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Gone are the days when engineers and scientists conducted most of their experiments empirically. During these decades, actual tests were carried out in order to assess the robustness and reliability of forthcoming product designs and prove theoretical models. With the advent of the computational era, scientific computing has definetely become a feasible solution compared with empirical methods, in terms of effort, cost and reliability. Large and massively parallel computational resources have reduced the simulation execution times and have improved their numerical results due to the refinement of the sampled domain. Several numerical methods coexist for solving the Partial Differential Equations (PDEs). Methods such as the Finite Element (FE) and the Finite Volume (FV) are specially well suited for dealing with problems where unstructured meshes are frequent. Unfortunately, this flexibility is not bestowed for free. These schemes entail higher memory latencies due to the handling of irregular data accesses. Conversely, the Finite Difference (FD) scheme has shown to be an efficient solution for problems where the structured meshes suit the domain requirements. Many scientific areas use this scheme due to its higher performance. This thesis focuses on improving FD schemes to leverage the performance of large scientific computing simulations. Different techniques are proposed such as the Semi-stencil, a novel algorithm that increases the FLOP/Byte ratio for medium- and high-order stencils operators by reducing the accesses and endorsing data reuse. The algorithm is orthogonal and can be combined with techniques such as spatial- or time-blocking, adding further improvement. New trends on Symmetric Multi-Processing (SMP) systems -where tens of cores are replicated on the same die- pose new challenges due to the exacerbation of the memory wall problem. In order to alleviate this issue, our research is focused on different strategies to reduce pressure on the cache hierarchy, particularly when different threads are sharing resources due to Simultaneous Multi-Threading (SMT). Several domain decomposition schedulers for work-load balance are introduced ensuring quasi-optimal results without jeopardizing the overall performance. We combine these schedulers with spatial-blocking and auto-tuning techniques, exploring the parametric space and reducing misses in last level cache. As alternative to brute-force methods used in auto-tuning, where a huge parametric space must be traversed to find a suboptimal candidate, performance models are a feasible solution. Performance models can predict the performance on different architectures, selecting suboptimal parameters almost instantly. In this thesis, we devise a flexible and extensible performance model for stencils. The proposed model is capable of supporting multi- and many-core architectures including complex features such as hardware prefetchers, SMT context and algorithmic optimizations. Our model can be used not only to forecast execution time, but also to make decisions about the best algorithmic parameters. Moreover, it can be included in run-time optimizers to decide the best SMT configuration based on the execution environment. Some industries rely heavily on FD-based techniques for their codes. Nevertheless, many cumbersome aspects arising in industry are still scarcely considered in academia research. In this regard, we have collaborated in the implementation of a FD framework which covers the most important features that an HPC industrial application must include. Some of the node-level optimization techniques devised in this thesis have been included into the framework in order to contribute in the overall application performance. We show results for a couple of strategic applications in industry: an atmospheric transport model that simulates the dispersal of volcanic ash and a seismic imaging model used in Oil & Gas industry to identify hydrocarbon-rich reservoirs. / Atrás quedaron los días en los que ingenieros y científicos realizaban sus experimentos empíricamente. Durante esas décadas, se llevaban a cabo ensayos reales para verificar la robustez y fiabilidad de productos venideros y probar modelos teóricos. Con la llegada de la era computacional, la computación científica se ha convertido en una solución factible comparada con métodos empíricos, en términos de esfuerzo, coste y fiabilidad. Los supercomputadores han reducido el tiempo de las simulaciones y han mejorado los resultados numéricos gracias al refinamiento del dominio. Diversos métodos numéricos coexisten para resolver las Ecuaciones Diferenciales Parciales (EDPs). Métodos como Elementos Finitos (EF) y Volúmenes Finitos (VF) están bien adaptados para tratar problemas donde las mallas no estructuradas son frecuentes. Desafortunadamente, esta flexibilidad no se confiere de forma gratuita. Estos esquemas conllevan latencias más altas debido al acceso irregular de datos. En cambio, el esquema de Diferencias Finitas (DF) ha demostrado ser una solución eficiente cuando las mallas estructuradas se adaptan a los requerimientos. Esta tesis se enfoca en mejorar los esquemas DF para impulsar el rendimiento de las simulaciones en la computación científica. Se proponen diferentes técnicas, como el Semi-stencil, un nuevo algoritmo que incrementa el ratio de FLOP/Byte para operadores de stencil de orden medio y alto reduciendo los accesos y promoviendo el reuso de datos. El algoritmo es ortogonal y puede ser combinado con técnicas como spatial- o time-blocking, añadiendo mejoras adicionales. Las nuevas tendencias hacia sistemas con procesadores multi-simétricos (SMP) -donde decenas de cores son replicados en el mismo procesador- plantean nuevos retos debido a la exacerbación del problema del ancho de memoria. Para paliar este problema, nuestra investigación se centra en estrategias para reducir la presión en la jerarquía de cache, particularmente cuando diversos threads comparten recursos debido a Simultaneous Multi-Threading (SMT). Introducimos diversos planificadores de descomposición de dominios para balancear la carga asegurando resultados casi óptimos sin poner en riesgo el rendimiento global. Combinamos estos planificadores con técnicas de spatial-blocking y auto-tuning, explorando el espacio paramétrico y reduciendo los fallos en la cache de último nivel. Como alternativa a los métodos de