Using mathematical models with the purpose to understand and store knowlegde about a system is not a new field in science with early contributions dated back to, e.g., Kepler’s laws of planetary motion. The aim is to obtain such a comprehensive predictive and quantitative knowledge about a phenomenon so that mathematical expressions or models can be used to forecast every relevant detail about that phenomenon. Such models can be used for reducing pollutions from car engines; prevent aviation incidents; or developing new therapeutic drugs. Models used to forecast, or predict, the behavior of a system are refered to predictive models. For such, the estimation problem aims to find one model and is well known and can be handeled by using standard methods for global nonlinear optimization. Descriptive models are used to obtain and store quantitative knowledge of system. Estimation of descriptive models has not been much described by the literature so far; instead the methods used for predictive models have beed applied. Rather than finding one particular model, the parameter estimation for descriptive models aims to find every model that contains descriptive information about the system. Thus, the parameter estimation problem for descriptive models can not be stated as a standard optimization problem. The main objective for this thesis is to propose methods for estimation of descriptive models. This is made by using methods for nonlinear optimization including both new and existing theory.

<p>Using mathematical models with the purpose to understand and store knowlegde about a system is not a new field in science with early contributions dated back to, e.g., Kepler’s laws of planetary motion.</p><p>The aim is to obtain such a comprehensive predictive and quantitative knowledge about a phenomenon so that mathematical expressions or models can be used to forecast every relevant detail about that phenomenon. Such models can be used for reducing pollutions from car engines; prevent aviation incidents; or developing new therapeutic drugs. Models used to forecast, or predict, the behavior of a system are refered to predictive models. For such, the estimation problem aims to find one model and is well known and can be handeled by using standard methods for global nonlinear optimization.</p><p>Descriptive models are used to obtain and store quantitative knowledge of system. Estimation of descriptive models has not been much described by the literature so far; instead the methods used for predictive models have beed applied. Rather than finding one particular model, the parameter estimation for descriptive models aims to find every model that contains descriptive information about the system. Thus, the parameter estimation problem for descriptive models can not be stated as a standard optimization problem.</p><p>The main objective for this thesis is to propose methods for estimation of descriptive models. This is made by using methods for nonlinear optimization including both new and existing theory.</p>

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A multiplicidade semântica, isto é, o fato de uma forma linguística apresentar mais de um significado ou nuance contextual, é um fenômeno que, apesar de não trazer grandes problemas à comunicação cotidiana, impõe diversas questões às teorias semântico-lexicais e a suas aplicações linguísticas. Neste trabalho, buscamos compreender o tratamento dispensado à multiplicidade semântica por learners’ dictionaries do inglês (dicionários monolíngues para aprendizes avançados de inglês como língua estrangeira) à luz do quadro teórico da Semântica Cognitiva Lexical. Em um primeiro momento, sistematizamos as implicações trazidas pela multiplicidade semântica para os learners’ dictionaries, principalmente no que diz respeito aos procedimentos de lumping e splitting, ao tipo de solução adotada para a divisão de verbetes para as formas lexicais (homonímica ou polissêmica) e aos critérios de organização das acepções nos verbetes. Com relação a esses aspectos, demonstramos que não há uma base teórica sólida que permita definir quantos e quais significados um item lexical apresenta, que não há consenso quanto ao tratamento das soluções nesse tipo de dicionário e que a frequência – critério utilizado pelas obras para organizar as acepções – não é tão objetivo quanto se esperaria, nem tem respaldo empírico para a utilização nesse tipo de dicionário. Assim, defendemos que, por conta do caráter interpretativo da descrição semântico lexical, evidenciada pela flexibilidade no tratamento dispensado pelas obras às questões da multiplicidade semântica, seja buscada uma abordagem distinta a essas questões. Com esse intuito, em um segundo momento, introduzimos a concepção semântico-cognitiva de