Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής ήταν να συμβάλλει στην συστηματοποίηση του έργου του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού όταν αναλύει, μοντελοποιεί και σχεδιάζει τον έλεγχο ενός βιομηχανικού συστήματος. Για την μοντελοποίηση βιομηχανικών συστημάτων έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι, όπως τα δίκτυα Petri και όλες οι μορφές αυτομάτων ελέγχου. Τα αυτόματα αποτέλεσαν την βάση για την δημιουργία μιας νέας μεθόδου μοντελοποίησης στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Τα Γενικευμένα Αυτόματα (Global Automata), όπως ονομάστηκε η νέα μέθοδος, δανείζονται χαρακτηριστικά από τις διάφορες προϋπάρχουσες μορφές αυτομάτων, ενώ εισαγάγουν νέες παραμέτρους μοντελοποίησης ώστε να καλύψουν τις όποιες ανάγκες των σύγχρονων βιομηχανικών συστημάτων. Βάσει της μεθόδου αναπτύχθηκαν διάφορα εργαλεία με στόχο την αύξηση της δύναμης μοντελοποίησης της. Το πρώτο εργαλείο περιλαμβάνει μια συστηματοποιημένη τεχνική συγχώνευσης καταστάσεων ενός μοντέλου και αποσκοπεί στον περιορισμό της υπέρμετρης αύξησης του γράφου καταστάσεων, ο οποίος σε περιπτώσεις μεγάλων συστημάτων μπορεί να φτάσει τις δεκάδες χιλιάδες καταστάσεις. Το δεύτερο εργαλείο που αναπτύχθηκε, αποτελεί την σύνθεση αυτομάτων με στόχο την δημιουργία ενός νέου αυτομάτου που έχει την ίδια ακριβώς συμπεριφορά με τα αρχικά. Η σύνθεση επιτρέπει την δημιουργία μοντέλου ακόμα και ενός συστήματος υψηλής πολυπλοκότητας, μέσω σύνθεσης των μοντέλων όλων των υποσυστημάτων του. Τέλος, τα γενικευμένα αυτόματα επιτρέπουν την δημιουργία ιεραρχικών μοντέλων που αποτελούνται από πλήθος αυτομάτων ιεραρχικά δομημένων. Σε αυτή την περίπτωση το αυτόματο του ανωτέρου επιπέδου έχει τον ρόλο του επόπτη-συντονιστή και τροφοδοτεί τα αυτόματα του κατώτερου επιπέδου με δεδομένα, τιμές αναφοράς κτλ. Αναφορικά με τον προγραμματισμό των βιομηχανικών ελεγκτών που θα επωμιστούν τον έλεγχο της διεργασίας παρουσιάζονται δύο εργαλεία παραγωγής κώδικα από ένα γενικευμένο αυτόματο. Το πρώτο εργαλείο παρουσιάζει συστηματικά τα βήματα μετατροπής ενός αυτομάτου σε εκτελέσιμο κώδικα μιας γλώσσας προγραμματισμού υψηλού επιπέδου. Η χρησιμότητα είναι σημαντική κατά την διάρκεια εξομοίωσης ενός μοντέλου και επαλήθευσης της ορθής λειτουργίας του ελεγκτή, αλλά όχι μόνο. Οι σύγχρονες βιομηχανίες είναι εξοπλισμένες με Σταθμούς Εποπτικού Έλεγχου και Συλλογής Πληροφοριών (SCADA) οι οποίοι στην πλειονότητά τους φέρουν ενσωματωμένη δυνατότητα εκτέλεσης κώδικα σε μια γλώσσα υψηλού επιπέδου. Με εκτέλεση του παραγόμενου, από το εργαλείο, κώδικα σε λογισμικό SCADA, μπορεί να επιτευχθεί και έλεγχος του συστήματος. Βέβαια, ο επικρατέστερος τύπος ελεγκτή παραμένει το Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής, λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών που διαθέτει και υπερισχύει συγκριτικά με τις εναλλακτικές προσεγγίσεις. Η υλοποίηση των γενικευμένων αυτομάτων σε PLC επιτυγχάνεται μέσω του δεύτερου εργαλείου, το οποίο δημιουργήθηκε με βάση το διεθνές πρότυπο IEC 61131-3 και περιγράφει όλα τα συστηματικά βήματα που πρέπει να ακολουθήσει ο μηχανικός για να υλοποιήσει την στρατηγική ελέγχου, που εμπεριέχει ένα γενικευμένο αυτόματα, σε ένα PLC. Το πρότυπο IEC 61131-3 περιλαμβάνει ένα σύνολο πέντε γλωσσών και το εργαλείο σύνθεσης τις περιλαμβάνει όλες δίνοντας κατάλληλες κατευθύνσεις υλοποίησης με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της καθεμιάς. Η παρουσίαση των γενικευμένων αυτομάτων και των εργαλείων που αναπτύχθηκαν ολοκληρώνεται μέσω παραδειγμάτων χρήσης. Οι παρουσιαζόμενες εφαρμογές αποτελούν είτε θεωρητικά συστήματα για επεξήγηση, είτε πραγματικές εφαρμογές υλοποιημένες ως εργαστηριακές διατάξεις ή ως πραγματικά συστήματα παραγωγής. / In this work Global Automata are introduced as a new method offering the convenience of modelling various types of industrial systems without any restrictions on systems properties. Their structure has common characteristics with several types of automata, such as the control graph with a finite set of states and transitions between those states. Global automata can be used for modelling hybrid systems handling both discrete and real valued variables combining flow, invariant and guard conditions from hybrid automata, with clock constraints and delayed inputs from timed and PLC automata. In addition, new modelling parameters as reset table at each transition and hierarchical classification of executable events at each state are introduced. Application independence derives from the fact that they are a super-set of every other type of automata and hence are less application depended compared to any of them. Based on Global Automata some tools were developed in order to increase their modelling power. First tool is the ability of state aggregation which generally means the merging of two or more states in order to produce a new super-state. State aggregation is a powerful tool to avoid state space expansion. The second developed tool is automata composition and is mainly used in cases where ad-hoc modelling is not a practical solution, since it allows the construction of large system model using simple models of all system’s components. Finally, global automata allow the development of hierarchical models, consisting of two or more automata. In such case, the automaton of the higher level has the role of supervisor feeding the automata of lower level with data, reference values etc. Two implementation tools for programming industrial controllers are also presented. The first tool is a synthesis tool for translating a global automaton into executable code of a programming language (i.e. C, Matlab). Tool usage is important for simulation and verification but is not limited on this. Contemporary industrial systems are equipped with Supervisory Control and Data Acquisition Systems (SCADA), which have embedded functions of running code. Consequently, an industrial system modelled as a global automaton can be controlled by the executable code running in a SCADA station. But, in industry the dominant controller is the Programmable Logic Controller, which is a special aim computer suitably built for the application control tasks. The IEC 61131-3 Programming Norm describes all the well-known languages for programming PLCs and the second tool is a synthesis tool for implementing global automata in PLCs based on this programming norm. Global automata as a modelling method and all the above mentioned tools are illustrated through representative examples. The presented examples are either theoretical or real systems implemented in the laboratory or even real production systems.

