Το κύριο μέρος της διατριβής αρχίζει στο Κεφάλαιο 4 όπου παρουσιάζονται πρωτότυπα ερευνητικά αποτελέσματα της διατριβής που αφορούν στην κανονική και χαοτική δυναμική Χαμιλτώνιων συστημάτων λίγων βαθμών ελευθερίας. Περιγράφονται αποτελέσματα πάνω στη συμπεριφορά δεικτών διάκρισης οργανωμένης και χαοτικής δυναμικής στα συστήματα αυτά και γίνεται σύγκριση με τα αντίστοιχα της διεθνούς βιβλιογραφίας. Τέλος, αναφέρονται αποτελέσματα από τη θεωρία και την εφαρμογή της μεθόδου του Γενικευμένου Δείκτη Ευθυγράμμισης GALI, που αποτελεί ένα από τα πιο βασικά νέα στοιχεία της διατριβής, σε μη ολοκληρώσιμα Χαμιλτώνια συστήματα δύο και τριών βαθμών ελευθερίας. Το Κεφάλαιο 5 ασχολείται με την παρουσίαση πρωτότυπων ερευνητικών αποτελεσμάτων σε Χαμιλτώνια δυναμικά συστήματα πολλών βαθμών ελευθερίας. Εδώ, εισάγονται νέες μέθοδοι για την μελέτη των περιοχών κανονικής και χαοτικής συμπεριφοράς συστημάτων πολλών βαθμών ελευθερίας με σκοπό να κατανοηθεί η συμπεριφορά των συστημάτων αυτών στο θερμοδυναμικό όριο και να δοθεί μια απάντηση στο καίριο ερώτημα αν οι νόμοι της Στατιστικής Μηχανικής ισχύουν στην περίπτωση των πολυδιάστατων Χαμιλτώνιων συστημάτων που εξετάζονται εδώ. Ελέγχεται πως αυξάνουν οι χαοτικές περιοχές γύρω από ασταθείς Απλές Περιοδικές Λύσεις (ΑΠΛ) στον χώρο φάσεων, μετά από μία κρίσιμη τιμή της ολικής ενέργειας, η δε μετάβαση από περιορισμένο σε εκτεταμένο χάος, προκύπτει από το ότι συχνά σε περιοχές διαφορετικών ασταθών ΑΠΛ συγκλίνουν τα αντίστοιχα φάσματα Lyapunov στην ίδια εκθετική συνάρτηση. Υπολογίζοντας κατόπιν το άθροισμα των θετικών εκθετών Lyapunov, που αντιστοιχεί στην εντροπία Kolmogorov - Sinai και διαπιστώνεται ότι για τα συστήματα που εξετάζονται στη διατριβή αυτή, η εντροπία KS αυξάνει γραμμικά, συναρτήσει των βαθμών ελευθερίας N, επιβεβαιώνοντας έτσι ότι είναι εκτεταμένη ποσότητα της Στατιστικής Μηχανικής. Τέλος εισάγεται η νέα μέθοδος του Δείκτη Γραμμικής Εξάρτησης (LDI) για τον διαχωρισμό χαοτικών και οργανωμένων τροχιών και αναφέρονται τα συγκριτικά της πλεονεκτήματα σε σχέση με τις μεθόδους των Κεφαλαίων 3 και 4. Αξίζει επίσης να αναφερθεί ότι πολλά αποτελέσματα της διατριβής μπορούν να εφαρμοσθούν για τη μελέτη της δυναμικής συμπλεκτικών απεικονίσεων, για τις οποίες ο κ .Αντωνόπουλος ανέπτυξε μια νέα μέθοδο που συνδυάζει τη χρήση δικών του μεθόδων και των λεγόμενων Διαφοροεξελικτικών Αλγορίθμων, για την εύρεση της δυναμικής ακτίνας ευστάθειας συμπλεκτικών απεικονίσεων που περιγράφουν επιταχυντές σωματιδίων υψηλών ενεργειών. / The main part of the thesis begins with Chapter 3, where new research results are presented which concern the regular and chaotic dynamics of Hamiltonian systems of few degrees of freedom. Results are described on the behavior of indices distinguishing organized from chaotic motion in these systems and a comparison is made with corresponding results in the international literature. Then, new findings are reported on the theory and application of the method of the Generalized Alignment Index GALI, which is one of the most basic discoveries of the thesis in nonintegrable Hamiltonian systems of 2 and 3 degrees of freedom. Chapter 5 deals with the presentation of original research results in Hamiltonian systems of many degrees of freedom. Here new methods are introduced for the study of regions of regular and chaotic behavior of multi degree of freedom systems with the primary aim of understanding the behavior of these systems in the thermodynamic limit to give an answer to the crucial question of whether the laws of Statistical mechanics hold in the case of multi dimensional Hamiltonian systems. The author studies how chaotic regions increase in size around unstable Simple Periodic Orbits (SPOs) in phase space, beyond a critical value of the energy, while the transition from limited to widespread chaos is indicated by the fact that in regions of different unstable SPOs the corresponding Lyapunov spectra converge to the same exponential – like function. Computing then the sum of the