Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται το πρόβλημα του διαμοιρασμού των διαθέσιμων πόρων ενός ασύρματου συστήματος επικοινωνίας στους χρήστες μέσα στην περιοχή μιας κυψέλης. Γίνεται η υπόθεση ότι το ασύρματο σύστημα κάνει χρήση της τεχνικής πολλαπλής πρόσβασης (multiple–access technique) OFDMA, δηλαδή ότι χρησιμοποιεί έναν αριθμό ορθογώνιων υποφορέων τον οποίο αναθέτει στους χρήστες για τη μετάδοση της πληροφορίας. Η μελέτη εστιάζεται στην κάτω ζεύξη (downlink) του συστήματος OFDMA, δηλαδή στη μετάδοση δεδομένων από το σταθμός βάσης της κυψέλης στους χρήστες – δέκτες. Οι διαθέσιμοι πόροι του συστήματος είναι οι ορθογώνιοι υποφορείς και η συνολική διαθέσιμη ισχύς στο σταθμό βάσης. Θεωρούμε ότι ο σταθμός βάσης έχει στη διάθεσή του τέλεια γνώση του καναλιού που τον συνδέει με κάθε χρήστη (channel state information – CSI) μέσω καναλιών ανάδρασης. Η πληροφορία κατάστασης του καναλιού χρησιμοποιείται από τον σταθμό βάσης για την κατανομή των πόρων προς τους χρήστες με δυναμικό τρόπο με χρήση κατάλληλων αλγορίθμων. Εναλλακτικά, εάν ο πομπός δε διαθέτει αξιόπιστη πληροφορία σχετικά με την κατάσταση του καναλιού ή για απλοποίηση του σχεδιασμού η ανάθεση των πόρων μπορεί να πραγματοποιηθεί στατικά, δηλαδή γίνεται μόνιμη ανάθεση ενός συνόλου υποφορέων ανά χρήστη δίχως να λαμβάνεται υπόψη η CSI. Η ισχύς μπορεί να κατανεμηθεί στους υποφορείς είτε ισόποσα ή, βάσει της CSI, με χρήση του αλγορίθμου water–filling. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται διαφορετικά σενάρια κατανομής των πόρων που περιλαμβάνουν αλγορίθμους για την ανάθεση των υποφορέων και το διαμοιρασμό των κατάλληλων ποσοτήτων ισχύος στους υποφορείς. Ανάλογα με το στόχο και τις ανάγκες των χρηστών του συστήματος, καθώς και με το ποσό της διαθέσιμης πληροφορίας καναλιού στο σταθμό βάσης, χρησιμοποιούνται διαφορετικοί αλγόριθμοι. Συγκεκριμένα, ο αλγόριθμος Maximum Sum Rate (MSR) επιδιώκει τη μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης του συστήματος χωρίς, όμως, να ενδιαφέρεται για την πιθανότητα κάποιοι από τους χρήστες να υποεξηπηρετούνται. Αντιθέτως, ο αλγόριθμος μέγιστης δικαιοσύνης ή αλγόριθμος max–min (ΜΜ) έχει ως κύριο μέλημά του την όσο το δυνατόν καλύτερη εξυπηρέτηση όλων των πελατών στο σύστημα. Τέλος, οι στατικές στρατηγικές ανάθεσης, αν και υποδεέστερες όσον αφορά την επίδοση, είναι πιο απλές στην υλοποίησή τους και μπορούν να εφαρμοστούν σε περιπτώσεις όπου η CSI δεν είναι διαθέσιμη ή δεν είναι επαρκώς αξιόπιστη. / In this diploma thesis, the downlink of a single-cell system is considered in the downlink transmission. The multiple–access technique that is used in this system is OFDMA and the objective is the allocation of the resources among users that access the system. The available resources to be distributed among the users of the OFDMA system comprise the subcarriers over which the signals of the users are transmitted and the available power that is allocated among subcarriers. It is assumed that users estimate and feedback perfectly the channel state information (CSI) to the base station of the cell, where subcarrier and power allocation are determined according to the CSI of the users and the resource–allocation algorithm. Subcarrier assignment to each user can be implemented in a static or a dynamic fashion. When static subcarrier allocation is employed, the CSI is not taken into account, and a fixed set of subcarriers is assigned to each user. On the other hand, dynamic allocation uses CSI and results in improved achievable rates compared to static allocation. Regarding transmit power adaptation, it can be allocated to subcarriers either equally or, provided that the CSI is perfectly known to the transmitter (the base station), using the water–filling procedure. In this diploma thesis, different resource allocation strategies for the downlink of an OFDMA system are compared. Each algorithm has a different objective. For instance, the objective of the Maximum Sum Ratio (MSR) algorithm is to maximize the sum rate of all users on the system with no regard to underserved users. On the contrary, the Max–Min (MM) algorithm, also known as Maximum Fairness Algorithm, has a different philosophy. Specifically, the objective of MM is the better service of the underserved users allocating an amount of resources to them to provide the maximum possible fairness to all users. Despite the total sum rate penalty it experiences, the MM algorithm leads to improved fairness compared to MSR. Finally, although inferior to their dynamic counterparts, static resource allocation strategies are easier to implement and can be employed even in the absence of CSI.