Στα πλαίσια της διδακτορικής μας διατριβής ασχοληθήκαμε με προβλήματα διαχείρισης δικτυακών πληροφοριακών συστημάτων που βασίζονται σε τεχνολογίες παγκόσμιου ιστού (network-centric information systems, netcentric information systems, web information systems). Η έννοια της δικτυο-κεντρικής προσέγγισης (netcentric) προσπαθεί να αποδώσει την τάση να χρησιμοποιείται η δικτυακή υποδομή και τεχνολογία όλο και περισσότερο στα πληροφοριακά συστήματα και τις εφαρμογές παγκόσμιου ιστού για να παρέχουν, να δημοσιοποιούν, να διαμοιράζουν και να επικοινωνούν online υπηρεσίες και πληροφορίες. Κύριος στόχος της διατριβής είναι α) η διασφάλιση της ποιότητας κατά την εξυπηρέτηση, β) η μείωση του χρόνου εντοπισμού και γ) η εξατομίκευση υπηρεσιών και πληροφοριών σε δικτυακά πληροφοριακά περιβάλλοντα και εφαρμογές που βασίζονται σε τεχνολογίες μηχανικής Παγκόσμιου Ιστού. Σε πρώτο επίπεδο, οι αποδοτικοί αλγόριθμοι που αναπτύξαμε αφορούν τις υπηρεσίες Web Services που έχουν σχεδιαστεί να υποστηρίζουν διαλειτουργική αλληλεπίδραση μεταξύ μηχανών με χρήση δικτυακής υποδομής. Πρόκειται ένα τεχνολογικό πλαίσιο το οποίο προτυποποιήθηκε από το W3 Consortium (http://www.w3.org) και γνωρίζει την ευρεία υποστήριξη τόσο της επιστημονικής κοινότητας τεχνολογιών πληροφορικής και επικοινωνιών όσο και των επαγγελματιών μηχανικών Η/Υ και της βιομηχανίας πληροφορικής παγκοσμίως. Αναλυτικότερα στο πρώτο μέρος της διατριβής δίνουμε αρχικά μία νέα κατηγοριοποίηση και συγκριτική παρουσίαση των λύσεων και προβλημάτων που αφορούν αποδοτικές λύσεις αλγορίθμων διαχείρισης και αναζήτησης υπηρεσιών. Στη συνέχεια, εισάγουμε μια σειρά από νέους αποδοτικούς αλγορίθμους διαχείρισης και αναζήτησης υπηρεσιών που διασφαλίζουν την ποιότητα της παρεχόμενης υπηρεσίας και βελτιώνουν την πολυπλοκότητα στο χρόνο εντοπισμού μιας υπηρεσίας. Συνολικά στο πρώτο μέρος παρουσιάζουμε: - Αποδοτικούς αλγορίθμους δυναμικής επιλογής Web Service που λαμβάνουν υπόψη μη λειτουργικές προδιαγραφές για ποιότητα και απόδοση κατά την προσπάθεια χρήσης (consumption) του Web Service (QoWS enabled WS discovery). - Αποδοτικούς αλγορίθμους διαχείρισης και αναζήτησης υπηρεσιών δικτυο-κεντρικών πληροφοριακών συστημάτων οι οποίοι βασίζονται σε αποκεντρικοποιημένες δικτυακές λύσεις ειδικά σχεδιασμένες για WS καταλογογράφηση (decentralized WS discovery). Σε δεύτερο επίπεδο, δίνουμε αποδοτικές προσαρμοστικές μεθόδους για την εξατομίκευση των αποτελεσμάτων αναζήτησης πληροφοριών στον Παγκόσμιο Ιστό. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνουμε βελτίωση της απόδοσης τόσο για τις εσωτερικές λειτουργίες διαχείρισης και αναζήτησης των δικτυακών πληροφοριακών συστημάτων όσο και του τελικού αποτελέσματος, της πληροφορίας δηλαδή, που παρουσιάζουν τα συστήματα αυτά στον τελικό χρήστη. Συγκεκριμένα, στο δεύτερο μέρος της διατριβής εισάγουμε μια σειρά από τρεις αλγορίθμους εξατομίκευση των αποτελεσμάτων αναζήτησης, οι οποίοι βασίζονται σε τεχνικές μετρικών συνδέσμων (link metrics). Το κύριο πλεονέκτημα των τεχνικών που προτείνουμε είναι ότι επιτρέπουν, με τη χρήση μιας αρκετά απλής μεθοδολογίας, την εξατομίκευση των αποτελεσμάτων αναζήτησης, χωρίς να επιβαρύνονται οι χρήστες σε όγκο αποθήκευσης ή με καθυστερήσεις λόγου χρόνου εκτέλεσής τους. Επιτυγχάνουμε εξατομικευμένη αναζήτηση εφαρμόζοντας τεχνικές ανάλυσης και επεξεργασίας συνδέσμων όχι στο γράφο ιστού αλλά για πρώτη φορά σε αρκετά μικρότερους εξατομικευμένους γράφους που σχηματίζονται από διαθέσιμες σημασιολογικές ταξονομίες. Συνοψίζοντας τα ερευνητικά αποτελέσματα του δεύτερου μέρους παρουσιάζουμε τα ακόλουθα: - Αποδοτικοί αλγόριθμοι για εξατομικευμένη αναζήτηση πληροφορίας (personalized searching) στον Παγκόσμιο Ιστό. - Μηχανισμός προσαρμοστικής παρουσίασης αποτελεσμάτων αναζήτησης με χρήση πολλαπλών επιπέδων κατηγοριοποίησης. - Επέκταση των αλγορίθμων για μηχανισμούς στοχευμένης συλλογής σελίδων (focused web crawlers) που αποτελούν εναλλακτική της εξατομικευμένης αναζήτησης πληροφοριών. Τέλος στο τρίτο και τελευταίο μέρος της διατριβής παρουσιάζουμε μια σειρά από εφαρμογές, αρχιτεκτονικές και λειτουργικά πλαίσια τα οποία αφορούν δικτυακά πληροφοριακά περιβάλλοντα στα οποία εφαρμόζουμε τεχνικές διαχείρισης υπηρεσιών και μηχανισμούς εξατομίκευσης πληροφοριών. O κύριος στόχος της παρουσίασης των λύσεων αυτών είναι να επιδειχθεί ότι οι προτεινόμενοι αποδοτικοί αλγόριθμοι, που παρουσιάστηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, έχουν εφαρμογή σε πολλαπλά προβλήματα διαφορετικών επιστημονικών και τεχνολογικών πεδίων που χρησιμοποιούν δικτυακά πληροφοριακά συστήματα και εφαρμογές παγκόσμιου ιστού. / In our PhD dissertation we dealt with performance issues in network - centric information systems, netcentric information systems and web information systems. Netcentric approach attempts to depict the augmenting tendency to use the network communication in information systems and web applications in order to provide, to publish, to distribute and to communicate online services and information. The key aim of our doctoral thesis is a) the quality at the service provision, v) the reduction of discovery time and c) the personalization of services and information in network information systems and applications that are based on web engineering technologies. Initially, we studied, designed and implemented efficient algorithms concerning Web Services technologies that have been designed to facilitate interoperable service integration using network infrastructure. Web Services Architecture has been standardized by W3 Consortium (http://www.w3.org) as the technological framework and it has received the wide support of the information technology scientific community as well as the information technology (IT) professionals and industry worldwide. In the first section we introduce a new categorization and comparative presentation of the available algorithmic solutions for service management and discovery. Then, we introduce a series of new efficient algorithms that ensure quality of service provision and improve time complexity in service discovery. Overall in the first part of the thesis we present: - Efficient algorithms for dynamic Web Service selection taking into account non-functional specifications (Quality of Web Service – QoWS) and performance issues during Web Service (WS) consumption attempt (i.e. QoWS enabled WS discovery). - Efficient algorithms for service management and discovery in network centric information systems that are based on decentralized network approaches specifically designed for WS discovery. In the sequel, we propose efficient adaptive methods for personalized web searching. In this way we provide performance improvement both for the internal management and discovery functionality of web based net-centric information systems as well as for the systems’ output that is the end-user information. In particular, in the second section, we introduce a series of three new algorithms for personalized searching. The proposed algorithms are mainly based on link metrics techniques. Their main advantage is that they allow, with the use of a simple methodology, search results personalization, with minimum overhead in terms of storage volume and computation time. We achieve personalized search using link analysis in a personalized graph much smaller one than the whole web graph. The personalized graph is shaped taking advantage of semantic taxonomies. Summarizing the novel research results of this second section are the following: - Efficient algorithms for personalized web information searching. - Adaptive presentation mechanisms of search results with the use of multiple levels of novel categorization. - Extension that allows the adoption of the algorithms for the case of focused web crawling mechanisms, which constitute an alternative personalized searching approach. Finally in the third and last section of our thesis, we present a series of applications, architectures and frameworks of different web based net-centric information environments cases, in which we apply our techniques for service management and personalized information discovery. The main objective of this presentation is to show that the efficient algorithms presented in the previous sections, have multiple potentials of application in problems of different research and technological areas using web based net-centric informative systems and web applications. Cases presented include network management information systems, e-learning approaches, semantic mining and multimedia retrieval systems, web content and structure maintenance solutions and agricultural information systems.