fuerza bruta usados en auto-tuning donde un espacio paramétrico se debe recorrer para encontrar un candidato, los modelos de rendimiento son una solución factible. Los modelos de rendimiento pueden predecir el rendimiento en diferentes arquitecturas, seleccionando parámetros suboptimos casi de forma instantánea. En esta tesis, ideamos un modelo de rendimiento para stencils flexible y extensible. El modelo es capaz de soportar arquitecturas multi-core incluyendo características complejas como prefetchers, SMT y optimizaciones algorítmicas. Nuestro modelo puede ser usado no solo para predecir los tiempos de ejecución, sino también para tomar decisiones de los mejores parámetros algorítmicos. Además, puede ser incluido en optimizadores run-time para decidir la mejor configuración SMT. Algunas industrias confían en técnicas DF para sus códigos. Sin embargo, no todos los aspectos que aparecen en la industria han sido sometidos a investigación. En este aspecto, hemos diseñado e implementado desde cero una infraestructura DF que cubre las características más importantes que una aplicación industrial debe incluir. Algunas de las técnicas de optimización propuestas en esta tesis han sido incluidas para contribuir en el rendimiento global a nivel industrial. Mostramos resultados de un par de aplicaciones estratégicas para la industria: un modelo de transporte atmosférico que simula la dispersión de ceniza volcánica y un modelo de imagen sísmica usado en la industria del petroleo y gas para identificar reservas ricas en hidrocarburos

Recientes avances en im agenes t ermicas (LWIR) han permitido su uso en aplicaciones m as all a del ambito militar. Actualmente, esta nueva familia de sensor esta siendo incluida en diversas aplicaciones tanto t ecnicas como cient cas. Este tipo de sensores facilitan tareas tales como: detecci on de peatones, puntos calientes, detecci on de cambios de temperatura, entre otros. Caracter sticas que pueden mejorar signi cativamente el desempeo de un sistema, especialmente cuando hay interacci on con humanos. Por ejemplo, aplicaciones de v deo vigilancia, detecci on de peatones, an alisis de postura. En esta tesis se plantea entre otras la siguiente pregunta de investigaci on: Podr a un par de sensores operando en diferentes bandas del espectro electromagn etico, como el visible e infrarrojo t ermico, proporciona informaci on de profundidad? Si bien es una cuesti on compleja, nosotros demostramos que un sistema de estas caracter sticas es posible. Adem as, de discutir sus posibles ventajas, desventajas y oportunidades potenciales. La fusi on y correspondencia de los datos procedentes de diferentes sensores, como las emisiones registradas en la banda visible e infrarroja, representa un reto atractivo, ya que se ha demostrado que aquellas se~nales est an d ebilmente correlacionadas. Por lo tanto, muchas t ecnicas tradicionales de procesamiento de im agenes y visi on por computadora son inadecuadas, requiriendo ajustes para su correcto funcionamiento. En esta investigaci on se realizo un estudio experimental comparando diferentes funciones de costos multimodal, y t ecnicas de correspondencia, a n de construir un sistema est ereo multimodal. Tambi en, se identi c o el problema com un entre est ereo visible/ visible y infrarrojo/visible, particularmente en ambientes al aire libre. Entre las contribuciones de esta tesis se encuentra; el aislamiento de las diferentes etapas que componen un sistema est ereo multimodal. Esta arquitectura es gen erica a diferentes niveles, tanto computacional, funcional y estructural, permitiendo su extensi on a esquemas mas complejos tales como fusi on de alto nivel (sem antica) y de orden superior (supuestos). El enfoque propuesto est a destinado a explorar nuevos m etodos de correspondencia est ereo, pasando de una soluci on escasa a una densas (tanto en disparidad como en mapas de profundidad). Adem as, se ha incluido informaci on de contexto en forma de asunciones y restricciones. Finalmente, esta disertaci on muestra un promisorio camino hacia la integraci on de m ultiples sensores. / Recent advances in thermal infrared imaging (LWIR) has allowed its use in applications beyond of military domain. Nowadays, this new sensor family is included in diverse technical and scienti c applications. They o er features that facilitate tasks, such as detection of pedestrians, hot spots, di erences in temperature, among others, which can signi cantly improve the performance of a system where the persons are expected to play the principal role. For instance, video surveillance applications, monitoring, and pedestrian detection. During this dissertation is stated the next question: Could a couple of sensors measuring di erent bands of the electromagnetic spectrum, as the visible and thermal infrared, provides depth information? Although is a complex question, we shows that a system of those characteristics is possible as well as their advantages, drawbacks, and potential opportunities. The fusion and matching of data coming from di erent sensors, as the emissions registered at visible and infrared band, represents a special challenge, because it has been showed that theses signals are weak correlated. Indeed, they are uncorrelated. Therefore, many traditional techniques of image processing and computer vision are not helpful, requiring adjustments for their correct performs in every modality. In this research is performed a experimental study that compares di erent cost functions and matching approaches, in order to build a multimodal stereo system. Furthermore, are identi ed the common problem between visible/visible and infrared/visible stereo, special in the outdoor scenes. A contribution of this dissertation is the isolation achieved, between the di erent stage that compose a multimodal stereo system. Our framework summarizes the architecture of a generic stereo algorithm, at di erent levels: computational, functional, and structural, which is successful because this can be extended toward high-level fusion (semantic) and high-order (prior). The proposed framework is intended to explore novel multimodal stereo matching approaches, going from sparse to dense representation (both disparity and depth maps). Moreover, context information is added in form of priors and assumptions. Finally, this dissertation shows a promissory way toward the integration of multiple sensors for recovering three-dimensional information.

