Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η σύγκριση διαφόρων μεθόδων κατηγοριοποίησης που στηρίζονται σε αναπαράσταση γνώσης με κανόνες μέσω της δημιουργίας έμπειρων συστημάτων από γνωστά σύνολα δεδομένων. Για την εφαρμογή των μεθόδων και τη δημιουργία και υλοποίηση των αντίστοιχων έμπειρων συστημάτων χρησιμοποιούμε διάφορα εργαλεία όπως: (α) Το ACRES, το οποίο είναι ένα εργαλείο αυτόματης παραγωγής έμπειρων συστημάτων με συντελεστές βεβαιότητας. Οι συντελεστές βεβαιότητος μπορούν να υπολογίζονται κατά δύο τρόπους και επίσης παράγονται δύο τύποι έμπειρων συστημάτων που στηρίζονται σε δύο διαφορετικές μεθόδους συνδυασμού των συντελεστών βεβαιότητας (κατά MYCIN και μιας γενίκευσης αυτής του MYCIN με χρήση βαρών που υπολογίζονται μέσω ενός γενετικού αλγορίθμου). (β) Το WEKA, το οποίο είναι ένα εργαλείο που περιέχει αλγόριθμους μηχανικής μάθησης. Συγκεκριμένα, στην εργασία χρησιμοποιούμε τον αλγόριθμο J48, μια υλοποίηση του γνωστού αλγορίθμου C4.5, που παράγει δένδρα απόφασης, δηλ. κανόνες. (γ) Το CLIPS, το οποίο είναι ένα κέλυφος για προγραμματισμό με κανόνες. Εδώ, εξάγονται οι κανόνες από το δέντρο απόφασης του WEKA και υλοποιούνται στο CLIPS με ενδεχόμενες μετατροπές. (δ) Το FuzzyCLIPS, το οποίο επίσης είναι ένα κέλυφος για την δημιουργία ασαφών ΕΣ. Είναι μια επέκταση του CLIPS που χρησιμοποιεί ασαφείς κανόνες και συντελεστές βεβαιότητος. Εδώ, το έμπειρο σύστημα που παράγεται μέσω του CLIPS μετατρέπεται σε ασαφές έμπειρο σύστημα με ασαφοποίηση κάποιων μεταβλητών. (ε) Το GUI Ant-Miner, το οποίο είναι ένα εργαλείο για την εξαγωγή κανόνων κατηγοριοποίησης από ένα δοσμένο σύνολο δεδομένων. με τη χρήση ενός μοντέλου ακολουθιακής κάλυψης, όπως ο αλγόριθμος AntMiner. Με βάση τις παραπάνω μεθόδους-εργαλεία δημιουργήθηκαν έμπειρα συστήματα από πέντε σύνολα δεδομένων κατηγοριοποίησης από τη βάση δεδομένων UCI Machine Learning Repository. Τα συστήματα αυτά αξιολογήθηκαν ως προς την ταξινόμηση με βάση γνωστές μετρικές (ορθότητα, ευαισθησία, εξειδίκευση και ακρίβεια). Από τη σύγκριση των μεθόδων και στα πέντε σύνολα δεδομένων, εξάγουμε τα παρακάτω συμπεράσματα: (α) Αν επιθυμούμε αποτελέσματα με μεγαλύτερη ακρίβεια και μεγάλη ταχύτητα, θα πρέπει μάλλον να στραφούμε στην εφαρμογή WEKA. (β) Αν θέλουμε να κάνουμε και παράλληλους υπολογισμούς, η μόνη εφαρμογή που μας παρέχει αυτή τη δυνατότητα είναι το FuzzyCLIPS, θυσιάζοντας όμως λίγη ταχύτητα και ακρίβεια. (γ) Όσον αφορά το GUI Ant-Miner, λειτουργεί τόσο καλά όσο και το WEKA όσον αφορά την ακρίβεια αλλά είναι πιο αργή μέθοδος. (δ) Σχετικά με το ACRES, λειτουργεί καλά όταν δουλεύουμε με υποσύνολα μεταβλητών, έτσι ώστε να παράγεται σχετικά μικρός αριθμός κανόνων και να καλύπτονται σχεδόν όλα τα στιγμιότυπα στο σύνολο έλεγχου. Στα σύνολα δεδομένων μας το ACRES δεν θεωρείται πολύ αξιόπιστο υπό την έννοια ότι αναγκαζόμαστε