No description available.

<p>Three main theories have been proposed to account for the completion of occluded objects, namely local theories (e.g., Kellman & Shipley, 1991), global theories (e.g., Boselie & Leeuwenberg, 1986), and integrative models of completion (e.g., Sekuler, 1994; van Lier et al., 1994). Here, we investigated age-related changes in the completion of a complex partially occluded object using a prime-matching task. Subjects were shown a prime (global, local, occluded, or no prime) that was followed immediately by two shapes that were judged as being the same or different. In Experiment 1, we tested adults (n = 36/group) at various prime durations (150 - 700 msec) to tap into earlier and later representations of the occluded object. Although the occluded object primed both the global and local shapes at 150 and 500 msec (<em>p</em>s<0.05), only the global shapes were primed at 300 and 700 msec (<em>p</em>s<0.05). Overall, our results are most consistent with integrative models of completion. In Experiment 2, we tested 8-year-olds (n = 20) at a prime duration of 700 msec and 11-year-olds (n = 30/group) at a prime duration of 300 or 700 msec. For 11-year-olds, unlike adults, the occluded object did not significantly prime either the global or local shapes at 300 msec (<em>p</em>>0.50). For both 8- and 11-year-olds, the global, local, and occluded primes did not significantly prime either shape at 700 msec (<em>p</em>s>0.50). Based on the current testing conditions, we found that the perceptual completion process may not be adult-like even at 11 years of age.</p> / Master of Science (MSc)

Plants and microorganisms interact with each other constantly, with some interactions being mutually beneficial and others being detrimental to the plants. The features of the organisms involved in such interactions will determine the characteristics of individual pathosystems. Plants respond readily to pathogen attacks, regardless of the pathosystem; furthermore, variation in the resistance to pathogens within species is common and well documented in many plant species. The variability in pathogen resistance is at the core of genetic improvement programs for disease resistance. True resistance to pathogens in plants is a genetically determined and complex trait that can involve both constitutive and induced mechanisms at different levels of organization. The complexity of this phenomenon makes the study of compatible plant - pathogen interactions challenging, and typically, disease resistance studies focus on specific aspects of a pathosystem, such as field resistance, anatomical or physiological features of resistant plants, or molecular mechanisms of resistance. The Thuja sp. - Didymascella thujina (E.J. Durand) Maire interaction is an important pathosystem in western North America, which has been studied for more than five decades. Western redcedar (Thuja plicata Donn ex D. Don) is very susceptible to cedar leaf blight (D. thujina), a biotroph that affects the tree at all stages, although seedlings are the most sensitive to the pathogen. The characteristics of the Thuja sp. - D. thujina interaction, the wealth of information on the pathosystem and the excellent Thuja sp. genetic resources available from the British Columbia Ministry of Forests, Lands, Natural Resource Operations and Rural Development make this interaction an ideal system to advance the study of disease resistance mechanisms in conifers. This Doctoral project presents a comprehensive investigation of the constitutive and induced resistance mechanisms against D. thujina in T. plicata, Thuja standishii (Gord.) Carrière and a Thuja standishii x plicata hybrid at the phenotypic and gene expression levels, undertaken with the objective of exploring the resistance mechanisms against the biotroph in these conifers. The project also aimed to establish base knowledge for the future development of markers for marker-assisted breeding of T. plicata. The investigations included a combination of histological, chemical and next generation sequencing (NGS) methodologies. NGS data were analyzed, in addition to the traditional clustering analyses, with cutting edge machine learning methods, including grade of membership analysis, dynamic topic modelling and stability selection analysis. The studies were progressively more controlled to narrow the focus on the resistance mechanisms to D. thujina in Thuja sp. Histological characteristics related to D. thujina resistance in Thuja sp. were studied first, along with the relationship between climate of origin and disease resistance. The virulence of D. thujina was also documented early in this project. Chemical and gene expression constitutive and induced responses to D. thujina infection in T. plicata seedlings were studied next. T. plicata clonal lines were then comprehensively studied to shed light on the mechanisms behind known physiologically determined resistance. A holistic investigation of the resistance mechanisms to D. thujina in T. standishii, T. plicata and a T. standishii x plicata hybrid explored the possibility of a gene-for-gene resistance model. Thirty-five T. plicata families were screened during the four field seasons carried out between 2012 and 2015, totalling more than 1,400 seedlings scored for D. thujina severity. Thirteen of those families were used in the five studies performed during the program, along with two T. plicata seedling lines self-pollinated for five generations and three T. plicata clonal lines. One T. standishii clonal line, and one T. standishii x plicata clone were also investigated during the program. A total of 16 histological and anatomical characteristics were studied in more than 750 samples, and more than 270 foliar samples were analyzed for 60 chemical and nutritional compounds. Almost one million transcriptomic sequences in four individually assembled reference transcriptomes were examined during the program. The results of the project support the variability in the resistance to D. thujina in T. plicata, as well as the higher resistance to the pathogen in plants originating from cooler and wetter environments. The data collected also depicted the existence of age-related resistance in T. plicata, and confirmed the full resistance to the disease in T. standishii. Western redcedar plants resistant and susceptible to D. thujina showed constitutive differences at the phenotypic and gene expression levels. Resistant T. plicata seedlings had thicker cuticles, constitutively higher concentrations of sabinene, alpha-thujene, and higher levels of expression of NBS-LRR disease resistance proteins. Resistant clones of T. plicata and T. standishii had higher expression levels of bark storage proteins and of dirigent proteins. Plants from all ages, species and resistance classes studied that were infected with D. thujina showed the accumulation of aluminum in the foliage, and increased levels of sequences involved in cell wall reinforcement. Additional responses to D. thujina infection in T. plicata seedlings included the downregulation of some secondary metabolic pathways, whereas pathogenesis-related proteins were upregulated in clonal lines of T. plicata. The comprehensive approach used here to study the Thuja sp. - D. thujina pathosystem could be applied to other compatible plant-pathogen interactions. / Graduate / 2020-08-31

La presente tesi propone uno studio sulla multivittimizzazione delle banche in Italia. In questo paese nell’ultimo decennio si è concentrato circa il 50% delle rapine europee, delineando una situazione critica in termini di sicurezza e di impatto economico sulle banche. La ricerca empirica prova che il crimine si concentra su di una esigua parte della popolazione e che la vittimizzazione è il più efficace predittore di criminalità: dato un primo episodio, un target tende a subire un altro reato in un breve periodo di tempo. Mentre altre tipologie di reato sono state largamente esplorate, poco è stato fatto riguardo le rapine in banca. Questa tesi vuole colmare questa lacuna analizzando l’universo delle rapine in banca avvenute in Italia tra il 2007 ed il 2009. L’analisi dimostra che in Italia il 5% delle filiali concentra su di sé circa il 45% delle rapine; una volta vittimizzata, infatti, una banca viene esposta al 36% di probabilità di subire un’ulteriore rapina nei sei mesi successivi. Questa concentrazione è determinata dal successo della precedente rapina, che spinge gli stessi rapinatori a tornare(boost effect), ma anche dalle caratteristiche della banca (flag effect), che la espongono all’azione di più criminali. / The present thesis proposes a study on repeated bank robbery in Italy. In the last decade, about 50% of European bank robberies have occurred in this country, drawing a problematic situation in terms of both safety and economic impact on banks. Empirical research proves that crime is concentrated on a small proportion of the population and therefore victimization is the best predictor of crime. While repeat victimization has been studies with regard to several crime types, little attention has been paid to bank robbery. This thesis aims at filling this gap by analyzing the universe of bank robberies occurred in Italy between 2007 and 2009. The study shows that, in Italy, only 5% branches accounts for about 45% of all robberies; once victimized, indeed, a bank is exposed to 36% probabilities to be victimized again within the following six months. This concentration is determined by both the success of prior offence, which drives the repeats by original offenders (boost effect), and the characteristics of banks, which expose them to the action of multiple offenders (flag effect).