El objetivo original de esta tesis, titulada ‘Métodos Estadísticos Avanzados para Radiación Citogenética Radioactiva’ era ’desarrollar nuevas soluciones para el análisis estadístico de datos citogenéticos’ y la cuestión tratada en este proyecto era ‘cuál es la mejor manera de cuantificar correctamente el daño citogenético inducido por la radiación en complejos escenarios de exposición a la radiación, donde se reconoce que las técnicas actuales son insuficientes’. El proyecto fue creado con el objetivo de proveer estimaciones citogenéticas de dosis con mayor precisión estadística llevadas a cabo para el servicio de dosimetría biológica de la Public Health England y para el propósito de la investigación científica, los cuales informarán después correspondientemente la evaluación de riesgo de la salud para protección radiológica. Los objetivos específicos eran: 1. Identificación de las limitaciones en las metodologías citogenéticas existentes (además de las previamente identificadas); 2. Identificación de escenarios que plantean dificultades para la biodosimetría citogenética práctica, para los cuales los avances de los métodos estadísticos deben ofrecer soluciones; 3. Identificación y comparación de soluciones que han sido previamente desarrolladas/propuestas en la literatura y su futuro desarrollo/aplicación; 4. Desarrollo y pruebas de nuevas soluciones en los marcos Bayesianos y clásicos, y la implementación de éstos para su aplicación en la biodosimetría citogenética (por ejemplo en Java); 5. Publicación de los resultados. Este proyecto ha llevado a cabo el objetivo principal y los específicos a través seis publicaciones científicas originales de investigación en métodos estadísticos para dosimetría biológica. Los principales resultados de cada una de estas publicaciones son los siguientes: Una revisión de la literatura para identificar escenarios de exposición a la radiación que sugieren trabajo futuro en modelos Bayesianos y presenta un ejemplo práctico; Desarrollo de técnicas para solucionar las limitaciones identificadas, en particular nuevos modelos de regresión inversa e irradiación de cuerpo parcial; Aplicación de estos nuevos métodos en existentes y nuevos datos para diferentes escenarios y Desarrollo de dos paquetes de R-project, uno para dar soporte al uso de la nueva metodología y otro para el manejo de la familia de Distribuciones de Hermite Generalizada. / The original aim of this thesis, entitled ‘Advanced Statistical Methods for Cytogenetic Radiation Biodosimetry’ was to ‘develop novel solutions for statistical analysis of cytogenetic data’ and the question that was to be addressed by this project was ‘how best to correctly quantify cytogenetic damage that is induced by radiation in complex scenarios of radiation exposure, where it is recognised that the current techniques are insufficient.’ The project was created with the aim of providing increased statistical accuracy of cytogenetic dose estimates carried out both for the Public Health England's biological dosimetry service and for research purposes, which will correspondingly further inform health risk assessment for radiation protection. The specific objectives were: 1. Identification of further limitations in the existing cytogenetic methodologies (in addition to those that had been previously identified); 2. Identification of scenarios that pose particular difficulties for practical cytogenetic biodosimetry, for which advancement of statistical methods may offer solutions; 3. Identification and comparison of solutions that have been previously developed/proposed in the literature and their further development/application (as appropriate) for the scenarios found in 2; 4. Development and testing of further novel solutions, in the Bayesian and classical frameworks, and implementation of these for use in practical cytogenetic biodosimetry (e.g. in Java); 5. Publication of the results. This project has addressed the original aim and above objectives through original research into statistical methods for biological dosimetry resulting in six peer-reviewed publications. The main results from each of these publications are as follows: A review of the literature to identify radiation exposure scenarios requiring further work which outlines the rationale behind a Bayesian approach and gives a practical example; Development of techniques to address the identified gaps, in particular new models for inverse regression and partial body irradiation; Demonstration of application of these novel methodologies to existing and new cytogenetic data in a number of different scenarios and Development of two R-project packages, one to support biological dose estimation using the novel methodology and another to manage the family of Generalized Hermite Distributions.