να δουλεύουμε με υποσύνολο μεταβλητών και όχι όλες τις μεταβλητές του συνόλου δεδομένων. Όσο πιο πολλές μεταβλητές πάρουμε ως υποσύνολο στο ACRES, τόσο πιο αργό γίνεται. / The aim of this thesis is the comparison of several classification methods that are based on knowledge representation with rules via the creation of expert systems from known data sets. For the application of those methods and the creation and implementation of the corresponding expert systems, we use various tools such as: (a) ACRES, which is a tool for automatic production of expert systems with certainty factors. The certainty factors can be calculated via two different methods and also two different types of expert systems can be produced based on different methods of certainty propagation (that of MYCIN and a generalized version of MYCIN one that uses weights calculated via a genetic algorithm). (b) WEKA, which is a tool that contains machine learning algorithms. Specifically, we use J48, an implementation of the known algorithm C4.5, which produces decision trees, which are coded rules. (c) CLIPS, which is a shell for rule based programming. Here, the rules encoded on the decision true produced by WEKA are extracted and codified in CLIPS with possible changes. (d) FuzzyCLIPS, which is a shell for creating fuzzy expert systems. It's an extension of CLIPS that uses fuzzy rules and certainty factors. Here, the expert system created via CLIPS is transferred to a fuzzy expert system by making some variables fuzzy. (e) GUI Ant-Miner, which is a tool for classification rules extraction from a given data set, using a sequential covering model, such as the AntMiner algorithm. Based on the above methods-tools, expert systems were created from five (5) classification data sets from the UCI Machine Learning Repository. Those systems have been evaluated according to their classification capabilities based on known metrics (accuracy, sensitivity, specificity and precision). From the comparison of the methods on the five data sets, we conclude the following: (a) if we want results with greater accuracy and high speed, we should probably turn into WEKA. (b) if we want to do parallel calculations too, the only tool that provides us this capability is FuzzyCLIPS, sacrificing little speed and accuracy. (c) With regards to GUI Ant-Miner, it works as well as WEKA in terms of accuracy, but it is slower. (d) About ACRES, it works well when we work with subsets of the variables, so that it produces a relatively small number or rules and covers almost all the instances of the test set. For our datasets, ACRES is not considered very reliable in the sense that we should work with subsets of variables, not all the variables of the dataset. The more variables we consider as a subset in ACRES, the slower it becomes.

