Orientador: Fernando José Von Zuben / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:09:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arruda_RodrigoLopesSettide_M.pdf: 2295891 bytes, checksum: 4f5f4bc8f219b0c3c27239520027d496 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Com o uso de sistemas cognitivos em uma crescente gama de aplicações, criou-se uma grande expectativa e elevada demanda por máquinas cada vez mais autônomas, inteligentes e criativas na solução de problemas reais. Em diversos casos, os desafios demandam capacidade de aprendizado e adaptação. Este trabalho lida com conceitos de aprendizagem por reforço e discorre sobre as principais abordagens de solução e variações de problemas. Em seguida, constrói uma proposta híbrida incorporando outras ideias em aprendizagem de máquina, validando-a com experimentos simulados. Os experimentos permitem apontar as principais vantagens da metodologia proposta, a qual está fundamentada em sua capacidade de lidar com cenários de espaços contínuos e, também, de aprender uma política ótima enquanto segue outra, exploratória. A arquitetura proposta é híbrida, baseada em uma rede neural perceptron multi-camadas acoplada a um aproximador de funções denominado wirefitting. Esta arquitetura é coordenada por um algoritmo adaptativo e dinâmico que une conceitos de programação dinâmica, análise de Monte Carlo, aprendizado por diferença temporal e elegibilidade. O modelo proposto é utilizado para resolver problemas de controle ótimo, por meio de aprendizagem por reforço, em cenários com variáveis contínuas e desenvolvimento não-linear. Duas instâncias diferentes de problemas de controle, reconhecidas na literatura pertinente, são apresentadas e testadas com a mesma arquitetura / Abstract: With the evergrowing use of cognitive systems in various applications, it has been created a high expectation and a large demand for machines more and more autonomous, intelligent and creative in real world problem solving. In several cases, the challenges ask for high adaptive and learning capability. This work deals with the concepts of reinforcement learning, and reasons on the main solution approaches and problem variations. Subsequently, it builds a hybrid proposal incorporating other machine learning ideas, so that the proposal is validated with simulated experiments. The experiments allow to point out the main advantages of the proposed methodology, founded on its capability to handle continuous space environments, and also to learn an optimal policy while following an exploratory policy. The proposed architecture is hybrid in the sense that it is based on a multi-layer perceptron neural network coupled with a function approximator called wire-fitting. The referred architecture is coordinated by a dynamic and adaptive algorithm which merges concepts from dynamic programming, Monte Carlo analysis, temporal difference learning, and eligibility. The proposed model is used to solve optimal control problems, by means of reinforcement learning, in scenarios endowed with continuous variables and nonlinear development. Two different instances of control problems, well discussed in the pertinent literature, are presented and tested with the same architecture / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta um estudo sobre a utilização de dispositivos adaptativos para realizar tradução texto-voz. O foco do trabalho é a criação de um método para a tradução grafema-fonema para a língua portuguesa baseado em autômatos adaptativos e seu uso em um software de tradução texto-voz. O método apresentado busca mimetizar o comportamento humano no tratamento de regras de tonicidade, separação de sílabas e as influências que as sílabas exercem sobre suas vizinhas. Essa característica torna o método facilmente utilizável para outras variações da língua portuguesa, considerando que essas características são invariantes em relação à localidade e a época da variedade escolhida. A variação contemporânea da língua falada na cidade de São Paulo foi escolhida como alvo de análise e testes neste trabalho. Para essa variação, o modelo apresenta resultados satisfatórios superando 95% de acerto na tradução grafema-fonema de palavras, chegando a 90% de acerto levando em consideração a resolução de dúvidas geradas por palavras que podem possuir duas representações sonoras e gerando uma saída sonora inteligível aos nativos da língua por meio da síntese por concatenação baseada em sílabas. Como resultado do trabalho, além do modelo para tradução grafema-fonema de palavras baseado em autômatos adaptativos, foi criado um método para escolha da representação fonética correta em caso de ambigüidade e foram criados dois softwares, um para simulação de autômatos adaptativos e outro para a tradução grafema-fonema de palavras utilizando o modelo de tradução criado e o método de escolha da representação correta. Esse último software foi unificado ao sintetizador desenvolvido por Koike et al. (2007) para a criação de um tradutor texto-voz para a língua portuguesa. O trabalho mostra a viabilidade da utilização de autômatos adaptativos como base ou como um elemento auxiliar para o processo de tradução texto-voz na língua portuguesa. / This work presents a study on the use of adaptive devices for text-to-speech translation. The work focuses on the development of a grapheme-phoneme translation method for Portuguese based on Adaptive Automata and the use of this method in a text-to-speech translation software. The presented method resembles human behavior when handling syllable separation rules, syllable stress definition and influences syllables have on each other. This feature makes the method easy to use with different variations of Portuguese, since these characteristics are invariants of the language. Portuguese spoken nowadays in São Paulo, Brazil has been chosen as the target for analysis and tests in this work. The method has good results for such variation of Portuguese, reaching 95% accuracy rate for grapheme-phoneme translation, clearing the 90% mark after resolution of ambiguous cases in which different representations are accepted for a grapheme and generating phonetic output intelligible for native speakers based on concatenation synthesis using syllables as concatenation units. As final results of this work, a model is presented for grapheme-phoneme translation for Portuguese words based on Adaptive Automata, a methodology to choose the correct phonetic representation for the grapheme in ambiguous cases, a software for Adaptive Automata simulation and a software for grapheme-phoneme translation of texts using both the model of translation and methodology for disambiguation. The latter software was unified with the speech synthesizer developed by Koike et al. (2007) to create a text-to-speech translator for Portuguese. This work evidences the feasibility of text-to-speech translation for Portuguese using Adaptive Automata as the main instrument for such task.