本研究主要的研究目的有二：其一，探討高社會焦慮者對不同情緒臉孔的注意力時間歷程；其二，探討自動化階段與控制式階段所進行的注意力訓練，對於降低注意力偏誤以及改善社會焦慮的效果。基於上述兩項研究目的，分為研究一與研究二進行。研究一中，共有60名參與者完成眼動作業，其中高、低社會焦慮組 (HSA組/ LSA組) 各30名。在眼動作業中，生氣、難過、快樂與中性四類情緒臉孔同時呈現於螢幕上，參與者被指示自由觀賞螢幕上的圖片，直到圖片消失。研究一的結果發現，HSA組對生氣臉的初始注視時間 (initial gaze duration; IGD) 明顯高於LSA組，且高於其它三類情緒臉孔，LSA組對四類情緒臉孔的IGD則沒有差異；其次，LSA組對快樂臉的整體凝視時間比例 (proportion of total viewing time; PTVT) 明顯高於HSA組。時間歷程分析的結果發現，HSA組在751-1000 ms 對生氣臉的凝視可能性高於LSA組，以及在7-8 s對難過臉的凝視可能性高於LSA組；LSA組在9-10 s對快樂臉的凝視可能性高於HSA組。研究一結果指向，高社會焦慮者對威脅刺激可能有注意力脫離困難，同時可能缺少對正向刺激的注意。研究二共有72名高社會焦慮者參與，本研究將注意力訓練的刺激呈現時間操弄為100 ms或500 ms兩種，每一種刺激呈現時間的注意力訓練可分為注意力改變組 (AMP組) 與注意力控制組 (ACC組) 兩種情境，因此共有AMP-100、ACC-100、AMP-500與ACC-500四種訓練情境。所有參與者被隨機分派至四種訓練情境中，並完成八次 (每週兩次，為期四週) 的注意力訓練作業。參與者在注意力訓練的前、後分別完成量表填寫、修改版Posner作業與眼動作業的評估，並且在注意力訓練結束至少一個月後，接受追蹤階段的評估。研究二的結果發現，100 ms的注意力訓練可以增進AMP-100組在修改版Posner作業上對所有無效嘗試次的反應時間；降低其在眼動作業上對生氣臉的IGD；同時改善AMP-100組參與者的負向評價恐懼、互動焦慮以及演講前的預期焦慮。500 ms的注意力訓練可以降低AMP-500組的參與者在修改版Posner作業上對社會威脅詞無效嘗試次的反應時間；減少其在眼動作業上對負向情緒臉孔的注意力維持時間，並增加對正向情緒臉孔的注意力維持時間；同時降低AMP-500組的負向評價恐懼與社會互動焦慮。研究二結果顯示，自動化階段與控制式階段所進行的注意力訓練，均可促進高社會焦慮者對威脅刺激的注意力脫離速度，並且改善社會焦慮。本研究於討論中，針對本研究結果在理論與臨床應用上的意涵進行探討，並提出本研究的限制與對未來研究的建議。 / The purpose of the present study was twofold. First, it aimed to investigate the attentional processing of emotional faces in social anxiety using the eye-tracking technique. Second, it tried to examine the effects of attentional training in reducing attentional bias and in decreasing social anxiety symptoms in high socially anxious individuals. In study 1, a total of 30 high socially anxious (HSA) and 30 low socially anxious (LSA) participants completed the eye-movement task. In the eye-movement task, participants were instructed to view the slides on the monitor naturally. Each slide contained 4 emotional faces (one angry, one sad, one happy and one neutral face). The results showed that the HSA participants had longer initial gaze duration (IGD) on angry faces than the LSA participants did. Further, the LSA participants had higher proportion of total viewing time (PTVT) on happy faces than the HSA participants did. Time-course of attention to emotional faces was also examined. The results showed that the HSA group had higher fixation probabilities to angry faces than the LSA group did in the 751-1000 ms time window. The HSA group exhibited higher fixation probability to sad faces than the LSA group did in the 7-8 s time window. Further, compared with the HSA group, the LSA group had higher fixation probability on happy faces in the 9-10 s time window. The results of study 1 indicate that individuals with high socially anxiety may have difficulty in disengagement form social threatening information and may demonstrate decreased attention to positive information. In study 2, seventy-two high socially anxious participants completed the experiments. In the attention training task, stimuli were presented at two durations: 100 ms and 500 ms. Participants were randomly assigned to four different attentional training conditions, including the AMP-100 (attention modification program; presentation duration = 100 ms), the ACC-100 (attention control condition; presentation duration = 100 ms), the AMP-500 and the ACC-500 group. All participants completed eight attentional training sessions delivered over four weeks (i.e., twice weekly sessions). Participants were also required to complete preassessments, postassessments and follow-up assessments. The results demonstrated that the 100 ms attention modification program facilitated attention disengagement in the Modified Version of Posner task and decreased attentional maintenance to angry faces in the eye-movement task for participants in the AMP-100 group. Furthermore, it reduced the fear of negative evaluation, interaction anxiety and anticipated anxiety for public-speaking situation in the AMP-100 group. The 500 ms attention modification program facilitated the disengagement from social threat words in the Modified Version of Posner task in participants of the AMP-500 group. It also decreased the attentional maintenance to negative faces and increased the attentional maintenance to happy faces in participants of the AMP-500 group. Further, it reduced the fear of negative evaluation and social interaction anxiety in the AMP-500 group. The results of study 2 suggest that attention modofication programs may decrease difficulty in disengagement from threat and reduce some aspects of social anxiety symptoms in individuals with high socially anxiety. Theoretical and clinical implications of these results were discussed.

Although a number of studies report that disgust exerts a special influence on moral judgments by making them more severe, these studies have not properly explained whether (a) the influence of disgust is moral-specific and (b) whether such influence results from specific disgust appraisals or if it is caused by a more basic affective computation. In this context, in the present investigation we test how affective priming by disgust and horror influences participant’s moral and nonmoral judgments. Additionally, by varying the stimulus-onset asynchrony (SOA) duration, the present study tests the way such an influence varies through the time course of affective priming. This is, to our knowledge, the first research testing the effects of the time course of affective priming on moral judgments. / Tot i que diferents investigacions suggereixen que l’emoció de repugnància incrementa la severitat dels judicis morals, aquests estudis no han acabat d’explicar prou si: (a) l’esmentada influència de la repugnància resulta específica dels judicis morals o afecta també als judicis no morals; (b) si l’efecte susdit resulta d’un procés de valoració (appraisal) específica o es tracta més aviat d’una influència de l’afecte. En el context descrit, aquesta investigació contrasta si el priming afectiu (a partir d’estímuls prime de repugnància i horror) influeix sobre els judicis morals i no morals, analitzant, alhora, si aquest efecte canvia segons els paràmetres temporals del priming, tot investigant com influeix la durada de l’interval entre l’aparició del prime i la del target (Stimulus-Onset Asynchrony, SOA). Aquest treball constitueix el primer estudi en torn dels efectes del priming afectiu de repugnància i horror (i del seu curs temporal) sobre els judicis morals i no morals / Aunque diversas investigaciones sugieren que la repugnancia incrementa la severidad de los juicios morales, estos estudios explican suficientemente: (a) si dicha influencia es específica de los juicios morales o afecta también a los no morales; (b) si el efecto descrito resulta de un proceso de valoración (appraisal) o se trata de una mera influencia del afecto. En el contexto descrito, esta investigación contrasta si el priming afectivo, utilizando primes de repugnancia y de horror, influye sobre los juicios morales y sobre los no morales, estudiando asimismo si dicho efecto cambia según los parámetros temporales del priming a partir del análisis de la influencia del intervalo entre la aparición del prime y la del target (stimulus-onset asynchrony, SOA). Este trabajo constituye el primer estudio en torno a los efectos del priming afectivo de repugnancia y horror, así como de su curso temporal, sobre los juicios morales vs. no morales.