Les réseaux domestiques sont confrontés à une évolution continue et deviennent de plus en plus complexes. Leur complexité a évolué selon deux dimensions interdépendantes. D'une part, la topologie du réseau domestique devient plus complexe avec la multiplication des équipements et des technologies de connectivité. D'autre part, l'ensemble des services accessibles via le réseau domestique ne cesse de s’élargir. Un tel contexte a rendu la gestion du réseau domestique plus difficile pour les Fournisseurs d’Accès Internet (FAI) et les utilisateurs finaux. Dans ce manuscrit, nous nous concentrons sur la deuxième dimension de la complexité décrite ci-dessus liée au trafic circulant depuis/vers le réseau domestique. Notre première contribution consiste à proposer une architecture pour la supervision du trafic dans les réseaux domestiques. Nous fournissons une étude comparative de certains outils open source existants. Ensuite, nous effectuons une évaluation de performances expérimentale d’un sous ensemble des processus impliqués dans notre architecture. Sur la base des résultats obtenus, nous discutons les limites et les possibilités de déploiement de ce type de solution. Dans notre deuxième contribution, nous présentons notre analyse à large échelle des usages et du trafic résidentiel basée sur une trace de trafic réelle impliquant plus de 34 000 clients. Premièrement, nous présentons notre méthode de collecte et de traitement des données. Deuxièmement, nous présentons nos observations statistiques vis-à-vis des différentes couches de l’architecture Internet. Ensuite, nous effectuons une analyse subjective auprès de 645 clients résidentiels. Enfin, nos résultats fournissent une synthèse complète des usages et des caractéristiques des applications résidentielles. Dans notre troisième contribution, nous proposons une nouvelle méthode pour la classification en temps réel du trafic résidentiel. Notre méthode, laquelle est basée sur l’utilisation d’un algorithme d’apprentissage statistique de type C5.0, vise à combler les carences identifiées dans la littérature. Ensuite, nous détaillons notre implémentation d’une sonde légère sur un prototype de passerelle résidentielle capable de capturer, de suivre et d'identifier d’une manière fine les applications actives dans le réseau domestique. Cette implémentation nous permet, en outre, de valider nos principes de conception via un banc d'essai réaliste mis en place à cet effet. Les résultats obtenus indiquent que notre solution est efficace et faisable. / Home networks are facing a continuous evolution and are becoming more and more complex. Their complexity has evolved according to two interrelated dimensions. On the one hand, the home network topology (devices and connectivity technologies) tends to produce more complex configurations. On the other hand, the set of services accessed through the home network is growing in a tremendous fashion. Such context has made the home network management more challenging for both Internet Service Provider (ISP) and end-users. In this dissertation, we focus on the traffic dimension of the above described complexity. Our first contribution consists on proposing an architecture for traffic monitoring in home networks. We provide a comparative study of some existing open source tools. Then, we perform a testbed evaluation of the main software components implied in our architecture. Based on the experiments results, we discuss several deployment limits and possibilities. In our second contribution, we conduct a residential traffic and usages analysis based on real trace involving more than 34 000 customers. First, we present our data collection and processing methodology. Second, we present our findings with respect to the different layers of the TCP/IP protocol stack characteristics. Then, we perform a subjective analysis across 645 of residential customers. The results of both evaluations provide a complete synthesis of residential usage patterns and applications characteristics. In our third contribution, we propose a novel scheme for real-time residential traffic classification. Our scheme, which is based on a machine learning approach called C5.0, aims to fulfil the lacks identified in the literature. At this aim, our algorithm is evaluated using several traffic inputs. Then, we detail how we implemented a lightweight probe able to capture, track and identify finely applications running in the home network. This implementation allowed us to validate our designing principles upon realistic test conditions. The obtained results show clearly the efficiency and feasibility of our solution.

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Le trouble du spectre de l’autisme (TSA) est un trouble neurodéveloppemental caractérisé par des déficits importants de la communication sociale et des interactions sociales ainsi que par la présence de comportements ou d'intérêts restreints et répétitifs. Les données empiriques suggèrent que les interventions découlant de l’analyse appliquée du comportement (AAC) sont les plus efficaces pour intervenir auprès des personnes ayant un TSA. Néanmoins, certaines lacunes en lien avec les interventions découlant de l’analyse du comportement existent. Notamment, le manque d’accessibilité aux services, le manque de connaissances quant aux facteurs sous-jacents à l’efficacité des interventions et les perceptions divergentes de l’AAC freinent son adoption à plus grande échelle. Cette thèse comprend trois études qui mettent à profit la technologie pour mieux comprendre ou améliorer ces enjeux entourant l’AAC. Dans le cadre ma première étude, les effets d’une formation interactive en ligne qui vise à enseigner aux parents des stratégies découlant de l’AAC pour réduire les comportements problématiques de leur enfant ont été évalués à l’aide d’un devis randomisé contrôlé avec liste d’attente. Les