Η εισαγωγή των νέων Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ) στην εκπαίδευση αποτελεί πλέον γεγονός παγκοσμίως συμβάλλοντας ουσιαστικά στη βελτίωση των διαδικασιών διδασκαλίας , μάθησης και απόκτησης γνώσεων αλλά και δημιουργώντας περιβάλλοντα για την ανάπτυξη ιδιαίτερων δεξιοτήτων . Καθοριστικό ρόλο στην πραγματικότητα αυτή έχει διαδραματίσει η ραγδαία ανάπτυξη του διαδικτύου και οι επιμέρους εφαρμογές του . Τα τελευταία χρόνια η πρόσβαση στον παγκόσμιο ιστό δεν περιορίζεται στους επιτραπέζιους υπολογιστές αλλά πλέον περιλαμβάνει τα κινητά τηλέφωνα , τα PDAs και γενικότερα κάθε είδους κινητή συσκευή . Μάλιστα στις αναπτυσσόμενες χώρες ο αριθμός των χρηστών που πλοηγούνται στον παγκόσμιο ιστό είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο αυτών που πλοηγούνται μέσω επιτραπέζιων υπολογιστών . Τα παραπάνω γεγονότα έχουν ως φυσικό επακόλουθο την δημιουργία και συνεχή ανάπτυξη ενός νέου είδους εκπαίδευσης : την κινητή ηλεκτρονική μάθηση (mobile e-learning) , η οποία βασίζεται στην ιδέα της μάθησης μέσω κινητών συσκευών οπουδήποτε οποιαδήποτε στιγμή θα χαρακτηρίσει τις νέες στρατηγικές, τις πρακτικές , τα εργαλεία , τις εφαρμογές , και τους πόρους για να εκπληρώσει την υπόσχεση της πανταχού παρούσας, προσωπικής, και συνδεδεμένης εκμάθησης, Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι να μελετήσει και να συγκρίνει τις διαθέσιμες εφαρμογές , εργαλεία , Συστήματα Διαχείρισης Μάθησης (ΣΔΜ) & Λειτουργικά Συστήματα κινητών συσκευών ώστε να αξιολογήσει τις εκπαιδευτικές δυνατότητες τους και να καθορίσει αν μπορούν να συμβάλλουν στην παροχή αποτελεσματικής κινητής ηλεκτρονικής μάθησης στους χρήστες τους . / The integration of the Information and Communication Technologies (ICT) in the field of education is nowadays a fact worldwide contributing in improving the teaching methods , learning and knowledge gaining as well as creating environments which facilitate the development of special skills . The vast development of the Web and its applications have played a key role establishing the current reality. During the last years the access to the Web , not only from desktop PCs but from mobile devices too , such as mobile phones and PDAs , is a fact. Furthermore , in developing countries the number of users that browse the Web through mobile devices is larger than the number of users that browse the web from desktop PCs . As a natural consequence of the above facts a new kind learning has emerged and constantly been developed ever since : Mobile e-learning , based on the idea of learning with mobile devices anywhere at any time , which will feature new strategies , practices , tools, applications and resources to fulfill the promise of ubiquitous , personal and connected learning . The aim of this thesis is to study and compare the available applications, tools, Learning Management Systems and mobile Operating Systems in order to evaluate their educational potentials and to determine whether they are capable of contributing to providing effective mobile e-learning to their users .

