Η διαμόρφωση με πολύπλεξη συχνότητας ορθογωνίων φερουσών (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) έχει εδραιωθεί ως μία από τις επικρατέστερες μεθόδους διαμόρφωσης για την υψηλού ρυθμού μετάδοση πληροφορίας μέσω ασύρματων μέσων. Σε ένα σύστημα OFDM, ένα από τα βασικότερα και υπολογιστικά πολυπλοκότερα τμήματα είναι ο υπολογισμούς του Ταχύ Μετασχηματισμού Fourier. Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη της χρήσης εναλλακτικής αριθμητικής για την υλοποίηση κυκλωμάτων FFT. Τυπικά, τέτοιου είδους κυκλώματα υλοποιούνται χρησιμοποιώντας κάποια γραμμική αναπαράσταση σταθερής υποδιαστολής. Στη βιβλιογραφία έχουν προταθεί υλοποιήσεις του FFT με χρήση του Λογαριθμικού Συστήματος Αρίθμησης (Logarithmic Numbering System – LNS) και έχουν αναφερθεί κέρδη για συγκεκριμένους παράγοντες όπως το σφάλμα κβαντισμού, η επιφάνεια ολοκλήρωσης και η κατανάλωση ισχύος. Η αποδοτικότητα αυτών των λύσεων ερευνάται για τη συγκεκριμένη περίπτωση της εφαρμογής του FFT σε OFDM modems. Εστιάζοντας στην περίπτωση του FFT 64 σημείων για OFDM modem για ασύρματα δίκτυα 802.11a, μία από τις πλέον επιτυχημένες αρχιτεκτονικές που έχουν προταθεί για την υλοποίηση του, στηρίζεται στη λογική του FFT γραμμής – στήλης και παρουσιάζει έναν τρόπο πραγματοποίησης του υπολογισμού χωρίς κανένα ψηφιακό πολλαπλασιαστή. Με το βασικό πλεονέκτημα της λογαριθμικής αναπαράστασης να είναι η απλοποίηση των κυκλωμάτων πολλαπλασιασμού (με ταυτόχρονη όμως αύξηση του κόστους για την πραγματοποίηση προσθέσεων), δείχνεται ότι τελικά η υλοποίηση ενός FFT αμιγώς σε LNS δεν είναι προτιμητέα. Αν και η αρχιτεκτονική του FFT γραμμής – στήλης μπορεί να προσφέρει υψηλή απόδοση με χαμηλό κόστος υλοποίησης, παρουσιάζει μια σειρά από αδυναμίες, που σχετίζονται κυρίως με τη χρήση ειδικών κυκλωμάτων για την εκτέλεση των πολλαπλασιασμών με τις σταθερές που εμφανίζονται στον FFT (twiddle factors). Για την αντιμετώπιση αυτών των περιορισμών προτείνεται η εισαγωγή του LNS σε κάποια τμήματα του κυκλώματος του FFT, οδηγώντας έτσι στη δημιουργία ενός συστήματος μικτής αναπαράστασης. Σε τέτοιου είδους υβριδικά συστήματα τίθενται δύο βασικά ζητήματα. Το πρώτο αφορά τον ορισμό της ισοδυναμίας μεταξύ των διαφορετικών αναπαραστάσεων και το δεύτερο τον αποδοτικό τρόπο υλοποίησης των κυκλωμάτων μετατροπής από το ένα αριθμητικό σύστημα στο άλλο. Τυπικά, τα κριτήρια ισοδυναμίας που επιλέγονται είναι αυστηρά μαθηματικά ορισμένα, όπως για παράδειγμα ο Λόγος Σήματος προς Θόρυβο (Signal-to-Noise Ratio - SNR) ή το Μέσο Σχετικό Σφάλμα Αναπαράστασης (Average Relative Representation Error – ARRE). Στη συγκεκριμένη εργασία ακολουθείται μια λιγότερο δεσμευτική προσέγγιση, ορίζοντας την ισοδυναμία δύο αναπαραστάσεων με βάση την τελική απόδοση του συστήματος OFDM όσον αφορά το ρυθμό λαθών στο δέκτη (Bit Error Rate - BER). Με βάση αυτή τη λογική, αποδεικνύεται ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν αναπαραστάσεις πολύ μικρού μεγέθους λέξης και οι προσεγγίσεις που χρειάζεται να γίνουν κατά τις μετατροπές μεταξύ των δύο συστημάτων δεν είναι ανάγκη να είναι ιδιαίτερα ακριβείς. Έτσι, τα σχετικά κυκλώματα μπορούν να υλοποιηθούν αποδοτικά και με μικρό κόστος. Η υλοποίηση δύο συστημάτων για τον FFT 64 σημείων, ένα βασισμένο αποκλειστικά σε γραμμική αναπαράσταση σταθερής υποδιαστολής και ένα υβριδικό που χρησιμοποιεί γραμμική και λογαριθμική αναπαράσταση, δείχνει ότι χωρίς διαφορές όσον αφορά το BER και την καθυστέρηση (delay), η υβριδική προσέγγιση απαιτεί μικρότερη επιφάνεια ολοκλήρωσης και παρουσιάζει σημαντικά χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος. / Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been established as one of the most prevalent methods for high data rate transmission through wireless channels. In an OFDM communication system, one of the fundamental and most computationally intensive parts is the computation of the Fast Fourier Transform (FFT). The subject of this thesis is to investigate the use of alternative arithmetic representation systems for the implementation of FFT circuits. Typically, these circuits are implemented using linear fixed-point representations. In literature, implementations of the FFT using the Logarithmic Numbering System (LNS) have been proposed and significant gains in quantization errors, chip area and power consumption have been reported. The effectiveness of these proposals in the case of the FFT for OFDM systems is investigated. Focusing on the case of the 64-point FFT for an OFDM modem for an 802.11a wireless network, one of the most efficient architectures proposed is based on the concept of row-column FFT and presents a way of implementing the computation without using any digital (non-fixed input) multiplier. The most important feature