Η διατριβή αναφέρεται στην ανάπτυξη μίας Μεθοδολογίας Ενοποίησης Εργαλείων Διοίκησης (Μ.Ε.Δ.Δ.) για την επίλυση προβλημάτων που παρουσιάζονται στον τομέα της υγείας, τα οποία αναφέρονται αφενός στη χωροθέτηση μονάδων υγείας και αφετέρου στην οργάνωση και διαχείρισή τους. Η καινοτομία της διατριβής αυτής είναι ότι αντιμετωπίζει τα προβλήματα αυτά σαν προβλήματα της μορφής ‘αιτία-κατάσταση-αντιμετώπιση’, δηλαδή προτείνει την ανάλυση των αιτιών (για παράδειγμα ανάλυση παραγόντων κινδύνου για τη δημιουργία Οξέος Στεφανιαίου Συνδρόμου) που οδηγούν σε μία κατάσταση (Οξύ Στεφανιαίο Σύνδρομο) και μετά χρησιμοποιεί αυτή την ανάλυση για την αντιμετώπιση των καταστάσεων (χωροθέτηση, οργάνωση και διαχείριση μονάδων καρδιαγγειακών νοσημάτων). Η Μ.Ε.Ε.Δ. βασίζεται στην ενοποίηση μεθόδων από τα πεδία της Επιχειρηματικής Νοημοσύνης (Business Intelligence), της Επιχειρησιακής Έρευνας και της Κοστολόγησης, με σκοπό αρχικά την εξαγωγή κανόνων για την εύρεση αιτιών που δημιουργούν μία κατάσταση, στη συνέχεια την αντιμετώπιση αυτής της κατάστασης με βάση τους εξορυγχθέντες κανόνες και τέλος την οργάνωση των λειτουργικών μονάδων που δημιουργήθηκαν για την αντιμετώπιση της κατάστασης. Αρχικά, χρησιμοποιούνται τρεις μέθοδοι του επιστημονικού πεδίου Εξόρυξης από Δεδομένα (data mining): οι κανόνες συσχέτισης (association rules), ταξινόμησης (classification rules) και ομαδοποίησης (clustering rules) ως τεχνικές εύρεσης ισχυρών κανόνων, δηλαδή αιτιών που δημιουργούν την κατάσταση. Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται η ανάλυση χωροθέτησης (location analysis) από το πεδίο της επιχειρησιακής έρευνας, προκειμένου να χωροθετηθούν λειτουργικές μονάδες. Η τεχνική της προσομοίωσης (simulation) εφαρμόζεται, προκειμένου να εξετάσει σενάρια σχετικά με τη δομή και τους απαιτούμενους πόρους των μονάδων. Κατόπιν, η τεχνική της κοστολόγησης με βάση τις δραστηριότητες (Activity-based costing) χρησιμοποιείται για την κοστολόγηση των υπηρεσιών της μονάδας, ενώ η μέθοδος OLAP (On-line analytical processing) εφαρμόζεται για την παρακολούθηση της λειτουργίας της μονάδας και για τη λήψη στρατηγικών αποφάσεων και διορθωτικών μέτρων. Η εργασία αυτή προτείνει την οργάνωση των μεθόδων που αναφέρθηκαν με μία συγκεκριμένη ροή, ώστε κανείς να οδηγείται σε μία ολοκληρωμένη λύση τέτοιων πολύπλοκων προβλημάτων. / The thesis is concerned with the development of a methodology for solving a variety of problems in healthcare management, which refer to the location of health units, as well as their organization and management. The proposed methodology deals with these kinds of problems as problems of the form ‘cause-state-treatment’, which means that it proposes the analysis of the causes (for example risk factors associated with cardiovascular disease) which result in a state (cardiovascular disease) and then it uses this analysis to deal (treat) with the state (situation) (location, organization and management of Heart Disease Centers). The proposed methodology is based on the integration of various methods and techniques from the fields of Business Intelligence, Data Mining, Operational Research and Costing. Initially, the methodology extracts rules, which represent the causes that create a state, then it tackles the state (situation) based on the extracted rules, and finally it organizes the operational units, which are developed in order to deal with the state (situation). Thus, at the fist stage three data mining techniques are used: association rule mining, classification rules and clustering, as techniques for discovering strong rules in databases, that is, causes that lead to a state. Following, location analysis is used, intending to locate operational units, based on the quantitative results of the first stage. Simulation is used with the aim to examine alternative scenarios regarding the structure and the required resources (human resources as well as technology requirements) of the units. Then, activity-based costing is used to assess the efficiency of the health care technology. Finally, OLAP (On-line analytical processing) is applied in order for the health care managers to monitor the operations of the unit, as well as undertake corrective measures and finally aid decision making. The thesis proposes the organization of the aforementioned methods with a particular flow, so as the decision maker is led to an integrated solution of such complex health care management problems.