estrutura semasiológica, que, ancorada em postulados da Teoria Prototípica, destaca a sobreposição e a saliência semântica como características estruturais do léxico, postulados que contemplam a flexibilidade e a instabilidade do significado lexical. Na busca por subsídios metodológicos que fundamentem uma proposta alternativa aos problemas lexicográficos, apresentamos alguns dos modelos de descrição da estrutura semântica dos itens lexicais propostos pelo paradigma cognitivo: o Modelo Radial, o Modelo Esquemático e o Modelo de Grupos em Sobreposição. Avaliamos a estrutura semasiológica do item lexical case e propomos formas alternativas para sua representação nos learners’ dictionaries que condizem tanto com os postulados semântico-cognitivos, quanto com o que se sabe sobre o tipo de dicionário em questão e as necessidades de seus usuários. Com relação às soluções homonímica e polissêmica, sugerimos quatro configurações possíveis que permitem representar a estrutura coesa da polissemia, mas cuja validação depende ainda de testes de uso. Quanto à organização das acepções, consideramos que, mesmo através do uso de uma estrutura hierárquica, é possível representar os fenômenos de sobreposição e saliência semântica que julgamos relevantes para os usuários dessas obras, por exemplo, através do uso dos próprios recursos possibilitados pela hierarquia e da redação de definições que destaquem atributos compartilhados por dois ou mais significados que não podem ser relacionados na estrutura linear do verbete. Assim, uma abordagem semântico-cognitiva parece ser útil para nortear práticas lexicográficas relativas à estruturação das informações sobre a multiplicidade semântica nos learners’ dicitionaries. / Semantic multiplicity can be defined as a case in which a single linguistic form presents more than one meaning or contextual reading. Even though this phenomenon usually does not pose serious challenges for everyday communication, it certainly brings about important issues to lexical semantic theories and its linguistic applications. The present dissertation aims at evaluating the treatment semantic multiplicity receives in English monolingual advanced learners’ dictionaries from a cognitive-semantic point of view. Therefore, the consequences of semantic multiplicity for the organization of learners’ dictionaries are presented, mainly with regard to the procedures of lumping and splitting, the solutions applied for structuring entries (homonymic or polysemous solutions), and the criteria used in arranging senses. First, it is demonstrated that there are no solid methodological bases on which to decide on how many (nor which) senses a lexical item has. Second, it is shown that there is no agreement on the solution to be applied to this type of dictionary. Third, it is advocated that the criterion used for sense arrangement (frequency) is not as objective as one would expect and it has not yet been proven to bring any advantage for the users of learners’ dictionaries. Because of the interpretative nature of lexical semantic description, which is reflected in the different treatments the dictionaries provide to these matters, a distinct approach is sought. To this end, the cognitive-semantic conception of semasiological structure is introduced. With its origins linked to Prototype Theory tenets, this notion highlights that semantic salience and overlapping are structural characteristics of the lexicon, which reflect the flexibility and instability of lexical meaning. In order to search for methods that could ground an alternative proposal for these lexicographic issues, the cognitive-semantic descriptive models of semantic structure are assessed: the radial model, the schematic model, and the overlapping sets model. The semasiological structure of the lexical item case is described and a new proposal for its organization is provided, in tune with cognitive-semantic tenets and with what is known about this type of dictionary and its users’ needs. Regarding homonymic and polysemous solutions, four different arrangements are suggested, which represent the coherent structure of polysemy. Regarding sense arrangement, it is shown that even through the use of a hierarchical structure, it is possible to represent the semantic overlapping and salience found to be useful for the users of learners’ dictionaries. By exploring the hierarchical resources themselves and by manipulating the wording of definitions, it is feasible to accentuate attributes shared by two or more senses that cannot be related in the linear structure of the dictionary entry. Thus, Cognitive Semantics presents itself as a useful approach to guide lexicographic practices related to the structuring of semantic multiplicity information in learners’ dictionaries.