of the LNS representation is the fact that multiplication operations turn to mere additions, thus there are significant implementation gains. On the downside though, addition in LNS is very expensive. Combining the aforementioned, it is shown that the implementation of the whole FFT computation in LNS is not a preferable solution. Although the row-column FFT architecture may offer high performance and low implementation cost, it presents a number of deficiencies mainly due to the fact that special purpose circuits are used to perform the multiplications with the complex constants (twiddle factors) that appear in the computation. In order to alleviate these deficiencies, it is proposed to use the LNS representation in some parts of the FFT circuit, thus forming a hybrid-representation system. In hybrid-representation systems two major issues are raised. The first one is how to define equivalence between the arithmetic representation systems used and the second one is related to the cost of the circuits required to perform the conversions between the numbers of the different arithmetic systems. Typically, the equivalence criterion used is mathematically defined and metrics like the Signal-to-Noise Ratio (SNR) or Average Relative Representation Error (ARRE) are commonly used. In this report, a less restrictive metric is used: two arithmetic representations are defined to be equal if the Bit Error Rate (BER) performance of the overall OFDM system is equal. Using this approach, it is shown that short word-length representations may be used and the conversions between the linear and logarithmic systems need not be very accurate. This results in great simplification of the conversion process and the respected circuits can be implemented with low cost. For comparison, two 64-point FFT systems have been implemented, one using a linear fixed-point 2’s complement representation and one using both linear and LNS representation. Without any differences in BER performance and circuit delay, the hybrid-representation system requires less chip area and consumes significantly lower power.

Breast cancer is among the well-researched type compared to other common types of cancer. However, there still remain important open issues for investigation. One of these issues is the clarification of the importance of certain biological factors, such as histological tumour grade and estrogens reception (ER) status, to clinical management of the disease. Until now, histological grading and ER status assessment is based on the visual evaluation of breast tissue specimens under the microscope. More specifically, grading is determined on the visual estimation of certain histological features, on H&E (Hematoxylin & Eosin) stained specimens according to the World Health Organization (WHO) guidelines, whereas ER-status is assessed as the percentage of expressed nuclei on immunohistochemically stained (IHC) specimens as suggested by the American Society of Clinical Oncology (ASCO) protocol. Recent studies have attempted to examine whether histological tumour grade relates to ER status. Such a relation seems to be of importance in the various treatment strategies followed in breast tumours. However, the quantification of ER status presents certain weaknesses: a) there is a lack of consensus among experts regarding the protocol to be followed for calculating the ER status; b) an exact estimate of the ER status is difficult to be obtained, since the latter would require manual counting of positively expressed nuclei. In clinical practice often a gross estimate is obtained by the histopathologists through visual inspection on representative specimen areas. Consequently, the evaluation of ER status, which has been considered by previous studies as the key measure for assessing the correlation between ERs and tumour grade, is prone to the physician’s subjective estimation. Therefore, more reliable methods are needed. This thesis has been carried out in the search of such alternative, more reliable, methods. Accordingly, the aims of the present thesis are: (i) to develop a reliable segmentation methodology for detection of ER-expressed nuclei in breast cancer tissue images stained with IHC, (ii) to objectively quantify ER status in breast cancer tissue images stained with IHC, (iii) to investigate potential correlation between ER status and histological grade by combining information from IHC and H&E stained breast cancer tissue images obtained from the same patient, (iv) to establish evidence for linking chromatin texture variations with textural variations on ER-expressed nuclei, (v) to investigate the potential of the proposed hybrid supervised pattern recognition strategies to