Ένας σημαντικός παράγοντας για την αποτελεσματική συνεργασία μεταξύ των μελών ομάδας εργασίας, που είναι πρωταρχικής σημασίας για την επιτυχημένη υλοποίηση των τεχνικών έργων, είναι η αποδοτική επικοινωνία τους. Η επικοινωνία αυτή, όμως, δυσχεραίνεται λόγω του κατακερματισμού του κατασκευαστικού τομέα, του τεράστιου όγκου και της ποικιλομορφίας των πληροφοριών της διαδικασίας κατασκευής, των γεωγραφικών αποστάσεων μεταξύ του κεντρικού γραφείου της κατασκευαστικής εταιρίας και των εργοταξίων, καθώς και της μοναδικότητας και της πολυπλοκότητας των τεχνικών έργων. Οι προηγούμενες ερευνητικές προσπάθειες και οι εμπορικές εφαρμογές που σχετίζονται με τη διαχείριση πληροφοριών στη βιομηχανία των κατασκευών έχουν κυρίως επικεντρωθεί στην ηλεκτρονική διαχείριση εγγράφων (αλλά όχι ουσιαστικά στη διαχείριση πληροφοριών) και έχουν θέσει το εννοιολογικό πλαίσιο των διαδικτυακών βάσεων δεδομένων για τον κατασκευαστικό κλάδο. Περαιτέρω, μερικές ερευνητικές προσπάθειες έχουν οδηγήσει σε πιλοτική ανάπτυξη συστήματος διαχείρισης πληροφοριών, αλλά αυτές έχουν εστιάσει εν γένει σε μεμονωμένα τμήματα της κατασκευαστικής διαδικασίας και στις πιο βασικές πληροφορίες αυτών. Στα πλαίσια της εργασίας σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένα διαδικτυακό σύστημα διαχείρισης και διακίνησης πληροφοριών, ως προσπάθεια βελτίωσης της επικοινωνίας των συμμετεχόντων στην κατασκευαστική διαδικασία. Το σύστημα αποτελεί δεδομενο-κεντρική προσέγγιση, σε αντίθεση με τις εγγραφο-κεντρικές προσεγγίσεις των υπαρχόντων συστημάτων, και έχει δώσει έμφαση στον αναλυτικό σχεδιασμό της βάσης δεδομένων. Η ανάπτυξη του συστήματος βασίστηκε σε διερεύνηση που έγινε με χρήση ερωτηματολογίου και έδειξε ότι η ελληνική κατασκευαστική βιομηχανία δεν χρησιμοποιεί γενικά προηγμένα συστήματα διαχείρισης πληροφοριών κυρίως λόγω της περιορισμένης αποτελεσματικότητας των υπαρχόντων συστημάτων. Το προτεινόμενο σύστημα αποτελείται από μία δομημένη σχεσιακή βάση δεδομένων και μία δυναμική, οδηγούμενη από δεδομένα, διαδικτυακή εφαρμογή που επιτρέπει στους χρήστες του συστήματος να αλληλεπιδρούν μακρόθεν με τη βάση δεδομένων. Η βάση δεδομένων σχεδιάστηκε μετά από διερεύνηση και καταγραφή τόσο των χρηστών του συστήματος όσο και των απαιτούμενων πληροφοριών. Ο τελικός σχεδιασμός της βάσης δεδομένων, ο οποίος προέκυψε μετά από βρόχους μοντελοποίησης οντοτήτων και κανονικοποίησης, περιλαμβάνει 32 τύπους οντότητας με 42 σχέσεις μεταξύ τους και 172 ιδιότητες συνολικά. Ο σχεδιασμός της βάσης δεδομένων ολοκληρώθηκε με την ανάπτυξη 70 ερωτημάτων, που αποτελούν είτε συνδυασμό ανάκτησης δεδομένων που πληρούν συγκεκριμένα κριτήρια είτε προϊόντα επεξεργασίας των δεδομένων. Οι χρήστες του συστήματος μπορούν να αλληλεπιδρούν με τη βάση δεδομένων μέσω της διαδικτυακής εφαρμογής και να εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες, όπως εισαγωγή, αναζήτηση, θέαση, τροποποίηση/ενημέρωση και διαγραφή δεδομένων. Η πρόσβαση στον ιστότοπο του συστήματος ελέγχεται με ονόματα και κωδικούς πρόσβασης. Η υλοποίηση της βάσης δεδομένων και της διαδικτυακής εφαρμογής έγινε με τα λογισμικά MS-Access και Dreamweaver MX αντίστοιχα. Ως τεχνολογία εξυπηρετητή χρησιμοποιήθηκαν οι Active Server Pages, ως γλώσσα προγραμματισμού η VBScript και ως εξυπηρετητής δικτύου ο Internet Information Server. Η λειτουργικότητα και η αποτελεσματικότητα του συστήματος ελέγχθηκαν με την πιλοτική εφαρμογή. Το σύστημα παρουσιάζει ικανοποιητική αποτελεσματικότητα ως προς τη δυναμική ενημέρωση των πληροφοριών, την επεξεργασία των δεδομένων και την παροχή αξιόπιστων αποτελεσμάτων. Με την αποκτηθείσα εμπειρία εκτιμάται ότι τα διαδικτυακά συστήματα διαχείρισης πληροφοριών με σχεδιασμό λεπτομερούς βάσης δεδομένων μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την επικοινωνία των συμμετεχόντων στην κατασκευή τεχνικών έργων με αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγικότητας της κατασκευαστικής ομάδας, την οικονομία χρόνου και πόρων, και τη βελτίωση της ποιότητας κατασκευής. / Communicating effectively among task groups is one of the most important factors for the success of a project. This communication, however, is hindered by the extended fragmentation of the construction industry, the large volumes and wide dissimilarity of the information involved in the construction process, and the uniqueness and complexity of construction projects. The distance between the construction company headquarters and construction sites augments the communication problem. Previous research efforts and commercial applications concerning information management for the construction industry have mainly focused on electronic document management and have set the conceptual framework of web databases for the construction industry. Further, some of the research efforts have included pilot implementation of management systems, but rather on parts of the construction process and including only the most basic information. A web-based system that facilitates construction information management and communication is designed and implemented. Unlike common document-based systems, the present work focuses on demonstrating the potential of data-centric web databases in enhancing the communication process during project execution. The system development has taken into consideration results from a questionnaire-based research in the Greek construction industry, which has indicated the absence of advanced information management systems, mainly because of the limited efficiency of existing systems. The proposed system consists of a relational database and a dynamic, data-driven web application that allows the end users to remotely interact with the database. The database design, which has been preceded by an end users analysis and an information analysis, has involved loops of entity modelling and normalisation. The database contains 32 tables with 42 relationships among them, a total of 172 fields, and 70 queries that constitute either retrieval of data that satisfy preset criteria or products of data processing. End users access the database through the internet and can perform certain transactions, such as insert, search, view, update, and delete data. The access to the system is controlled with usernames and passwords. The system has been implemented using MS-Access as the database management system and Macromedia Dreamweaver MX for developing the data-driven web application. Active Server Pages have been selected as server technology, VBScript as the programming language, and Internet Information Server as the web server. The effectiveness and efficiency of the system has been tested with a pilot application. Results from the pilot application demonstrate the technical feasibility of the system and its enhanced capability, compared to ordinary practices, to provide concise and reliable information, quick/remote access, and prompt updating potential. As a result, communication among project participants can improve, misunderstandings can be reduced or eliminated, and more time can be spent on decision-making. Ultimately, this will lead to increased productivity, time and cost savings, as well as to higher construction quality.

