. Our work was divided into three thematic sections. The first concerns the field of WSN and node programming so that they can be able to communicate with satellites, with the computer and with each other, by installing them with the necessary functional applications that we had to implement. The second section refers to our work on the computer side, which acts as a network data collector, and the link of our system with the standard Google EarthTM application to display the path of a mobile in real – time. The third section includes conducting experiments using the system we designed. The results are visualised and listed for an easy extraction of usefull conclusions regarding the functionality of our system.

Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι η περαιτέρω κατανόηση και ποσοτική σύνδεση φαινομένων μεταφοράς που λαμβάνουν χώρα σε πορώδη μέσα με τα αντίστοιχα φαινόμενα στην κλίμακα λίγων πόρων. Η επέκταση των αποτελεσμάτων από την κλίμακα πόρου στην κλίμακα του πορώδους μέσου δεν είναι προφανής και για το λόγο αυτό η τοπολογία και μορφολογία της πορώδους δομής αντιμετωπίζονται εδώ με δίκτυα πόρων, με έμφαση στα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στις διασταυρώσεις, αλλά και με ψηφιακές αναπαραστάσεις της δομής με βάση μικροφωτογραφίες δείγματος του υλικού. Συγκεκριμένα, στην εργασία αυτή εξετάζεται η διασπορά μορίων διαλυμένης ουσίας σε δίκτυα πόρων, παρουσιάζεται μία καινούργια τεχνική ανακατασκευής ανομοιογενών πορωδών υλικών και αναπτύσσεται μια μέθοδος προσομοίωσης της ροής αερίων δια μέσου ανακατασκευασμένων πορωδών υλικών στη μεταβατική περιοχή ροής όπου η μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων ενός αερίου είναι συγκρίσιμη με το μέγεθος των πόρων οπότε και παύει να ισχύει η συνήθης παραδοχή του συνεχούς. Η επίδραση της ανάμειξης μέσα σε πόρους ή στις διασταυρώσεις πόρων/ρωγμών στη διασπορά μορίων διαλυμένης ουσίας σε πορώδη μέσα ερευνήθηκε μέσα από την ανάπτυξη και χρήση διαφορετικών τεχνικών προσομοίωσης με έμφαση στις λεπτομέρειες της ροής και της μεταφοράς μάζας στην περιοχή της διασταύρωσης. Βρέθηκε ότι μία νέα μέθοδος τυχαίου περιπάτου αναπαράγει με καλή ακρίβεια το συντελεστή διασποράς σε χαμηλές και μεσαίες τιμές του Peclet, χάρη στο γεγονός ότι λαμβάνει υπ’ όψη την ανάντι της ροής κίνηση των σωματιδίων και τους διαφορετικούς χρόνους παραμονής μέσα σε κάθε κλάδο. Παράλληλα αναπτύχθηκε μία καινοτόμος μέθοδος ανακατασκευής πορωδών μέσων. Η τεχνική στηρίζεται στο διφασικό πρότυπο δικτύου Boltzmann, το οποίο περιγράφει την εξέλιξη συστημάτων υγρού-αερίου υπό την επίδραση της διεπιφανειακής τάσης. Ο μηχανισμός αυτός οδηγεί στη δημιουργία συσχετισμένων δομών, όπου τόσο η μορφολογία του πορώδους μέσου όσο και ο βαθμός συσχέτισής του καθορίζονται από τις λειτουργικές παραμέτρους του προτύπου. Η τεχνική εφαρμόστηκε επιτυχώς σε πραγματικό δείγμα εδάφους με αφετηρία την πληροφορία που δίνεται από μία μικροφωτογραφία μίας στατιστικά χαρακτηριστικής τομής του. Τέλος, μελετήθηκε η ροή αερίων σε πορώδη μέσα, σε πεπερασμένους αριθμούς Knudsen, όπου η μέση διάμετρος των πόρων είναι της ίδιας τάξης με τη μέση ελευθέρα διαδρομή των μορίων του αερίου. Η μελέτη έγινε με τη μεσοσκοπική μέθοδο DSMC. Ο έλεγχος της αξιοπιστίας της μεθόδου και της παρούσας υλοποίησής της έγινε μέσω της μελέτης της ισοθερμοκρασιακής ροής αερίου μεταξύ παραλλήλων πλακών. Παράλληλα υπολογίστηκε το δυναμικό ιξώδες αερίου σε συνθήκες υψηλής αραίωσης και παρουσιάστηκε η εξάρτησή του από τον αριθμό Knudsen. Βρέθηκε ότι τα αποτελέσματα προσεγγίζονται ικανοποιητικά από μία αναλυτική έκφραση τύπου Bosanquet που συσχετίζει το αποτελεσματικό ιξώδες με την τιμή του στο όριο του συνεχούς και με τον αριθμό Knudsen. Επιπρόσθετα μελετήθηκε για πρώτη φορά με τη μέθοδο DMSC η ροή αερίων σε υπολογιστικά ανακατασκευασμένες πορώδεις δομές. Επιβεβαιώθηκε το φαινόμενο του Klinkenberg και η γραμμική εξάρτηση του συντελεστή διαπερατότητας από την αντίστροφη πίεση. Τέλος χρησιμοποιήθηκε μια διαφορετική προσέγγιση στο πρόβλημα υπολογισμού της ροής στη μεταβατική περιοχή μέσω ανάπτυξης προτύπου δικτύου Boltzmann, κατάλληλα τροποποιημένου για ροές σε συνθήκες αραίωσης. Το πρότυπο δοκιμάστηκε τόσο στην περίπτωση ροής μεταξύ παραλλήλων πλακών όσο και σε ροή σε πορώδη μέσα όπου η συμφωνία με τη μέθοδο DSMC βρέθηκε πολύ ικανοποιητική. / The aim of the present study is the further understanding and quantification of transport phenomena in porous media and their connection with the phenomena in the scale of a few pores. The extension of the results from the pore-scale to the scale of the porous medium is not