other challenging fields of medical image processing and analysis. To address the above issues and in search of reliable methods for quantitatively assessing ER status and its correlation with histological grade based, a novel hybrid (unsupervised-supervised) pattern recognition methodology has been designed, developed and implemented for the analysis of breast cancer tissue images. Moreover, it will be shown that proper modification of the proposed methodology may result to generalize pixel classification approach suitable for processing and analysis of medical images other than microscopic such as Computed Tomography Angiography images. / Σε σχέση με άλλες μορφές καρκίνου, ο καρκίνος του μαστού είναι μεταξύ των ευρέως μελετημένων τύπων καρκίνου, ωστόσο, υπάρχουν ακόμη σημαντικά ανοικτά ζητήματα προς διερεύνηση. Ένα από αυτά τα είναι ο προσδιορισμός της σπουδαιότητας ορισμένων βιολογικών παραγόντων, όπως ο βαθμός διαφοροποίησης της κακοήθειας (ΒΔΚ) του όγκου και το επίπεδο έκφρασης των Οιστρογονικών Υποδοχέων (ΟΥ), στην κλινική διαχείριση της νόσου. Μέχρι τώρα, η εκτίμηση του ΒΔΚ του όγκου και της έκφρασης των ΟΥ είναι βασισμένη στην οπτική αξιολόγηση ιστολογικών δειγμάτων, τα οποία λαμβάνονται από αντιπροσωπευτικές περιοχές του μαστού, στο μικροσκόπιο. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τις οδηγίες του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας, ο ΒΔΚ του όγκου καθορίζεται από την οπτική εκτίμηση ορισμένων ιστολογικών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων σε ιστολογικά δείγματα που έχουν υποστεί χρώση Αιματοξυλίνης - Ηωσίνης (Heamatoxylin & Eosin-Η&Ε), ενώ σύμφωνα με τις οδηγίες της Αμερικάνικης Εταιρείας Κλινικής Ογκολογίας, η έκφραση των ΟΥ πρέπει να εκτιμάται ως το εκατοστιαίο ποσοστό των εκφρασμένων πυρήνων σε δείγματα βαμμένα με ανοσοϊστοχημικές τεχνικές (Immunohistochemistry-IHC). Πρόσφατες μελέτες έχουν προσπαθήσει να εντοπίσουν εάν υπάρχει σύνδεση μεταξύ του ΒΔΚ του όγκου και της έκφρασης των ΟΥ στον όγκο, συσχετίζοντας τον ΒΔΚ από εικόνες με χρώση H&E με τον ποσοστό των εκφρασμένων ΟΥ σε δείγματα IHC. Αυτή η συσχέτιση φαίνεται να είναι σημαντική στις διάφορες ακολουθούμενες στρατηγικές για τη θεραπεία του καρκίνου του μαστού. Εντούτοις, ο προσδιορισμός της έκφρασης των ΟΥ παρουσιάζει ορισμένες αδυναμίες: α) υπάρχει σημαντική μεταβλητότητα μεταξύ των ειδικών σχετικά με το πρωτόκολλο που ακολουθείται για τον υπολογισμό της έκφρασης των ΟΥ, β) είναι δύσκολο να εκτιμηθεί με ακρίβεια η έκφραση των ΟΥ, δεδομένου ότι θα απαιτούσε τη μέτρηση του συνόλου των θετικά εκφρασμένων πυρήνων από τον ειδικό ιστοπαθολόγο. Στην κλινική πράξη, λαμβάνεται συνήθως μια χονδρική εκτίμηση από τον ιστοπαθολόγο, μέσω μικροσκοπίου, παρατηρώντας αντιπροσωπευτικές περιοχές των δειγμάτων όπου υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση εκφρασμένων πυρήνων σε ΟΥ. Ως εκ τούτου, η αξιολόγηση της έκφρασης των ΟΥ, που έχει θεωρηθεί από προηγούμενες μελέτες ως βασική μέτρηση για τη συσχέτιση μεταξύ ΟΥ και του βαθμού διαφοροποίησης των όγκων, είναι επιρρεπής στην υποκειμενικότητα του ειδικού. Για τον λόγο αυτό απαιτούνται πιο αξιόπιστες μέθοδοι. Η παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε σε αναζήτηση εναλλακτικών, πιο αξιόπιστων μεθόδων. Έτσι οι στόχοι της παρούσας διατριβής είναι: (i) η ανάπτυξη μιας αξιόπιστης μεθοδολογίας τμηματοποίησης ιστολογικών εικόνων μικροσκοπίας επεξεργασμένες με χρώση IHC για τον εντοπισμό των πυρήνων που εκφράζουν τους ΟΥ για την αντικειμενική ποσοτικοποίηση της έκφρασης των ΟΥ στον καρκίνο του μαστού, (ii) η διερεύνηση ενδεχόμενης σχέσης μεταξύ της έκφρασης των ΟΥ και του ΒΔΚ του όγκου, συνδυάζοντας την πληροφορία των ιστολογικών δειγμάτων, που προέρχονται από τον καρκινικό ιστό του ίδιου ασθενούς και έχουν υποστεί επεξεργασία με ανοσοϊστοχημική χρώση και με χρώση H&E, (iii) η διερεύνηση πιθανής συσχέτισης στις μεταβολές της υφής της χρωματίνης με τις μεταβολές στην υφή των πυρήνων που εκφράζουν τους ΟΥ, και (iv) η διερεύνηση της δυνατότητας της προτεινόμενης μεθοδολογίας σε άλλους τομείς επεξεργασίας και ανάλυσης ιατρικών εικόνων. Για την εκπλήρωση των ανωτέρω στόχων και σε αναζήτηση αξιόπιστων μεθόδων για την ποσοτικοποίηση της έκφρασης των ΟΥ και της σύνδεσή της με το ΒΔΚ του όγκου, σχεδιάστηκε, αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε μια νέα μεθοδολογία βασισμένη στην αναγνώριση προτύπων ημι-εποπτευόμενης μάθησης για την ανάλυση ιστοπαθολογικής εικόνας. Επιπλέον, η κατάλληλη τροποποίηση της προτεινόμενης μεθόδου μπορεί να οδηγήσει στη γενίκευση της μεθοδολογικής προσέγγισης της ταξινόμησης εικονοστοιχείων για την επεξεργασία και την ανάλυση ιατρικών εικόνων, πέρα αυτών της μικροσκοπίας, όπως εικόνες από Aγγειογραφία Υπολογιστικής Τομογραφίας.

Στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής αυτής προσπαθήσαμε να δώσουμε λύση στο κεντρικό πρόβλημα του σχεδιασμού και της υλοποίησης κατανεμημένων αρχιτεκτονικών συστήματος, πρωτοκόλλων και αλγορίθμων που παρέχουν την αναγκαία υποδομή για τον υπολογισμό ορισμένων βασικών καθολικών ιδιοτήτων και μεταβλητών της κατάστασης ενός Δικτύου Ομοτίμων Εταίρων (ΔΟΕ). Μπορούμε να διακρίνουμε δύο κύριες διαστάσεις καθολικών ιδιοτήτων: (α) ιδιότητες που αναφέρονται στους κόμβους του δικτύου και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους (υπολογιστική ισχύ, συμπεριφορά, κτλ.) και (β) ιδιότητες και μεταβλητές των αντικειμένων/δεδομένων που χειρίζεται το ΔΟΕ. Για το σκοπό αυτό, κινηθήκαμε προς δύο αλληλοσυμπληρούμενες κατευθύνσεις: (α) ποσοτικοποίηση και εκμετάλλευση της ετερογένειας των κόμβων ενός ΔΟΕ, και (β) υπολογισμός εκτιμήσεων καθολικών μεταβλητών του συστήματος, με απώτερο στόχο την υποστήριξη επεξεργασίας πολύπλοκων ερωτημάτων σε συστήματα διαχείρισης δεδομένων Διαδικτυακής κλίμακας. Στο πρώτο μέρος της διατριβής αυτής, ασχοληθήκαμε με το πρόβλημα της ετερογένειας στις υπολογιστικές δυνατότητες και στις συμπεριφορές των κόμβων ενός ΔΟΕ, καθ'οδόν προς ένα πιό αποδοτικό και ανθεκτικό περιβάλλον δρομολόγησης μηνυμάτων και επεξεργασίας ερωτημάτων, σε σχέση με τα κλασσικά υπάρχοντα δομημένα δικτυακά υποστρώματα ΔΟΕ Κατανεμημένων Πινάκων Κατακερματισμού. Έτσι, πρώτα παρουσιάζουμε ένα νέο παράδειγμα αρχιτεκτονικής δόμησης των ΔΟΕ, το οποίο ονομάζουμε AESOP. Ακόμα, ασχολούμαστε με το πρόβλημα της αποδοτικής επεξεργασίας ερωτημάτων εύρους σε ΔΟΕ βασισμένα σε DHT. Η καινοτομία της προτεινόμενης προσέγγισης βρίσκεται σε αρχιτεκτονικές, αλγορίθμους και πρωτόκολλα ταυτοποίησης και κατάλληλης εκμετάλλευσης δυνατών κόμβων του δικτύων αυτών. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής αυτής, ασχολούμστε με την κατανεμημένη εκτίμηση καθολικών μεταβλητών συστημάτων ΔΟΕ, όπως ο πληθάριθμος κατανεμημένων πολυσυνόλων, η επεξεργασία καθολικών συναθροιστικών ερωτημάτων και η διατήρηση ιστογραμμάτων επί δεδομένων κατανεμημένων σε όλους του κόμβους του ΔΟΕ, ώστε να επιτρέψουμε την μεταφορά τεχνικών βελτιστοποίησης ερωτημάτων από τα κεντρικοποιημένα περιβάλλοντα στον ευρέος κατανεμημένο χώρο των συστημάτων διαχείρισης δεδομένων Διαδικτυακής κλίμακας. / As part of this doctoral thesis we tried to solve the central problem of the design and implementation of distributed system architectures, protocols and algorithms that provide the infrastructure necessary to calculate some basic global properties and variables of a peer-to-peer network. We can distinguish two main dimensions of such properties: (a) properties pertaining to the nodes of the network and their particular characteristics (computing power, behavior, etc.) and (b) properties of objects and variables/data managed by the P2P network. For this purpose, we moved in two complementary directions: (a) quantification and exploitation of heterogeneity of nodes in P2P networks, and (b) calculation of estimates of global variables, with a view to support complex query processing in Internet-scale data management systems. First, we dealt with the problem of heterogeneity in computing capabilities and behaviour patterns of the nodes in a P2P network, en route to a more efficient and fault resilient routing and query processing infrastructure compared to classic structure DHT-based data networks. So, first we present a new architecture paradigm, called AESOP. We then use this architecture to tackle the problem of efficient range query processing in DHT-based data management systems. The innovation of the proposed approach lies in architectures, algorithms and protocols for identification and proper exploitation of the powerful nodes of these networks. Then we deal with the distributed estimation of global system variables in P2P networks, such as the cardinality of distributed multisets, distributed aggregate query processing, and the maintenance of distributed histograms over data stored across all nodes of the P2P overlay, so as to allow the porting of query processing and optimization techniques from centralized environments to the widely distributed field of Internet-scale data management systems.