Many athletes incorporate high training volumes and limited recovery periods into their training regimes. This may disrupt the fragile balance and the accumulation of exercise stress may exceed an athlete's finite capacity of resistance. A state of elevated fatigue, increased mood disturbance and decreased exercise performance can result. This is commonly known as overreaching and if increased training and limited recovery is continued, it is believed that the more serious state of overtraining may develop. This is relatively commonly experienced in athletes, however little scientific investigation has been conducted to determine the characteristics and underlying mechanisms. The overall aim of this thesis was to gain a greater understanding of the state of overreaching and to specifically provide new information on potential markers of this state as well as possible mechanisms. To study the cumulative effects of exercise stress and subsequent recovery on performance changes, fatigue indicators and possible mechanisms, the training of endurance cyclists was systematically controlled and monitored in two separate investigations. A number of variables were assessed including performance, physiological, biochemical, psychological, immunological and hormonal variables. In addition heart rate variability and serotonergic responsiveness were also assessed. Some of the more pertinent effects of overreaching included an increase in heart rate variability, a reduction in carbohydrate oxidation, an increase in serotonergic responsiveness and a reduction in stress hormone concentrations. These results suggest that autonomic imbalance in combination with decreased hormonal release appears to be related to the decline in performance and elevated fatigue apparent in overreached athletes. Additionally it also appears that alterations in the hypothalamic-pituitary adrenal axis may occur in overreached athletes.

Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι η ανεύρεση μεθόδων αποδοτικής οργάνωσης και διαχείρισης πολυδιάστατων αντικειμένων (multi-dimensional objects) προκειμένου να ανακαλυφθεί χρήσιμη γνώση. Αρχική αφορμή για αυτή τη μελέτη αποτέλεσαν οι ανάγκες μιας απαιτητικής εφαρμογής με σκοπό τη χαρτογράφηση του ανθρώπινου εγκεφάλου προκειμένου να εντοπιστούν επιληπτικές εστίες. Οι απαιτήσεις Αναπαράστασης και Διαχείρισης των Δεδομένων του Εγκεφάλου, έφεραν στην επιφάνεια δύο κεντρικά ερευνητικά προβλήματα: - Τις ιδιαιτερότητες των πολύπλοκων, μη-ομοιογενών, δικτυακών μερικές φορές, τρισδιάστατων αντικειμένων (τμημάτων του εγκεφάλου – brain objects). - Την ανάγκη για αποτελεσματική διαχείριση-χρήση γνωστών αλλά και παραγόμενων εξαρτήσεων δεδομένων και γνώσης (data and knowledge dependencies), η οποία μπορεί να αναβαθμίσει την απόδοση και τη δυναμική της εφαρμογής. Το μεγαλύτερο μέρος της μελέτης που αφορούσε αυτό το πρόβλημα, οδήγησε σε : - Διερεύνηση θεμάτων ανεύρεσης ομοιοτήτων (similarity search). Καθώς η συγκεκριμένη περιοχή διαθέτει μεγάλο εύρος εφαρμογών αλλά και ανοικτών προβλημάτων, αποτέλεσε τελικά μεγάλο μέρος της παρούσας διατριβής. Δεδομένου ότι πολλά από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των δεδομένων αλλά και από τις εξαρτήσεις γνώσης που αφορούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο, συναντώνται – καθ’ολοκληρία ή τμηματικά – σε πλήθος σύγχρονων πολυμεσικών (multimedia) εφαρμογών, τα παραπάνω προβλήματα εντάσσονται στα βασικά προβλήματα της έρευνας του τομέα των Βάσεων Δεδομένων. Επικεντρώνοντας την έρευνά στα παραπάνω προβλήματα, καταλήξαμε: • στον ορισμό νέων ευέλικτων τύπων δεδομένων, εννοιών και μοντέλων καθώς και εργαλείων και μεθόδων ταξινόμησης δεδομένων και γνώσης (βάση δεδομένων BDB και μοντέλα 3D-IFO και MITOS) οι οποίες οργανώνουν πιο ευέλικτα και αποδοτικά τα δεδομένα μας, με τρόπους που όχι μόνο κάνουν την πρόσβασή τους ευκολότερη αλλά αξιοποιούν παράλληλα τις ‘κρυμμένες’ μεταξύ τους σχέσεις για την άντληση επιπλέον γνώσης. • στον ορισμό νέων μεθόδων και δέντρων αναζήτησης, για : o τον αποδοτικό εντοπισμό τμηματικών ομοιοτήτων (partial similarity) ανάμεσα σε πολυδιάστατα αντικείμενα (Lui k-n-match και INTESIS) o την εξάλειψη της μεγάλης πτώσης της απόδοσης των δέντρων με την αύξηση των διαστάσεων των αντικειμένων (‘dimensionality curse’) (δομή Digenis). o την ανεύρεση χαρακτηριστικών/διαστάσεων με παρόμοια εξέλιξη στην πορεία του χρόνου – για πολυδιάστατα κυρίως αντικείμενα – με σκοπό τη μελέτη πιθανής αλληλεπίδρασής τους. Γενικά, η παρούσα μελέτη αποτελείται από δύο βασικά μέρη, τα οποία αναφέρονται σε δύο περιοχές με μεγάλη αλληλεπίδραση:  Τη Μοντελοποίηση σε Πολυμεσικές Βάσεις Δεδομένων  Την Αναζήτηση Ομοιοτήτων ανάμεσα σε Πολυδιάστατα Αντικείμενα Στο πρώτο κεφάλαιο αρχικά παρουσιάζεται το πρόβλημα της χαρτογράφησης του ανθρώπινου εγκεφάλου για τον εντοπισμό επιληπτικών εστιών, απ’όπου εγείρονται τα πρώτα προβλήματα αναπαράστασης και οργάνωσης τριδιάστατων αντικειμένων πολύπλοκης δομής και λειτουργικών σχέσεων και εξαρτήσεων μεταξύ τους. Σε μια πρώτη προσέγγιση προτείνεται το λογικό μοντέλο BDB (Brain Data Base) όπου εισάγονται νέοι τύποι οντοτήτων. Εδώ, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η προσθήκη της ιεραρχικής διάταξης στο Σχεσιακό Μοντέλο, προκειμένου οι περιοχές του εγκεφάλου να οργανωθούν με βάση την πιθανότητα εμφάνισης επιληπτικής εστίας έτσι ώστε να βελτιώνονται στατιστικά οι χρόνοι ανάκτησής τους. Στη συνέχεια, η μελέτη επεκτείνεται σε άλλα – επόμενης γενιάς - είδη μοντέλων. Πιο συγκεκριμένα, οι ανάγκες της εφαρμογής μελετώνται με βάση ένα Σημαντικό (semantic model) - το μοντέλο IFO - και ένα Αντικειμενοστραφές Μοντέλο (object oriented model), με αποτέλεσμα τη δημιουργία των μοντέλων 3D-IFO και MITOS αντίστοιχα. Στο 3D-IFO εισήχθησαν νέοι τύποι δεδομένων προκειμένου να υποστηριχθούν αποδοτικά τα ιδιαίτερα δεδομένα μας καθώς και νέοι τελεστές για την καλύτερη διαχείριση των σύνθετων δεδομένων. Επιπλέον, εισήχθη ένας νέος constructor και ένα κατάλληλο πεδίο για την υποστήριξή του, προκειμένου να υποστηριχτεί η αναπαράσταση της διάταξης των μερών του εγκεφάλου με βάση κάποιο κριτήριο έτσι ώστε να διευκολυνθεί η μελλοντική απλή και συνδυαστική ανάκτηση πληροφορίας. Τέλος το αντικειμενοστραφές μοντέλο MITOS, εισάγει πάλι ένα νέο μοντέλο δεδομένων (MITOS Data Model - MDM) το οποίο συνεργάζεται με μία νέα γλώσσα ερωτημάτων (MITOS Query Language - MQL). Το μοντέλο MITOS εισάγει διάφορες καινοτομίες οι οποίες εξυπηρετούν μια περισσότερο εκφραστική και έξυπνη αναπαράσταση και διαχείριση πολυδιάστατων δεδομένων και γνώσης. Η μία από αυτές τις καινοτομίες είναι ο ορισμός ενός ακόμη βασικού χαρακτηριστικού των αντικειμένων (object characteristic), της σχέσης τους με το περιβάλλον, απεγκλωβίζοντάς την από την κατάσταση ή τη συμπεριφορά, όπου αποδυναμώνεται σαν έννοια. Η δεύτερη καινοτομία του MITOS η οποία αφορά την MQL σχετίζεται με την εισαγωγή ‘κλειδιού’ στους κανόνες (rules). Η διερεύνηση αυτής της δυνατότητας – η ιδέα προέρχεται από το χώρο των Βάσεων Δεδομένων – οδηγεί πράγματι σε ένα είδος κλειδιού, κατά την έννοια που θα μπορούσε να έχει στις Βάσεις Γνώσης και η οποία δεν μπορεί να είναι ακριβώς ίδια με την αντίστοιχη των Βάσεων Δεδομένων, λόγω των ειδοποιών διαφορών των δύο Βάσεων. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετάται η αναζήτηση ενός ελάχιστα διερευνημένου είδους ομοιότητας ανάμεσα σε πολυδιάστατα κυρίως αντικείμενα, της τμηματικής ομοιότητας (partial similarity). Η τμηματική ομοιότητα σε αντίθεση με τον ιδιαίτερα διερευνημένο τύπο της πλήρους ομοιότητας (full similarity), αναφέρεται σε πραγματικές ομοιότητες οι οποίες δεν είναι πλήρεις. Κι αυτό συμβαίνει γιατί ένα πολύ συνηθισμένο σενάριο κατά τη διερεύνηση ομοιοτήτων είναι το ακόλουθο: Συνήθως η ανεύρεση πλήρους ομοιότητας βασίζεται σε υπολογισμό αποστάσεων, όπως η Ευκλείδεια απόσταση, οι οποίες είναι συνάρτηση όλων των διαστάσεων των εμπλεκομένων αντικειμένων. Όταν λοιπόν υπάρχουν διαστάσεις με μεγάλες διαφορές, ακόμη κι αν είναι λίγες, αυξάνουν αρκετά την υπολογιζόμενη απόσταση έτσι ώστε οι αποστάσεις τέτοιων αντικειμένων που στην πραγματικότητα μπορεί να είναι όμοια, να καταλήγουν να έχουν μεγάλες τιμές και συνεπώς να μην ανιχνεύεται η ομοιότητά τους (π.χ. όμοια αντικείμενα με πολύ διαφορετικό χρώμα). Από την άλλη πλευρά, για αντικείμενα τα οποία διαφέρουν λίγο σε κάθε διάσταση (π.χ. λίγο διαφορετικό χρώμα, σχήμα, προσανατολισμό κ.λ.π.) και καταλήγουν να είναι στην πραγματικότητα συνολικά πολύ διαφορετικά, η υπολογιζόμενη μεταξύ τους απόσταση έχει μικρή τιμή, οπότε ανιχνεύονται σαν όμοια, χωρίς να είναι. Οι περισσότερες εργασίες οι οποίες έχουν μελετήσει την τμηματική ομοιότητα, έχουν εστιάσει σε γεωμετρικά δεδομένα. Η εργασία που επεκτείνεται σε πολυδιάστατα αντικείμενα γενικά, είναι η εργασία των Koudas et al., (VLDB 2006) και έχει οδηγήσει σε αξιόλογα αποτελέσματα στο θέμα της τμηματικής ομοιότητας. Εισάγει τις αποδοτικές μεθόδους k-n-match και frequent k-n-match, οι οποίες επιστρέφουν k αντικείμενα, όμοια με τα δοθέντα όχι σε όλες αλλά σε n διαστάσεις, αποφεύγοντας έτσι εκείνες τις λίγες διαστάσεις με τις μεγάλες διαφορές, οι οποίες οδηγούν σε παραπλανητικά αποτελέσματα. Παρόλ’αυτά αυτές οι μέθοδοι κρύβουν κάποιες αδυναμίες οι οποίες τελικά οδηγούν είτε σε ανεύρεση πλήρους ομοιότητας (όταν τελικά ληφθούν υπ’όψιν όλα τα n), είτε σε μία κατά περίπτωση μόνο (και σχεδόν τυχαία) ανίχνευση τμηματικής ομοιότητας (με τα κατάλληλα n’s τα οποία δεν πρέπει να είναι ούτε πολύ μεγάλα ούτε πολύ μικρά, αλλά δεν ορίζονται από κάποιο τύπο ή μέθοδο). Βασιζόμενοι σ’ αυτές τις μεθόδους, προτείνουμε δύο νέες τεχνικές οι οποίες όπως αποδεικνύεται μπορούν να εντοπίσουν πραγματικές τμηματικές ομοιότητες. Η πρώτη, η Lui k-n-match, επιτυγχάνει τον κατά προσέγγιση εντοπισμό των κατάλληλων n’s για τα k-n-matches, με τη βοήθεια της αλληλεπίδρασης με το χρήστη και του ελέγχου των αποδεκτών προτάσεων των k-n-matches. Πιο συγκεκριμένα, μέσω της μεθόδου k-n-match, προτείνεται για κάθε n ένα σύνολο αντικειμένων πιθανά όμοιων με το δεδομένο αντικείμενο του ερωτήματος (query object) . Ο χρήστης φιλτράρει αυτό το σύνολο, επιλέγοντας εκείνα τα αντικείμενα που θεωρεί πραγματικά όμοια με το δεδομένο. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι αφού το n γίνει μεγαλύτερο από το ήμισυ των διαστάσεων των αντικειμένων, υπάρξει σύνολο προτεινόμενων αντικειμένων από το οποίο ο χρήστης δεν επιλέγει κανένα ως όμοιο . Μ’αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μεγαλύτερη εγκυρότητα των αποτελεσμάτων (λόγω της εμπλοκής του χρήστη) με περιορισμένο ταυτόχρονα αριθμό εκτελούμενων k-n-matches. Η δεύτερη μέθοδος (INTESIS) βασίζεται στην εξής παρατήρηση: στην ουσία όταν δύο αντικείμενα μοιάζουν αυτό συνήθως σημαίνει ότι μοιάζουν στα περισσότερα χαρακτηριστικά τους, καθένα από τα οποία αναπαριστάται και αντιπροσωπεύεται από ένα σύνολο (μικρό συνήθως) διαστάσεων-πεδίων του αντικειμένου. Εάν λοιπόν οριστεί από τους ειδικούς κάθε εφαρμογής αυτή η αντιστοιχία χαρακτηριστικών και διαστάσεων - δημιουργώντας υποσύνολα διαστάσεων - τότε μπορούν να συμβούν διαδοχικά τα παρακάτω: α) Να γίνει έλεγχος πλήρους ομοιότητας σε κάθε τέτοιο υποσύνολο διαστάσεων β) Να οργανωθούν αυτά τα υποσύνολα σε ισάριθμα ιεραρχικά δέντρα για την εύκολη και αποδοτική διαχείρισή τους. Η επιπλέον απλούστευση αυτής της επιλογής έγκειται στο ότι δεδομένου ότι τα εν λόγω υποσύνολα διαστάσεων θα είναι μικρά, είναι πολύ εύκολη η επιλογή δέντρου γι’ αυτά, αφού σχεδόν όλα τα ιεραρχικά δέντρα έχουν μεγάλη απόδοση όταν πρόκειται για μικρό αριθμό διαστάσεων. Συνεπώς ο αναλυτής της κάθε εφαρμογής μπορεί να χρησιμοποιήσει όποιο τέτοιο δέντρο κρίνει εκείνος σαν καλύτερο ( Το R*-tree είναι η δική μας πρόταση). Τελικά, για να ολοκληρωθεί η διαδικασία πρέπει να έχει οριστεί ένας ελάχιστος αριθμός απαιτούμενων όμοιων χαρακτηριστικών προκειμένου να θεωρηθούν δύο αντικείμενα όμοια. Για την αξιολόγηση αυτής της μεθόδου, πρέπει αρχικά να σημειωθεί ότι αναφέρεται σε συνολικό αριθμό διαστάσεων μικρότερο του 100 και συνεπώς σε σχετικά μικρό αριθμό δέντρων. Όπως είναι φανερό, σε μονο-επεξεργαστικό σύστημα οι τελικοί χρόνοι απόκρισης είναι το άθροισμα των χρόνων κάθε δέντρου. Λαμβάνοντας υπ’όψιν το ότι τα δέντρα λόγω του μικρού αριθμού διαστάσεων που αντιστοιχούν στο καθένα έχουν πολύ καλές αποδόσεις, βγαίνει εύκολα το συμπέρασμα ότι ο εκάστοτε τελικός χρόνος απόκρισης της μεθόδου - όντας ένα μικρό πολλαπλάσιο των πολύ μικρών χρόνων προσπέλασης των δέντρων - είναι αρκετά χαμηλός. Με δεδομένο ότι η χρήση κάθε δέντρου δεν προϋποθέτει την χρήση κάποιου άλλου πριν ή μετά, οι αναζητήσεις σε κάθε δέντρο μπορούν να γίνονται παράλληλα. Συνεπώς σε πολυεπεξεργαστικό σύστημα, ο συνολικός χρόνος απόδοσης μπορεί να μειωθεί σημαντικά, φτάνοντας μέχρι και το χρόνο που απαιτείται μόνο για αναζήτηση σε ένα δέντρο (όταν υπάρχουν τόσοι επεξεργαστές όσα και δέντρα). Φυσικά, εάν λάβει κανείς υπ’όψιν του ότι η τμηματική ομοιότητα αποτελεί ένα ιδιαίτερα απαιτητικό είδος τότε όχι μόνο οι χρόνοι απόκρισης σε πολυεπεξεργαστικό σύστημα αλλά και εκείνοι του συστήματος ενός επεξεργαστή, αποτελούν ικανοποιητικές αποδόσεις. Το τρίτο κεφάλαιο μελετά τη δυνατότητα δημιουργίας μιας νέας δομής η οποία δε θα ‘υποφέρει’ από τη μεγάλη πτώση της απόδοσης των δέντρων με την αύξηση των διαστάσεων των αντικειμένων (‘dimensionality curse’) ενώ ταυτόχρονα θα εξασφαλίζει καλή απόδοση και σε μικρό αριθμό διαστάσεων. Οι μέχρι τώρα μελέτες έχουν καταλήξει στο εξής συμπέρασμα: Τα γνωστά διαδεδομένα δέντρα αναζήτησης (είτε πρόκειται για δέντρα οργανωμένα βάση κατανομής χώρου (space partitioning) είτε για δέντρα βάση κατανομής δεδομένων (data partitioning)) αποδίδουν πολύ καλύτερα σε μικρό αριθμό διαστάσεων ενώ όσο αυτός ο αριθμός αυξάνει - ειδικά από 10 και πάνω – η απόδοση χειροτερεύει δραματικά. Το VA-File (σχήμα προσέγγισης διανύσματος) από την άλλη πλευρά - το οποίο είναι ένας απλός πίνακας-αρχείο γεωμετρικών προσεγγίσεων των αντικειμένων - με την αύξηση των διαστάσεων αποδίδει καλύτερα στην αναζήτηση ομοιοτήτων αλλά παρουσιάζει χαμηλή απόδοση σε μικρό αριθμό διαστάσεων. Προκειμένου να ξεπεραστεί αυτή η καθοριστική εξάρτηση της απόδοσης από το πλήθος των διαστάσεων των προς διαχείριση αντικειμένων, προτείνουμε τη νέα υβριδική δομή Digenis, η οποία παντρεύει τη λογική των δέντρων αναζήτησης με κείνη των VA αρχείων. Πιο συγκεκριμένα, ορίζεται και χρησιμοποιείται ένα