obvious and for this reason the representation of the porous medium is treated both with pore-networks and digital reconstruction. Specifically, in this study it is examined the dispersion of molecules of a solute in porous networks, a new reconstruction technique is presented for heterogeneous granular materials and also a methodology is developed for the study of gas flow in reconstructed porous media in the transient regime, where the mean free path of the gas molecules is comparable with the characteristic length of the pores and thus the continuum description is no longer valid. The effect of the mixing in the pores or the junctions of the pores on the dispersion of molecules of a solute in porous media is examined through various simulation techniques with emphasis on the details of the flow and mass transport in the area of the junction. It was found that a new random-walk technique is reproducing with good accuracy the dispersion coefficient for low and average values of the Peclet number, due to the fact that it takes into account the backwards, with respect to the main direction of the flow, movement of the molecules and the different residence time in each branch. Furthermore, a new reconstruction technique was developed for porous media. The technique is based on 2-phase lattice Boltzmann model, which describes the evolution of a gas-liquid system under the influence of the surface tension. This mechanism leads to the creation of correlated structures, where the morphology of the porous medium and the correlation factor are determined by the operating parameters of the model. The technique was applied successfully for the reconstruction of a real soil sample, starting from the information that is solely given from a microphotograph of a statistically adequate section of the material. Finally, the gas flow through porous media was examined at moderate Knudsen numbers, where the mean diameter of the pores is of the same order of magnitude with the mean free path of the gas molecules. The study was done mainly with the mesoscopic DSMC technique. The credibility of the technique was examined through the study of the isothermal gas flow through parallel plates. Additionally, the dynamic viscosity of a gas under rarefaction conditions was calculated and its dependence on the Knudsen number was shown. It was found that the results are approximated satisfactorily with an analytical Bosanquet-type equation that relates the effective viscosity with its value at the continuum limit and with the Knudsen number. Furthermore, it was studied for the first time with the DSMC method the gas flow through reconstructed porous media. The Klinkenberg effect was confirmed and the linear dependence of the permeability coefficient on the inverse pressure was shown. Finally an alternative approach was used for the calculation of gas flow though porous media in the transient regime through the development of a lattice Boltzmann model suitably modified for rarefied gas flows. The model was tested for the case of flow through parallel plates as well as for the case of flow through porous media and the agreement with the DSMC method was very satisfactory.

Αντικείμενο της Διπλωματικής εργασίας είναι η μεταφορά ενός παιχνιδιού στρατηγικής, πού έχει αναπτυχθεί με γνώμονα τους κανόνες της Ενισχυτικής Μάθησης (Reinforcement Learning) & των Νευρωνικών δικτύων (Neural Networks), σε πλατφόρμα κινητού τηλεφώνου 6ης γενιάς & μέσω διαδικτύου με σκοπό την εκπαίδευσης του συστήματος από τον απλό χρήστη. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση, ανάπτυξη του συστήματος λογισμικού βασισμένου σε τεχνολογίες διαδικτύου & κινητής τηλεφωνίας. Η Παρούσα εργασία επικεντρώνεται σε τρεις τομείς: • Έρευνα υφιστάμενων mobile τεχνολογιών • Δυνατότητα επανασχεδιασμού εφαρμογής με χρήση τεχνολογιών mobile internet • Έλεγχος υφιστάμενης δυνατότητας επανασχεδίασης και επαναϋλοποίησης του παιχνιδιού με χρήση άλλων συστημάτων (πλατφόρμων) σε συνδυασμό με χρήση ενισχυτικής μάθησης. / In this paper we review our work on th acquisition of game-playing capabilitiew by a computer , when the only source of knowledge comes from extended self-play and sparsely dispersed human-expert play. We summarily present experiment that showhow a reinforcement learning backbone coupled with neural networks for approximation can indeed serve as amechanism of the acquisition oof game playing skill and we derive game interestingness measures that are inexpensive and strightforward to compute, yert also capture the relative quality of the game playing engine.