Η παρούσα διατριβή έχει ως σκοπό της, πρώτον, την ανάκτηση συντακτικής πληροφορίας (αναγνώριση συμπληρωμάτων ρημάτων, ανάκτηση πλαισίων υποκατηγοριοποίησης (ΠΥ) ρημάτων, αναγνώριση των ορίων και του είδους των προτάσεων) αυτόματα μέσα από ελληνικά και αγγλικά σώματα κειμένων με την χρήση ποικίλων και καινοτόμων τεχνικών μηχανικής μάθησης και, δεύτερον, την θεωρητική περιγραφή της ελληνικής σύνταξης μέσω τυπικών γλωσσολογικών φορμαλισμών, όπως η γραμματική Ενοποίησης και η γραμματική Φραστικής Δομής Οδηγούμενη από τον Κύριο Όρο. Η διατριβή κινήθηκε πάνω στους εξής καινοτόμους άξονες: 1. Η προεπεξεργασία των σωμάτων κειμένων βασίστηκε σε ελάχιστους γλωσσολογικούς πόρους για να είναι δυνατή η μεταφορά των μεθόδων σε γλώσσες φτωχές σε υποδομή. 2. Η αντιμετώπιση του θορύβου που υπεισέρχεται στα δεδομένα εξ αιτίας της χρήσης ελάχιστων πόρων πραγματοποιείται με Μονόπλευρη Δειγματοληψία. Εντοπίζονται αυτόματα παραδείγματα δεδομένων που δεν προσφέρουν στην μάθηση και αφαιρούνται. Τα τελικά δεδομένα είναι πιο καθαρά και η απόδοση της μάθησης βελτιώνεται πολύ. 3. Αποδεικνύεται η χρησιμότητα της εξαχθείσας πληροφορίας. Η χρησιμότητα των συμπληρωμάτων φαίνεται από την αύξηση της απόδοσης της διαδικασίας ανάκτησης ΠΥ με την χρήση τους. Η χρησιμότητα των εξαγόμενων ΠΥ φαίνεται από την αύξηση της απόδοσης ενός ρηχού συντακτικού αναλυτή με την χρήση τους. 4. Οι μέθοδοι εφαρμόζονται και στα Αγγλικά και στα Ελληνικά για να φανεί η μεταφερσιμότητά τους σε διαφορετικές γλώσσες και για να πραγματοποιηθεί μια ενδιαφέρουσα σχετική σύγκριση ανάμεσα στις δύο γλώσσες. Τα αποτελέσματα είναι πολύ ενθαρρυντικά, συγκρίσιμα με, και σε πολλές περιπτώσεις καλύτερα από, προσεγγίσεις που χρησιμοποιούν εξελιγμένα εργαλεία προεπεξεργασίας. / The thesis aims firstly at the acquisition of syntactic information (detection of verb complements, acquisition of verb subcategorization frames (SF), detection of the boundaries and the semantic type of clauses) automatically from Modern Greek and English text corpora with the use of various state-of-the-art and novel machine learning techniques, and, secondly, at the theoretical description of the Greek syntax through formal grammatical theories like Unification Grammar and Head-driven Phrase Structure Grammar. The thesis has been based on the following novel axes: 1. Corpus pre-processing has been limited to the use of minimum linguistic resources to ensure the portability of the presented methodologies to languages that are poorly equipped with resources. 2. Due to the low pre-processing level, a significant amount of noise appears in the data, which is dealt with One-sided Sampling. Examples that do not contribute to the learning process are detected and removed. The final data set is clean and learning performance improves significantly. 3. The importance of the acquired information is proven. The importance of complements is shown by the improvement in the performance of the SF acquisition process after the incorporation of complement information. The importance of the acquired SF lexicon is shown by its incorporation in a shallow syntactic parser and the increase of the performance of the latter. 4. The methods are applied on Modern Greek and on English to show their portability across different languages and to allow for an interesting rough comparison between the two languages. The results are very satisfactory, comparable to, and in some cases better than, approaches utilizing sophisticated resources for pre-processing.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η εξαγωγή γνώσης και χρήσιμων συμπερασμάτων για το σχετικά αδιερεύνητο θέμα της διάγνωσης των μαθησιακών δυσκολιών. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα καταγραφής ηλεκτροεγκεφαλογραφημάτων ηρεμίας και εγκεφαλικών προκλητών δυναμικών υγιών και ατόμων με μαθησιακές δυσκολίες, τα οποία συλλέχθηκαν στο εργαστήριο Ψυχοφυσιολογίας του Αιγινητείου Νοσοκομείου. Από την ανάλυση αυτών των σημάτων προσδιορίστηκαν παράμετροι (π.χ συγκεκριμένες κορυφώσεις) που διαφοροποιούν στατιστικά τα άτομα με μαθησιακές δυσκολίες σε σχέση με τους υγιείς. Παράλληλα, εξετάστηκαν παράμετροι από την κλασική θεωρία βιοσημάτων όπως η ενέργεια και οι χαρακτηριστικοί ρυθμοί. Τέλος, επιλύθηκε το αντίστροφο πρόβλημα της ηλεκτροεγκεφαλογραφίας ώστε να βρεθούν οι ρευματικές πηγές που προκαλούν τα αντίστοιχα σήματα στην επιφάνεια του κεφαλιού. Από τις πηγές αυτές επιδιώχθηκε ο προσδιορισμός περιοχών του εγκεφάλου που πιθανώς να είναι υπεύθυνες για την εμφάνιση μαθησιακών δυσκολιών. / The present thesis aims at the extraction of knowledge and useful conclusions for the relatively uninvestigated phenomenon of learning difficulties. Patients and healthy controls were evaluated by a computerized version of the digit span Wechsler test and EEG/ERP signals were recorded from 15 scalp electrodes based on the international 10-20 system of electroencephalography. The phenomenon was investigated via processing and analysis of EEG/ERP signals of healthy and persons with learning difficulties. Some features were extracted from these signals that statistically differentiate these two groups. Furthermore, features from classical theory of biosignals such as energy and characteristic rhythms were investigated. Finally, the so-called electroencephalography inverse problem was solved in order to define the internal current sources. The localization of such sources in the brain aimed at defining brain regions that are potentially responsible for learning difficulties.