positive Lyapunov exponents, which corresponds to the so called Kolmogorov – Sinai entropy, it is shown that the systems that are studied in this thesis the KS entropy increases linearly as a function of the number of degrees of freedom N, thus confirming that it is an extensive quantity of Statistical Mechanics. Finally, the new method of the Linear Dependence Index (LDI) is introduced for distinguishing between regular and chaotic orbits and its advantages are described when compared with the methods of Chapters 3 and 4. It is worth mentioning also that many of the results of this thesis can be applied to the study of the dynamics of symplectic mappings, for which Mr. Antonopoulos developed a new method which combines his techniques with those of Evolutionary Algorithms, for determining the dynamical aperture radius for the stability of symplectic maps which describe the dynamics of high energy particle accelerators.

Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, με τη χρήση ενός δείγματος που αποτελούνταν από 4458 καυκάσια άτομα, για τα οποία ήταν γνωστά: - ο Δείκτης Μάζας Σώματος (ΔΜΣ), - το φύλο, - η ηλικία, και - τα γενετικά χαρακτηριστικά 23 γονιδίων τους (δηλ. τα αλληλόμορφα γονίδια), διερευνήθηκε: - η ύπαρξη κύριων (μεμονωμένων) επιδράσεων αυτών των παραγόντων (φύλο, ηλικία, αλληλόμορφα γονίδια) στον ΔΜΣ, και - ο αντίκτυπος των αλληλεπιδράσεων μεταξύ έως και τριών παραγόντων στον ΔΜΣ. Μετά από την απαραίτητη προ-επεξεργασία των δεδομένων (αναζήτηση διπλών καταχωρήσεων και διαγραφή τους, κωδικοποίηση, εξαγωγή περιγραφικών στατιστικών στοιχείων, κ.λπ.) εκτελέστηκαν παραμετρικοί και μη παραμετρικοί στατιστικοί έλεγχοι με τη χρήση των 26 συνολικά διαθέσιμων μεταβλητών. Οι στατιστικές μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν ήταν οι ακόλουθες (σε παρένθεση δίνονται κάποια συνοπτικά χαρακτηριστικά των μεταβλητών που ελέγχονταν κατά περίπτωση): - γραμμική συσχέτιση του Pearson (μεταξύ του ΔΜΣ και της Ηλικίας, καθώς και μεταξύ του ΔΜΣ και του Φύλου), - ανάλυση της διακύμανσης (ANOVA) (με χρήση του ΔΜΣ ως ποσοτική συνεχής μεταβλητή και των υπόλοιπων μεταβλητών σε κατηγορική μορφή), - μέθοδος x2 (chi-square): o με χρήση του ΔΜΣ σε κατηγορική μορφή 4 κατηγοριών (λιποβαρείς, κανονικού σωματικού βάρους, υπέρβαροι, παχύσαρκοι) και των υπόλοιπων μεταβλητών σε κατηγορική μορφή, και o με χρήση του ΔΜΣ σε κατηγορική μορφή 2 κατηγοριών [κανονικού βάρους (ενσωματώνει τις κατηγορίες λιποβαρών ατόμων και ατόμων κανονικού βάρους), μη κανονικού βάρους (ενσωματώνει τις κατηγορίες υπέρβαρων και παχύσαρκων ατόμων)] και των υπόλοιπων μεταβλητών σε κατηγορική μορφή, - μέθοδος μείωσης πολυπαραγοντικής διάστασης (MDR - Multifactor Dimensionality Reduction) με χρήση του ΔΜΣ σε κατηγορική μορφή 2 κατηγοριών [κανονικού βάρους (ενσωματώνει τις κατηγορίες λιποβαρών ατόμων και ατόμων κανονικού βάρους), μη κανονικού βάρους (ενσωματώνει τις κατηγορίες υπέρβαρων και παχύσαρκων ατόμων)] και των υπόλοιπων μεταβλητών σε κατηγορική μορφή. / In this thesis, using a sample that consisted of 4458 Caucasian men, for which we had the following available: - Body Mass Index (BMI) - Sex, - Age, and - The genetic characteristics of 23 genes (ie alleles) we examined: - The existence of major (individual) effects of these factors (gender, age, alleles) in BMI, and - The impact of interactions between up to three factors in BMI. After the necessary pre-processing of data (search for duplicate entries and deletion, coding, extraction of descriptive statistics, etc.) we performed parametric and non parametric statistical tests using the total of 26 available variables. The statistical methods used were as follows (in brackets are some brief features of the controlled variables as appropriate): - Linear correlation of Pearson (between BMI and age, and between BMI and sex) - Analysis of variance (ANOVA) (using BMI as a quantitative continuous variable and other variables in categorical form) - Chi-square test: o Using the BMI, in categorical form of four categories (underweight, normal weight, overweight, obese) and other variables in categorical form, and o Using the BMI, in categorical form of two categories [normal weight (incorporates underweight and normal weight), non-normal weight (incorporates overweight and obese)] and other variables in categorical form - Multifactor Dimensionality Reduction (MDR), using the BMI in categorical form of two categories [normal weight (incorporates underweight and normal weight), non-normal weight (incorporates overweight and obese)] and other variables in categorical form.