L'analogia juga un papel fonamental en la resolucio de problemes i es troba darrere de molts dels processos centrals de la capacitat cognitiva humana, fins al punt que s'ha considerat "el nucli del coneixement". El raonament analogic funciona a traves del proces de la transferencia, l'us del coneixement apres en una situacio en l'altra per a la qual no va ser destinat. El paradigma de raonament basat en casos (case-based reasoning, CBR) presenta un model molt relacionat, pero lleugerament diferent de raonament utilitzat principalment en la intel.ligencia artificial; diferent en part perque el raonament analogic se centra habitualment en la similitud estructural entre-dominis mentre que CBR te a veure amb la transferencia de solucions entre els casos semanticament similars dins d'un domini especific. En aquesta tesi, ens unim a aquests enfocaments interrelacionats de la ciència cognitiva, la psicologia i la intel.ligencia artificial, en un sistema CBR, on la recuperacio i l'adaptacio es duen a terme per l'Motor d'Associacio Estructural (SME) i son recolzats per el raonament de sentit comu integrant la informacio des de diverses bases de coneixement. Per permetre aixo, utilitzem una estructura de representacio de casos que es basa en les xarxes semantiques. Aixo ens dona un model CBR capac de recuperar i adaptar solucions de dominis que son aparentment diferents pero estructuralment molt similars, formant una de les nostres contribucions en aquest estudi. Una de les principals limitacions de la investigacio sobre els sistemes CBR sempre ha estat l'adaptacio, on la majoria de les aplicacions es van conformar amb una simple "reutilitzacio" de la solucio del cas recuperat, principalment mitjancant una adaptacio null} o adaptacio sustitucional. La dificultat de l'adaptacio es encara mes evident per al nostre cas d'inter-domini CBR utilitzant xarxes semantiques. Resoldre aquesta dificultat aplana el cami per a una contribucio igualment important d'aquesta tesi, on s'introdueix una tecnica nova d'adaptacio generativa basada en la computacio evolutiva que permet la creacio o modificacio espontania de les xarxes semantiques d'acord a les necessitats d'adaptacio CBR. Per a l'avaluacio d'aquest treball, apliquem el nostre sistema CBR al problema de la mediacio, un metode important en la resolucio de conflictes. El problema de la mediacio no es trivial i representa un molt bon exemple del mon real, en el qual podem detectar problemes estructuralment similars de dominis aparentment tan lluny com les relacions internacionals, conflictes familiars i els drets intel.lectuals. / Analogy plays a fundamental role in problem solving and it lies behind many processes central to human cognitive capacity, to the point that it has been considered "the core of cognition". Analogical reasoning functions through the process of transfer, the use of knowledge learned in one situation in another for which it was not targeted. The case-based reasoning (CBR) paradigm presents a highly related, but slightly different model of reasoning mainly used in artificial intelligence, different in part because analogical reasoning commonly focuses on cross-domain structural similarity whereas CBR is concerned with transfer of solutions between semantically similar cases within one specific domain. In this dissertation, we join these interrelated approaches from cognitive science, psychology, and artificial intelligence, in a CBR system where case retrieval and adaptation are accomplished by the Structure Mapping Engine (SME) and are supported by commonsense reasoning integrating information from several knowledge bases. For enabling this, we use a case representation structure that is based on semantic networks. This gives us a CBR model capable of recalling and adapting solutions from seemingly different, but structurally very similar domains, forming one of our contributions in this study. A traditional weakness of research on CBR systems has always been about adaptation, where most applications settle for a very simple "reuse" of the solution from the retrieved case, mostly through null adaptation or substitutional adaptation. The difficulty of adaptation is even more obvious for our case of cross-domain CBR using semantic networks. Solving this difficulty paves the way to another contribution of this dissertation, where we introduce a novel generative adaptation technique based on evolutionary computation that enables the spontaneous creation or modification of semantic networks according to the needs of CBR adaptation. For the evaluation of this work, we apply our CBR system to the problem of mediation, an important method in conflict resolution. The mediation problem is non-trivial and presents a very good real world example where we can spot structurally similar problems from domains seemingly as far as international relations, family disputes, and intellectual rights.

En aquest treball s’explora el reconeixement d’accions humanes i l'estimació de la seva postura en seqüències d'imatges. A diferència de les tècniques tradicionals d’aprenentatge a partir d’imatges 2D o vídeo amb la sortida anotada, en aquesta Tesi abordem aquest objectiu amb la informació de moviment 3D capturat, que ens ajudar a tancar el llaç entre les característiques 2D de la imatge i les interpretacions sobre el moviment humà. / En este trabajo se exploran el reconocimiento de acciones humanas y la estimación de su postura en secuencias de imágenes. A diferencia de las técnicas tradicionales de aprendizaje a partir de imágenes 2D o vídeo con la salida anotada, en esta Tesis abordamos este objetivo con la información de movimiento 3D capturado, que nos ayudar a cerrar el lazo entre las caracteríssticas 2D de la imagen y las interpretaciones sobre el movimiento humano. / In this work, we explore human action recognition and pose estimation problems. Different from traditional works of learning from 2D images or video sequences and their annotated output, we seek to solve the problems with additional 3D motion capture information, which helps to fill the gap between 2D image features and human interpretations.