The localization of the sensor nodes is a fundamental issue in the area of wireless sensor networks (WSNs). An attractive way for estimating the location of mobile or static wireless objects is by using the received signal strength (RSS) attenuation with the distance, which does not require any additional hardware. This is possible due to the fact that in most sensor nodes radios the received signal strength indicator (RSSI) is a standard feature and can be obtained automatically by the received messages. On the other hand the RSS is known for being noisy, unstable, variable and difficult to use in practice. For achieving a better understanding of the nature of these difficulties and limitations, and for identifying the range of applicability of the RSS in localization and tracking scenarios, a thorough study about the RSS and its dependence on the various factors and environmental conditions is essential. The present doctoral dissertation investigates the feasibility of sensor node localization and target tracking with the resources of the WSN technology, when using only the RSS of the exchanged messages. Moreover, it offers experimental support to the hypothesis that proper modeling of the RSS behavior and appropriate selection of the topology parameters are essential for the applicability of WSN in real world conditions. In brief, the present doctoral dissertation concerns with: (i) identifying the main factors that influence the accuracy, the variability and the reliability of the obtained RSS, (ii) modeling the RF signal propagation in the context of WSNs, and (iii)defining the basic deployment constraints and evaluation of the topology parameters that can guarantee successful localization and tracking. For assessing the practical value of various RF-models, experiments using Tmote Sky and TelosB sensor nodes in real-field outdoor environment were carried out. The impact of a number of factors, such as the operating frequency of the radio, the transmitter–receiver distance, the variation of transceivers hardware due to manufacturing tolerances, the antenna orientation, and the environmental conditions, on the RSS was investigated. The influence of the various factors that affect the RF signal propagation and some constraints imposed by the WSN nature was accounted in order to design practical models, suitable for outdoor unobstructed and outdoor tree-obstructed environments. A pre-deployment simulation framework has been introduced and in its context a RF signal propagation-based connectivity strategy (RFCS) has been developed to fulfill three deployment provisions: (i) discovering the most appropriate height from the ground and distances for the sensor nodes, (ii) reducing the transmission power, and (iii) minimizing the interference from non-neighbor nodes. The RFCS uses a RF signal propagation model to predict the RSS in order to identify the most appropriate communication-based deployment parameters, i.e. T-R distance, height from the ground and transmission power. The localization and tracking considerations, by means of localization and tracking techniques, topology parameters and factors influencing the localization and tracking accuracy, are combined in illustrative simulation examples to evaluate their significance concerning the performance of the localization and tracking task. Furthermore, the propagation model and the topology parameters being identified were validated in real outdoor sensor node localization and target tracking tests. / -

Η συγκεκριμένη διατριβή στοχεύει στον σχεδιασμό της μεθοδολογίας που θα εφαρμοστεί για την υλοποίηση ενός προσκομιστή πληροφορίας από τον Παγκόσμιο Ιστό, ο οποίος θα λειτουργεί λαμβάνοντας υπόψη θεματικά κριτήρια. Τέτοιου είδους προγράμματα ανίχνευσης πληροφορίας, είναι ευρέως γνωστά ως θεματικά εστιασμένοι προσκομιστές ιστοσελίδων. Κατά τη διάρκεια της μελέτης μας, σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε ένα καινοτόμο σύστημα θεματικής κατηγοριοποίησης ιστοσελίδων που κάνει εκτεταμένη χρήση των σημασιολογικών δεδομένων τα οποία περιέχονται στο σημασιολογικό δίκτυο WordNet. Η απόφαση για την αξιοποίηση του WordNet ελήφθη με τη φιλοδοξία να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά φαινόμενα ασάφειας εννοιών που μειώνουν τις επιδόσεις των διαθέσιμων θεματικών κατηγοριοποιητών. Η καταλληλότητα του WordNet για την επίλυση της