- / -

Η διπλωματική εργασία με τίτλο «Μέθοδοι για Ανίχνευση και Χαρακτηρισμό Βιοσημάτων σε Θορυβώδεις Χρονοσειρές βασισμένοι στο Μετασχηματισμό Hilbert-Huang» μελετάει ζητήματα που σχετίζονται με βιοϊατρικά σήματα και την ανάλυση τους. Γίνεται διερεύνηση των διαθέσιμων τεχνικών και μεθόδων ανάλυσης βιοϊατρικών σημάτων, επισημαίνονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των χρονοσειρών που προκύπτουν από την παρατήρηση και καταγραφή των σημάτων και έμφαση δίνεται στη μη στασιμότητα, την μη γραμμικότητα των υποκείμενων φυσικών διεργασιών και την ανάγκη προσαρμοστικότητας της μεθόδου. Μια μέθοδος που ικανοποιεί αυτές τις απαιτήσεις είναι η εμπειρική μέθοδος αποσύνθεσης η οποία αναλύει ένα σήμα σε ένα σύνολο συνιστωσών (IMFs) από τις οποίες ένα υποσύνολο θεωρείται ότι έχει φυσική σημασία. Επιπλέον, με το μετασχηματισμό Hilbert ανιχνεύονται οι στιγμιαίες συχνότητες και διαμορφώνεται η χρονοσυχνοτική κατανομή του σήματος. Τα θέματα που διερευνώνται αναφορικά με την εμπειρική μέθοδο αποσύνθεσης αφορούν τη στατιστική σημαντικότητα των IMFs, την αποθορυβοποίηση βιοϊατρικών σημάτων, την εξαγωγή χαρακτηριστικών από ηλεκτροκαρδιογράφημα και την απόδοση της μεθόδου. Ειδικά η απόδοση της εμπειρικής μεθόδου αποσύνθεσης είναι κρίσιμη παράμετρος για συστήματα με περιορισμένους πόρους όπως είναι οι κόμβοι ασύρματων δικτύων αισθητήρων ή τα ενσωματωμένα συστήματα. Η μοντελοποίηση μεθόδων που υλοποιούνται στο επίπεδο κόμβων ασύρματου δικτύου αισθητήρων είναι απαραίτητη για τη βέλτιστη διαχείριση πόρων και τον προγραμματισμό διεργασιών ώστε να μην διαταραχθεί η λειτουργία και λειτουργικότητα του συστήματος / This diploma thesis entitled "Methods for Identification and Characterization of Biosignals in Noise corrupted Time Series based on Hilbert-Huang Transform " studies issues concerning biomedical signal analysis. There is a review of the available techniques and methods for biomedical signal analysis pointing at certain characteristics of biomedical time series such as non stationarity, the non linearity of the underlying physical process and the need for the adaptive nature of the analysis method. One method that meets these requirements is considered to be the Empirical Mode Decomposition (EMD) which decomposes a signal into a set of components (IMFs) that a subset of them is believed to have a physical meaning. Application of Hilbert Transform on these IMFs provides the instantaneous frequencies and forms the time-frequency distribution of the signal. Issues studied are related to the statistical significance of the IMFs, denoising of biomedical signals, characteristics extraction and feature selection out of the electrocardiogram as well as the performance of the method. Particularly, the performance of empirical mode decomposition is considered to be a critical parameter especially in the case of implementation on nodes of wireless sensor networks or generally embedded systems due to the limited amount of resources available onboard. Modeling method's performance and demand for resources is a significant task facilitating the optimum resource management and task execution schedule of these systems.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται Ατομιστικά Μοντέλα Διακριτών και Ενοποιημένων Ατόμων, τα οποία μπορούν να αποτελέσουν το πρώτο σημαντικό βήμα για τη μελέτη της βιολογικής μεμβράνης ή και ακόμα τη μελέτη συστημάτων μεμβρανών με πρωτεΐνες, σάκχαρα κ.