El reconeixement d'objectes és potser la tasca més important que un sistema autònom, ja sigui biològic o artificial, necessita realitzar. En el context de la visió humana, això s'aconsegueix parcialment a través del reconeixement del color de les superfícies malgrat els canvis en la distribució espectral de la llum, propietat anomenada constància de color. El reconeixement correcte del color de les superfícies és pot realitzar adequadament mitjançant la correspondència entre categories de color sense la necessitat d'ajustar exactament els mateixos colors, aleshores la constància de color categòrica juga probablement un paper important per tal d'aconseguir amb èxit el reconeixement d'objectes. El principal objectiu d'aquest treball és estudiar la relació entre la constància de color i la percepció categòrica del color. Estudis anteriors de constància de color han mostrat la influència de factors tals com les propietats espai-cromàtiques de l'entorn, particularitats individuals dels observadors, semàntica, etc... Malgrat tot, aquestes influències només s'han estudiat breument de forma sistemàtica. Per solucionar-ho, hem desenvolupat una nova aproximació a la constància de color, la qual inclou la percepció categòrica dels individus, l'estructura categòrica de l'entorn, i les seves interrelacions, resultant en una caracterització més comprensiva del fenomen. En el nostre estudi, primer hem desenvolupat un nou mètode per tal d'analitzar l'estructura categòrica 3D de l'espai de color, la qual ens ha permès caracteritzar la percepció categòrica de cada individu i també quantificar les variacions entre individus en termes de la forma i la localització dels centroides de les regions 3D categòriques. Seguidament, hem desenvolupat un nou paradigma de constància de color, anomenat "chromatic setting", el qual permet mesurar de forma precisa la localització de nou punts categòricament rellevants en l'espai de color sota una ill.luminació envolvent. Adicionalment, hem derivat a partir d'aquestes mesures un nou índex de constància de color, el qual té en compte la magnitud i la orientació cromàtica de l'il.lumiant, influències de la memòria i les interrelacions entre colors, i també un model d'assignació de noms de color ajustat a l'estat d'adaptació de cada observador. A partir dels nostres resultats concloem: (1) Existeixen àmplies variacions entre individus respecte l'estructura categòrica de l'espai de color, i pertant l'abilitat d'assignar noms de color varia significativament però aquesta no està ben predita per les abilitats discriminatives de baix nivell; (2) L'anàlisi de l'espai mitjà d'assignació de noms de color suggereix la necessitat d'afegir tres nous "basic colour terms" ("turquoise", "lilac" i "lime" ) per tal d'optimitzar la comunicació de color; (3) El "chromatic setting" ha millorat la precisió dels models lineals més complexos de constància de color, així suggerint que altres mecanismes que no pas els d'adaptació al guany dels cons poden ser més adequats per tal d'explicar el fenomen de la constància de color; (4) L'estructura categòrica de l'espai de color és en general estable sota canvis d'il.luminant quan s'usen entorns categòricament balancejats; (5) Existeix inconstància de color per entorns categòricament no balancejats i pertant indicant que la informació categòrica percebuda en les etapes inicials de l'adaptació pot condicionar la percepció categòrica posterior. / To recognise objects is perhaps the most important task an autonomous system, either biological or artificial needs to perform. In the context of human vision, this is partly achieved by recognizing the colour of surfaces despite changes in the wavelength distribution of the illumination, a property called colour constancy. Correct surface colour recognition may be adequately accomplished by colour category matching without the need to match colours precisely, therefore categorical colour constancy is likely to play an important role for object identification to be successful. The main aim of this work is to study the relationship between colour constancy and categorical colour perception. Previous studies of colour constancy have shown the influence of factors such the spatio-chromatic properties of the background, individual observer's performance, semantics, etc. However there is very little systematic study of these influences. To this end, we developed a new approach to colour constancy which includes both individual observers' categorical perception, the categorical structure of the background, and their interrelations resulting in a more comprehensive characterization of the phenomenon. In our study, we first developed a new method to analyse the categorical structure of 3D colour space, which allowed us to characterize individual categorical colour perception as well as quantify inter-individual variations in terms of shape and centroid location of 3D categorical regions. Second, we developed a new colour constancy paradigm, termed chromatic setting, which allows measuring the precise location of nine categorically-relevant points in colour space under immersive illumination. Additionally, we derived from these measurements a new colour constancy index which takes into account the magnitude and orientation of the chromatic shift, memory effects and the interrelations among colours and a model of colour naming tuned to each observer/adaptation state. Our results lead to the following conclusions: (1) There exists large inter-individual variations in the categorical structure of colour space, and thus colour naming ability varies significantly but this is not well predicted by low-level chromatic discrimination ability; (2) Analysis of the average colour naming space suggested the need for an additional three basic colour terms (turquoise, lilac and lime) for optimal colour communication; (3) Chromatic setting improved the precision of more complex linear colour constancy models and suggested that mechanisms other than cone gain might be best suited to explain colour constancy; (4) The categorical structure of colour space is broadly stable under illuminant changes for categorically balanced backgrounds; (5) Categorical inconstancy exists for categorically unbalanced backgrounds thus indicating that categorical information perceived in the initial stages of adaptation may constrain further categorical perception.