résultats de cette étude soutiennent le potentiel et l’efficacité de la formation pour augmenter la fréquence d’utilisation de stratégies d’intervention découlant de l’AAC par les parents ainsi que pour réduire l’occurrence et la sévérité des comportements problématiques de leur enfant. En revanche, aucune différence significative n’a été observée pour la mesure des pratiques parentales. Certains enjeux éthiques et pratiques entourant la dissémination de la formation en ligne complètement auto-guidées sont discutés. La deuxième étude de ma thèse doctorale visait donc à montrer comment utiliser des algorithmes d’apprentissage automatique pour identifier les personnes qui sont plus enclines à observer des améliorations suivant une intervention. Plus spécifiquement, l’utilisation de quatre algorithmes d’apprentissage automatique pour prédire les participants ayant pris part à la première étude de cette thèse qui étaient les plus propices à rapporter une diminution des comportements problématiques de leur enfant est démontrée. Cette étude soutient que des algorithmes d’apprentissage automatique peuvent être utilisés avec de petits échantillons pour soutenir la prise de décision des cliniciens et des chercheurs. La troisième étude cette thèse visait à quantifier l’information sur l’AAC publiée dans quatre sous-forums d’un forum internet, une ressource en ligne souvent utilisée par les familles pour identifier des interventions à utiliser après de leur enfant. Pour atteindre cet objectif, une procédure de forage de données a été réalisée. Les analyses de cette étude appuient que les parents qui fréquentent le forum sont exposés à une proportion importante de messages présentant une désapprobation de l’AAC pour intervenir auprès des personnes ayant un TSA ou bien une description inexacte des principes, méthodes, procédures ou interventions qui en découlent. Ensemble, les études effectuées dans le cadre de ma thèse doctorale mettent en évidence les bienfaits de la technologie pour l’intervention psychosociale, tant au niveau de l’évaluation que de l’intervention et du transfert de connaissances. Comme souligné dans les trois études de cette thèse, chacun des outils utilisés présente des limites et doit donc être utilisé pour soutenir les cliniciens et les chercheurs, et non pour remplacer leurs interventions et leur jugement clinique. Les études futures doivent continuer à s’intéresser à l’efficacité des outils technologiques, mais également aux facteurs sous-jacents qui favoriseront leur utilisation et aux considérations éthiques liées à leur emploi. / Autism Spectrum Disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder characterized by significant deficits in social communication and social interactions and by the presence of restricted and repetitive behaviors or interests. Empirical evidence suggests that interventions based on applied behavior analysis (ABA) are the most effective for treating individuals with ASD. Nevertheless, interventions based on behavior analysis present some issues. In particular, intervention services are hard to access, knowledge about the underlying factors of the effectiveness of interventions is lacking and divergent perceptions about of ABA hamper the adoption of the science. This dissertation includes three studies in which technology is used to better understand or improve these issues regarding ABA. As part of my first study, the effects of a fully self-guided interactive web training (IWT) developed for teaching parents of children with ASD ABA-derived strategies to reduce their child's challenging behaviors were evaluated using a randomized waitlist trial. The results of this study support the effectiveness of the IWT for increasing the frequency of parents’ use of behavioral interventions as well as for reducing the frequency and severity of their child’s challenging behaviors. In contrast, no significant difference was observed for the measurement of parenting practices. Ethical and practical consideration regarding the dissemination of fully self-guided online trainings are discussed. The second study of my doctoral thesis aimed to show how to use machine learning algorithms to predict individuals who were most likely to improve following an intervention. Specifically, a demonstration of how to implement four machine learning algorithms to predict the participants from my first study who were the most likely to report a decrease in their child's iv challenging behaviors. This study argues that machine learning algorithms can be used with small samples to support clinicians’ and researchers’ decision making. The third study of my dissertation aimed to quantify the information about ABA published on four subforums of an internet forum; an online resource often used by families to identify potential interventions for their child. This goal was achieved through the use of a data mining procedure. The analyses showed that parents who visited the forum were exposed to a significant proportion of messages that disapproved of ABA for individuals with ASD or that inaccurately described its underlying principles, methods, procedures, or interventions. Together, the studies carried out as part of my doctoral dissertation highlight the benefits of technology to support assessments, interventions, and knowledge gains or transfer within psychosocial practices. As highlighted in the three studies of this dissertation, each of the tools used presents limitations and should therefore be used to support clinicians and researchers, and should not replace their interventions and clinical judgment. Future studies should continue to focus on the effectiveness of technological tools and on the underlying factors that will promote their use. Finally, researchers must reflect on the ethical considerations related to use of technology when working with humans.