Τα σύνθετα υλικά οργανικής μήτρας ενισχυμένα με ίνες γυαλιού είναι μια κατηγορία υλικών που έχει υψηλό τεχνολογικό ενδιαφέρον τις τελευταίες δεκαετίες με πληθώρα εφαρμογών στην αεροπορική και διαστημική βιομηχανία, στην αυτοκινητοβιομηχανία, στη formula 1, στα σπορ και γενικότερα όπου οι απαιτήσεις για υψηλή επίδοση των υλικών συνδυάζονται με την απαίτηση για χαμηλό βάρος. Στην κατεύθυνση αυτή έχει συντελέσει και το διαρκώς μειούμενο κόστος παραγωγής των υλικών αυτών μέσω της χρήσης καινοτόμων τεχνικών. Η συνεχής εξέλιξη των υλικών αυτών οδηγεί σε βελτιωμένα υλικά ενισχυτικής και μητρικής φάσης αλλά και εντελώς καινούρια υλικά και προσεγγίσεις όπως είναι ενισχυτικές φάσεις στη νανοκλίμακα (nanofibers, nanotubes). Η εισαγωγή τέτοιων υλικών στη μήτρα συνθέτων υλικών αλλάζει τις μηχανικές και φυσικές τους ιδιότητες με τρόπο πολλές φορές ολοκληρωτικό. Είναι προφανές ότι η τεκμηριωμένη γνώση και ανάπτυξη μεθόδων μη καταστροφικού ελέγχου της δομικής ακεραιότητας αλλά και η γνώση της μηχανικής συμπεριφοράς μέσω της διαδικασίας εξέλιξης της βλάβης σε μια κατηγορία υλικών με τόσο σημαντικές εφαρμογές είναι ζητούμενο από την ερευνητική κοινότητα παγκοσμίως. Προς αυτήν την κατεύθυνση είναι και η συμβολή της παρούσας διατριβής. Μη καταστροφικές μέθοδοι και δοκιμές εφαρμόζονται εδώ και πολλά χρόνια σε σύνθετα υλικά οργανικής μήτρας με επιτυχία παρά την εγγενή ανομοιογένεια και ανισοτροπία που παρουσιάζουν. Ωστόσο πάντα παραμένει ισχυρή η ζήτηση για μεθόδους που θα βοηθήσουν προς την κατεύθυνση της αύξησης της αξιόπιστης χρήσης των υλικών αυτών μέσω της διαρκούς αποτίμησης και γνώσης της φέρουσας ικανότητάς τους. Η συσσώρευση της βλάβης σε σύνθετα υλικά οργανικής μήτρας που υπόκεινται σε μηχανική φόρτιση είναι ένα ζήτημα που έχει διερευνηθεί εκτενώς μέχρι σήμερα. Ωστόσο, η εισαγωγή ενίσχυσης (carbon nanotubes, CNT) στη μήτρα αλλάζει τους μηχανισμούς δημιουργίας και εξέλιξής της. Επίσης προστίθεται η δυνατότητα της μέτρησης μιας ιδιότητας που εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της εισαγωγής αυτής και η οποία είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ο βασικός λοιπόν σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη της χρήσης μη καταστροφικών ελέγχων κατά τη διάρκεια μηχανικών δοκιμών συσσώρευσης βλάβης στα υλικά αυτά, καθώς επίσης και η εισαγωγή της μέτρησης της ηλεκτρικής αντίστασης τους ως ικανής μεθόδου παρακολούθησης και ποσοτικοποίησης της βλάβης αυτής. Η διερεύνηση της επιβελτίωσης των μηχανικών ιδιοτήτων λόγω της εισαγωγής των CNT στα υλικά αυτά μέσω της σύγκρισης με τις ιδιότητες που έχουν χωρίς την προσθήκη αυτή. Αναλυτικότερα οι στόχοι που επιδιώξαμε να πετύχουμε στα πλαίσια της διατριβής είναι οι ακόλουθοι: • Μελέτη της διεθνούς βιβλιογραφίας στα συγκεκριμένα θέματα. • Εκτέλεση ειδικά επιλεγμένων μηχανικών δοκιμών σε σύνθετα υλικά Glass/vinylester και Glass/vinylester με CNT (κυκλικά πειράματα φόρτισης – αποφόρτισης – επαναφόρτισης). • Χρήση εξελιγμένων μη καταστροφικών μεθόδων όπως η χρήση δεδομένων ταχύτητας διάδοσης υπερηχητικών ελαστικών κυμάτων (UT) και η ακουστική εκπομπή (AE) για την παρακολούθηση της βλάβης κατά τη διάρκεια των μηχανικών δοκιμών. • Διερεύνηση καταγραφών ηλεκτρικής αντίστασης ως δείκτη βλάβης του υλικού. • Δοκιμές θραυστομηχανικής συμπεριφοράς για την εκτίμηση της βελτίωσης των επιδόσεων του υλικού παρουσία των CNT. / Multi wall carbon nanotubes were used as an additive in the matrix of glass / vinylester composites, in order to improve their damage tolerance and provide a means for their damage assessment at any stage of their loading history. The improvement of the damage tolerance is expected to stem from the incorporation of an additional interfacial area that activates energy dissipation mechanisms such as interfacial sliding, fibre pull out and bridging as well as crack bifurcation and arrest; all these mechanisms are active at the nanoscale. The life monitoring is performed via the electrical resistance changes in the conductive carbon nanotube network within the composite matrix; this network follows any deformation of the composite providing real time strain monitoring and, at the same time, pinpoints all loci of failure through the local breach of the conductive path that lead to a monotonic increase in the overall resistance. The experimental findings verify both the increased damage tolerance of the doped composites and the reliable damage assessment of the composite at all stages of its loading history. Other Non - Destructive Techniques were utilized in order to detect and quantify the accumulating damage. Inverse scattering theory and phase velocity data were used in order to determine the elastic constants of the stifness matrix of the anisotropic material. Fracture toughness and fatigue life behaviour were investigated for both the material systems.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία περιγράφεται η διαδικασία συνδυασμού προβλημάτων Επιχειρησιακής Έρευνας με την μεθοδολογία εύρεσης συγκριτικής αποδοτικότητας (DEA). Αρχικά, παρουσιάζεται μια γενική περιγραφή της μεθόδου DEA και μια συνοπτική επισκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας. Παρουσιάζεται ο τρόπος συνδυασμού της μεθόδου DEA και δύο κλασσικών μοντέλων χωροθέτησης εγκαταστάσεων, του μοντέλου με περιορισμό και του αντίστοιχου μοντέλου χωρίς περιορισμό στην χωρητικότητα. Για την επίτευξη αυτού του στόχου γίνονται οι απαραίτητοι χειρισμοί στην μέθοδο DEA ούτως ώστε να μπορεί να υπολογίζεται η αποδοτικότητα για όλες τις μονάδες λήψης απόφασης ταυτόχρονα – μέθοδος ταυτόχρονης DEA (Simultaneous DEA), εφόσον το κλασσικό μοντέλο βρίσκει την αποδοτικότητα μιας μονάδας λύνοντας μια φορά το γραμμικό πρόβλημα με τους συντελεστές βαρύτητας αυτής της μονάδας. Η λύση του πολυκριτήριου προβλήματος αναδεικνύει την αλληλεπίδραση μεταξύ κόστους και αποδοτικότητας, για τη λήψη απόφασης ανάλογα με τις ανάγκες που μπορεί ενυπάρχουν σε ένα αντίστοιχο πραγματικό πρόβλημα. Στην συνέχεια αναπτύσσεται για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία μια μεθοδολογία για το συνδυασμό δύο άλλων βασικών προβλημάτων, της κάλυψης και της σύμπτυξης συνόλου, αντίστοιχα, με την μεθοδολογία DEA. Στόχος είναι να μορφοποιηθεί ένα μοντέλο γραμμικού προγραμματισμού έτσι ώστε εκτός από το μέτρο απόφασης του κόστους για την κάλυψη ή σύμπτυξη ενός συνόλου-στόχου, από διαθέσιμα υποσύνολα να ληφθεί υπόψη και η αποδοτικότητα του εκάστοτε υποσυνόλου, η οποία εν τέλει θα επηρεάσει και την συνολική αποδοτικότητα του συνόλου-στόχου. Γίνεται ο συνδυασμός των μεθοδολογιών και αναπτύσσονται μεθοδολογίες πολυκριτήριας ανάλυσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την λήψη αποφάσεων που αφορούν την αποδοτική και οικονομική κάλυψη ή σύμπτυξη ενός συνόλου. Για την πιστοποίηση και τη διαπίστωση της λειτουργικότητας των προτεινόμενων μεθοδολογιών αναπτύσσονται παραδείγματα προβλημάτων, τα οποία και επιλύονται επιτυχώς. / In the present thesis, the combination of Operation Research Problems with the Data Envelopment Analysis (DEA) is performed in order to make optimal and efficient decisions. Firstly, a general description of DEA and a breath literature review is presented. Then, we show and test location modeling formulations that utilize data envelopment analysis (DEA) efficiency measures to find optimal and efficient facility location/allocation patterns. In addition, to the authors’ best knowledge, the combinations of DEA with the Set Covering Problem as well as Set Packing Problem are formulated as multiobjective problems, for first time in the literature. The main aim of the proposed models is to make cost-effective and efficient decisions regarding the Set Covering and Packing Problem, respectively. Numerical examples are developed in order to validate and test the novel models. The numerical results of multiobjective analysis demonstrate that the proposed methods are able to successfully find optimal and efficient solutions for real set covering, packing and partitioning problems.