Los clusters de computadores son una alternativa actual usada para el cómputo de aplicaciones científicas. Sin embargo las aplicaciones crecen en complejidad y necesitan más recursos. Unir estos clusters distribuidos usando Internet en un multi-cluster puede permitir lograrlo. Un problema que se introduce con esta colaboración es un incremento en la heterogeneidad tanto de cómputo como de comunicación, aumentando la complejidad de dicho sistema lo que dificulta su uso.El objetivo de esta tesis es lograr la reducción del tiempo de ejecución de aplicaciones, originalmente desarrolladas para un cluster, usando eficientemente un multi-cluster. Proponemos una arquitectura del sistema para lograr una máquina virtual multi-cluster transparente a la aplicación que además la dota de escalabilidad y robustez tolerando los problemas de la comunicación por Internet. Esta arquitectura propone un master-worker jerárquico en el que se introducen elementos claves como los gestores de comunicación que dotan al sistema de robustez, seguridad y transparencia en las comunicaciones entre clusters a través de Internet.Desarrollamos un modelo de prestaciones para poder hacer una estimación teórica del tiempo de ejecución y de la eficiencia de una aplicación ejecutándose en un multi-cluster. La precisión de las estimaciones es superior al 90%.Proponemos una metodología que da un procedimiento que define los pasos para realizar la predicción del tiempo de ejecución, para garantizar un umbral de eficiencia seleccionando los recursos adecuados y para guiar a la sintonización de la aplicación encontrando los cuellos de botella de la ejecución. / Clusters of computers represent an alternative for speeding up scientific applications. Nevertheless applications grow in complexity and need more resources. The joint of distributed clusters, using Internet, in a multi-cluster can allow the resources obtainment.A problem on reaching an effective collaboration from multiple clusters is the increase on the computation and communication heterogeneity. This factor increases the complexity of such a system bringing difficulties in its use.The target of this thesis is to attain the reduction of the execution time of applications, originally written for a single cluster, efficiently using a multi-cluster. In order to reach this goal we propose a system architecture, an analytical model and a performance and tuning methodology.The proposed system architecture aims to obtain a multi-cluster virtual machine, transparent to the application and that provides scalability and robustness, tolerating possible faults in the Internet communication between clusters. This architecture is organized around a hierarchical master-worker with communication managers. Communication managers are a key element responsible for the robustness, security and transparency in the communication between clusters using Internet.The analytical performance model was developed to estimate the execution time and efficiency of an application executing in a multi-cluster. The precision on the estimations are over 90%.The proposed performance prediction and application tuning methodology is a procedure that defines the steps to predict the execution time and efficiency, to guarantee an efficiency threshold and to guide on the application tuning, evaluating the execution bottlenecks.

En aquest treball ens plantegem dos tipus de problemes. El primer fa referència a la qüestió de l’estacionalitat en el context de les sèries temporals discretes, mentre que en la segona part es tracten models autoregressius de primer ordre amb innovacions no gaussianes. Les sèries temporals a valors enters apareixen en molts i molt variats contextos. L’anàlisi clàssica de sèries temporals contínues pot resultar poc adequada a l’hora de modelitzar fenòmens basats en recomptes, ja que assumeix normalitat en les variacions aleatòries de la sèrie, premissa que difícilment es compleix en el cas de les sèries de nombres enters. Aquest fet motiva l’estudi de models basats en distribucions discretes (Poisson, binomial negativa, …). Tanmateix, en el context dels models habituals de sèries temporals discretes (INAR, INMA,…) no s’han desenvolupat tècniques suficients per tractar amb possibles comportaments estacionals en les dades, i per tant, calen eines adients per modelitzar fenòmens amb aquesta característica, com per exemple, la incidència de malalties com grip, al·lèrgies, pneumònies… En aquest treball proposem una variació del model INAR(2) per tal d’incloure-hi una component estacional i estudiem com es pot aplicar per analitzar dades relatives a ingressos hospitalaris per grip. Seguint amb el mateix exemple, es plantegen diversos mètodes per realitzar prediccions sobre l’ocupació futura de llits hospitalaris basats en aquest tipus de models de sèries temporals de recomptes, a curt i llarg termini. La segona qüestió que s’aborda en aquest treball apareix com un problema de caracterització de distribucions, en un context de models autoregressius de primer ordre, motivada per un resultat sorprenent de McKenzie que afirma que donat un procés Y t amb estructura AR(1), i considerant la sèrie exponenciada Xt = eY t, la funció d’autocorrelació de Xt és la mateixa que la de la sèrie original Y t si i només si la distribució estacionària de Xt és una gamma. Amb aquest punt de partida, el nostre objectiu principal ha estat generalitzar aquest resultat de McKenzie, en el sentit de caracteritzar la distribució de les innovacions en aquest context, i desenvolupar un contrast de bondat de l’ajust basat en la funció distribució empírica per tal de decidir si és raonable pensar, amb un cert nivell de confiança, que la distribució de les innovacions és una distribució concreta. En particular, aquest contrast es pot