Unternehmen stehen zunehmend vor der Herausforderung, dem drohenden Wissensverlust durch demografischen Wandel und Mitarbeiterabgang zu begegnen. In Zeiten voranschreitender Digitalisierung gilt es, große Datenmengen beherrschbar und nutzbar zu machen, mit dem Ziel, einerseits die Ressourceneffizienz innerhalb des Unternehmens zu erhöhen und anderseits den Kunden zusätzliche Dienstleistungen anbieten zu können. Vor dem Hintergrund, ein effizientes Qualitätsmanagement und eine vorausschauende Instandhaltung mit ein und demselben System zu realisieren, sind zunächst technologische Kennzahlen und die Prozessführung zu bestimmen. Im Bereich der intelligenten Instandhaltung ist es jedoch nicht immer möglich, Fehlerzustände von physischen Anlagen im Serienbetrieb als Datensatz abzufassen. Das bewusste Zulassen von Fehlern unter realen Produktionsbedingungen könnte zu fatalen Ausfällen bis hin zur Zerstörung der Anlage führen. Auch das gezielte Erzeugen von Fehlern unter stark kontrollierten Bedingungen kann zeitaufwendig, kostenintensiv oder sogar undurchführbar sein.

Companies are increasingly challenged by the impending loss of knowledge due to demographic change and employee loss. In times of advancing digitalization, it is important to make large datasets accessible and usable, aiming at increasing resource efficiency within the company on the one hand and being able to offer customers additional services on the other. Given the background of implementing efficient quality management and predictive maintenance with the same system, technological key figures and process control must first be determined. In the field of intelligent maintenance, however, it is not always possible to record error states of physical systems in series operation as a data set. Deliberately allowing faults to occur under real production conditions could lead to fatal failures or even the destruction of the system. The targeted generation of faults under highly controlled conditions can also be timeconsuming, cost-intensive, or even impractical.

[ES] Los altos costes energéticos, las constantes medidas regulatorias aplicadas por las administraciones para mantener bajos los costes sanitarios, así como los cambios en la normativa sanitaria que se han introducido en los últimos años, han tenido un impacto significativo en la industria farmacéutica y sanitaria. El paradigma Industria 4.0 engloba cambios en el modelo productivo tradicional de la industria farmacéutica con la inclusión de tecnologías que van más allá de la automatización tradicional. El objetivo principal es lograr medicamentos más rentables mediante la incorporación óptima de tecnologías como la analítica avanzada. El proceso de fabricación de las industrias farmacéuticas tiene diferentes etapas (mezclado, secado, compactado, recubrimiento, envasado, etc.) donde una de las etapas más costosas energéticamente es el proceso de secado. El objetivo durante este proceso es extraer el contenido de líquidos como el agua mediante la inyección de aire caliente y seco en el sistema. Este tiempo de secado normalmente está predeterminado y depende del volumen y el tipo de unidades de producto farmacéutico que se deben deshidratar. Por otro lado, la fase de precalentamiento puede variar dependiendo de varios parámetros como la experiencia del operador. Por lo tanto, es posible asumir que una optimización de este proceso a través de analítica avanzada es posible y puede tener un efecto significativo en la reducción de costes en todo el proceso de fabricación. Debido al alto coste de la maquinaria involucrada en el proceso de producción de medicamentos, es una práctica común en la industria farmacéutica tratar de maximizar la vida útil de estas máquinas que no están equipados con los últimos sensores. Así pues, es posible implementar un modelo de aprendizaje automático que utilice plataformas de analítica avanzada, como la computación en la nube, para analizar los posibles ahorros en el consumo de energía. Esta tesis está enfocada en mejorar el consumo de energía en el proceso de precalentamiento de un secador de lecho fluido, mediante la definición e implementación de una plataforma de computación en la nube IIOT (Industrial Internet of Things)-Cloud, para alojar y ejecutar un algoritmo de aprendizaje automático basado en el modelo Catboost, para predecir cuándo es el momento óptimo para detener el proceso y reducir su duración y, en