στατικό παραμετροποιημένο δέντρο (δέντρο Digenis) σε εννοιολογικό επίπεδο ενώ σε φυσικό επίπεδο χρησιμοποιείται το αρχείο Digenis το οποίο κατασκευάζεται με βάση το δέντρο. Με αυτή τη συσχέτιση επιτυγχάνεται αναζήτηση σε μικρό μόνο μέρος του αρχείου κατά τη διαδικασία ανεύρεσης ομοιοτήτων ανάμεσα σε αντικείμενα πολλών αλλά και λίγων διαστάσεων, γεγονός που δίνει γενικότητα και ευελιξία στη μέθοδο. Πιο συγκεκριμένα, για το σχηματισμό του δέντρου, αρχικά ορίζονται οι οικογένειες αντικειμένων, οι οποίες αποτελούνται από αντικείμενα με μικρή απόσταση (βάση ενός προκαθορισμένου από τον εκάστοτε αναλυτή ορίου fl) και αντιπροσωπεύονται από το ‘μέσο’ αντικείμενο της οικογένειας (εάν δεν υπάρχει δημιουργείται για αυτό το ρόλο και μόνο). Κάθε κόμβος του δέντρου αντιπροσωπεύει-φιλοξενεί μία τέτοια οικογένεια. Το είδος των αποστάσεων που χρησιμοποιείται είναι η πλέον διαδεδομένη απόσταση, η Ευκλείδεια απόσταση, για την οποία ισχύει και η τριγωνική ανισότητα στην οποία θα βασιστεί μεγάλο μέρος της μεθόδου. Επίσης ένα δεύτερο όριο απόστασης (Lt) ορίζεται – από τον αναλυτή πάλι - σαν όριο με βάση το οποίο δύο αντικείμενα μπορούν να θεωρηθούν όμοια. Το δέντρο Digenis τελικά χτίζεται έχοντας ρίζα την πιο ‘κεντρική’ οικογένεια της περιοχής των αντικειμένων και κόμβους-παιδιά της τις ch πιο γειτονικές της οικογένειες, κάθε μία από αυτές έχει παιδιά της τις ch πιο γειτονικές της οικογένειες κ.ο.κ. Η δεδομένη ισχύ της τριγωνικής ανισότητας ανάμεσα στις Ευκλείδειες αποστάσεις των αντικειμένων-οικογενειών, αποδεικνύεται ένα χρήσιμο θεώρημα βάση του οποίου καθιστάται εφικτή η ασφαλής εξαίρεση μεγάλου μέρους του δέντρου από τους ελέγχους ομοιότητας, κατευθύνοντας τον τελικό έλεγχο σε μία μικρή περιοχή του. Αυτή η ανάλυση της αναζήτησης μέσα στο δέντρο είναι πολύ χρήσιμη σε ό,τι αφορά τη χρήση του αρχείου Digenis, όπου εκεί πραγματοποιείται η πραγματική αναζήτηση (φυσικό επίπεδο). Το αντίστοιχο αρχείο Digenis στο φυσικό επίπεδο σχηματίζεται εάν αντιστοιχίσουμε σε κάθε του εγγραφή έναν κόμβο του δέντρου, ξεκινώντας από τη ρίζα του δέντρου και περνώντας από κάθε επίπεδο, από αριστερά προς τα δεξιά. Με αυτή την αντιστοίχηση, μπορούν πολύ εύκολα να χρησιμοποιηθούν οι τεκμηριωμένες τεχνικές εύκολου, ασφαλούς και γρήγορου αποκλεισμού περιοχών. Ο απολογισμός της μεθόδου (θεωρητικά αλλά και πειραματικά) περιλαμβάνει θετικές και αρνητικές όψεις. Θετικές όψεις: • Το αρχείο έχει πολύ καλή απόδοση όταν διαχειριζόμαστε αντικείμενα πολλών διαστάσεων. Αυτό ήταν αναμενόμενο αφού το αρχείο λειτούργησε σαν ένα είδος VA αρχείου, όπου το ζητούμενο ήταν η δημιουργία συμπαγών γεωμετρικών προσεγγίσεων. Κι αυτό γιατί και η χρήση των οικογενειών επέφερε μία πρώτη ‘συμπίεση’ των δεδομένων αλλά και η προ-τακτοποίηση των αντικειμένων μέσω της εννοιολογικής χρήσης του δέντρου οδήγησε σε ένα είδος ομαδοποίησης γειτονικών αντικειμένων σε γειτονικές περιοχές. • Το αρχείο έχει επίσης καλές επιδόσεις και όταν διαχειριζόμαστε αντικείμενα λίγων διαστάσεων. Αυτό συμβαίνει γιατί σε σχέση με το αρχείο VA είναι αναμενόμενα καλύτερο αφού βασίζεται σε δενδρική διάταξη, ενώ για τον ίδιο λόγο είναι ανταγωνιστικό και των παραδοσιακών ιεραρχικών δέντρων. Αρνητικές όψεις: • Η στατικότητα στον ορισμό του αριθμού(ch) των παιδιών ανά κόμβο του δέντρου, δημιουργεί προβλήματα στην κατασκευή του, γιατί συνήθως οι πραγματικά όμοιες οικογένειες μπορεί είναι περισσότερες ή λιγότερες από ch. Αντιμετώπιση: Αν είναι περισσότερες, τοποθετούνται στο σύνολο των παιδιών οι ch κοντινότερες (με μικρότερες αποστάσεις από τον γονέα). Αν είναι λιγότερες, τότε ορίζεται ένα σχετικό όριο παιδιών και γεμάτων κόμβων στο δέντρο, πάνω από το οποίο τα παιδιά τοποθετούνται κανονικά στο δέντρο και οι υπόλοιποι κόμβοι μέχρι να συμπληρωθεί ο αριθμός παιδιών ch, συμπληρώνεται με κενούς κόμβους. Όταν όμως ο αριθμός των παιδιών μιας οικογένειας και οι υπόλοιποι γεμάτοι κόμβοι στο δέντρο είναι κάτω από αυτό το όριο, το αντίστοιχο προς δημιουργία δέντρο αποκόπτεται και δημιουργείται νέο μικρότερο δέντρο - με μικρότερο ch – ενώ το αρχικό δέντρο αναδιατάσσεται. Συνεπώς η τελική εφαρμογή μπορεί να περιλαμβάνει περισσότερα του ενός αρχεία Digenis, τα οποία κατά την αναζήτηση προσπελαύνονται από το μεγαλύτερο προς το μικρότερο, μέχρι να βρεθεί ομοιότητα (εάν υπάρχει). • Μπορεί να υπάρχουν απομακρυσμένες οικογένειες – να μη συνδέονται με καμία άλλη – οι οποίες δεν μπορούν να ενταχθούν σε κανένα δέντρο. Αντιμετώπιση: Δημιουργείται ένα Αρχείο Απομακρυσμένων (‘remote’ αρχείο) στο οποίο τοποθετούνται σειριακά οι απομακρυσμένες οικογένειες. Κατά την αναζήτηση αυτό το αρχείο προσπελαύνεται πρώτο, γιατί εφόσον εν γένει θα φιλοξενεί λίγες οικογένειες, η αναζήτηση σ’ αυτό θα είναι γρήγορη. Εάν υπάρχει ομοιότητα μεταξύ του αντικειμένου του ερωτήματος (query) και κάποιας οικογένειας του αρχείου, τότε έχει αποφευχθεί όλη η αναζήτηση στα δέντρα ενώ εάν πάλι δεν υπάρχει τέτοια ομοιότητα, λόγω του μικρού μεγέθους του αρχείου, η χρονική επιβάρυνση είναι σχεδόν αμελητέα. Στο τελευταίο κεφάλαιο εξετάζεται ένα είδος δυναμικής αναζήτησης ομοιότητας, το οποίο ασχολείται με τις χρονικές ακολουθίες όχι των ίδιων των αντικειμένων αλλά των πεδίων (χαρακτηριστικών) τους. Δηλαδή αυτό που ανιχνεύεται είναι το κατά πόσο μοιάζει η εξέλιξη δύο χαρακτηριστικών στο χρόνο, πληροφορία που μπορεί να σταθεί πολύ χρήσιμη σε πολλά είδη εφαρμογών (ιατρικές, οικονομικές, επιστημονικές γενικά, κλπ). Χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα ιατρικών δεδομένων που αφορούν ορμόνες, με τη βοήθεια της προτεινόμενης μεθόδου (Chiron) εντοπίζονται με αποδοτικό τρόπο όμοια ε / The subject of this dissertation is the invention of methods which assure effective organization and management of multi-dimensional objects in order to achieve knowledge discovery. The initial target behind this study was the needs of a demanding application intending to map the human brain in order to help the localization of epileptic foci. During the corresponding research, the Representation and Management needs of human brain data raised two core research problems:  The representation peculiarity of the composite, non-uniform, network structured three-dimensional objects(brain objects), and  The needs for effective management-use of known and derived data and knowledge dependencies, which can upgrade the application performance and dynamics. The most important part of our relative research, leaded to the: o Investigation of similarity search aspects. As this research area has great application and open problem width, it constitutes a great part of this dissertation. Taking into account that the certain geometrical and knowledge dependency features of human brain data are common – all or part of them - in many modern multimedia applications, the above problems are included in the basic Data Base research problems. Focusing our research in the above problems, we lead up to the:  Definition of new flexible data types, concepts, models, tools and data and knowledge ordering methods (Data Base BDB and models 3D-IFO and MITOS) which organize our data more flexibly and effectively, using methods that not only assure easier data access but also exploit their ‘hidden’ relationships and dependencies for more knowledge discovery.  