σημασιολογικής ασάφειας έχει αποδειχθεί στο παρελθόν, αλλά ποτέ δεν εξετάστηκε σε ένα σύστημα εστιασμένης προσκόμισης ιστοσελίδων με τον συγκεκριμένο τρόπο, ενώ ποτέ δεν έχει αξιοποιηθεί στην κατηγοριοποίηση ιστοσελίδων για την ελληνική γλώσσα. Ως εκ τούτου, ο θεματικός κατηγοριοποιητής που υλοποιήσαμε, και κατά συνέπεια, και ο εστιασμένος προσκομιστής στον οποίο ενσωματώνεται ο κατηγοριοποιητής, είναι καινοτόμοι όσο αφορά τον τρόπο με τον οποίο αποσαφηνίζουν έννοιες λέξεων με στόχο την αποτελεσματική ανίχνευση του θεματικού προσανατολισμού μίας ιστοσελίδας . Ένας προσκομιστής ιστοσελίδων είναι ένα πρόγραμμα που με αφετηρία μία λίστα διευθύνσεων ιστοσελίδων (URLs) αρχικοποίησης προσκομίζει το περιεχόμενο των ιστοσελίδων που συναντά και συνεχίζει ακολουθώντας τους εσωτερικούς τους συνδέσμους με απώτερο σκοπό την προσκόμιση όσο το δυνατό μεγαλύτερου υποσυνόλου δεδομένων του Παγκόσμιου Ιστού (ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους, την χωρητικότητα του δικτύου, κλπ.). Δεδομένου ότι ο όγκος των δεδομένων που είναι διαθέσιμα στον Παγκόσμιο Ιστό αυξάνεται με εκθετικό ρυθμό, είναι πρακτικά αδύνατο να προσκομιστούν όλες οι ζητούμενες πηγές πληροφορίας ανά πάσα στιγμή. Ένας τρόπος για να αντιμετωπίσουμε το συγκεκριμένο πρόβλημα είναι η εκμετάλλευση συστημάτων εστιασμένης προσκόμισης ιστοσελίδων που στοχεύουν στη λήψη ιστοσελίδων συγκεκριμένης θεματολογίας που εκφράζουν κάθε φορά το θεματικό προφίλ του χρήστη, σε αντίθεση με τους προσκομιστές ιστοσελίδων γενικού σκοπού που καταναλώνουν πόρους άσκοπα προσπαθώντας να προσκομίσουν κάθε πιθανή πηγή πληροφορίας που συναντούν. Οι εστιασμένοι προσκομιστές χρησιμοποιούνται εκτενώς, για την κατασκευή θεματικά προσανατολισμένων ευρετηρίων ιστοσελίδων, κάθε ένα από τα οποία έχει την δυνατότητα να εξυπηρετήσει αιτήσεις χρηστών με συγκεκριμένο θεματικό προσανατολισμό. Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατόν να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της υπερφόρτωσης πληροφοριών. Προκειμένου να επιτελέσουμε την συγκεκριμένη εργασία μελετήσαμε εκτενώς υπάρχουσες τεχνικές εστιασμένης προσκόμισης, στις οποίες στηριχθήκαμε ώστε να ορίσουμε την μεθοδολογία που θα ακολουθήσουμε. Το αποτέλεσμα είναι η υλοποίηση ενός θεματικά εστιασμένου πολυνηματικού προσκομιστή, ο οποίος ενσωματώνει τις εξής καινοτομίες: είναι ρυθμισμένος προκειμένου να εκτελεί εστιασμένες προσκομίσεις σε ιστοσελίδες ελληνικού ενδιαφέροντος, αποσαφηνίζει το κείμενο που αντιστοιχεί σε ιστοσελίδες προκειμένου να ανακαλύψει τον θεματικό τους προσανατολισμό. Επιπλέον προτείνουμε μία σειρά υποσυστημάτων τα οποία θα μπορούσαν να ενσωματωθούν στο σύστημα εστιασμένης προσκόμισης προκειμένου να ενισχύσουμε την απόδοσή του. Τέτοια συστήματα είναι το υποσύστημα ανίχνευσης όψεων που αντιστοιχίζονται σε επώνυμες οντότητες καθώς και το υποσύστημα εξαγωγής λέξεων κλειδιών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως χαρακτηριστικά κατηγοριοποίσης από το αλφαριθμητικό των διευθύνσεων (URL) ιστοσελίδων. Για να παρουσιάσουμε την αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου, διενεργήσαμε μία σειρά πειραματικών μετρήσεων. Συγκεκριμένα αξιολογήσαμε πειραματικά τα ακόλουθα: την αποτελεσματικότητα του αλγορίθμου αποσαφήνισης που ενσωματώσαμε στον προσκομιστή, την απόδοση του θεματικού κατηγοριοποιητή ο οποίος καθορίζει την συμπεριφορά του εστιασμένου προσκομιστή σχετικά με το αν μια σελίδα θα πρέπει να κατέβει ως θεματικά σχετική με το θέμα ενδιαφέροντος ή όχι, την απόδοση του εστιασμένου προσκομιστή καταγράφοντας τον ρυθμό απόκτησης που επιτυγχάνει κατά την διάρκεια της εστιασμένης προσκόμισης χρησιμοποιώντας κάθε φορά διαφορετικά χαρακτηριστικά κατηγοριοποίησης, την καταλληλότητα του υποσυστήματος εξαγωγής λέξεων-κλειδιών από το αλφαριθμητικό URL για την περιγραφή του θεματικού προσανατολισμού της ιστοσελίδας και τέλος τη χρησιμότητα του συστήματος αναγνώρισης επώνυμων οντοτήτων στην οργάνωση ιστοσελίδων των οποίων η σημασιολογία δεν αναπαρίσταται ικανοποιητικά σε σημασιολογικούς πόρους γενικού σκοπού συμπεριλαμβανομένου του σημασιολογικού δικτύου WordNet. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τη συμβολή του θεματικά εστιασμένου προσκομιστή που προτείνουμε στην προσκόμιση περιεχομένου ειδικού ενδιαφέροντος από τον Παγκόσμιο Ιστό. Παράλληλα αποδεικνύουμε ότι όλες οι μέθοδοι που ενσωματώσαμε στο σύστημα εστιασμένης προσκόμισης είναι δυνατό να συνεργαστούν κατά τρόπο που να βελτιώνει την απόδοση του προσκομιστή . Τέλος από τα πειραματικά αποτελέσματα αποδεικνύεται ότι η προτεινόμενη τεχνική είναι εξίσου αποτελεσματική για ιστοσελίδες στα αγγλικά και στα ελληνικά. Επιπλέον πιστεύουμε ότι μπορεί να εφαρμοστεί με επιτυχία και σε ιστοσελίδες που περιέχουν κείμενα άλλων φυσικών γλωσσών, με προϋπόθεση την ύπαρξη σημασιολογικών πόρων, αντίστοιχων με το WordNet και διαθέσιμων εργαλείων που θα επιτρέπουν την ανάλυση των δεδομένων κειμένου τους. / This dissertation aims at the specification of an algorithmic methodology that will be applied towards the implementation of a web crawler, which will operate upon thematic criteria. Such crawlers are widely known as topical focused web crawlers. To realize our objective, the utilization of a web page thematic classification system (either existing or newly developed one) is imperative. In the course of our study, we designed and implemented a novel thematic classifier that makes extensive use of the semantic data encoded in WordNet semantic network and such decision was taken with the aspiration of tackling effectively sense ambiguity phenomena that degrade the performance of available classifiers. The suitability of WordNet towards resolving semantic ambiguity has been previously proven but never examined in a focused web crawling application and has never been exploited for the Greek language. Therefore, our thematic classifier and consequently our focused crawler that integrates it are innovative in the way in which they perform word sense disambiguation for achieving the effective detection of the web page topics (themes). In a broad sense, a web crawler is a program that based on a seed list of URLs it downloads the contents of the web pages it comes across and continues following their internal links with the utmost objective of fetching as much as web data as possible (depending on available resources, network capacity, etc.). Given that the web data grows at exponential rates, it is practically impossible to download all the web sources at any given time. One way to tackle such difficulty is to implement and employ topical focused crawlers that aim at downloading content of specific topics (potentially of interest to the user) rather than waste resources trying to download every single data source that is available on the web. Topically focused crawlers are extensively used for building topical focused indices, each of which can serve specialized user search requests, therefore dealing partially with the information overload problem. To carry out our work, we have extensively reviewed existing approaches with respect to topically focused crawling techniques upon which we relied for defining our own focused crawling methodology, which resulted into the implementation of a topical focused crawler that incorporates the following innovate features: it is tailored to operate on the Greek web, it disambiguates the web pages in order to uncover their topic and it incorporates numerous features, such as a named entities recognizer, a URL keyword extractor, personalization techniques, etc., in order to maximize its performance. To demonstrate the effectiveness of our method, we have applied our topical focused crawler on several datasets and experimentally evaluated the following issues: the efficiency of the sense resolution algorithm incorporated into our crawler, the performance of the topical classifier that the crawler consults prior to making a final decision as to whether a page should be downloaded as topically relevant to a subject of interest or not, the suitability of the URL keyword extractor module for judging the subject of a web page based entirely on the analysis of its URL, the usefulness of the named entities recognizer in organizing pages whose semantics are poorly represented within the contents of general-purpose semantic resources (including WordNet semantic network). Experimental results confirm the contribution of our topically focused crawler in downloading web content of specific interest and show that all the methods and techniques that we have successfully integrated into the crawler can interoperate with its other in a manner that improves the crawling performance while allowing for flexibility in the downloading process at the same time. Last but not least, experimental results showcase that our crawling methodology is equally effective for both English and Greek and we believe that it can be fruitfully applied to other natural languages provided that there the respective semantic resources and tools are available for analyzing their textual data.