Entre as principais dificuldades do desenvolvimento de software embarcado crítico e de tempo real está a especificação e o processo de verificação e validação apoiado ao projeto conceitual. Neste contexto, a modelagem de sistemas tem uma importante função, uma vez que um processo complexo possa ser analisado e validado antes de sua real implementação. Esta dissertação aborda o problema de verificação e validação de software embarcado de um satélite com configuração ACDH (Attitude Control and Data Handling) através de uma plataforma aerosuspensa com um grau de liberdade, utilizando a SysML, a ferramenta CASE TELELOGIC Rhapsody e a orientação das normas da ECSS (European Cooperation on Space Standardization). A partir do modelo obtido, são utilizadas três abordagens para análise e avaliação: (1) Especificação e gerenciamento dos requisitos, através dos conceitos determinados pela ECSS; (2) Modelagem do sistema e verificação dos requisitos, através do formalismo matemático dos autômatos utilizando a técnica de model checking através da ferramenta UPPAL; (3) Conversão do modelo em SysML, aplicando a Engenharia de Requisitos e o processo de verificação e validação do sistema, através da simulação na ferramenta CASE.

Visando representar linhas retas digitais, segmentos digitalizados e arcos, cada uma das linhas de pesquisa disponíveis apresenta suas vantagens e aplicações apropriadas. No entanto, considerando as complexidades de cenários do mundo real, o uso dessas representações não é tão popular em situações que requerem modelos flexíveis ou envolvendo interferências espúrias. As tecnologias adaptativas são formalismos da ciência da computação capazes de alterar seu comportamento dinamicamente, sem a interferência de agentes externos, em resposta a estímulos de entrada. Ao serem capazes de responder às mencionadas condições variáveis do ambiente, os dispositivos adaptativos naturalmente tendem a apresentar a flexibilidade requerida para atuarem em cenários dinâmicos. Assim, este trabalho investiga uma alternativa fundamentada no autômato finito adaptativo por meio do dispositivo denominado segmento digitalizado adaptativo, que incorpore o poder expressivo de representar parâmetros desses segmentos. Dentre esses parâmetros destacam-se a capacidade de representar as tolerâncias, a escalabilidade, os erros causados por desvios em ângulo ou em comprimento dos segmentos mencionados, resultando em estruturas mais flexíveis. Considerando que os métodos sintáticos são estruturais, os segmentos digitalizados adaptativos são modelados por conjuntos de regras, partindo-se de primitivas, concebendo-se as funções adaptativas correspondentes para alteração dos estados e de regras de transição. Posteriormente, estruturas mais elaboradas são concebidas relacionadas a arcos digitais pelos quais cadeias (strings) estimulam, em um passo único, autômatos finitos adaptativos que implementam segmentos digitalizados adaptativos. As implementações utilizam uma ferramenta cujo núcleo é um simulador para edição dos arquivos que compõem os autômatos. Consequentemente, o método proposto torna-se uma alternativa relativamente simples e intuitiva comparando-se com as abordagens existentes, apresentando capacidade de aprendizagem, além de ser computacionalmente poderosa. / For the representation of digital straight lines, digitized straight line segments and arcs, each of the available research approaches has its advantages and suitable applications. However, taking into account the complexities of real-world scenarios, the use of these representations is not so popular in situations that require flexible models or involving spurious interferences. Adaptive technologies are computer science formalisms able to change their behavior dynamically, without the interference of external agents, in response to incoming stimuli. By being able to respond to changing environmental conditions, adaptive devices naturally tend to have the required flexibility to work in dynamic scenarios. Thus, the purpose of this study is to investigate an alternative based on adaptive finite automaton through the device called adaptive digitized straight line segment, incorporating the expressive power to represent parameters of these segments. Among these parameters, emphasis is given to the ability to represent tolerances, scalability or errors caused by deviations in angle or length of the mentioned segments, resulting in more flexible structures. Whereas syntactic methods are structural, adaptive digitized straight line segments are modeled by sets of rules, starting from primitives, conceiving the corresponding adaptive functions to amend the set of states and transition rules. Later, more elaborate structures are designed related to digital arcs the corresponding strings of which stimulate, in just a single step, adaptive finite automata that implement adaptive digitized straight line segments. The implementations use a simulator for editing the files that compose the automata. Consequently, the proposed method reveals to be a simple and intuitive alternative capable of learning, besides being computationally powerful.