Η ενσωμάτωση των κωδίκων Turbo σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών λόγω της εκπληκτικής αποδόσεώς τους που προσεγγίζει το θεμελιώδες όριο του Shannon, απαιτεί αποδοτικές αρχιτεκτονικές και υλοποιήσεις υψηλού ρυθμού διεκπεραίωσης και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας όσον αφορά την εξαιρετικά πολύπλοκη και χρονοβόρα επαναληπτική αποκωδικοποίησή τους. Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά την χρήση της τεχνολογίας Πυριτίου-Γερμανίου (SiGe) BiCMOS σε αναλογικές αρχιτεκτονικές για την υλοποίηση αποκωδικοποιητών Turbo υψηλού ρυθμού διεκπεραίωσης και όσο το δυνατόν χαμηλής κατανάλωσης ισχύος. Η σχεδίαση βάσει των διπολικών τρανζίστορ ετεροεπαφής προσδίδει ιδιαίτερα υψηλή ταχύτητα στην απόκριση του αναλογικού συστήματος σε αντίθεση με τα συμβατικά διπολικά τρανζίστορ ή με τα τρανζίστορ πεδίου MOS, τα οποία λειτουργούν στην περιοχή υποκατωφλίου για τη διατήρηση της διαγραμμικής αρχής. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής παρουσιάζεται μια γενική μεθοδολογία χρησιμοποιώντας τους γράφους παραγόντων για την προδιαγραφή συστημάτων ελέγχου λαθών. Έπειτα, πραγματοποιείται η σύζευξη της επιτευχθείσας προδιαγραφής με την κυκλωματική συμπεριφορά των τοπολογιών λαμβάνοντας υπ’ όψιν φυσικά τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας SiGe BiCMOS και καταλήγουμε στην αποδοτική σχεδίαση και ολοκλήρωση αποκωδικοποιητών διόρθωσης λαθών υψηλής ταχύτητας. Χρήσιμα συμπεράσματα, για την υιοθέτηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας και τη χρήση της τεχνολογίας Πυριτίου-Γερμανίου, αναφέρονται με την παρουσίαση της πρώτης επιτυχούς υλοποίησης σε τεχνολογία 0.35μm AMS SiGe BiCMOS ενός αναλογικού Trellis αποκωδικοποιητή και των εξομοιωτικών αποτελεσμάτων του αντίστοιχου αποκωδικοποιητή Turbo, ο οποίος ενσωματώνει τον παραπάνω Trellis αποκωδικοποιητή. / The incorporation of Turbo codes into a wide range of applications due to their amazing performance close to the fundamental Shannon limit, demands efficient architectures and implementations of high-throughput and low energy consumption in the case of the extremely complex and time consuming procedure of iterative decoding. The present dissertation studies the use of SiGe BiCMOS technology in analog architectures for the implementation of high-throughput and moderate power consumption Turbo decoders. The design is based on Heterojunction Bipolar Transistors and leads to a significant increment of the analog system’s speed in contrast to the designs based on conventional bipolar transistors or MOS transistor, which operate in the subthreshold region in order to conform to the translinear principle. A generic methodology, using factor-graphs for the specification procedure of error control systems, is also presented. Furthermore, we map the derived specification onto the appropriate acircuit topology taking into account the characteristics of the SiGe BiCMOS technology. Finally, the methodology leads to an efficient design and consistent integration of high-speed analog decoders. We report useful conclusions for the adoption of the proposed methodology, and the use of Silicon-Germanium technology by presenting the first successful implementation of an analog Trellis decoder, and the simulation results of the relevant Turbo decoder in a 0.35μm AMS SiGe BiCMOS technology.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα γίνει μελέτη και εφαρμογή μεθόδων επίλυσης του προβλήματος αναγνώρισης γεωμετρικών χαρακτηριστικών ανθρώπινων ερυθρών αιμοσφαιρίων από προσομοιωμένες εικόνες σκέδασης ΗΜ ακτινοβολίας ενός He-Ne laser 632.8 μm. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του ερυθροκυττάρου καθώς, επίσης, παρουσιάζονται διάφορες ανωμαλίες των ερυθροκυττάρων και οι μέχρι στιγμής χρησιμοποιούμενοι τρόποι ανίχνευσής των. Στο δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια εισαγωγή στις ιδιότητες της ΗΜ ακτινοβολίας, περιγράφεται το φαινόμενο της σκέδασης και παρουσιάζεται το ευθύ πρόβλημα σκέδασης ΗΜ ακτινοβολίας ανθρώπινων ερυθροκυττάρων. Το τρίτο κεφάλαιο αποτελείται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος γίνεται εκτενής ανάλυση της θεωρίας των τεχνητών νευρωνικών δικτύων και περιγράφονται τα νευρωνικά δίκτυα ακτινικών συναρτήσεων RBF. Στη συνέχεια, αναφέρονται οι μέθοδοι εξαγωγής παραμέτρων και, πιο συγκεκριμένα, δίνεται το θεωρητικό και μαθηματικό υπόβαθρο των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν οι οποίες είναι ο αλογόριθμος Singular Value Decomposition (SVD), o Angular Radial μετασχηματισμός (ART) και φίλτρα Gabor. Στο δεύτερο μέρος περιγράφεται η επίλυση του αντίστροφου προβλήματος σκέδασης. Παρουσιάζεται η μεθοδολογία της διαδικασίας επίλυσης όπου εφαρμόστηκαν ο αλογόριθμος συμπίεσης εικόνας SVD, o περιγραφέας σχήματος ART και ο περιγραφέας υφής με φίλτρα Gabor για την εύρεση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών και νευρωνικό δίκτυο ακτινικών συναρτήσεων RBF για την ταξινόμηση των ερυθροκυττάρων. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνεται δοκιμή και αξιολόγηση της μεθόδου και συνοψίζονται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν κατά τη διάρκεια της εκπόνησης αυτής της διπλωματικής. / In this thesis we study and implement methods of estimating the geometrical features of the human red blood cell from a set of simulated light scattering images produced by a He-Ne laser beam at 632.8 μm. Ιn first chapter an introduction to the properties and the characteristics of red blood cells are presented. Furthermore, we describe various abnormalities of erythrocytes and the until now used ways of detection. In second chapter the properties of electromagnetic radiation and the light scattering problem of EM radiation from human erythrocytes are presented. The third chapter consists of two parts. In first part we analyse the theory of neural networks and we describe the radial basis function neural network. Then, we describe the theoritical and mathematical background of the methods that we use for feature extraction which are Singular Value Decomposition (SVD), Angular Radial Transform and Gabor filters. In second part the solution of the inverse problem of light scattering is described. We present the methodology of the solution process in which we implement a Singular Value Decomposition approach, a shape descriptor with Angular Radial Transform and a homogenous texture descriptor which uses Gabor filters for the estimation of the geometrical characteristics and a RBF neural network for the classification of the erythrocytes. In the forth and last chapter the described methods are evaluated and we summarise the experimental results and conclusions that were extracted from this thesis.