α. Τέτοιες προσομοιώσεις θα μας δώσουν στοιχεία για μακροσκοπικές ιδιότητες της μεμβράνης (π.χ. διαχυτότητα) παρουσία συγκεκριμένων άλλων μακρομορίων. Αρχικά μελετάται σε ατομιστικό επίπεδο, με τα μοντέλα Διακριτών και Ενοποιημένων Ατόμων, τήγμα παλμιτικού οξέος (383Κ). Η καταλληλόλητα του νέου μοντέλου που εισήχθη για την περίπτωση των Ενοποιημένων Ατόμων εξετάζεται με βάση τις ιδιότητες διαμόρφωσης (λ.χ. κατανομές γωνιών) που εξάγονται από το μοντέλο Διακριτών Ατόμων. Στο μοντέλο Διακριτών Ατόμων χρησιμοποιήθηκε το αναλυτικότερο δυνατό δυναμικό (COMPASS). Τα αποτελέσματα ήταν άκρως ικανοποιητικά. Έχοντας ένα αξιόπιστο μοντέλο Ενοποιημένων Ατόμων προχωρήσαμε στο επόμενο βήμα. Επόμενο βήμα ήταν η μελέτη συστήματος παλμιτικού οξέος ανάμεσα από στρώμα νερού. Σημαντικό μειονέκτημα του μοντέλου Διακριτών Ατόμων για ένα τόσο μεγάλο σύστημα αποτελεί η περιορισμένη χρονική κλίμακα. Φαινόμενα σχηματισμού διπλοστοιβάδας παλμιτικού οξέος παρουσία νερού, είναι πολύ δύσκολο να μελετηθούν με χρήση μοντέλου Διακριτών Ατόμων λόγω των πολύ μικρών χρόνων που καλύπτουν. Επομένως, κρίνεται αναγκαία η χρήση μοντέλου Ενοποιημένων Ατόμων για το σύστημα PLM – νερό. Χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο Ενοποιημένων Ατόμων που οι ίδιοι αναπτύξαμε, όπως και για την περίπτωση του τήγματος, για την περιγραφή του παλμιτικού οξέος, και το μοντέλο SPCE για το νερό, το οποίο είναι ευρέως αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα. Πέραν της σύγκρισης των μοντέλων Ενοποιημένων και Διακριτών Ατόμων που έγινε για το τήγμα του παλμιτικού οξέος, πραγματοποιήθηκαν και διάφοροι υπολογισμοί που αφορούν τη σταθεροποίηση του συστήματος (Autocorrelation faction of end-to-end distance vector), δομικές ιδιότητες (Radial Distribution Function), ιδιότητες διαμόρφωσης (angle distribution, radius of gyration, end-to-end distance vector) και θερμοδυναμικές ιδιότητες (density). Υπολογίστηκαν επίσης ο συντελεστής αυτοδιάχυσης (self diffusion coefficient) καθώς και το πλήθος δεσμών υδρογόνου. / This diploma thesis presents Atomistic Models of Discrete and Integrated atoms, which can be an important first step to study the biological membrane or even studying membrane systems with proteins, sugars, etc. Such simulations will give us data on macroscopic membrane properties (eg diffusivity) in the presence of certain other macromolecules. Initially we study melt palmitic acid (383K)in atomistic level. The suitability of the new model, introduced for the case of the Consolidated Atoms is examined by checking the configuration properties (eg angles distributions) derived from the model of Discrete Atoms. In the model of discrete atoms the disaggregated possible dynamic (COMPASS)was used. The results were highly satisfactory. Having a reliable model for Unified atoms we move to the next step. Next step was to study the system of palmitic acid between waterbed. Major drawback of the model of Discrete atoms for such a large system is the limited time scale. Phenomena of bilayer formation of palmitic acid in the presence of water is very difficult to be studied using discrete atoms model because of very short times covered. Therefore, it is necessary to use a model of integrated atoms for the system PLM - water. We used the model of Unified atoms we ourselves have developed, as in the case of the melt, for the description of palmitic acid, and the SPCE model for water, which is widely accepted by the scientific community. Beyond the comparison of models of integrated and discrete atoms made for the melt of palmitic acid, various calculations for the stabilisation the system (Autocorrelation faction of end-to-end distance vector), structural properties (Radial Distribution Function), properties configuration (angle distribution, radius of gyration, end-to-end distance vector) and thermodynamic properties (density)were made. The self-diffusion coefficient (self diffusion coefficient) and the number of hydrogen bonds were also calculated.