Definition of new search trees and methods for: o Effective detection of partial similarity among multi-dimensional objects ( Lui k-n-match και INTESIS). o Obliteration of the high performance fall which occurs in similarity trees as dimensionality increases (‘dimensionality curse’) (Digenis structure ). o Detection of object features/attributes/properties (dimensions) which have similar course in the time course – for multi-dimensional objects mostly – aiming at the study and detection of possible interaction among them (Chiron proposal ). Generally, this dissertation consists of two basic parts, which refer to two research areas with great interaction: • The Multi-Dimensional Data Base Modelling • The Similarity Search among Multi-Dimensional objects. Ιn the first chapter, the problem of human brain mapping for the localization of epileptic foci is discussed. This problem raises issues related to the peculiarities of the representation and the organization of three dimensional objects with complex structures/shapes and functional dependencies and relationships among them (brain objects). In the beginning, the logical model BDB (Brain Data Base) is proposed as a first approach, introducing new entity types. In the corresponding study, a very interesting proposal is the introduction of hierarchical ordering in the Relational Model in order to organize the brain areas according to their frequencies of epileptic foci presence, improving statistically the corresponding response times. In the following, the needs of the application are studied in the basis of a Semantic – IFO model - and of an Object-oriented Model, resulting in the definition of the 3D-IFO and the MITOS (Model for the Intelligent Three-dimensional Object Support) model, respectively. In the framework of 3D-IFO model, new data types and new operators have been introduced, in order to achieve effective representation and better management of the complex brain objects. Additionally, a new constructor and the suitable attribute for its support have been introduced, in order to effectively represent the ordering among brain parts, based on a certain criterion, thus facilitating combined data retrieval. In the end, the object-oriented model MITOS, introduces a new data model (MITOS Data Model – MDM) which cooperates with an intelligent knowledge base approach (MITOS Query Language – MQL). MITOS model introduces many novelties which serve a more expressive and intelligent representation and management of multi-dimensional data and knowledge. One of these novelties constitutes the definition of one more basic object characteristic (in object-oriented theory), the relationship with the environment, releasing it from the situation or the behaviour, where its concept and representation weakens. The second MITOS novelty concerns MQL and is related to the introduction of the concept of ‘key’ in the rules area. The extension of this potentiality – the idea comes from Data Base area – leads in fact to a kind of a key, with a meaning that it could have in Knowledge Bases and can not be exactly the same with that in Data Bases, because of the specific distinctions of these two Bases. The subject of the second chapter is the detection of a least investigated similarity kind among multi-dimensional objects, the partial similarity. Partial similarity refers to similarities which are not full but they really exist. It is difficult to capture them using common techniques based on similarity functions (e.g. Euclidian distance) because these functions are affected by the whole set of object dimensions. Thus, when the objects are similar but ‘very different’ in few dimensions (e.g. very different colour and size) then the corresponding calculated functions (distances) will have very high values because of these few high dissimilarities and the similarity result will be negative while the objects will actually be similar. On the other hand, when between two objects there are low dissimilarities in most dimensions, they are actually dissimilar but the resultant function will have low value, so the dissimilar objects will be discerned as similar. In both cases, the common full similarity detection methods are not reliable. The few studies that have investigated partial similarity, have mostly focused on geometric data. The study which is extended to multi-dimensional objects in general and has led to significant results in partial similarity, is presented in a paper of Koudas and al., in VLDB 2006. It introduces the effective methods k-n-match and frequent k-n-match, which result in k objects being similar to the given ones not in all their dimensions but at least in n ones, avoiding in this way those few very dissimilar dimensions –if any- which lead to false results. Nonetheless, these methods have some weaknesses which finally result either in full similarity (when finally, in frequent k-n-match, all n’s are taken into account) or in an occasional partial similarity detection (with the suitable n’s, which should not be very high or very low, without having however any type or method to calculate the ‘best’ n’s). Based on these methods, we propose two techniques which can provably detect real partial similarities. The first of them, Lui k-n-match, succeeds in the approximate specification of the suitable n’s for the k-n-matches, based on human-computer interaction and on the suitable checks of the similar objects that k-n-matches propose. More precisely, using k-n-match, for each n a set with objects possibly similar to the given one (query object), is proposed. The user filters this set and decides which objects of the proposed set are really similar to the given one. This procedure continues until the point where, while n has become larger than d/2* , the user does not select any object as similar from the proposed object set. In this way, the results are more reliable and valid (because of human-computer interaction) while in parallel the number of the executed k-n-matches are remarkably reduced. The second partial similarity detection method (INTESIS) is based on the following observation: when two objects are similar, it usually means that they are similar in most of their characteristics. In data bases, each of object characteristic is represented by a set (usually small) of features-attributes(dimensions). Thus, if this correspondence between a characteristic and a set of attributes is defined by the developer of each application - creating dimension subsets – then the following can be successively done: a) A full similarity detection for each dimension subset b) Organization of these subsets in the corresponding hierarchical trees for their easy and effective management. The additional simplification of this choice derives from the fact that as long as the dimension subsets are small, the selection of the corresponding tree will be a very easy task, while almost all hierarchical trees have high performance for low dimensionalities. Consequently, the developer of each application can use the hierarchical