Στη διπλωματική λύνουμε το πρόβλημα του sudoku με χρήση του εκπαιδευτικού ρομπότ της Lego, το LEGO Mindstorm NXT. Το εκπαιδευτικό ρομπότ αυτό δεν έχει συγκεκριμένη μορφή αλλά αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα μεταξύ τους πλαστικά μέρη. Με χρήση αυτών κατασκευάσαμε ένα όχημα που αποτελεί παραλλαγή οχήματος από άλλη εργασία. Το όχημα αυτό μπορεί να κινείται μόνο μπροστά και πίσω. Διαθέτει έναν βραχίονα που μπορεί να κινεί δεξιά-αριστερά και στον οποίο εφαρμόζεται ένας αισθητήρας φωτεινότητας. Τέλος, στον βραχίονα υπάρχει θέση για στυλό. Το πρόβλημα του sudoku που δίνεται στο ρομπότ είναι εκτυπωμένο σε ένα χαρτί Α4. Το ρομπότ αναλαμβάνει να το αναγνωρίσει με τον αισθητήρα, να το επιλύσει και να το αποτυπώσει με τη χρήση του στυλό. Για την επίτευξη αυτού του στόχου επιστρατεύονται αλγόριθμοι ρομποτικής και αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης. Συγκεκριμένα για την πλοήγηση του οχήματος εφαρμόζεται μετρική και τοπολογική πλοήγησης, στη συνέχεια για την αναγνώριση του προβλήματος και την ταυτοποίηση κάθε εικόνας που λαμβάνεται υλοποιήσαμε αλγόριθμους μορφολογικής επεξεργασία και τέλος για την επίλυση του προβλήματος sudoku υλοποιήσαμε και συγκρίναμε δύο αλγόριθμους, την αναζήτησης κατά βάθος και την αναζήτηση κατά βάθος με διάδοση περιορισμών. Οι τελικοί αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν διαπιστώσαμε ότι πετυχαίνουν το σκοπό τους αφού το όχημα αναγνωρίζει τους αριθμούς του δοσμένου προβλήματος με ποσοστό επιτυχίας 95%, λύνει τα περισσότερα προβλήματα σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο και συμπληρώνει επιτυχώς τα κελιά του sudoku με τους σωστούς αριθμούς. Πέρα από αυτές τη σύγκριση των αλγορίθμων θεωρούμε ότι η μελέτη ενός τέτοιου συστήματος είναι ιδανική για εισαγωγή σε θέματα ρομποτικής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εκπαιδευτικό εργαλείο πειραματισμού. Μάλιστα ο κώδικας μας σχολιάζεται επαρκώς σε αυτή την εργασία για να είναι ευκολότερη η κατανόηση του. Εκτός αυτού έχουμε αναπτύξει και πρόγραμμα αλληλεπίδρασης χρήστη-ρομπότ μέσω κονσόλας. / We solve the problem of sudoku using the educational robot LEGO Mindstorm NXT, made by LEGO. This educational robot doesn't have specific form but consists of interlinked plastics. We constructed a vehicle that is a variant from another work. This vehicle can move only forward and back. It has an arm that can move side to side and is equipped with a light sensor and a marker. The problem of sudoku is given to the robot in printed form on a A4 paper. The robot at first recognize the problem with the sensor, then it resolves it and finally writes the solution down by using the pen. To achieve this goal we implemented various algorithms. Specifically, we studied robotic algorithms such as metric and topological navigation. Moreover, to identify the printed problem we processed every captured image morphologically and finally to solve the sudoku instance we implemented and compared two methods, first-depth search and first-depth search with constraint propagation. We should mention that our code is written in Java for the lejOS firmware. The final code is capable of recognizing the numbers of the given problem with a success rate of 95%, solving most problems in less than a second and completing the cells on the paper with the correct numbers. Finally, we have developed an accompanying program that is usable for debugging purposes and for calibrating the robot. Even more, it can be used as education tool.