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη των οδικών ατυχημάτων και ο προσδιορισμός των επικίνδυνων θέσεων (μελανών σημείων) στο οδικό δίκτυο της Περιφέρειας Δυτικής Ελλάδας. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε καταγραφή όλων των τροχαίων ατυχημάτων στους Νομούς Αχαΐα, Αιτωλοακαρνανίας και Ηλείας για τη χρονική περίοδο 2000 - 2012. Η συλλογή στοιχείων έγινε από τα κατά τόπους Τμήματα Τροχαίας των Αστυνομικών διευθύνσεων κάθε νομού, για ολόκληρο το οδικό δίκτυο, δηλαδή εθνικό, επαρχιακό και αστικό. Έγινε καταγραφή του κάθε τροχαίου ατυχήματος, του αριθμού νεκρών και τραυματιών, της ημερομηνίας και της ώρας του συμβάντος, της ακριβούς τοποθεσίας, όπως επίσης και των συνθηκών οδοστρώματος και των περιβαλλοντικών συνθηκών που επικρατούσαν τη στιγμή του συμβάντος. Τα στοιχεία που συλλέχθηκαν ομαδοποιήθηκαν κατάλληλα και επεξεργάστηκαν στατιστικά. Στη συνέχεια για κάποια τμήματα των εθνικών οδών της ΠΔΕ έγινε προσδιορισμός των μελανών σημείων με διαφορετικές αριθμητικές και στατιστικές μεθόδους. Δεν έγινε μελέτη των μελανών σημείων για όλο το οδικό δίκτυο της ΠΔΕ καθώς κάτι τέτοιο θα ήταν πέρα από τους σκοπούς της παρούσας διατριβής. / This master thesis aims to study road accidents and identify hotspots at Western Greece Region. First, accidents occurred during 2000 - 2012 at Achaia, Aitoloakarnania and Ilia prefectures were recorded. Each record includes date, time, number of fatalities and injuries, specific location, road and environmental conditions at the moment of the accident. Collected data were grouped and analyzed statistically. Then after reviewing several numerical and statistical methods for hazardous location identification, a selection of methods was made and were applied in order to identify hotspots for some parts of the national road network. Subsequently, conclusions about the condition of the Western Greece Region road network, and the causes of accidents were derived. Finally, proposals for treatment and future research were made.

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 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.

