The exponential growth of scientific literature is creating an increased need for systems to process and assimilate knowledge contained within text. Literature Based Discovery (LBD) is a well established field that seeks to synthesize new knowledge from existing literature, but it has remained primarily in the theoretical realm rather than in real-world application. This lack of real-world adoption is due in part to the difficulty of LBD, but also due to several solvable problems present in LBD today. Of these problems, the ones in most critical need of improvement are: (1) the over-generation of knowledge by LBD systems, (2) a lack of meaningful evaluation standards, and (3) the difficulty interpreting LBD output. We address each of these problems by: (1) developing indirect relatedness measures for ranking and filtering LBD hypotheses; (2) developing a representative evaluation dataset and applying meaningful evaluation methods to individual components of LBD; (3) developing an interactive visualization system that allows a user to explore LBD output in its entirety. In addressing these problems, we make several contributions, most importantly: (1) state of the art results for estimating direct semantic relatedness, (2) development of set association measures, (3) development of indirect association measures, (4) development of a standard LBD evaluation dataset, (5) division of LBD into discrete components with well defined evaluation methods, (6) development of automatic functional group discovery, and (7) integration of indirect relatedness measures and automatic functional group discovery into a comprehensive LBD visualization system. Our results inform future development of LBD systems, and contribute to creating more effective LBD systems.

Este trabalho investigou diferenças entre grupos etários distintos nas associações semânticas de palavras em três estudos. O primeiro buscou apresentar e discutir pesquisas que avaliaram a organização e processamento léxico-semânticos entre grupos de crianças, adultos e idosos. O segundo comparou as associações semânticas de palavras entre 247 crianças de 3ª série, 108 adultos jovens universitários e 57 idosos. O terceiro analisou comparativamente os grafos computacionais das associações semânticas de palavras entre 57 crianças de 3ª série, 57 adultos jovens universitários e os 57 idosos supracitados. Nos estudos empíricos observou-se que a força de associação entre alvo e associada mais frequente foi maior para as crianças do que para adultos e idosos. Os tamanhos de conjunto significativo e total dos alvos foram, em média, menores para os idosos e o índice de diversidade de respostas foi maior no grupo dos adultos. A modelagem de grafos indicou que crianças possuem redes de associação de palavras com maiores distâncias entre os nós e menor número de nós, ligações e agrupamentos. Adultos e idosos apresentaram redes com estruturas semelhantes. Assim, entende-se que essas associações sofrem reestruturações e ajustes da infância para a idade adulta e que na velhice ocorrem apenas mudanças quantitativas. Limitações e implicações dos estudos para a área são discutidas. / This research investigated differences in three age groups on semantic word associations in three studies. The first one aimed to present and discuss research that investigated the organization and processing of semantic elements in children, adults, and elderly. . The second one compared semantic word associations among 247 third grade children, 108 young college students adults, and 57 elderly. The third study compared semantic associations through graph analysis of 57 third grade children, 57 college students adults, and the 57 elderly cited above. The empirical studies demonstrated that the strength of the first associate to each target was higher for children compared to adults and elderly. The target’s total and meaning set sizes were lower for elderly and the response’s diversity index was higher for adults. Graph analysis suggested that children have semantic word association’s networks with greater inter-node distances and less number of nodes, connections, and clusters. Adults and elderly showed networks with similar structures. It was hypothesized that these associations pass by restructuring and tuning processes from childhood to adulthood and that after the 60 years old only quantitative changes occur. Limitations and contributions to the field are discussed.