Το αντικείμενο της διατριβής αφορά την ανάλυση και τον έλεγχο δυναμικών συστημάτων με περιορισμούς στο διάνυσμα της εισόδου ή/ και στις μεταβλητές κατάστασης. Τα θεωρητικά εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων προέρχονται από τη θεωρία ευστάθειας Lyapunov, την αρχή σύγκρισης συστημάτων και τη θεωρία συνόλων, και οδήγησαν στην εδραίωση συνθηκών ευστάθειας και την ανάπτυξη συστηματικών μεθόδων εύρεσης λύσης στο πρόβλημα ελέγχου συγκεκριμένων κατηγοριών δυναμικών συστημάτων με περιορισμούς. Πιο συγκεκριμένα, για την κατηγορία των γραμμικών συστημάτων συνεχούς και διακριτού χρόνου, προτάθηκε μια νέα μέθοδος επίλυσης του προβλήματος ευσταθειοποίησης συνόλου αρχικών συνθηκών και του υπολογισμού του μέγιστου θετικά αμετάβλητου ή αμετάβλητου με έλεγχο συνόλου παρουσία περιορισμών στις εισόδους ή/και στις καταστάσεις. Τα αποτελέσματα επεκτάθηκαν και στην κατηγορία των γραμμικών συστημάτων με πολυτοπικη αβεβαιότητα. Επίσης, μελετήθηκε η κατηγορία των αυτοανάδρομων μοντέλων κινούμενου μέσου όρου (ARMA models). Αρχικά εδραιώθηκαν συνθήκες που εγγυώνται ευστάθεια για ένα συγκεκριμένο σύνολο αρχικών συνθηκών παρουσία περιορισμών. Τα αποτελέσματα αυτά εφαρμόστηκαν στην κατηγορία των δικτυωμένων συστημάτων ελέγχου (NCS), όπου υπολογίστηκε ένας κοινός γραμμικός νόμος ελέγχου ανατροφοδότησης κατάστασης για όλο το εύρος της καθυστέρησης της εισόδου. Τέλος, μελετήθηκε η κατηγορία των διγραμμικών συστημάτων συνεχούς και διακριτού χρόνου. Αρχικά διατυπώθηκαν ικανές συνθήκες ύπαρξης πολυεδρικών συναρτήσεων Lyapunov για αυτήν την κατηγορία συστημάτων. Το πρόβλημα που μελετήθηκε είναι η ευσταθειοποίηση μιας συγκεκριμένης περιοχής του χώρου κατάστασης παρουσία περιορισμών στις εισόδους και τις καταστάσεις και προτάθηκε μια υποβέλτιστη λύση που οδηγεί στον υπολογισμό γραμμικού νόμου ελέγχου ανατροφοδότησης κατάστασης. Όλα τα αποτελέσματα προκύπτουν από την επιλογή πολυεδρικών συναρτήσεων Lyapunov οι οποίες οδηγούν στο χαρακτηρισμό πολυεδρικών εκτιμήσεων της περιοχής ελκτικότητας και θετικά αμετάβλητων συνόλων. Τα κυριότερα οφέλη της επιλογής τέτοιων συναρτήσεων είναι η μη συντηρητική εκτίμησης της περιοχή ευστάθειας και η εδράιωση συνθηκών που οδηγούν σε συστηματικές μεθόδους επίλυσης των προβλημάτων ανάλυσης και ελέγχου, η λύση των οποίων προκύπτει από τη λύση γραμμικών προβλημάτων βελτιστοποίησης. / This dissertation considers the problem of stability analysis and control of dynamical systems under constraints in the input and/or state vector. The theoretical tools used arise from Lyapunov stability theory, comparison systems theory and set theoretic methods and lead to the determination of stability conditions and development of systematic methods that solve the control problem of constrained systems of particular type. In specific, for linear discrete or continuous time systems, a novel method that leads to the solution of the initial condition set stabilization problem as well as the maximal controlled invariant set computation problem is presented. These results have been extended for the case of linear systems with polytopic uncertainty. Also, the category of auto regressive moving average (ARMA) models is investigated. First, conditions that guarantee stability for a preassigned initial conditions set for constrained ARMA models are established. These results are applied to the category of networked control systems (NCS), were a single linear state feedback control law is computed for the whole range of the input delay. Finally, the category of bilinear discrete-time or continuous-time systems is investigated. Initially, sufficient conditions which guarantee existence of polyhedral Lyapunov functions are presented. The problem studied here is the stabilization of an initial condition set in the presence of input and state constraints. The solution proposed is suboptimal and leads to the determination of a linear state feedback control law. The choice of Lyapunov functions leads to the determination of a polyhedral approximation of the domain of attraction as well as polyhedral positively invariant sets. The main benefits of choosing this type of functions is the nonconservative estimation of the domain of attraction and the establishment of stability conditions that lead to systematic control design methods through the solution of linear programming problems.