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται το θέμα της εκπαίδευσης εμπρόσθιων τροφοδοτούμενων τεχνητών νευρωνικών δικτύων και τις εφαρμογές τους. Η παρουσίαση των θεμάτων και των αποτελεσμάτων της διατριβής οργανώνεται ως εξής: Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα , τα οφέλη της χρήσης τους, η δομή και η λειτουργία τους. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζεται πως από τους βιολογικούς νευρώνες μοντελοποιούνται οι τεχνητοί νευρώνες, που αποτελούν το θεμελιώδες στοιχείο των τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Στη συνέχεια αναφέρονται οι βασικές αρχιτεκτονικές των εμπρόσθιων τροφοδοτούμενων τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με μια ιστορική αναδρομή για τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και με την παρουσίαση κάποιων εφαρμογών τους. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται μερικοί από τους υπάρχοντες αλγορίθμους εκπαίδευσης τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Γίνεται μια περιληπτική αναφορά του προβλήματος της εκπαίδευσης των τεχνητών νευρωνικών δικτύων με επίβλεψη και δίνεται η μαθηματική μοντελοποίηση που αντιστοιχεί στην ελαχιστοποίηση του κόστους. Στην συνέχεια γίνεται μια περιληπτική αναφορά στις μεθόδους που βασίζονται στην κατεύθυνση της πιο απότομης καθόδου, στις μεθόδους δευτέρας τάξεως όπου απαιτείται ο υπολογισμός του Εσσιανού πίνακα της συνάρτησης κόστους, στις μεθόδους μεταβλητής μετρικής, και στις μεθόδους συζυγών κλίσεων. Κατόπιν, παρουσιάζεται ο χώρος των βαρών, η επιφάνεια σφάλματος και οι διάφορες τεχνικές αρχικοποίησης των βαρών των τεχνητών νευρωνικών δικτύων και περιγράφονται οι επιπτώσεις που έχουν στην εκπαίδευση τους. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται ένας νέος αλγόριθμος εκπαίδευσης τεχνητών νευρωνικών δικτύων βασισμένος στον αλγόριθμο της οπισθοδιάδοσης του σφάλματος και στην αυτόματη προσαρμογή του ρυθμού εκπαίδευσης χρησιμοποιώντας πληροφορία δυο σημείων. Η κατεύθυνση αναζήτησης του νέου αλγορίθμου είναι η κατεύθυνση της πιο απότομης καθόδου, αλλά για τον προσδιορισμό του ρυθμού εκπαίδευσης χρησιμοποιούνται προσεγγίσεις δυο σημείων της εξίσωσης χορδής των μεθόδων ψεύδο-Newton. Επιπλέον, παράγεται ένας νέος ρυθμός εκπαίδευσης προσεγγίζοντας την νέα εξίσωση χορδής, που προτάθηκε από τον Zhang, η οποία χρησιμοποιεί πληροφορία παραγώγων και συναρτησιακών τιμών. Στη συνέχεια, ένας κατάλληλος μηχανισμός επιλογής του ρυθμού εκπαίδευσης ενσωματώνεται στον αλγόριθμο εκπαίδευσης ώστε να επιλέγεται κάθε φορά ο κατάλληλος ρυθμός εκπαίδευσης. Τέλος, γίνεται μελέτη της σύγκλισης του αλγορίθμου εκπαίδευσης και παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για διάφορα προβλήματα εκπαίδευσης. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται μερικοί αποτελεσματικοί αλγόριθμοι εκπαίδευσης οι οποίοι βασίζονται στις μεθόδους βελτιστοποίησης συζυγών κλίσεων. Στους υπάρχοντες αλγόριθμους εκπαίδευσης συζυγών κλίσεων προστίθεται ένας αλγόριθμος εκπαίδευσης που βασίζεται στη μέθοδο συζυγών κλίσεων του Perry. Επιπρόσθετα, προτείνονται νέοι αλγόριθμοι συζυγών κλίσεων που προκύπτουν από τις ίδιες αρχές που προέρχονται οι γνωστοί αλγόριθμοι συζυγών κλίσεων των Hestenes-Stiefel, Fletcher-Reeves, Polak-Ribiere και Perry, και ονομάζονται κλιμακωτοί αλγόριθμοι συζυγών κλίσεων. Αυτή η κατηγορία αλγορίθμων βασίζεται στην φασματική παράμετρο κλιμάκωσης του προτάθηκε από τους Barzilai και Borwein. Επιπλέον, ενσωματώνεται στους αλγόριθμους εκπαίδευσης συζυγών κλίσεων μια αποδοτική τεχνική γραμμικής αναζήτησης, που βασίζεται στις συνθήκες του Wolfe και στην διασφαλισμένη κυβική παρεμβολή. Ακόμη, η παράμετρος του αρχικού ρυθμού εκπαίδευσης προσαρμόζεται αυτόματα σε κάθε επανάληψη σύμφωνα με ένα κλειστό τύπο. Στη συνέχεια, εφαρμόζεται μια αποτελεσματική διαδικασία επανεκκίνησης, έτσι ώστε να βελτιωθούν περαιτέρω οι αλγόριθμοι εκπαίδευσης συζυγών κλίσεων και να αποδειχθεί η ολική τους σύγκλιση. Τέλος, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για διάφορα προβλήματα εκπαίδευσης. Στο τελευταίο Κεφάλαιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, απομονώνεται και τροποποιείται ο κλιμακωτός αλγόριθμος του Perry, που παρουσιάστηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο. Πιο συγκεκριμένα, ενώ διατηρούνται τα κύρια χαρακτηριστικά του αλγορίθμου εκπαίδευσης, εφαρμόζεται μια διαφορετική τεχνική γραμμικής αναζήτησης η οποία βασίζεται στις μη μονότονες συνθήκες του Wolfe. Επίσης προτείνεται ένας νέος αρχικός ρυθμός εκπαίδευσης για χρήση με τον κλιμακωτό αλγόριθμο εκπαίδευσης συζυγών κλίσεων, ο οποίος φαίνεται να είναι αποδοτικότερος από τον αρχικό ρυθμό εκπαίδευσης που προτάθηκε από τον Shanno όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με την μη μονότονη τεχνική γραμμικής αναζήτησης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για διάφορα προβλήματα εκπαίδευσης. Τέλος, ως εφαρμογή εκπαιδεύεται ένα πολυεπίπεδο εμπρόσθια τροφοδοτούμενο τεχνητό νευρωνικό δίκτυο με τον προτεινόμενο αλγόριθμο για το πρόβλημα της ταξινόμησης καρκινικών κυττάρων του εγκεφάλου και συγκρίνεται η απόδοση του με την απόδοση ενός πιθανοτικού τεχνητού νευρωνικού δικτύου. Η διατριβή ολοκληρώνεται με το Παράρτημα Α’, όπου παρουσιάζονται τα προβλήματα εκπαίδευσης τεχνητών νευρωνικών δικτύων που χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των προτεινόμενων αλγορίθμων εκπαίδευσης. / In this dissertation the problem of the training of feedforward artificial neural networks and its applications are considered. The presentation of the topics and the results are organized as follows: In the first chapter, the artificial neural networks are introduced. Initially, the benefits of the use of artificial neural networks are presented. In the sequence, the structure and their functionality are presented. More specifically, the derivation of the artificial neurons from the biological ones is presented followed by the presentation of the architecture of the feedforward neural networks. The historical notes and the use of neural networks in real world problems are concluding the first chapter. In Chapter 2, the existing training algorithms for the feedforward neural networks are considered. First, a summary of the training problem and its mathematical formulation, that corresponds to the uncostrained minimization of a cost function, are given. In the sequence, training algorithms based on the steepest descent, Newton, variable metric and conjugate gradient methods are presented. Furthermore, the weight space, the error surface and the techniques of the initialization of the weights are described. Their influence in the training procedure is discussed. In Chapter 3, a new training algorithm for feedforward neural networks based on the backpropagation algorithm and the automatic two-point step size (learning rate) is presented. The algorithm uses the steepest descent search direction while the learning rate parameter is calculated by minimizing the standard secant equation. Furthermore, a new learning rate parameter is derived by minimizing the modified secant equation introduced by Zhang, that uses both gradient and function value information. In the sequece a switching mechanism is incorporated into the algorithm so that the appropriate stepsize to be chosen according to the status of the current iterative point. Finaly, the global convergence of the proposed algorithm is studied and the results of some numerical experiments are presented. In Chapter 4, some efficient training algorithms, based on conjugate gradient optimization methods, are presented. In addition to the existing conjugate gradient training algorithms, we introduce Perry's conjugate gradient method as a training algorithm. Furthermore, a new class of conjugate gradient methods is proposed, called self-scaled conjugate gradient methods, which are derived from the principles of Hestenes-Stiefel, Fletcher-Reeves, Polak-Ribiere and Perry's method. This class is based on the spectral scaling parameter. Furthermore, we incorporate to the conjugate gradient training algorithms an efficient line search technique based on the Wolfe conditions and on safeguarded cubic interpolation. In addition, the initial learning rate parameter, fed to the line search technique, was automatically adapted at each iteration by a closed formula. Finally, an efficient restarting procedure was employed in order to further improve the effectiveness of the conjugate gradient training algorithms and prove their global convergence. Experimental results show that, in general, the new class of methods can