Τα τελευταία χρόνια γίνονται αρκετές μελέτες πάνω σε συναισθηματικές εκφράσεις προσώπου. Σκοπός τους είναι η μελέτη της αντίδρασης του εγκεφάλου πάνω σε σχετικά ερεθίσματα, κάτι που βρίσκει εφαρμογή σε πολλούς τομείς, όπως οι Νευροεπιστήμες, η Τεχνητή Νοημοσύνη και η Ψυχολογία. Διενεργούνται αρκετά πειράματα, τα οποία βασίζονται σε απεικονίσεις εκφράσεων προσώπου, οι οποίες συνήθως ομαδοποιούνται σε βάσεις δεδομένων με φωτογραφίες εκφράσεων προσώπου. Στην παρούσα Διπλωματική εργασία, γίνεται προσπάθεια αναβάθμισης υπάρχουσας βάσης δεδομένων με φωτογραφίες συναισθηματικών εκφράσεων Ελλήνων. Αρχικά μελετάται το θεωρητικό υπόβαθρο των συναισθημάτων και των συγκινήσεων, καθώς και ο ρόλος τους στην ανθρώπινη συμπεριφορά. Στη συνέχεια δίνεται έμφαση στις βάσεις δεδομένων διαφόρων μελετών πάνω σε φωτογραφίες συναισθηματικών εκφράσεων του προσώπου, όπου και παρουσιάζεται ο τρόπος ανάπτυξης τέτοιων βάσεων. Η συνέχεια περιλαμβάνει την ψηφιακή ανάλυση των φωτογραφιών με τη χρήση λογισμικών πακέτων, δηλαδή τη μορφοποίηση και την ανάλυση χωρικών συχνοτήτων. Στην πρώτη περίπτωση επιλέγονται δύο συγκεκριμένα συναισθήματα και κατασκευάζονται καινούριες ενδιάμεσες (μορφοποιημένες) φωτογραφίες. Στη δεύτερη, εφαρμόζονται φίλτρα ως προς τη χωρική συχνότητα και προκύπτουν φωτογραφίες με χαμηλές και υψηλές χωρικές συχνότητες. Το σύνολο των φωτογραφιών που προκύπτει, αποτελεί τη βάση δεδομένων για το σύστημα διαχείρισης που κατασκευάζουμε. Πρόκειται για ένα πρόγραμμα που διαχειρίζεται ποικιλοτρόπως τη βάση δεδομένων και παρέχει αρκετές ευκολίες στον πειραματιστή στην έρευνά του. Στα πλαίσια του προγράμματος, αξιολογητές προσπαθούν να βρουν τι είδους συναίσθημα απεικονίζεται στις φωτογραφίες που βλέπουν. Η κάθε απάντηση των χρηστών αποθηκεύεται και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για στατιστική επεξεργασία. Απώτερος στόχος είναι να γνωρίζουμε ποιες φωτογραφίες αποτελούν ορθότερη αναπαράσταση για τα συναισθήματα που εν γένει απεικονίζουν, για να αποτελέσουν μια αρκετά αξιόπιστη βάση δεδομένων, η οποία θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πληθώρα πειραμάτων. Με τον τρόπο αυτό, το προτεινόμενο πρόγραμμα της εργασίας συνεισφέρει στη μελέτη του εγκεφάλου. / -

Ο όγκος των δεδομένων που απαιτούνται για τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας ενός συστήματος που υλοποιείται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα είναι πάρα πολύ μεγάλος. Αυτό συνεπάγεται ότι ο χρόνος που απαιτείται για τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας του ολοκληρωμένου κυκλώματος μπορεί να είναι απαγορευτικά μεγάλος. Για τη μείωση του απαιτούμενου χρόνου χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές συμπίεσης των δεδομένων δοκιμής. Κάποιες από αυτές τις τεχνικές βασίζονται στην αποστολή κοινών δεδομένων δοκιμής ταυτόχρονα σε περισσότερες από μία μονάδες του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Στην εργασία αυτή υλοποιούμε μια από αυτές τις τεχνικές που βασίζεται στην ύπαρξη μονοπατιών ολίσθησης (scan paths) στις μονάδες του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Για την περαιτέρω μείωση του χρόνου που απαιτείται για τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας του ολοκληρωμένου κυκλώματος γίνεται χρονοπρογραμματισμός της σειράς με την οποία θα ελεγχθεί η ορθή λειτουργία των διαφόρων μονάδων του ολοκληρωμένου κυκλώματος. / The volume of data that is required to test a SoC is too much big. This means that the time that is required for testing can be prohibitorily big. For the reduction of required time are used various techniques of data compaction.Some of these techniques are based on broadcasting the same value to all of the cores on a SoC.In this work we use one of these techniques that are based on the existence of scan chains in the core (broadcast scan).For further reduction of time that is required for testing a circuit we use a core testing schedule algorithm.