Τόσο τα Web Services (WS) όσο και τα P2P Συστήματα, δύο ακμάζουσες μορφές της πληροφορικής και του Διαδικτύου, έχουν τύχει ευρείας αποδοχής στις μέρες μας. Τα Napster, Gnutella και LimeWire, αποτελούν λίγες μόνο από τις υλοποιήσεις της τεχνολογίας των P2P Συστημάτων. Από την άλλη τα WS ακμάζουν στον χώρο των επιχειρήσεων και του επιχειρηματικού σχεδιασμού με κατεύθυνση το Internet. Τα e-Bay, Amazon και Microsoft είναι μόνο λίγες από τις εταιρείες που κάνουν ευρεία χρήση των τεχνολογιών των WS. Μέχρι σήμερα οι δύο αυτές τεχνολογίες αναπτύσσονται σχεδόν ξεχωριστά η μία από την άλλη. Το κίνητρο το οποίο ενέπνευσε αυτή την εργασία, ήταν η ύπαρξη του UDDI κεντρικού καταλόγου για την αναζήτηση και εκτέλεση των WS. Ο τρόπος υλοποίησής και λειτουργίας του UDDI καταλόγου, επιφέρει ένα σημαντικό μειονέκτημα, την κεντρικοποίηση του ίδιου του UDDI καταλόγου και την πλήρη απουσία κατανομής του. Τοποθετώντας, όλη την πληροφορία σε ένα σημείο, πολύ γρήγορα μπορούν να εμφανιστούν προβλήματα bottleneck και επομένως κατακόρυφης πτώσης της απόδοσης ενός συστήματος. Βασικός στόχος επομένως, είναι πώς θα μπορούσε ο UDDI κατάλογος να κατανεμηθεί ώστε να βελτιωθούν οι χρόνοι ανακάλυψης και εκτέλεσης των WS που βρίσκονται σε αυτόν. Στην προσπάθεια αυτή συγκαταλέγεται η λειτουργικότητα και η δομή των P2P Συστημάτων, ως κατανεμημένων δομών. Στην παρούσα Μεταπτυχιακή εργασία έγινε μια προσπάθεια συγκερασμού των τεχνολογιών των P2P Συστημάτων και των WS, ώστε εξάγοντας τα πλεονεκτήματα από το καθένα, κατασκευάστηκε ένα P2P Σύστημα το οποίο μπορεί να κατανέμει WS και να υποστηρίζει αποδοτικότερη και ταχύτερη ανακάλυψη απ’ ότι στον UDDI κατάλογο. Στην προσπάθεια αυτή ενσωματώθηκαν περαιτέρω, ορισμένες παράμετροι ποιότητας υπηρεσίας των Web Services (Quality of Web Services - QoWS). Βάση αυτών δίνεται η δυνατότητα αποδοτικότερης αναζήτησης WS και η εξαγωγή αμεσότερων αποτελεσμάτων. Οι τεχνολογίες που εξυπηρέτησαν ως υπόβαθρο ανάπτυξης είναι το P-Grid, P2P πρωτόκολλο επικοινωνίας, καθώς και το Gridella, η GUI υλοποίηση αυτού, για την ανακάλυψη αρχείων σε ένα P-Grid P2P δίκτυο. Εν τέλη, εξάγονται συμπεράσματα μέσα από πειράματα και μετρήσεις στην λειτουργία της πρότυπης εφαρμογής, που ονομάστηκε WS-Grid. / -

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.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε την κλασική δυναμική ατόμου υδρογόνου σε γενικευμένο δυναμικό Van der Waals. Το πρόβλημα ανήκει στην ευρύτερη κατηγορία των μη γραμμικών Χαμιλτώνιων δυναμικών συστημάτων. Σκοπός της μελέτης είναι η ανάλυση των ιδιομορφιών της κανονικής και χαοτικής κίνησης του συστήματος στο μιγαδικό πεδίο του χρόνου και η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την ολοκληρωσιμότητα και επιλυσιμότητά του. Εκείνο που θέλουμε να κατανοήσουμε, επίσης, είναι τον ρόλο που παίζει η εμφάνιση ιδιομορφιών σε κάποια σημεία του χώρου των φάσεων και κατά πόσο μπορούν αυτές να επηρεάσουν συνολικά τις ιδιότητες των λύσεων. Για πρώτη φορά, επίσης, στην διπλωματική αυτή εργασία εφαρμόζεται σε ένα Χαμιλτώνιο δυναμικό σύστημα μία νέα αριθμητική μέθοδος διάκρισης μεταξύ κανονικής και χαοτικής συμπεριφοράς σε διαφορετικές περιοχές του χώρου φάσεων, η μέθοδος