Η παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματεύεται την εύρεση της κυματομορφής της μεταβολής της φωτεινότητας φωτονίων που διέρχονται από το χέρι ανθρώπου και δίνουν πληροφορία για την αρτηριακή πίεση και κατ’ επέκταση τον υπολογισμό του καρδιακού ρυθμού ενός ατόμου με τη χρήση τεχνικών επεξεργασίας εικόνας. Χρησιμοποιώντας μια σειρά από διόδους εκπομπής, στο ορατό και υπέρυθρο φάσμα, κατευθύνουμε το φως προς ένα δίκτυο ιστών όπου αυτό είναι λεπτό και το διαπερνά (δάκτυλο, λοβίο αυτιού κλπ). Στη συνέχεια, μέσω μιας βιντεοκάμερας παίρνουμε τα υπό εξέταση δεδομένα. Συγκρίνοντας την απορρόφηση του φωτός στις διαδοχικές εικόνες και ύστερα από κατάλληλη επεξεργασία των εικόνων με τη βοήθεια του Matlab οδηγούμαστε στην εύρεση του καρδιακού ρυθμού. / The present thesis deals with the determination of the waveform that depicts the fluctuation of the brightness of photons which pass through the hand of a person and provides information for the arterial pressure. Exploiting the results through digital image processing techniques, subject’s cardiac rhythm can be conclusively calculated. Using a series of diodes emitting in the visible spectrum along with a second series of diodes emitting in the infrared spectrum, we direct their light to a part of the human tissue which is thin (finger, earlobe etc) and can be easily penetrated. Afterwards via a CCD video camera we capture picture data of the light that is not absorbed. Cardiac rhythm can be calculated by comparing the absorption of light in successive pictures processed by digital imaging processing tools of Matlab.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη συγκριτική μελέτη λέξεων στην Αγγλική και τη Νέα Ελληνική που περιέχουν δεσμευμένα μορφολογικά στοιχεία, δηλαδή μορφήματα που δεν απαντώνται ανεξάρτητα στο λόγο. Στην Αγγλική οι λέξεις αυτές είναι γνωστές με τον όρο «νεοκλασικά σύνθετα», καθώς τα δεσμευμένα στοιχεία που περιέχουν έχουν αρχαιοελληνική ή λατινική προέλευση. Στη Νέα Ελληνική πρόκειται για μία κατηγορία ρηματικών συνθέτων, που περιέχουν ένα δεσμευμένο θέμα ρηματικής προέλευσης σε τελική θέση. Σημαντικό χαρακτηριστικό των εν λόγω λέξεων είναι ότι ένα μεγάλο ποσοστό αυτών ανήκει σε ειδικά επιστημονικά και τεχνικά λεξιλόγια. Στόχος της μελέτης είναι ο άμεσος συσχετισμός των λέξεων αυτών στις δύο γλώσσες από μορφολογική άποψη, με απώτερο σκοπό τη βέλτιστη υπολογιστική τους επεξεργασία. Για τις ανάγκες της παρούσας συγκροτήθηκαν δύο σώματα δεσμευμένων θεμάτων που εμφανίζονται σε τελική θέση μέσα σε λέξεις της Αγγλικής και της Νέας Ελληνικής, τα οποία αποτέλεσαν τα κύρια γλωσσικά δεδομένα, τόσο για την θεωρητική ανάλυση, όσο και για την υπολογιστική επεξεργασία των υπό εξέταση λέξεων. Λαμβάνοντας υπόψη τις θεωρητικές απόψεις που έχουν διατυπωθεί, τα δεδομένα που προέκυψαν από την εξέταση των σωμάτων δεσμευμένων στοιχείων, καθώς και την παρουσία των λέξεων με δεσμευμένα στοιχεία κατά τη διάρκεια εξέλιξης της κάθε γλώσσας, πραγματοποιείται η μορφολογική τους ανάλυση, που έχει ως αποτέλεσμα τον άμεσο συσχετισμό τους με την αναγνώριση αντίστοιχων δομών στις εν λόγω λέξεις. Με βάση τα συμπεράσματα της θεωρητικής ανάλυσης επιχειρείται η δημιουργία ενός συστήματος υπολογιστικής μορφολογικής επεξεργασίας των εν λόγω λέξεων, που διέπεται από κοινές αρχές και κοινούς κανόνες για τις δύο γλώσσες, με στόχο την όσο το δυνατόν αποτελεσματικότερη και οικονομικότερη περιγραφή του φαινομένου, για χρήση σε ένα πλήθος εφαρμογών της γλωσσικής επεξεργασίας. Ο φορμαλισμός που χρησιμοποιείται αποτελεί έναν λεξιλογικό μεταγλωττιστή (LEXC) που είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για τον ορισμό λεξιλογίων φυσικών γλωσσών και βασίζεται στις μεθόδους πεπερασμένων καταστάσεων. / This PhD thesis deals with the comparative study of words containing bound morphological stems in English and Modern Greek (MG) and their computational processing. A great number of these words, also known as neoclassical compounds, belong to technical and scientific terminologies. The linguistic database used for the theoretical analysis and the computational processing proposed in this study, consists of two corpora, especially built for and appended in the current study, containing bound stems as final elements in words of English and MG. According to the theoretical analysis proposed, compounds with bound stems in the two languages share similar structures. The proposed system for the computational processing of these words, based on the the conclusions of the theoretical analysis, makes use of finite state methods, specifically the Xerox Lexical Compiler (LEXC) and offers an efficient way of implementing the phenomenon of neoclassical compounding in modern languages.