Τα φυσικά ανάλογα έχουν αποδειχθεί, στο παρελθόν, ιδιαίτερα υποσχόμενα για την κατανόηση της συμπεριφοράς των σύνθετων προσαρμοστικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων της μακροοικονομίας, των βιολογικών συστημάτων και των κοινωνικών δικτύων, καθώς πολλά από τα σημερινά τεχνικά ερωτήματα μπορούν να μετατραπούν σε ένα πρόβλημα κατανεμημένου οικονομικού ελέγχου. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή κι αξιοποίηση ενός τέτοιου ανάλογου με τη θερμοδυναμική, ατομική και στατιστική φυσική για τη μελέτη της συμπεριφοράς των απελευθερωμένων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Αρχικά, επιχειρείται η συστημική ανάλυση όλων των συντελεστών, παραγόντων και λειτουργιών μίας αγοράς ηλεκτρισμού, με εκτενή αναφορά στην ελληνική πραγματικότητα, και, στη συνέχεια, αυτή μοντελοποιείται μαθηματικά, μέσω της οικονομικής ανάλυσης των αγορών και της προσέγγισης εκείνων των οικονομικών μοντέλων αγορών που ανταποκρίνονται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Έπειτα, πραγματοποιείται μία εισαγωγή στην εφαρμοσμένη, κατά τον ίδιο τρόπο, στατιστική μηχανική, με τη συνοπτική περιγραφή αντίστοιχων προσεγγίσεων σε γνωστά μοντέλα του χρήματος, του χρέους και της ενεργειακής κατανάλωσης, ενώ τελικά κατασκευάζεται το ζητούμενο μοντέλο που διέπεται από τους κανόνες της στατιστικής μηχανικής, τους περιορισμούς και τις ιδιότητες της ελεύθερης αγοράς ηλεκτρισμού. / Physical analogs have previously proved to be quite promising for understanding the behavior of complex adaptive systems, including macroeconomics, biological systems and social networks, since many of today’s challenging technical questions and problems can be reduced to a distributed economic control problem. The purpose of this thesis is the derivation and development of such an analog to thermal, atomic and statistical physics, in order to study the behavior of free power markets. At first, a systemic approach of all agents, factors and functions of an electric power market is being attempted, with an extended reference to the greek power system and market, and, later, markets are being mathematically modeled, through the economic analysis of markets in general and the approach in those models which can be or have been adopted for electic power transactions. Then, an introduction to respectively applied statistical mechanics is being made, along with a summarized description of previous analogs invented for analyzing the models of money, debt and energy consumption, and, finally, the required model, ruled by the laws of statistical physics and the constraints and properties of free electric power markets, is being developed.

The main focus of this thesis is to analyse signals (signal-dependent analysis) and room responses (system-dependent analysis) from a statistical point of view, attempt to determine the underlying statistical relationships between the reverberant signals and the room responses and propose relevant statistical models. Based on such a statistical framework, this thesis aims to propose novel methodologies for the extraction of room acoustical information and parameters from reverberant signals. Schroeder's theory is experimentally evaluated for various Room Transfer Functions (RTFs) measured in many source/receiver positions in various enclosures and several related aspects are discussed. Using a statistical approach, the effects of reverberant energy on the histograms and statistical measures are discussed and models describing the relationship of statistical measures between the reverberant signal and the RTFs are extracted. Then, the statistical properties of Binaural Room Transfer Functions (BRTFs) and binaural cues are examined. The well-known property of the spectral standard deviation of the magnitude of RTFs, that is its convergence to 5.6 dB for diffuse fields, is examined for the case of BRTFs, using a similar approach and a generic model for the relationship of the spectral standard deviation of RTFs and BRTFs. This thesis is also concerned with the distance estimation problem from a perceptual and computational point of view. Two novel methods for the estimation of the source/receiver distance using speech signals are proposed. The first method is able to detect the distance between the speaker and the microphone in a room environment using single-channel signals. The distance-dependent variation of several temporal and spectral statistical features of single-channel signals is studied and