των Μικρότερων Δεικτών Ευθυγράμμισης (Smaller Alignment Indices method ή SALI). Η μέθοδος αυτή έχει χρησιμοποιηθεί κατά το πρόσφατο παρελθόν σε απεικονίσεις δύο, τεσσάρων και έξι διαστάσεων με πολύ ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Χαρακτηριστικά της είναι η αποτελεσματικότητα και η δυνατότητα εξαγωγής χρήσιμων συμπερασμάτων ως προς την κανονική και χαοτική φύση των τροχιών ενός δυναμικού συστήματος με μεγαλύτερη ταχύτητα και αξιοπιστία από την μέθοδο των χαρακτηριστικών εκθετών Lyapunov καθώς και άλλων νεότερων μεθόδων στην σύγχρονη βιβλιογραφία. Εδώ θα παρουσιασθεί η μέθοδος αυτή με ορισμένες βελτιώσεις ώστε να μπορεί να εφαρμοσθεί σε συστήματα μη γραμμικών διαφορικών εξισώσεων οποιασδήποτε διάστασης ελέγχοντας συστηματικά ένα όσο πυκνό πλέγμα αρχικών συνθηκών του χώρου φάσεων επιθυμούμε, αντιστοιχώντας σε κάθε μία από αυτές ένα χρώμα. Κάθε χρώμα αντιστοιχεί και σε ένα διαφορετικό εύρος τάξεων του SALI δημιουργώντας έτσι μία συνολική εικόνα στο χώρο φάσεων που μας επιτρέπει να γνωρίζουμε τη φύση της τροχιάς κάθε συγκεκριμένης αρχικής συνθήκης. Σχηματίζεται με αυτόν τον τρόπο το "μωσαϊκό" του χώρου φάσεων και αποκαλύπτονται περιοχές κανονικής κίνησης, χαοτικής κίνησης καθώς και νησίδες ή περιοχές στις οποίες δεν αντιστοιχεί καθόλου κίνηση. / In this master thesis we study the classical dynamics of hydrogen atoms in a generalized Van der Waals potential. The problem belongs to the class of non linear Hamiltonian systems. Our aim is the singularity analysis of the ordered and chaotic motion of the system in the complex plain of time and the extraction of valuable conclusions concerning its integrability and solvability. What we want to understand, also, is the role of the emergence of singularities in some points of the phase space of the aforementioned system and how the singularities can affect globally the properties of the solutions. For the first time, in this master thesis, we introduce and apply in a Hamiltonian system a new numerical method for the fast and efficient discrimination between ordered and chaotic motion in different parts of phase space, namely the method of the Smaller Alignment Index (SALI). The method has been introduced and applied recently in mappings of two, four and six dimensions with very satisfactory results. Its main characteristics are the effectiveness and the ability of extracting valuable conclusions about the ordered and chaotic nature of trajectories of a dynamical system faster than the traditional method of Lyapunov exponents as well as of other indices in the bibliography. We will introduce SALI with appropriate modifications that help using it in non linear systems of differential equations of arbitrary dimensions checking systematically a dense grid of initial conditions and corresponding in every orbit a different color. Every color corresponds to a different range of SALI values creating by that way a global picture of the phase space that allows us to know the dynamic nature of initial conditions. By that way, we construct a “mosaic” of the phase space and reveal parts of ordered motion as well as parts of chaotic motion and islands of stability.