perform better with a much lower computational cost and better success performance. In the last chapter of this dissertation, the Perry's self-scaled conjugate gradient training algorithm that was presented in the previous chapter was isolated and modified. More specifically, the main characteristics of the training algorithm were maintained but in this case a different line search strategy based on the nonmonotone Wolfe conditions was utilized. Furthermore, a new initial learning rate parameter was introduced for use in conjunction with the self-scaled conjugate gradient training algorithm that seems to be more effective from the initial learning rate parameter, proposed by Shanno, when used with the nonmonotone line search technique. In the sequence the experimental results for differrent training problems are presented. Finally, a feedforward neural network with the proposed algorithm for the problem of brain astrocytomas grading was trained and compared the results with those achieved by a probabilistic neural network. The dissertation is concluded with the Appendix A', where the training problems used for the evaluation of the proposed training algorithms are presented.

Στην εργασία αυτή καταγράφονται οι εφαρμογές κοινωνικού λογισμικού με τις δυνατότητες και τα χαρακτηριστικά που έχει καθεμία από αυτές. Αυτό που μας ενδιαφέρει όμως είναι η παιδαγωγική τους αξιοποίηση και η ένταξη στην εκπαιδευτική διαδικασία. Στηριζόμενοι κυρίως στην ξένη, αλλά και εγχώρια βιβλιογραφία, σε πρόσφατα επιστημονικά άρθρα και δημοσιεύσεις, παρουσιάζονται λεπτομερώς για κάθε ένα εργαλείο κοινωνικού λογισμικού οι τρόποι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εκπαίδευση. Αξιολογούνται συγκεκριμένες μελέτες περίπτωσης (case studies), στις οποίες εργαλεία κοινωνικού λογισμικού έχουν ενταχθεί στο πλαίσιο μαθημάτων σε πανεπιστήμια του εξωτερικού και της χώρας μας. Εξετάζεται η επίδραση που υπάρχει στη μάθηση για το συμμετέχοντα στην εκπαιδευτική διαδικασία και η ενίσχυση που προκύπτει για τις ηλεκτρονικές κοινότητες μάθησης από την χρήση των εργαλείων κοινωνικού λογισμικού. Επιπλέον, διερευνείται πως το κοινωνικό λογισμικό σχετίζεται με τις προϋποθέσεις αποτελεσματικής μάθησης στους ενήλικες και είναι συμβατό με τις αρχές μάθησης των ενηλίκων. Τέλος, εξετάζεται η σημασία του κοινωνικού λογισμικού στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση σε σχέση με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που διέπουν την από απόσταση εκπαίδευση και τους συμμετέχοντες σε αυτήν. Ελέγχεται κατά πόσο το κοινωνικό λογισμικό μπορεί αφενός να στηρίξει την αυτονομία και εξατομίκευση του εκπαιδευόμενου στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση, και αφετέρου να βοηθήσει στην αλληλεπίδραση, επικοινωνία και συνεργασία μιας ομάδας εκπαιδευομένων. Η είσοδος των εργαλείων κοινωνικού λογισμικού ως νέο στοιχείο στο σχεδιασμό προγραμμάτων εξ αποστάσεως πανεπιστημιακής εκπαίδευσης είναι ιδιαίτερα σημαντική. / In the present project are recorded the social software applications with the capabilities and features of each of these. What interests us though is the pedagogical use and integration of social software into the educational process. Relying mainly on foreign, and domestic literature, in recent scientific articles and publications, are presented in detail for each one social software tool the ways in which they can be used in education. Are evaluated specific case studies, in which social software tools are introduced in courses in universities abroad and our country. It is evaluated the effect on learning for the participant in the educational process and the support for e-learning communities because of the use of social software tools. The project explores how social software is related to the conditions for efficient learning in adults and if it is compatible with the principles of adult learning. Finally, it is considered the importance of social software in distance education in relation to the particular characteristics of the distance education and its participants. It is checked whether social software can support both the autonomy and individuality of the learner in distance education, and to assist in the interaction, communication and collaboration of a group of learners. The entrance of social software tools as a new element in designing programs in distance university education is very important.