Visando representar linhas retas digitais, segmentos digitalizados e arcos, cada uma das linhas de pesquisa disponíveis apresenta suas vantagens e aplicações apropriadas. No entanto, considerando as complexidades de cenários do mundo real, o uso dessas representações não é tão popular em situações que requerem modelos flexíveis ou envolvendo interferências espúrias. As tecnologias adaptativas são formalismos da ciência da computação capazes de alterar seu comportamento dinamicamente, sem a interferência de agentes externos, em resposta a estímulos de entrada. Ao serem capazes de responder às mencionadas condições variáveis do ambiente, os dispositivos adaptativos naturalmente tendem a apresentar a flexibilidade requerida para atuarem em cenários dinâmicos. Assim, este trabalho investiga uma alternativa fundamentada no autômato finito adaptativo por meio do dispositivo denominado segmento digitalizado adaptativo, que incorpore o poder expressivo de representar parâmetros desses segmentos. Dentre esses parâmetros destacam-se a capacidade de representar as tolerâncias, a escalabilidade, os erros causados por desvios em ângulo ou em comprimento dos segmentos mencionados, resultando em estruturas mais flexíveis. Considerando que os métodos sintáticos são estruturais, os segmentos digitalizados adaptativos são modelados por conjuntos de regras, partindo-se de primitivas, concebendo-se as funções adaptativas correspondentes para alteração dos estados e de regras de transição. Posteriormente, estruturas mais elaboradas são concebidas relacionadas a arcos digitais pelos quais cadeias (strings) estimulam, em um passo único, autômatos finitos adaptativos que implementam segmentos digitalizados adaptativos. As implementações utilizam uma ferramenta cujo núcleo é um simulador para edição dos arquivos que compõem os autômatos. Consequentemente, o método proposto torna-se uma alternativa relativamente simples e intuitiva comparando-se com as abordagens existentes, apresentando capacidade de aprendizagem, além de ser computacionalmente poderosa. / For the representation of digital straight lines, digitized straight line segments and arcs, each of the available research approaches has its advantages and suitable applications. However, taking into account the complexities of real-world scenarios, the use of these representations is not so popular in situations that require flexible models or involving spurious interferences. Adaptive technologies are computer science formalisms able to change their behavior dynamically, without the interference of external agents, in response to incoming stimuli. By being able to respond to changing environmental conditions, adaptive devices naturally tend to have the required flexibility to work in dynamic scenarios. Thus, the purpose of this study is to investigate an alternative based on adaptive finite automaton through the device called adaptive digitized straight line segment, incorporating the expressive power to represent parameters of these segments. Among these parameters, emphasis is given to the ability to represent tolerances, scalability or errors caused by deviations in angle or length of the mentioned segments, resulting in more flexible structures. Whereas syntactic methods are structural, adaptive digitized straight line segments are modeled by sets of rules, starting from primitives, conceiving the corresponding adaptive functions to amend the set of states and transition rules. Later, more elaborate structures are designed related to digital arcs the corresponding strings of which stimulate, in just a single step, adaptive finite automata that implement adaptive digitized straight line segments. The implementations use a simulator for editing the files that compose the automata. Consequently, the proposed method reveals to be a simple and intuitive alternative capable of learning, besides being computationally powerful.