utilitzar, en la situació clàssica, per tal de comprovar si les innovacions en un model autoregressiu de primer ordre són gaussianes. Aquest contrast s’ha aplicat en primer lloc sobre les captures de peix a l’oceà Atlàntic i golf del riu St. Lawrence, entre 1990 i 1996 per tal d’estudiar si l’assumpció de normalitat de les innovacions és raonable o no. En segon lloc s’ha realitzat el contrast sobre les dades del deflactor del producte interior brut espanyol des de 1962 fins a 2011. Finalment, es presenta un estudi de la potència del contrast, en diferents situacions, considerant diversos valors per al primer coeficient d’autocorrelació, diferents mides mostrals i diverses distribucions marginals. / In this work we consider two kinds of problems. The first concerns the issue of seasonality in the context of discrete time series, while the second part will deal with first-order autoregressive models with non-Gaussian innovations. Integer valued time series appear in many different contexts. The classical analysis of continuous time series can be inadequate when modeling phenomena based on counts, as the assumption of normal random variations is hardly achieved in the case of integer series. This motivates the study of models based in discrete distributions (Poisson, negative binomial, …). However, in the context of standard models of discrete time series (INAR, INMA, …) there is a lack of techniques focused on dealing with possible seasonal behavior in the data, and therefore there is a need of suitable tools to model phenomena presenting this feature, as, for example, the incidence of diseases such as flu, allergies, pneumonia,… In this work we propose a variation of the INAR(2) model to include a seasonal component, and we study how can it be applied to analyze data concerning hospital admissions caused by influenza. Following the same example, we consider several methods to make predictions about future occupation of hospital beds based on this type of time-series models of counts in the short and long term. The second issue addressed in this work appears as a problem of characterization of distributions in the context of first-order autoregressive models, prompted by a surprising result by McKenzie, establishing that a process Y t with AR(1) structure, and considering the exponentiated series Xt = eYt, the autocorrelation function of Xt is the same as the original series Y t if and only if the stationary distribution of Xt is gamma. Using this result as a starting point, our main goal has been to generalize this result by McKenzie in the sense of characterizing the distribution of the innovations in this context, and develop a goodness of fit test based on the empirical distribution function in order to decide whether it is reasonable to assume, at some level of confidence, that the the innovations follows a specific distribution. In particular, this contrast can be used in the classical situation, in order to check if the innovations of a first-order autoregressive model are Gaussian. This contrast has been applied on a data set concerning fish catches in the Atlantic Ocean and Gulf of St. Lawrence River between 1990 and 1996 to study whether the assumption of normality of the innovations is reasonable or not. As a second example, the contrast has been made on data concerning the deflator of the Spanish gross domestic product from 1962 to 2011. Finally, a study of the power of the test, in different situations is presented, considering different values for the first autocorrelation coeffcient, different sample sizes and different marginal distributions.

Esta investigación surge de la necesidad de elaborar un discurso teórico que nos permita superar el problema de conocimiento fundamentado en el ensayo y el error, práctica que a menudo utilizamos en nuestras aulas, y aportar directrices más sólidas que nos permitan obtener criterios generales para poder “leer” y “escribir” este tipo de mensajes. Nuestro objetivo es definir y enumerar los elementos mínimos sin significado de las representaciones visuales funcionales, bidimensionales y fijas , que nos permitan profundizar en cómo se articula su significado y hacer una propuesta concreta sobre su análisis, a partir de las aportaciones de los diferentes autores consultados. La situación con la que nos encontramos es la de que los estudios de representación visual no proceden de una disciplina propia, sino de varias (arte, psicología, comunicación, semiótica, etc.), y que no dispone de un cuerpo teórico estable, sino que cambia en función de cada disciplina. Esto nos obliga a realizar un enfoque interdisciplinar y a comprender cada propuesta teórica, para tratar de formalizar una especie de «mínimo común múltiplo» de los elementos constitutivos, a partir de las aportaciones de los autores consultados. El estudio detallado de las fuentes de referencia nos permiten agrupar los textos en cuatro grandes bloques: • los que toman como referencia las aportaciones de Da Vinci y Kandinsky (Villafañe, Wong, Arnheim, etc.); • los que siguen, de alguna manera, el camino iniciado por Barthes (Joly y el Grupo μ, entre otros); • los que reflexionan sobre las articulaciones de las representaciones visuales, y sobre la noción de código, a partir de las aportaciones de Prieto y de Eco, fundamentalmente; • y aquellos que han realizado sus aportaciones desde un enfoque más visual que lingüístico, teniendo en cuenta algunas de sus características como, por ejemplo, la espacialidad (Saint Martin, Cossette). Además, en nuestra búsqueda de los elementos básicos de las representaciones visuales funcionales, al margen de épocas o estilos, tendremos en cuenta el cuerpo teórico que nos proporciona la lingüística porque, aunque en muchos sentidos las estructuras verbales y visuales