consecuencia, su consumo energético. Los resultados experimentales muestran que es posible reducir el proceso de precalentamiento en un 45% de su duración en tiempo y, en consecuencia, reducir el consumo de energía hasta 2.8 MWh por año. / [CAT] Els elevats costos energètics, les constants mesures reguladores aplicades per les administracions per mantenir uns costos assistencials baixos, així com els canvis en la normativa sanitària que s'han introduït en els darrers anys, han tingut un impacte important en el sector farmacèutic i sanitari. El paradigma de la indústria 4.0 engloba els canvis en el model de producció tradicional de la indústria farmacèutica amb la inclusió de tecnologies que van més enllà de l'automatització tradicional. L'objectiu principal és aconseguir fàrmacs més rendibles mitjançant la incorporació òptima de tecnologies com l'analítica avançada. El procés de fabricació de les indústries farmacèutiques té diferents etapes (mescla, assecat, compactació, recobriment, envasat, etc.) on una de les etapes més costoses energèticament és el procés d'assecat. L'objectiu d'aquest procés és extreure el contingut de líquids com l'aigua injectant aire calent i sec al sistema. Aquest temps de procediment d'assecat normalment està predeterminat i depèn del volum i del tipus d'unitats de producte farmacèutic que cal deshidratar. D'altra banda, la fase de preescalfament pot variar en funció de diversos paràmetres com l'experiència de l'operador. Per tant, podem assumir que una optimització d'aquest procés mitjançant analítiques avançades és possible i pot tenir un efecte significatiu de reducció de costos en tot el procés de fabricació. A causa de l'elevat cost de la maquinària implicada en el procés de producció de fàrmacs, és una pràctica habitual a la indústria farmacèutica intentar maximitzar la vida útil d'aquestes màquines que no estan equipats amb els darrers sensors. Així, es pot implementar un model d'aprenentatge automàtic que utilitza plataformes de analítiques avançades com la computació en núvol, per analitzar l'estalvi potencial del consum d'energia. Aquesta tesis està enfocada a millorar el consum d'energia en el procés de preescalfament d'un assecador de llit fluid, mitjançant la definició i implementació d'una plataforma IIOT (Industrial Internet of Things)-Cloud computing, per allotjar i executar un algorisme d'aprenentatge automàtic basat en el modelatge Catboost, per predir quan és el moment òptim per aturar el procés i reduir-ne la durada, i en conseqüència el seu consum energètic. Els resultats de l'experiment mostren que és possible reduir el procés de preescalfament en un 45% de la seva durada en temps i, en conseqüència, reduir el consum d'energia fins a 2.8 MWh anuals. / [EN] High energy costs, the constant regulatory measures applied by administrations to maintain low healthcare costs, and the changes in healthcare regulations introduced in recent years have all significantly impacted the pharmaceutical and healthcare industry. The industry 4.0 paradigm encompasses changes in the traditional production model of the pharmaceutical industry with the inclusion of technologies beyond traditional automation. The primary goal is to achieve more cost-efficient drugs through the optimal incorporation of technologies such as advanced analytics. The manufacturing process of the pharmaceutical industry has different stages (mixing, drying, compacting, coating, packaging, etc..), and one of the most energy-expensive stages is the drying process. This process aims to extract the liquid content, such as water, by injecting warm and dry air into the system. This drying procedure time usually is predetermined and depends on the volume and the kind of units of a pharmaceutical product that must be dehydrated. On the other hand, the preheating phase can vary depending on various parameters, such as the operator's experience. It is, therefore, safe to assume that optimization of this process through advanced analytics is possible and can have a significant cost-reducing effect on the whole manufacturing process. Due to the high cost of the machinery involved in the drug production process, it is common practice in the pharmaceutical industry to try to maximize the useful life of these machines, which are not equipped with the latest sensors. Thus, a machine learning model using advanced analytics platforms, such as cloud computing, can be implemented to analyze