tree that he/she considers as best (our proposition is R*-tree). Finally, in order to complete the procedure, the application developer has to define which is the minimum number of the requisite similar characteristics that indicate partial similarity, for the particular application. For the evaluation of the method, first of all, it is necessary to mention that it refers to a total number of dimensions less than 100 and consequently to a relatively small number of trees. As it is obvious, the final response time in a uniprocessor system is the sum of the response times of each tree. Taking into account that the number of dimensions which correspond to each tree is small, these trees have very good response times and consequently the total response time is low enough. While the use of each tree does not presuppose the use of another tree before or after it, the search in each tree can be performed in parallel. Therefore, in a multi-processing system, the total response time can be considerably reduced, achieving to reach the time needed for only one tree (when the number of processors is equal to the number of trees). Furthermore, bearing in mind that partial similarity forms a very demanding similarity search kind, not only the response times in multi-processing systems but those times in a uniprocessor system constitute satisfying performances. The third chapter studies the potentiality of defining a new structure which does not ‘suffer’ from ‘dimensional curse’, while it assures good performance for low dimensionalities too. The latest studies have resulted in the following: Although the known similarity trees (either based on space partitioning or on data partitioning perform effectively in cases of low dimensionality, their performance generally degrades as dimensionality increases (especially for more than 10 dimensions). On the other hand, VA-File constitutes a simple approximate method (it is a simple array-file of object geometric approximations) which manages to outperform any other similarity search method at high dimensionality but it has low performance for low dimensionality. In order to overcome this determinant dependence between the performance and the dimensionality of a data-object set, we propose the new hybrid structure called Digenis, which marries the logic of similarity trees with VA-Files logic. More precisely, a static parametric tree (Digenis tree) is defined in conceptual level while the Digenis file, based on Digenis tree, is used in physical level. Using this correlation, a) the similarity search procedure is located in a small part of the file, excluding most dissimilar objects from the search and b) the method is used effectively for both low and high dimensional objects, preserving generality and flexibility. The first necessary definition for Digenis proposal is related to the object families. They consist of objects having a small distance among them (based on a certain limit fl defined from the analyst, in each case) and they are represented by the ‘mean’ object of the family (if it does not exist, it is created just for this role). Each object family is hosted in a node of Digenis tree. The distance which is used is the most spread one, the Euclidian distance, for which the triangle inequality – where the method is mainly based - stands. Additionally, a second distance limit (Lt) is defined – from the analyst- which forms the limit used to conclude if two objects are similar or not. Finally, the root of the Digenis tree is the most ‘centered’ family in the total object area and the nodes being the children of it are its ch nearest families-nodes. The children of each of them are its ch nearest families, and so on. The triangle inequality which stands among the Euclidian distances of the object-families, is proved to be a very useful Theorem for the safe check exclusion of a great part of the tree , leading to a final check in a small tree area. The search analysis of the tree is very helpful for the use of Digenis file, where the real search is performed (physical level). The corresponding Digenis file in the physical level is created if each tree node composes a record of the file, beginning from the tree root and passing from each level, from left to right. Using this correspondence, the proved Digenis tree techniques of easy, safe and quick exclusion of Digenis record areas can be used. The (theoretical and experimental) evaluation of the method results in the detection of certain advantages and disadvantages of it. Advantages:  The file has very good performance for high dimensionalities. This was expected because the file works as a kind of VA-File, where the records are compact geometric approximations. This matters because both the use of object families achieves a first data ‘compression’ and the pre-arrangement of the objects via the conceptual use of the tree lead to a kind of grouping of neighboring objects in neighboring areas.  The file has also good performance for low dimensionality, because in comparison to VA-File, it is expectably better while it is based on a tree structure. For the same reason, Digenis file is competitive to the classic hierarchical similarity trees. Drawbacks:  The fact that the number of children for each node is statically defined as ch in each application is a disadvantage for the construction of the tree, because usually the really similar families may be more or less than ch. Confrontation: If the similar families of a node are more than ch, then only the ch closest to the family are placed as its children, in the next level. If they are less than ch, then a limit of children and full nodes in the tree is defined. When this limit is overcome, the nodes-children are normally placed in the tree and the rest nodes –until ch-th one – remain empty. When however the number of the children of a family and of the full nodes in the tree, are less than this limit, the corresponding subtree is separated, creating a new smaller tree – with smaller ch – while the initial tree is reorganized. Consequently, the final application may include more than one Digenis tree, which are accessed from the bigger to the smaller, until the similarity is found (if any).  