no son comparables, es un referente sine qua non para un análisis de estas características, bien para utilizar sus aportaciones, bien para diferenciarse de ellas. En nuestro caso, en tanto que tratamos de profundizar en la construcción del signo, nos enmarcamos dentro de los estudios de la semiótica visual porque, aunque no hay un acuerdo total al respecto, consideramos que la semiótica es la disciplina que debería elaborar una teoría de la significación y, en el caso de la semiótica de la imagen, la responsable de encontrar los equivalentes visuales de los conceptos lingüísticos de fonema, palabra, oración, etc. / Aquesta investigació parteix de la necessitat d'elaborar un discurs teòric que ens permeti superar el problema de coneixement fonamentat en l'assaig i l'error, pràctica que sovint fem servir a les nostres aules, i aportar directrius més sòlides que ens permetin obtenir criteris generals per poder " llegir "i" escriure "aquest tipus de missatges. El nostre objectiu és definir i enumerar els elements mínims sense significat de les representacions visuals funcionals, bidimensionals i fixes , que ens permetin aprofundir en com s'articula el seu significat i fer una proposta concreta sobre la seva anàlisi, a partir de les aportacions dels diferents autors consultats. La situació amb què ens trobem és la de que els estudis de representació visual no procedeixen d'una disciplina única i pròpia, sinó de diverses (art, psicologia, comunicació, semiòtica, etc.), i que no disposa d'un cos teòric estable, sinó que canvia en funció de cada disciplina. Això ens obliga a fer un enfocament interdisciplinari i comprendre cada proposta teòrica, per intentar formalitzar una mena de «mínim comú múltiple» dels elements constitutius, a partir de les aportacions dels autors consultats. L'estudi detallat de les fonts de referència ens permeten agrupar els textos en quatre grans blocs: • els que prenen com a referència les aportacions de Da Vinci i Kandinsky (Villafañe, Wong, Arnheim, etc.); • els que segueixen, d'alguna manera, el camí iniciat per Barthes (Joly i el Grup μ, entre d'altres); • els que reflexionen sobre les articulacions de les representacions visuals, i sobre la noció de codi, a partir de les aportacions de Prieto i d'Eco, fonamentalment; • i aquells que han realitzat les seves aportacions des d'un enfocament més visual que lingüístic, tenint en compte algunes de les seves característiques com, per exemple, l'espacialitat (Saint Martin, Cossette). A més, en la nostra recerca dels elements bàsics de les representacions visuals funcionals, al marge d'èpoques o estils, tindrem en compte el cos teòric que ens proporciona la lingüística perquè, encara que en molts sentits les estructures verbals i visuals no són comparables, és un referent sine qua non per a una anàlisi d'aquestes característiques, bé per fer servir les seves aportacions, bé per allunyar-se de elles. En el nostre cas, en tant que tractem d'aprofundir en la construcció del signe, ens emmarquem dins dels estudis de la semiòtica visual perquè, encara que no hi ha un acord total sobre això, considerem que la semiòtica és la disciplina que hauria d'elaborar una teoria de la significació i, en el cas de la semiòtica de la imatge, la responsable de trobar els equivalents visuals dels conceptes lingüístics de fonema, paraula, oració, etc. / Our research stems from the need to develop a theoretical discourse capable of overcoming the problem of knowledge based on trial and error—common in our classrooms—and of providing more solid guidelines and general criteria to ‘read’ and ‘write’ this type of messages. Our aims are: to identify and define those minimum elements without meaning in two-dimensional, functional, fixed visual representations that illustrate how its actual meaning is conveyed; and to propose how those elements might be analyzed, based on contributions of the different authors we consulted. The current situation is that studies in visual representation do not have their own specialty and are dispersed among different disciplines (art, psychology, communications, semiotics, etc.) and do not have a stable body of theory (thus changing according to each discipline). We must therefore adopt an interdisciplinary approach and broach each theoretical proposal separately in order to formalize something like a ‘minimum common denominator’ of the constituent elements based, again, on the contributions of the different authors we consulted. A detailed analysis of sources and references allow the literature to be broken down into four large blocks: • Those that look to Da Vinci and Kandinsky (Villafañe, Wong, Arnheim, etc.); • Those that follow to some degree the path marked by Barthes (Joly and Groupe μ, among others); • Those that reflect on the production of visual representations and the idea of code, fundamentally through the prisms of Prieto and Eco; • Those that use a visual (rather than linguistic) focus and consider characteristics such as ‘spaceness’ (Saint Martin, Cossette). In our review of the basic elements of functional visual representations and independently of period and styles, we use the theoretical corpus that linguistics offers—even though verbal and visual structures are not always comparable—because it is an inevitable point of reference for an analysis of this nature, either to co-opt its concepts or differ from them. We immediately situate ourselves in the field of visual semiotics as soon as we try to dig deeper into the construction of the signifier because (although there is no general agreement in this regard) semiotics should be the discipline that elaborates a theory of meaning and—as in the case of semiotics of images—finds visual equivalents to the linguistic concepts of phoneme, word, speech, and so on.