Με αυτή την εργασία προτείνουμε και υποστηρίζουμε ένα νέο πρότυπο για τα συστήματα αρχείων νέας γενιάς. Σε αυτό το πρότυπο, η παραδοσιακή άποψη ενός αρχείου αντικαθίσταται από την έννοια της πληροφοριακής μονάδας (information unit) και η παραδοσιακή αντίληψη των ιεραρχικών συστημάτων αρχείων αντικαθίσταται από ένα συνεχώς εξελισσόμενο χώρο δυναμικά αλληλένδετων πληροφοριακών μονάδων. Ένα Οργανικό Σύστημα Αρχείων (OFS) ορίζεται ως ένα σύστημα το οποίο αναπτύσσεται φυσικά και δεν υπόκειται σε τεχνητούς κανόνες και προκαθορισμένους, στατικούς τρόπους προβολής προς τους χρήστες του. Στο επίκεντρο του OFS βρίσκονται νέες αφαιρέσεις που υποστηρίζουν ένα συνεχώς εξελισσόμενο σύνολο πληροφοριακών μονάδων, χαρακτηρισμών των χρηστών για αυτές, και σχέσεων που δημιουργούνται μεταξύ τους από την πρόσβαση των χρηστών σε αυτές. Οι αφαιρέσεις αυτές επιτρέπουν το ίδιο σύστημα και το περιεχόμενό του να είναι ορατό με διαφορετικό τρόπο από διαφορετικούς τύπους χρηστών, σύμφωνα με τις τρέχουσες πληροφοριακές τους ανάγκες. Το OFS είναι ανθρωποκεντρικό, καθώς απαιτείται ανθρώπινη συνεισφορά για το χαρακτηρισμό των πληροφοριακών μονάδων και για την ανακάλυψη και το σχολιασμό των μεταξύ τους σχέσεων. Δεδομένου αυτού, στην καρδιά του OFS βρίσκονται αλγόριθμοι για την αναζήτηση βάσει περιεχομένου στα αποθηκευμένα αρχεία. Στην εργασία αυτή εκθέτουμε τα αποτελέσματα της μέχρι τώρα έρευνάς μας, συμπεριλαμβανομένης μιας υλοποίησης σε επίπεδο πυρήνα του λειτουργικού συστήματος, των βασικών χαρακτηριστικών του OFS, καθώς και τις σχετικές μετρήσεις απόδοσης προς απόδειξη της βιωσιμότητας της προσέγγισής μας. Συζητάμε στη συνέχεια, τις προκλήσεις που παραμένουν και τον αντίκτυπο που μπορεί να έχει το OFS στις σχετικές προσπάθειες έρευνας και ανάπτυξης, επισημαίνοντας τη σχετική έρευνα από άλλους τομείς, όπως η Ανάκτηση Πληροφορίας, το Κοινωνικό Λογισμικό, οι Διεπαφές Χρηστών, και η Διαχείριση Δεδομένων. / We propose and advocate a new paradigm for the next-generation file systems. In it, the traditional view of a file is replaced by the notion of an information unit and the traditional notion of hierarchical filesystems is replaced by an ever-evolving space of dynamically inter-related information units. An Organic File System (OFS) is defined as a system, which develops naturally and which does not conform to artificial rules and predefined, static ways of being viewed by its users. At the core of OFS lie novel abstractions which support a continuously evolving set of information units, users' characterizations of them, and relationships established between them by users accessing them. The abstractional also facilitate the same system and its contents to be viewed differently by different types of users, based on the current information needs. OFS is human-centered, as human input is used to characterize information units and to discover and annotate relationships between units. Given this, at the heart of OFS lie algorithms for content-based search of stored files. We report our R&D efforts so far, including a kernel-level architecture and implementation of the basic features of OFS and relevant performance measures establishing the viability of our approach. We then discuss the large number of challenges that remain and the impact OFS can have in relevant R\&D efforts, highlighting relevant research from other fields, such as Information Retrieval, Social Software, User Interfaces, and Data Management.