potential energy consumption savings. This thesis is focused on improving the energy consumption in the preheating process of a fluid bed dryer by defining and implementing an IIOT (Industrial Internet of Things) Cloud computing platform. This architecture will host and run a machine learning algorithm based on Catboost modeling to predict when the optimum time is reached to stop the process, reduce its duration, and consequently its energy consumption. Experimental results show that it is possible to reduce the preheating process by 45% of its time duration, consequently reducing energy consumption by up to 2.8 MWh per year. / Barriga Rodríguez, R. (2023). Optimization of Fluid Bed Dryer Energy Consumption for Pharmaceutical Drug Processes through Machine Learning and Cloud Computing Technologies [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195847

In this thesis, our focus is on low-complexity, high-performance detection algorithms for multi-antenna communication receivers. A key contribution in this thesis is the demonstration that efficient algorithms from metaheuristics and machine learning can be gainfully adapted for signal detection in multi- antenna communication receivers. We first investigate a popular metaheuristic known as the reactive tabu search (RTS), a combinatorial optimization technique, to decode the transmitted signals in large-dimensional communication systems. A basic version of the RTS algorithm is shown to achieve near-optimal performance for 4-QAM in large dimensions. We then propose a method to obtain a lower bound on the BER performance of the optimal detector. This lower bound is tight at moderate to high SNRs and is useful in situations where the performance of optimal detector is needed for comparison, but cannot be obtained due to very high computational complexity. To improve the performance of the basic RTS algorithm for higher-order modulations, we propose variants of the basic RTS algorithm using layering and multiple explorations. These variants are shown to achieve near-optimal performance in higher-order QAM as well. Next, we propose a new receiver called linear regression of minimum mean square error (MMSE) residual receiver (referred to as LRR receiver). The proposed LRR receiver improves the MMSE receiver by learning a linear regression model for the error of the MMSE receiver. The LRR receiver uses pilot data to estimate the channel, and then uses locally generated training data (not transmitted over the channel) to find the linear regression parameters. The LRR receiver is suitable for applications where the channel remains constant for a long period (slow-fading channels) and performs well. Finally, we propose a receiver that uses a committee of linear receivers, whose parameters are estimated from training data using a variant of the AdaBoost algorithm, a celebrated supervised classification algorithm in ma- chine learning. We call our receiver boosted MMSE (B-MMSE) receiver. We demonstrate that the performance and complexity of the proposed B-MMSE receiver are quite attractive for multi-antenna communication receivers.

Machine learning algorithms have been used for price prediction within several application areas. Examples include real estate, the stock market, tourist accommodation, electricity, art, cryptocurrencies, and fine wine. Common approaches in studies are to evaluate the accuracy of predictions and compare different algorithms, such as Linear Regression or Neural Networks. There is a thriving global second-hand market for vinyl records, but the research of price prediction within the area is very limited. The purpose of this project was to expand on existing knowledge within price prediction in general to evaluate some aspects of price prediction of vinyl records. That included investigating the possible level of accuracy and comparing the efficiency of algorithms. A dataset of 37000 samples of vinyl records was created with data from the Discogs website, and multiple machine learning algorithms were utilized in a controlled experiment. Among the conclusions drawn from the results was that the Random Forest algorithm generally generated the strongest results, that results can vary substantially between different artists or genres, and that a large part of the predictions had a good accuracy level, but that a relatively small amount of large errors had a considerable effect on the general results.