Η διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στη μελέτη νέων τεχνικών κρυπτογραφίας και κρυπτανάλυσης, αλλά και στην ανάπτυξη νέων πρωτοκόλλων για την ασφαλή ηλεκτρονική συγκέντρωση δεδομένων. Το πρώτο πρόβλημα το οποίο διερεύνησε η διατριβή ήταν η δυνατότητα εφαρμογής των μεθόδων Υπολογιστικής Νοημοσύνης στην κρυπτολογία. Στόχος ήταν η ανίχνευση των κρίσιμων σημείων κατά την εφαρμογή των μεθόδων αυτών στον πολύ απαιτητικό αυτό τομέα προβλημάτων και η μελέτη της αποτελεσματικότητας και της αποδοτικότητάς τους σε διάφορα προβλήματα κρυπτολογίας. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα της διατριβής για την εφαρμογή μεθόδων Υπολογιστικής Νοημοσύνης στην κρυπτολογία υποδεικνύουν ότι παρά το γεγονός ότι η κατασκευή των αντικειμενικών συναρτήσεων είναι πολύ κρίσιμη για την αποδοτικότητα των μεθόδων, η Υπολογιστική Νοημοσύνη μπορεί να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα στον κλάδο αυτό όπως είναι η αυτοματοποίηση κάποιων διαδικασιών κρυπτανάλυσης ή κρυπτογράφησης, ο γρήγορος έλεγχος της σθεναρότητας νέων κρυπτοσυστημάτων αλλά και ο συνδυασμός τους με τυπικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα για την αξιοποίηση της απλότητας και της αποδοτικότητάς τους. Το δεύτερο πρόβλημα που μελετάται στην διατριβή είναι η εφαρμογή μεθόδων αντίστροφης πολυωνυμικής παρεμβολής για την εύρεση της τιμής του διακριτού λογαρίθμου αλλά και του λογαρίθμου του Lucas. Για την μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκαν δύο υπολογιστικές μέθοδοι αντίστροφης πολυωνυμικής παρεμβολής, οι μέθοδοι Aitken και Neville, οι οποίες είναι κατασκευαστικές και επιτρέπουν την πρόσθεση νέων σημείων παρεμβολής για καλύτερη προσέγγιση του πολυωνύμου με μικρό υπολογιστικό κόστος. Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι και με την προτεινόμενη μεθοδολογία το συνολικό κόστος υπολογισμού της τιμής των λογαρίθμων παραμένει υψηλό, ωστόσο η κατανομή των πολυωνύμων που έδωσαν την λύση των προβλημάτων δείχνει ότι η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε είτε εντόπισε την λύση στα πρώτα στάδια κατασκευής των πολυωνύμων είτε εντόπισε πολυώνυμα μικρού σχετικά βαθμού που προσεγγίζουν την αντίστοιχη λύση. Το τρίτο πρόβλημα που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή είναι η δημιουργία νέων σθεναρών κρυπτοσυστημάτων με την χρήση μη-γραμμικών δυναμικών απεικονίσεων. Η αξιοποίηση των ιδιοτήτων του χάους στην κρυπτογραφία έχει αποτελέσει αντικείμενο μελέτης τα τελευταία χρόνια από τους ερευνητές λόγω της αποδεδειγμένης πολυπλοκότητας των συστημάτων του και των ιδιαίτερων στατιστικών ιδιοτήτων τους. Η διατριβή συνεισφέρει προτείνοντας ένα νέο συμμετρικό κρυπτοσύστημα που βασίζεται σε περιοδικές δυναμικές τροχιές και παρουσιάζει και τρεις τροποποιήσεις του που το καθιστούν ιδιαίτερα σθεναρό απέναντι στις συνήθεις κρυπταναλυτικές επιθέσεις. Δίνεται επίσης το υπολογιστικό κόστος κρυπτογράφησης και αποκρυπτογράφης του προτεινόμενου σχήματος και παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα που δείχνουν ότι η δομή των κρυπτογραφημάτων του κρυπτοσυστήματος δεν παρέχει πληροφορία για την ύπαρξη τυχόν μοτίβων στο αρχικό κείμενο. Τέλος, στην διατριβή αυτή προτείνονται δύο πρωτόκολλα για την ασφαλή ηλεκτρονική συγκέντρωση δεδομένων. Η συγκέντρωση δεδομένων από διαφορετικές βάσεις με ασφάλεια και ιδιωτικότητα θα ήταν σημαντική για την μελέτη των γνώσεων που ενυπάρχουν στα δεδομένα αυτά, με διάφορες μεθόδους εξόρυξης δεδομένων και ανάλυσης, καθώς οι γνώσεις αυτές ενδεχομένως δεν θα μπορούσαν να αποκαλυφθούν από την επιμέρους μελέτη των δεδομένων χωριστά από κάθε βάση. Τα δύο πρωτόκολλα που προτείνονται βασίζονται σε τροποποιήσεις πρωτοκόλλων ηλεκτρονικών εκλογών με τρόπο τέτοιο ώστε να ικανοποιούνται τα απαραίτητα κριτήρια ασφάλειας και ιδιωτικότητας που απαιτούνται για την συγκέντρωση των δεδομένων. Η βασική διαφορά των δύο πρωτοκόλλων είναι ότι στο ένα γίνεται χρήση έμπιστου τρίτου μέλους για την συγκέντρωση των δεδομένων, ενώ στο δεύτερο όχι. Και στις δύο περιπτώσεις, παρουσιάζεται ανάλυση της ασφάλειας των σχημάτων αλλά και της πολυπλοκότητάς τους αναφορικά με το υπολογιστικό τους κόστος. / In this PhD thesis we study problems of cryptography and cryptanalysis through Computational Intelligence methods and computational mathematics. Furthermore, we examine the establishment and security of new privacy preserving protocols for electronic data gathering. Part I is dedicated to the application of Computational Intelligence (CI) methods, namely Evolutionary Computation (EC) methods and Artificial Neural Networks (ANNs), for solving problems of cryptology. Initially, three problems of cryptanalysis are formulated as discrete optimization tasks and Evolutionary Computation methods are utilized to address them. The first conclusion derived by these experiments is that when EC methods are applied to cryptanalysis special attention must be paid to the design of the fitness function so as to include as much information as possible for the target problem. The second conclusion is that when EC methods (and CI methods in general) can be used as a quick practical assessment for the efficiency and the effectiveness of proposed cryptographic systems. We also apply EC methods for the cryptanalysis of Feistel ciphers and for designing strong Substitution boxes. The results show that the proposed methods are able to tackle theses problem efficiently and effectively with low cost and in automated way. Then, ANNs are employed for classical problems of cryptography as a measure of their robustness. The results show that although different topologies, training methods and formulation of the problems were tested, ANNs were able to obtain the solution of the problems at hand only for small values of their parameters. The performance of ANNs is also studied on the computation of a Boolean function derived from the use of elliptic curves in cryptographic applications. The results indicate that ANNs are able to adapt to the data presented with high accuracy, while their response to unknown data is slightly better than a random selection. Another important finding is that ANNs require a small amount of storage for the known patterns in contrast to the storage needed of the data itself. Finally, a theoretical study of the application of Ridge Polynomial Networks for the computation of the least significant bit of the discrete logarithm is presented. In Part II, computational mathematics are utilized for different cryptographic problems. Initially, we consider the Aitken and Neville inverse interpolation methods for a discrete exponential function and the Lucas logarithm function. The results indicate that the computational cost for addressing the problems through this approach is high; however interesting features regarding the degree of the resulting interpolation polynomials are reported. Next, a new symmetric key cryptosystem that exploits the idea of nonlinear mappings and their fixed points to encrypt information is presented. Furthermore, a measure of the quality of the keys used is introduced. The experimental results indicate that the proposed cryptosystem is efficient and secure to ciphertext-only attacks. Finally, three modifications of the basic cryptosystem that render it more robust are presented and efficiency issues are discussed. Finally, at Part III of the thesis, two protocols for privacy preserving electronic data gathering are proposed. The security requirements that must be met for data gathering with privacy are presented and then two protocols, based on electronic voting protocols, are analytically described. Security and complexity issues are also discussed.