Η πιστοποίηση των ικανοτήτων που διαθέτουν οι πολίτες αποτελεί τη βάση πάνω στην οποία στηρίζεται η σύγχρονη κοινωνία για την προσαρμογή της στις έντονα μεταλλασσόμενες συνθήκες της αγοράς και της εργασίας. Στο πλαίσιο αυτό προκύπτει επιτακτικά η ανάγκη εφαρμογής μετρικών για την εκτίμηση της διάχυσης των ικανοτήτων σε μεγάλες ομάδες πληθυσμών. Πολλά εργαλεία διερεύνησης χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα και βασίζονται κυρίως στο χαρτί-μολύβι αλλά με την πάροδο του χρόνου όλο και ποιο έντονα επηρεάζονται από τη χρήση εργαλείων πληροφορικής τόσο για την ανάλυση όσο και για τη διάθεσή των διαγωνισμάτων (Chalhoub–Deville & Deville, 1999; Ripley, 2007; Gardner,, Holmes,, & Leitch,, 2009; OECD, 2010). Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά ενός αυτοματοποιημένου συστήματος εξέτασης που χρησιμοποιείται για την πιστοποίηση εκπαιδευτικών πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στη βασική χρήση εργαλείων πληροφορικής και αξιολογείται η εφαρμογή του συστήματος στον ελλαδικό χώρο για μεγάλο χρονικό διάστημα (~10 έτη), σε μεγάλο δείγμα εκπαιδευτικών (~100.000) που καλύπτει με πληρότητα το φάσμα ειδικοτήτων (δάσκαλοι, φιλόλογοι, μαθηματικοί, φυσικοί κ.α) της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και τις γεωγραφικές περιοχές της Ελλάδος (αστικές και μη αστικές περιοχές, νησιωτική ελλάδα κλπ). Στο πλαίσιο της έρευνας προτείνεται ένα μοντέλο για τη σχεδίαση, οργάνωση και συντήρηση τράπεζας δοκιμασιών που υποστηρίζει την παραγωγή διαχρονικά ισοδύναμων ηδιαγωνισμάτων, παρουσιάζονται εργαλεία για την καταγραφή των επιμέρους ιδιοτήτων και την αξιολόγηση ενός συστήματος αυτοματοποιημένης εξέτασης, αξιοποιούνται ποσοτικές μέθοδοι ανάλυσης και τεκμηριώνεται κώδικας για την αποδοτική στατιστική ανάλυση μεγάλου πλήθους δεδομένων που αφορούν στις αποκρίσεις εξεταζόμενων σε διαδοχικά ηδιαγωνίσματα. / Certification of skills is the basis upon which modern society is organized in order to adapt to the highly changing market conditions and labor. Due to this context, the need for measures to estimate the diffusion of skills in large population groups is rised. Many measures are used in large scale assessment that are mainly based on paper-pencil. Over the time all these measures are strongly affected by the use of ICT tools for item analysis and for the test delivering as well.(Chalhoub–Deville & Deville, 1999; Ripley, 2007; Gardner,, Holmes,, & Leitch,, 2009; OECD, 2010). This Phd thesis presents the main features of a Computer Based Testing system used for the certification of teachers in primary and secondary education concerning the basic use of ICT tools. A detailed evaluation of the project has been taken place based on data concerning a long time (~ 10 years), large number of teachers (~ 100,000) with wide dispersion on cognitive objects (religious teachers, mathematicians, physicists, philogists etc.) and on geographic areas (urban and non-urban areas, insular Greece etc). The current research proposes a model for designing, organizing and maintaining an item bank in order to support the production of equivalent tests, a set of tools for estimating the properties of a Computer Based System system is presented, a number of statistical process algorithms is implemented and scripts for efficient statistical analysis of large amount of data is documented.

Η κατάθλιψη είναι από τα πιο συχνά ψυχικά νοσήµατα µε τα οποία έρχεται αντιµέτωπος τόσο ο ψυχίατρος όσο και ο νοσηλευτής της πρωτοβάθµιας φροντίδας, στην καθηµερινή τους κλινική πράξη. Τα νοσήµατα αυτά προσθέτουν µεγάλο φορτίο τόσο ψυχολογικό όσο και οικονοµικό στους ασθενείς, τις οικογένειές τους αλλά και το κοινωνικό σύνολο. Ειδικά για την κατάθλιψη το µέλλον δεν φαίνεται και τόσο ευοίωνο. Σε µια πρόσφατη κοινή ανακοίνωση της Παγκόσµιας Τράπεζας, της Παγκόσµιας Οργάνωσης Υγείας και του Πανεπιστηµίου Harvard αναφέρεται ότι στα επόµενα 5 χρόνια η κατάθλιψη θα καταλάβει τη δεύτερη θέση στον κατάλογο µε τις καταστάσεις που προκαλούν σηµαντική απώλεια χρόνου υγείας και παραγωγικής ζωής. Στην παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφεται η δημιουργία ένός ευφυούς συστήματος υποστήριξης αποφάσεων, προκειμένου να συνδράμει στην ανάπτυξη της κρίσης του αρχάριου νοσηλευτή για την καλύτερη και ασφαλέστερη εφαρμογή των ιατρικών και νοσηλευτικών κανόνων στον τομέα της Ψυχιατρικής. Ένας δεύτερος στόχος της διπλωματικής είναι η σύγκριση διαφορετικών μεθόδων δημιουργίας του. Δημιουργήθηκαν τέσσερα διαφορετικά συστήματα, όσον αφορά το είδος των κανόνων που χρησιμοποιήθηκαν (π.