Accurate estimation of voltage drop (IR drop), in Application-Specific Integrated Circuits (ASICs) is a critical challenge, which impacts their performance and power consumption. As technology advances and die sizes shrink, predicting IR drop fast and accurate becomes increasingly challenging. This thesis focuses on exploring the application of Machine Learning (ML) algorithms, including Extreme Gradient Boosting (XGBoost), Convolutional Neural Network (CNN) and Graph Neural Network (GNN), to address this problem. Traditional methods of estimating IR drop using commercial tools are time consuming, especially for complex designs with millions of transistors. To overcome that, ML algorithms are investigated for their ability to provide fast and accurate IR drop estimation. This thesis utilizes electrical, timing and physical features of the ASIC design as input to train the ML models. The scalability of the selected features allows for their effective application across various ASIC designs with very few adjustments. Experimental results demonstrate the advantages of ML models over commercial tools, offering significant improvements in prediction speed. Notably, GNNs, such as Graph Convolutional Network (GCN) models showed promising performance with low prediction errors in voltage drop estimation. The incorporation of graph-structures models opens new fields of research for accurate IR drop prediction. The conclusions drawn emphasize the effectiveness of ML algorithms in accurately estimating IR drop, thereby optimizing ASIC design efficiency. The application of ML models enables faster predictions and noticeably reducing calculation time. This contributes to enhancing energy efficiency and minimizing environmental impact through optimised power circuits. Future work can focus on exploring the scalability of the models by training on a smaller portion of the circuit and extrapolating predictions to the entire design seems promising for more efficient and accurate IR drop estimation in complex ASIC designs. These advantages present new opportunities in the field and extend the capabilities of ML algorithms in the task of IR drop prediction. / Noggrann uppskattning av spänningsfallet (IR-fall), i ASIC är en kritisk utmaning som påverkar deras prestanda och strömförbrukning. När tekniken går framåt och formstorlekarna krymper, blir det allt svårare att förutsäga IR-fall snabbt och exakt. Denna avhandling fokuserar på att utforska tillämpningen av ML-algoritmer, inklusive XGBoost, CNN och GNN, för att lösa detta problem. Traditionella metoder för att uppskatta IR-fall med kommersiella verktyg är tidskrävande, särskilt för komplexa konstruktioner med miljontals transistorer. För att övervinna det undersöks ML-algoritmer för deras förmåga att ge snabb och exakt IR-falluppskattning. Denna avhandling använder elektriska, timing och fysiska egenskaper hos ASIC-designen som input för att träna ML-modellerna. Skalbarheten hos de valda funktionerna möjliggör deras effektiva tillämpning över olika ASIC-designer med mycket få justeringar. Experimentella resultat visar fördelarna med ML-modeller jämfört med kommersiella verktyg, och erbjuder betydande förbättringar i förutsägelsehastighet. Noterbart är att GNNs, såsom GCN-modeller, visade lovande prestanda med låga prediktionsfel vid uppskattning av spänningsfall. Införandet av grafstrukturmodeller öppnar nya forskningsfält för exakt IRfallförutsägelse. De slutsatser som dras betonar effektiviteten hos MLalgoritmer för att noggrant uppskatta IR-fall, och därigenom optimera ASICdesigneffektiviteten. Tillämpningen av ML-modeller möjliggör snabbare förutsägelser och märkbart minskad beräkningstid. Detta bidrar till att förbättra energieffektiviteten och minimera miljöpåverkan genom optimerade kraftkretsar. Framtida arbete kan fokusera på att utforska skalbarheten hos modellerna genom att träna på en mindre del av kretsen och att extrapolera förutsägelser till hela designen verkar lovande för mer effektiv och exakt IR-falluppskattning i komplexa ASIC-designer. Dessa fördelar ger nya möjligheter inom området och utökar kapaciteten hos ML-algoritmer i uppgiften att förutsäga IR-fall.