Perhaps there are remote areas of object families – without any connection with other families – which can not be included in any other tree. Confrontation: A file including sequentially the remote families (called ‘remote’ file’) is created. During the similarity search, this file is the first which is accessed because while it usually hosts a few families, the search will be quick enough. If a similarity is detected (among the query object and a family in the file), then the search in the trees will be avoided while if no similarity exists, the time overhead of the file search is almost negligible, because of its size. In the last chapter, a new kind of dynamic similarity search is investigated. It is related with the time streams not of the objects themselves but of their properties/attributes/dimensions. In other words, what is detected is whether the courses of two or more properties resemble. This kind of information can be very useful for several kinds of applications (medical, financial, scientific in general, e.t.c). Using medical data related to hormonal tests as an example, we prove that, based on our method Chiron, the hormones which are developed in the same way are accurately and effectively detected. More precisely, new objects (property course objects or Chiron objects) which encode the variations of each property in certain time intervals, are defined and organized in a tree (Chiron tree). The way these objects are defined, their differences and the Chiron tree itself make its navigation and the detection of similar Chiron objects – and consequently of properties which are developed in a similar way - a quick and easy procedure. This is achieved via the distribution of the Chiron objects in the Chiron tree according to the number of the different digits that exist among them. In this way, when we search in the Chiron tree for objects similar to a given one, a simple and compact algorithm is used, which avoids a vast amount of useless checks among very different objects. Generally, the method is promising enough because it poses new problems for investigation, like the statistical analysis of its results, the search for objects that are developed in a reverse way, the management of time shifts among the property course objects and the Chiron tree optimization.

This thesis presents the development and in-vivo applications of wearable and portable devices for the investigation of light interaction with tissue involved in Photodynamic therapy (PDT) and during contraction of muscles. A hand-held device and a clinical method were developed for time course in-vivo imaging of the fluorescence of the photosensitizer Protoporphyrin IX (PpIX) in healthy and diseased skin with the aim to guide improvement of PDT protocols. The device was used in a small clinical study on 11 healthy volunteers and 13 patients diagnosed with non-melanoma skin cancer (NMSC). Two types of PpIX precursors were administered: Ameluz gel and Metvix® cream. The fluorescence was imaged with a 10 minute time step over three hours which was the recommended metabolism time before commencing PDT treatment at Ninewells Hospital, Dundee. The fluorescence time course was calculated by integrating the areas with the highest intensity. The fluorescence continued to grow in all subjects during the three hours. The time course varied between individuals. There was no statistical significance between either healthy volunteers or patients in Ameluz vs Metvix® groups; nor was there statistical difference between the three lesions groups (Actinic keratosis (AK) Ameluz vs AK Metvix® vs Basal cell carcinoma (BCC) Metvix®). The p-value was larger than 0.05 in a two sample t-test with unequal variances for all the groups. However, there was strong body site dependence between the head & neck compared to the lower leg & feet, or the trunk & hands body site groups (p-value < 0.01). One of the possible explanations for this was temperature and vasculature variation in skin at different body sites: the temperature is higher and the vasculature structure is denser at the head and the neck compared to the lower leg or the trunk. The temperature was not measured during the study. So in order to support this hypothesis, typical skin temperatures at the lesion sites were taken from the IR thermal images of healthy skin available in literature. PpIX fluorescence had a positive correlation to temperature. If this hypothesis is true, it will be highly important to PDT treatment. Increasing the temperature could speed up the metabolism and reduce the waiting time before starting the treatment; ambient temperature should be taken into account for daylight PDT; cooling air as pain management should be administered with caution. Potential improvements for wearable PDT light sources were investigated by modelling light transport in skin for the current LED-based Ambulight PDT device, a commercial OLED for future devices and a directional OLED developed in the group. The optical models were implemented in commercial optical software (with intrinsic Monte Carlo ray tracing and Henyey-Greenstein scattering approximation) which was validated on diffuse reflectance and transmittance measurements using in-house made tissue phantoms. The modelling was applied to investigate the benefits from diffusive and forward scattering properties of skin on light transmission in treatment light sources. 1 mm thick skin can only compensate approximately 10% of non-uniform irradiance. It means that uniform illumination is crucial for the treatment light sources. Forward scattering in skin showed a 10% improved light transmission from a collimated emission compared to a wide angle Lambertian emission. However, depth-dependent transmission measurements of directional vs Lambertian emission from organic light emitting films (a nano-imprinted grating was fabricated to provide directional emission in one of the films), collimated vs diffused HeNe laser light through fresh porcine skin did not show the expected improvement. This could be explained by skin roughness which was previously found to change the optical properties and may also affect light coupling. The modelling was applied to guide an optical design of another wearable device – a muscle contraction sensor. Muscle is fibrous and because of that scatters light differently in different directions. The sensor detects the change in backscattered light in parallel and perpendicular directions with respect to muscle fibres. The sensor was implemented on a wearable bandage on fully flexible substrate with flexible OLED and organic photodiodes. The major advantages of organic optoelectronic sensing compared to conventional electromyography (EMG) sensors are the ability to distinguish two types of contractions (isotonic and isometric), insensitivity to electromagnetic interference and the absence of an immune response due to non-invasive electrode-free sensing. Optical modelling was performed to understand the operation of the sensor. A 3D anisotropic optical model of scattering in muscle was created by geometrical manipulations with the standard Henyey-Greenstein scattering volumes. The penetration depth from the Super Yellow OLED was found to be 20-25 mm; the optimal separation between the source and the detector was found to be 20 mm. This distance provided a still detectable signal along with the best discrimination between the two backscatterings. When a 2 mm thick layer of skin and a 2 mm thick layer of adipose tissue were added to the model, the signal was hugely diffused. The discrimination between the two backscatterings decreased by three orders of magnitude, the penetration depth in muscle was reduced, and the intensity of the signal dropped down but was still detectable. With 5 mm thick adipose tissue and 2 mm thick skin the signal was too diffused and interacted with very shallow layers of muscle which approached the limits of the optical sensing of muscle activity.

No description available.