Este trabalho investigou diferenças entre grupos etários distintos nas associações semânticas de palavras em três estudos. O primeiro buscou apresentar e discutir pesquisas que avaliaram a organização e processamento léxico-semânticos entre grupos de crianças, adultos e idosos. O segundo comparou as associações semânticas de palavras entre 247 crianças de 3ª série, 108 adultos jovens universitários e 57 idosos. O terceiro analisou comparativamente os grafos computacionais das associações semânticas de palavras entre 57 crianças de 3ª série, 57 adultos jovens universitários e os 57 idosos supracitados. Nos estudos empíricos observou-se que a força de associação entre alvo e associada mais frequente foi maior para as crianças do que para adultos e idosos. Os tamanhos de conjunto significativo e total dos alvos foram, em média, menores para os idosos e o índice de diversidade de respostas foi maior no grupo dos adultos. A modelagem de grafos indicou que crianças possuem redes de associação de palavras com maiores distâncias entre os nós e menor número de nós, ligações e agrupamentos. Adultos e idosos apresentaram redes com estruturas semelhantes. Assim, entende-se que essas associações sofrem reestruturações e ajustes da infância para a idade adulta e que na velhice ocorrem apenas mudanças quantitativas. Limitações e implicações dos estudos para a área são discutidas. / This research investigated differences in three age groups on semantic word associations in three studies. The first one aimed to present and discuss research that investigated the organization and processing of semantic elements in children, adults, and elderly. . The second one compared semantic word associations among 247 third grade children, 108 young college students adults, and 57 elderly. The third study compared semantic associations through graph analysis of 57 third grade children, 57 college students adults, and the 57 elderly cited above. The empirical studies demonstrated that the strength of the first associate to each target was higher for children compared to adults and elderly. The target’s total and meaning set sizes were lower for elderly and the response’s diversity index was higher for adults. Graph analysis suggested that children have semantic word association’s networks with greater inter-node distances and less number of nodes, connections, and clusters. Adults and elderly showed networks with similar structures. It was hypothesized that these associations pass by restructuring and tuning processes from childhood to adulthood and that after the 60 years old only quantitative changes occur. Limitations and contributions to the field are discussed.

Este trabalho investigou diferenças entre grupos etários distintos nas associações semânticas de palavras em três estudos. O primeiro buscou apresentar e discutir pesquisas que avaliaram a organização e processamento léxico-semânticos entre grupos de crianças, adultos e idosos. O segundo comparou as associações semânticas de palavras entre 247 crianças de 3ª série, 108 adultos jovens universitários e 57 idosos. O terceiro analisou comparativamente os grafos computacionais das associações semânticas de palavras entre 57 crianças de 3ª série, 57 adultos jovens universitários e os 57 idosos supracitados. Nos estudos empíricos observou-se que a força de associação entre alvo e associada mais frequente foi maior para as crianças do que para adultos e idosos. Os tamanhos de conjunto significativo e total dos alvos foram, em média, menores para os idosos e o índice de diversidade de respostas foi maior no grupo dos adultos. A modelagem de grafos indicou que crianças possuem redes de associação de palavras com maiores distâncias entre os nós e menor número de nós, ligações e agrupamentos. Adultos e idosos apresentaram redes com estruturas semelhantes. Assim, entende-se que essas associações sofrem reestruturações e ajustes da infância para a idade adulta e que na velhice ocorrem apenas mudanças quantitativas. Limitações e implicações dos estudos para a área são discutidas. / This research investigated differences in three age groups on semantic word associations in three studies. The first one aimed to present and discuss research that investigated the organization and processing of semantic elements in children, adults, and elderly. . The second one compared semantic word associations among 247 third grade children, 108 young college students adults, and 57 elderly. The third study compared semantic associations through graph analysis of 57 third grade children, 57 college students adults, and the 57 elderly cited above. The empirical studies demonstrated that the strength of the first associate to each target was higher for children compared to adults and elderly. The target’s total and meaning set sizes were lower for elderly and the response’s diversity index was higher for adults. Graph analysis suggested that children have semantic word association’s networks with greater inter-node distances and less number of nodes, connections, and clusters. Adults and elderly showed networks with similar structures. It was hypothesized that these associations pass by restructuring and tuning processes from childhood to adulthood and that after the 60 years old only quantitative changes occur. Limitations and contributions to the field are discussed.

This dissertation investigates and introduces novel algorithms, theories, and supporting frameworks to significantly improve the growing problem of Internet security. A distributed firewall and active response architecture is introduced that enables any device within a cyber environment to participate in the active discovery and response of cyber attacks. A theory of semantic association systems is developed for the general problem of knowledge discovery in data. The theory of semantic association systems forms the basis of a novel semantic path merger packet classification algorithm. The theoretical aspects of the semantic path merger packet classification algorithm are investigated, and the algorithm's hardware-based implementation is evaluated along with comparative analysis versus content addressable memory. Experimental results show that the hardware implementation of the semantic path merger algorithm significantly outperforms content addressable memory in terms of energy consumption and operational timing.