a novel sound source distance detector, based on these features is developed. The second method estimates distance from binaural speech signals (two-channel signals). This method does not require a priori knowledge of the room impulse response, the reverberation time or any other acoustical parameter and relies on a set of novel features extracted from the reverberant binaural signals. For this method, a novel distance estimation feature is introduced exploiting the standard deviation of the difference of the magnitude spectra of the left and right binaural signals (termed here as Binaural Spectral Magnitude Difference Standard Deviation (BSMD STD)). Moreover, an extended and novel set of additional features based on the statistical properties of binaural cues (ILDs, ITDs, ICs) is extracted from an auditory front-end which models the peripheral processing of the human auditory system. Both methods rely on novel distance-dependent features, related to statistical parameters of speech signals. Finally, a novel method for the estimation of the direct-to-reverberant-ratio (DRR) from dual-channel microphone recordings without having knowledge of the source signal is presented. / Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη μελέτη και ανάλυση των στατιστικών χαρακτηριστικών ηχητικών σημάτων και των ακουστικών αποκρίσεων χώρου, έχοντας ως πρωταρχικό σκοπό να προτείνει σχέσεις που περιγράφουν τη συσχέτιση των στατιστικών χαρακτηριστικών των σημάτων με αντήχηση με τις ακουστικές αποκρίσεις χώρων. Βάσει ενός τέτοιου θεωρητικού πλαισίου, η διατριβή αυτή αποσκοπεί στο να προτείνει νέες μεθοδολογίες για την εξαγωγή πληροφορίας που σχετίζεται με τα ακουστικά χαρακτηριστικά των χώρων, κάνοντας χρήση ηχογραφημένων ηχητικών σημάτων (π.χ. σήματα ομιλίας) στους εκάστοτε κλειστούς χώρους. Το θεωρητικό υπόβαθρο αυτής της διατριβής βασίζεται σε υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα για το ηχητικό πεδίο μέσα σε ένα κλειστό χώρο, όπως, για παράδειγμα, το στατιστικό μοντέλο του Schroeder. Το μοντέλο του Schroeder επιβεβαιώνεται πειραματικά για ακουστικές αποκρίσεις που έχουν μετρηθεί σε διάφορες θέσεις, μέσα σε κλειστούς χώρους, οι οποίοι διαφέρουν στα ακουστικά χαρακτηριστικά τους. Βάσει στατιστικής ανάλυσης, εξάγονται στατιστικά μοντέλα, τα οποία περιγράφουν την επίδραση της αντήχησης στα ηχητικά σήματα, όταν αυτά αναπαραχθούν μέσα σε ένα κλειστό χώρο. Στη συνέχεια, λαμβάνοντας υπόψη αντιληπτικά μοντέλα ακοής, τα οποία προϋποθέτουν την ύπαρξη δυο ηχητικών σημάτων (δυο αυτιά, αμφιωτική ακοή) σε αυτή τη διατριβή, μελετώνται κάποιες παράμετροι οι οποίες εξάγονται από αμφιωτικές ακουστικές αποκρίσεις χώρου. Η ιδιότητα της φασματικής τυπικής απόκλισης συναρτήσεων μεταφοράς χώρων να συγκλίνει στην τιμή των 5.6~dB για διάχυτα ηχητικά πεδία, επεκτείνεται στην περίπτωση των αμφιωτικών αποκρίσεων χώρου και προτείνεται ένα γενικευμένο μοντέλο που συσχετίζει τη φασματική τυπική απόκλιση μονοφωνικών και αμφιωτικών συναρτήσεων μεταφοράς χώρου. Η διατριβή αυτή, επίσης, ασχολείται με το πρόβλημα της εκτίμησης της απόστασης μεταξύ πηγής και δέκτη. Προτείνονται δυο νέες μέθοδοι για την εκτίμηση της απόστασης μεταξύ πηγής και δέκτη, κάνοντας χρήση ηχητικών σημάτων ομιλίας. Η προτεινόμενη μέθοδος βασίζεται σε μια σειρά από στατιστικές παραμέτρους των οποίων οι τιμές μεταβάλλονται είτε στο πεδίο του χρόνου είτε στο πεδίο της συχνότητας. Η δεύτερη προτεινόμενη μέθοδος αφορά, επίσης, στην εκτίμηση της απόστασης πηγής/δέκτη, αλλά από αμφιωτικά σήματα. Η μέθοδος αυτή δεν προαπαιτεί γνώση της ακουστικής απόκρισης του χώρου, του χρόνου αντήχησης ή άλλης ακουστικής παραμέτρου και βασίζεται σε μια σειρά από νέες παραμέτρους, οι οποίες μπορούν να υπολογισθούν από τα αμφιωτικά σήματα με αντήχηση. Οι παράμετροι συνδυάζονται με δυο διαφορετικές τεχνικές αναγνώρισης προτύπων των οποίων τα μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα συζητώνται. Στα πλαίσια αυτής της μεθόδου, προτείνεται μια νέα παράμετρος, η οποία βασίζεται στη διαφορά της φασματικής τυπικής απόκλισης του αριστερού και του δεξιού αμφιωτικού ηχητικού σήματος, η οποία αποδεικνύεται ότι σχετίζεται με τα στατιστικά της αντίστοιχης μονοφωνικής ακουστικής απόκρισης. Τέλος, προτείνεται μια σειρά από παραμέτρους οι οποίες βασίζονται στα στατιστικά χαρακτηριστικά αμφιωτικών παραμέτρων και σχετίζονται με το αντιληπτικό μοντέλο της ανθρώπινης ακοής. Τέλος, προτείνεται μια νέα μέθοδος για την εκτίμηση της στάθμης λόγου κατευθείαν προς ανακλώμενου ήχου από στερεοφωνικά σήματα.