Submitted by Algacilda Conceição (algacilda@sibi.ufrj.br) on 2018-04-02T15:41:37Z No. of bitstreams: 1 133292.pdf: 1935557 bytes, checksum: 8dabaf84151d289c26c97704843a3bfe (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-02T15:41:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 133292.pdf: 1935557 bytes, checksum: 8dabaf84151d289c26c97704843a3bfe (MD5) Previous issue date: 1973-08 / Um tipo de gramática chamado “Gramáticas Indiciais” foi definido por Alfred V. Aho em Austin, Texas, no ano de 1967. As linguagens geradas por gramáticas indiciais são chamadas linguagens indiciais. As classes de linguagens indiciais incluem, propriamente, as classes de linguagens livre de contexto e é um subconjunto próprio de classe de linguagens sensíveis ao contexto. O nosso objetivo neste trabalho é atribuir probabilidades às produções das gramáticas indiciais e estudar a consistência das linguagens geradas por essas gramáticas. / A new type of grammar for generating formal languages, called indexed gramar, was presented by Alfred V. Aho, in Austin, Texas, 1967. The languages generated by indexed grammars are called indexed languages. The class of languages generated by indexed grammars properly includes a11 context free languages and is a proper subset of the class of context sensitive languages. The objective in this work is to assign propability to each production of the indexed grammar and study the consistency of the indexed language generated by it.

The problem of fault diagnosis has been widely discussed by the academic community using the theory of Discrete Event Systems. However, the application of this theory to real systems is a field where there is a lot to be explored. The problem proposed in this work is to diagnose permanent or intermittent failures in devices (sensors and actuators) belonging to stations of a didactic flexible manufacturing system, called Modular Production System - MPS, produced by Festo company. The objective will be achieved through a modeling and simulation that allow for future implementation in the system. Three methods will be presented on fault diagnosis written in UPPAAL software language which is based on the timed safety automata formalism, as proposed by ALUR and DILL (1994) and HENZINGER et al (1994). The first method is an implementation of TRIPAKIS (2002) diagnoser. The other two methods developed in this research are inspired by TRIPAKIS (2002) and are diagnosable by definitions presented in TRIPAKIS (2002) and I-diagnosability presented in Sampath et al. (1995). The strategies for fault detection include the use of a network of timed safety automata, composed of the automaton that describes the process behavior and the diagnosers automata for each type of failure. The diagnosers detect failures from the observation of delays of certain transitions in the automaton G (process) and isolate them through observations of the sensors states. Fault indicators events serve to announce failures and synchronize the automaton G with the diagnosers. / O problema do diagnóstico de falhas, utilizando a teoria de Sistemas a Eventos Discretos, tem sido largamente abordado pela comunidade acadêmica. Entretanto, a aplicação desta teoria a sistemas reais é um campo onde há muito a ser explorado. O problema proposto, neste trabalho, é o de diagnosticar falhas permanentes ou intermitentes de dispositivos (sensores e atuadores) pertencentes a estações de um sistema flexível de manufatura didático, denominado Sistema Modular de Produção - MPS, fabricado pela empresa Festo. Este objetivo será alcançado por meio de uma modelagem e simulação que permitam uma futura implementação no sistema. Serão apresentados três métodos para diagnóstico de falhas escritos na linguagem do software UPPAAL que se baseia no formalismo autômatos seguros temporizados, conforme proposto por ALUR e DILL (1994) e HENZINGER et al (1994). O primeiro método é uma implementação do diagnosticador proposto em TRIPAKIS (2002). Os outros dois métodos, elaborados nesta pesquisa, são inspirados no diagnosticador TRIPAKIS (2002) e são diagnosticáveis pelos critérios apresentados em TRIPAKIS (2002) e Idiagnosticabilidade conforme SAMPATH et al. (1995). As estratégias para detecção de falhas incluem a utilização de uma rede de autômatos seguros temporizados, composta pelo autômato que descreve o comportamento do processo e por autômatos diagnosticadores para cada tipo de falha. Os diagnosticadores detectam as falhas a partir da observação de atrasos de determinadas transições do autômato G (processo) e as isolam por meio de observações dos estados dos sensores. Eventos indicadores de falhas servem para anunciar falhas e sincronizar o autômato G com os diagnosticadores.