χ. απλοί κανόνες από τους ειδικούς, κανόνες με συντελεστές βεβαιότητας και υβριδικοί κανόνες από αυτόματη παραγωγή με μεθόδους μηχανικής μάθησης), και έχει γίνει σύγκριση της αποτελεσματικότητάς τους με βάση διεθνώς χρησιμοποιούμενες μετρικές. Η υβριδική μορφή κανόνων παρουσίασε και την μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα μεταξύ των τεσσάρων συστημάτων (ακρίβεια 94% ενάντι 89 % και 84 % και 82 % αντίστοιχα). Τα συστήματα αυτά μπορούν να λειτουργήσουν στα πλαίσια μιας πλήρους εφαρμογής όχι ως ανταγωνιστικά αλλά ως συμπληρωματικά για την γρήγορη και πιό αξιόπιστη διαλογή και διάγνωση των παθήσεων των ασθενών που προσέρχονται στα Επείγοντα Περιστατικά ενός Νοσηλευτικού Ιδρύματος με πιθανή Νευροψυχιατρική διαταραχή από νέους νοσηλευτές. / -

Τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα είναι μια επιστημονική περιοχή η οποία έχει αναπτυχθεί κατά τις τελευταίες δεκαετίες και επικαλύπτει όλες σχεδόν τις θετικές επιστήμες και την μηχανολογία. Τα Νευρωνικά Δίκτυα αποτελούνται από ένα σύνολο απλών, διασυνδεδεμένων και προσαρμοστικών μονάδων οι οποίες δημιουργούν ένα παράλληλο και πολύπλοκο υπολογιστικό μοντέλο. Στην ουσία είναι προγράμματα που υλοποιούνται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Μέχρι σήμερα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές εφαρμογές και σε προβλήματα που οι γνωστοί τρόποι αντιμετώπισής τους παρουσιάζουν δυσκολίες, με αποτέλεσμα την αναγκαιότητα των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων. Η εργασία αυτή αποτελείται από έξι κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο κάνουμε μια εισαγωγή στα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα. Αναφέρουμε τις βασικές αρχές τους και την αντιστοιχία τους με τα βιολογικά δίκτυα. Το δεύτερο κεφάλαιο ασχολείται με το δίκτυο Perceptron. Ξεκινάμε με το πιο απλό μοντέλο, τον αισθητήρα και συνεχίζουμε με τα πολυεπίπεδα Νευρωνικά Δίκτυα Perceptron. Αναφέρουμε δύο μεθόδους εκπαίδευσης, τη μέθοδο οπισθοδιάδοσης του λάθους και τον κανόνα Δέλτα. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάμε άλλα είδη δικτύων, όπως τα αναδρομικά δίκτυα, το δίκτυο Hopfield, το δίκτυο SOM και το δίκτυο RBF. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στον νευρωνικό έλεγχο και στις αρχιτεκτονικές των νευρωνικών ελεγκτών. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζουμε κάποιες συγκεκριμένες εφαρμογές των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων σε διάφορα συστήματα ελέγχου. Στο έκτο κεφάλαιο αναφέρουμε τα συμπεράσματα καθώς και μελλοντικές επεκτάσεις των ΤΝΔ. / Artificial Neural Networks are a research area which has developed over the past decades. Neural Networks consist of a set of simple, interconnected and adaptive plants that create a parallel and complex computational model. They are essentially programs implemented in computers. They have been used in many applications and problems that are very difficult to be solved otherwise. This work consists of six chapters. In the first chapter we make an introduction to Artificial Neural Networks. We mention the basic principles and their correlation with biological networks. The second chapter deals with the network Perceptron. We start with the simplest model, the sensor and continue with the multilayer Neural Network Perceptron. We mention two training methods, the method of error back-propagation and delta rule. In the third chapter we consider other types of networks such as the recurrent networks, Hopfield network, the network SOM and the RBF network. The fourth chapter deals with the neural control and the architectures of neural controllers. In the fifth chapter we examine some specific applications of Artificial Neural Networks in several control systems. The sixth chapter refers to the conclusions of this work and future evolution of ANN.