Η Β-χρόνια Λεμφογενής Λευχαιμία (Β-ΧΛΛ) αποτελεί τον πιο κοινό τύπο λευχαιμίας στο Δυτικό κόσμο. Η πρόγνωσή της θεωρείται ως ένα από τα πιο ενδιαφέροντα προβλήματα απόφασης στην κλινική έρευνα και πρακτική. Για διάφορους κλινικούς και εργαστηριακούς δείκτες είναι γνωστό ότι σχετίζονται με την εξέλιξη της νόσου. Για τις παραμέτρους, όμως, που εξάγονται με ανάλυση κυτταρομετρίας ροής, οι οποίες αποτελούν τον ακρογωνιαίο λίθο της διαδικασίας διάγνωσης της νόσου, το αν προσφέρουν επιπρόσθετη προγνωστική πληροφορία αποτελεί ανοιχτό πρόβλημα. Στη διατριβή αυτή προτείνουμε ένα σύστημα υποβοήθησης για τις αποφάσεις των ειδικών του πεδίου, το οποίο πραγματοποιεί πολυπαραμετρική πρόγνωση ασθενών με Β-ΧΛΛ, συνδυάζοντας τη χρήση ποικίλων ετερογενών προγνωστικών δεικτών (κλινικών, εργαστηριακών και κυτταρομετρίας ροής) που σχετίζονται με τη νόσο. Η διάγνωση της Β-ΧΛΛ βασίζεται κυρίως στη μελέτη του αντιγονικού φαινότυπου των κυττάρων των ασθενών, η οποία διενεργείται με κυτταρομετρία ροής. Αν και η διαδικασία που ακολουθείται κατά την ανάλυση αυτή είναι σαφώς ορισμένη, ο τρόπος με τον οποίο οι εργαστηριακοί υπεύθυνοι την πραγματοποιούν παραδοσιακά χαρακτηρίζεται από ανακρίβεια και υποκειμενικότητα. Καθώς η τεχνολογία της κυτταρομετρίας ροής εξελίσσεται ραγδαία, γίνεται όλο και πιο επιτακτική η ανάγκη για την ανάπτυξη αυτοματοποιημένων μεθόδων ανάλυσης των δεδομένων που παράγει. Σε αυτά τα πλαίσια, παρουσιάζουμε ένα χρήσιμο παράδειγμα αυτοματοποιημένης ανάλυσης κυτταρομετρικών δεδομένων, η οποία δεν απαιτεί την άμεση επίβλεψη των ειδικών, για τη διάγνωση ασθενών με Β-ΧΛΛ. Οι τιμές των χαρακτηριστικών παραμέτρων που εξάγονται με εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας, ενσωματώνονται κατόπιν στο προαναφερθέν προγνωστικό σύστημα. Ανάγοντας το πρόβλημα της πρόγνωσης της Β-ΧΛΛ σε ένα στιγμιότυπο ταξινόμησης προτύπων, καθώς και προσομοιώνοντας κάθε ένα από τα βήματα της διαδικασίας της διάγνωσης της νόσου με ένα στιγμιότυπο συσταδοποίησης δεδομένων, αντιμετωπίσαμε τα δύο προβλήματα εφαρμόζοντας τεχνικές στατιστικής μάθησης. Εστιάσαμε σε μεθοδολογίες δικτύων πεποίθησης, χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα το naïve-Bayes μοντέλο και για τις δύο περιπτώσεις, στην επιβλεπόμενη και στη μη επιβλεπόμενη εκδοχή του, αντίστοιχα. Τα χαρακτηριστικά και η φύση των δεδομένων (κυρίως των κυτταρομετρικών) που παράγονται από έναν παθολογικό υποκείμενο μηχανισμό, όπως αυτός της νόσου, δεν ευνοούν την απευθείας εφαρμογή του παραπάνω μοντέλου στο εκάστοτε στιγμιότυπο. Για το λόγο αυτό, συνδυάσαμε την εφαρμογή του naïve-Bayes μοντέλου με κατάλληλες ευρετικές αλγοριθμικές διαδικασίες, για την επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων, με κριτήριο βέλτιστου όχι μόνο κάποιες συχνά χρησιμοποιούμενες μετρικές αποτίμησης αλγόριθμων, αλλά και τη γνώμη των αιματολόγων. Χάρη στην ιδιότητά τους να ενσωματώνουν την έμπειρη γνώση των ειδικών ως εκ των προτέρων πληροφορία αρχικοποίησης των μεθόδων μάθησής τους, οι Bayesian μεθοδολογίες κρίνονται ως οι πλέον κατάλληλες για την εφαρμογή τους σε τέτοιου τύπου προβλήματα. / B-Chronic Lymphocytic Leukemia (B-CLL) is known to be the most common type of leukemia in the Western world. Its prognosis remains one of the most interesting decision problems in clinical research and practice. Various clinical and laboratory factors are known to be associated with the evolution of the disease. However, for the parameters obtained by flow cytometry analysis, that are traditionally utilized as the cornerstone during the diagnosis procedure of the disease, whether they offer additional prognostic information is an open issue. In this dissertation, we propose a decision support system to the hematologists, that provides multiparametric B-CLL patients’ prognosis, combining the usage of diverse heterogeneous factors (clinical, laboratory and flow cytometry) associated with the disease. B-CLL diagnosis is primarily derived from the study of the antigenic phenotype of the patients’ blood cells, which is held with flow cytometry analysis. Despite the fact that the method of the analysis is well defined, the process traditionally followed by the laboratory experts is characterized by amounts of inexactness and subjectivity. As flow cytometry technology advances rapidly, the need for adequate automated (computer-assisted) analysis methodologies on the data it produces is accordingly increasing. In this context, we present a useful paradigm of automated analysis of flow cytometry data, that does not require the direct supervision of the expert, for B-CLL patients’ diagnosis. The values of the flow cytometry characteristic parameters extracted by applying the proposed methodology are afterward incorporated to the prognostic system for B-CLL mentioned above. By reducing the B-CLL prognosis problem to an instance of the pattern classification problem, as well as by simulating each step of the B-CLL diagnosis procedure with an instance of the data classification problem, we proceeded with applying statistical learning techniques. We focused on Bayesian network methodologies and utilized the naïve-Bayes model for both cases, in its supervised and unsupervised version, respectively. The characteristics of the data (especially of the flow cytometry ones) generated by a pathological underlying mechanism, like the disease’s one, did not encourage the direct use of the above model. Therefore, we combined the naïve-Bayes model with a set of suitable heuristic algorithmic procedures to obtain better results, not only with respect to some commonly used algorithmic optimality metrics, but also by considering the experts’ opinion. Due to their ability of incorporating the expert knowledge as a priori initial information to their learning methods, Bayesian methodologies are considered as the most appropriate ones to make use of in such types of applications.