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a utilização de dispositivos adaptativos para realizar tradução texto-voz. O foco do trabalho é a criação de um método para a tradução grafema-fonema para a língua portuguesa baseado em autômatos adaptativos e seu uso em um software de tradução texto-voz. O método apresentado busca mimetizar o comportamento humano no tratamento de regras de tonicidade, separação de sílabas e as influências que as sílabas exercem sobre suas vizinhas. Essa característica torna o método facilmente utilizável para outras variações da língua portuguesa, considerando que essas características são invariantes em relação à localidade e a época da variedade escolhida. A variação contemporânea da língua falada na cidade de São Paulo foi escolhida como alvo de análise e testes neste trabalho. Para essa variação, o modelo apresenta resultados satisfatórios superando 95% de acerto na tradução grafema-fonema de palavras, chegando a 90% de acerto levando em consideração a resolução de dúvidas geradas por palavras que podem possuir duas representações sonoras e gerando uma saída sonora inteligível aos nativos da língua por meio da síntese por concatenação baseada em sílabas. Como resultado do trabalho, além do modelo para tradução grafema-fonema de palavras baseado em autômatos adaptativos, foi criado um método para escolha da representação fonética correta em caso de ambigüidade e foram criados dois softwares, um para simulação de autômatos adaptativos e outro para a tradução grafema-fonema de palavras utilizando o modelo de tradução criado e o método de escolha da representação correta. Esse último software foi unificado ao sintetizador desenvolvido por Koike et al. (2007) para a criação de um tradutor texto-voz para a língua portuguesa. O trabalho mostra a viabilidade da utilização de autômatos adaptativos como base ou como um elemento auxiliar para o processo de tradução texto-voz na língua portuguesa. / This work presents a study on the use of adaptive devices for text-to-speech translation. The work focuses on the development of a grapheme-phoneme translation method for Portuguese based on Adaptive Automata and the use of this method in a text-to-speech translation software. The presented method resembles human behavior when handling syllable separation rules, syllable stress definition and influences syllables have on each other. This feature makes the method easy to use with different variations of Portuguese, since these characteristics are invariants of the language. Portuguese spoken nowadays in São Paulo, Brazil has been chosen as the target for analysis and tests in this work. The method has good results for such variation of Portuguese, reaching 95% accuracy rate for grapheme-phoneme translation, clearing the 90% mark after resolution of ambiguous cases in which different representations are accepted for a grapheme and generating phonetic output intelligible for native speakers based on concatenation synthesis using syllables as concatenation units. As final results of this work, a model is presented for grapheme-phoneme translation for Portuguese words based on Adaptive Automata, a methodology to choose the correct phonetic representation for the grapheme in ambiguous cases, a software for Adaptive Automata simulation and a software for grapheme-phoneme translation of texts using both the model of translation and methodology for disambiguation. The latter software was unified with the speech synthesizer developed by Koike et al. (2007) to create a text-to-speech translator for Portuguese. This work evidences the feasibility of text-to-speech translation for Portuguese using Adaptive Automata as the main instrument for such task.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A very important aspect in robotics is the decision making and execution the system uses to achieve its goals. In literature, many different approaches can be found about how the robot must behave in different situations in order to have a more robust system. Subsumption architecture is one of the most used and referenced in the area. In this architecture, the global task is divided into subtasks which are performed by behaviors organized in hierarchical layers. However, little research has been done regarding the stability analysis of this architecture. Behavioral changes imply in controller switching, which can lead the system to instability even in cases where all controllers are stable. In this work, a subsumption architecture with guaranteed stability is presented based on the theory of switched systems with main control objective. In addition, a formalism capable of allowing behaviors modeling in a simple and fast way is proposed based on the theory of discrete events systems. Tests in real environments were performed with the Pioneer P3-DX robot and obtained results demonstrate the proposed approach effectiveness. / Um aspecto muito importante na robótica é a tomada de decisão e execução que o sistema utiliza para alcançar seus objetivos. Na literatura, existem vários trabalhos diferentes para abordar como o robô deve se comportar diante de várias situações diferentes a fim de trazer uma maior robustez ao sistema, sendo a arquitetura de subsunção uma das mais utilizadas e referenciadas na área. Nesta arquitetura, a tarefa global é dividida em subtarefas que são executadas por comportamentos organizados em camadas de forma hierárquica. No entanto, pouco se pesquisa no que diz respeito a análise de estabilidade desta arquitetura, sendo que as mudanças de comportamento implicam em chaveamento de controladores, que por sua vez podem levar o sistema a instabilidade mesmo em casos em que todos os controladores sejam estáveis. Desta forma, neste trabalho é apresentada uma arquitetura de subsunção com prova de estabilidade garantida com base na teoria de controle chaveado com objetivo de controle principal. Além disso, um formalismo capaz de permitir a modelagem dos comportamentos de forma simples e rápida é proposto com base na teoria de sistemas a eventos discretos. Testes em ambientes reais foram realizados com o robô Pioneer P3-DX e os resultados obtidos comprovam a eficácia da abordagem proposta.