A multiplicidade semântica, isto é, o fato de uma forma linguística apresentar mais de um significado ou nuance contextual, é um fenômeno que, apesar de não trazer grandes problemas à comunicação cotidiana, impõe diversas questões às teorias semântico-lexicais e a suas aplicações linguísticas. Neste trabalho, buscamos compreender o tratamento dispensado à multiplicidade semântica por learners’ dictionaries do inglês (dicionários monolíngues para aprendizes avançados de inglês como língua estrangeira) à luz do quadro teórico da Semântica Cognitiva Lexical. Em um primeiro momento, sistematizamos as implicações trazidas pela multiplicidade semântica para os learners’ dictionaries, principalmente no que diz respeito aos procedimentos de lumping e splitting, ao tipo de solução adotada para a divisão de verbetes para as formas lexicais (homonímica ou polissêmica) e aos critérios de organização das acepções nos verbetes. Com relação a esses aspectos, demonstramos que não há uma base teórica sólida que permita definir quantos e quais significados um item lexical apresenta, que não há consenso quanto ao tratamento das soluções nesse tipo de dicionário e que a frequência – critério utilizado pelas obras para organizar as acepções – não é tão objetivo quanto se esperaria, nem tem respaldo empírico para a utilização nesse tipo de dicionário. Assim, defendemos que, por conta do caráter interpretativo da descrição semântico lexical, evidenciada pela flexibilidade no tratamento dispensado pelas obras às questões da multiplicidade semântica, seja buscada uma abordagem distinta a essas questões. Com esse intuito, em um segundo momento, introduzimos a concepção semântico-cognitiva de estrutura semasiológica, que, ancorada em postulados da Teoria Prototípica, destaca a sobreposição e a saliência semântica como características estruturais do léxico, postulados que contemplam a flexibilidade e a instabilidade do significado lexical. Na busca por subsídios metodológicos que fundamentem uma proposta alternativa aos problemas lexicográficos, apresentamos alguns dos modelos de descrição da estrutura semântica dos itens lexicais propostos pelo paradigma cognitivo: o Modelo Radial, o Modelo Esquemático e o Modelo de Grupos em Sobreposição. Avaliamos a estrutura semasiológica do item lexical case e propomos formas alternativas para sua representação nos learners’ dictionaries que condizem tanto com os postulados semântico-cognitivos, quanto com o que se sabe sobre o tipo de dicionário em questão e as necessidades de seus usuários. Com relação às soluções homonímica e polissêmica, sugerimos quatro configurações possíveis que permitem representar a estrutura coesa da polissemia, mas cuja validação depende ainda de testes de uso. Quanto à organização das acepções, consideramos que, mesmo através do uso de uma estrutura hierárquica, é possível representar os fenômenos de sobreposição e saliência semântica que julgamos relevantes para os usuários dessas obras, por exemplo, através do uso dos próprios recursos possibilitados pela hierarquia e da redação de definições que destaquem atributos compartilhados por dois ou mais significados que não podem ser relacionados na estrutura linear do verbete. Assim, uma abordagem semântico-cognitiva parece ser útil para nortear práticas lexicográficas relativas à estruturação das informações sobre a multiplicidade semântica nos learners’ dicitionaries. / Semantic multiplicity can be defined as a case in which a single linguistic form presents more than one meaning or contextual reading. Even though this phenomenon usually does not pose serious challenges for everyday communication, it certainly brings about important issues to lexical semantic theories and its linguistic applications. The present dissertation aims at evaluating the treatment semantic multiplicity receives in English monolingual advanced learners’ dictionaries from a cognitive-semantic point of view. Therefore, the consequences of semantic multiplicity for the organization of learners’ dictionaries are presented, mainly with regard to the procedures of lumping and splitting, the solutions applied for structuring entries (homonymic or polysemous solutions), and the criteria used in arranging senses. First, it is demonstrated that there are no solid methodological bases on which to decide on how many (nor which) senses a lexical item has. Second, it is shown that there is no agreement on the solution to be applied to this type of dictionary. Third, it is advocated that the criterion used for sense arrangement (frequency) is not as objective as one would expect and it has not yet been proven to bring any advantage for the users of learners’ dictionaries. Because of the interpretative nature of lexical semantic description, which is reflected in the different treatments the dictionaries provide to these matters, a distinct approach is sought. To this end, the cognitive-semantic conception of semasiological structure is introduced. With its origins linked to Prototype Theory tenets, this notion highlights that semantic salience and overlapping are structural characteristics of the lexicon, which reflect the flexibility and instability of lexical meaning. In order to search for methods that could ground an alternative proposal for these lexicographic issues, the cognitive-semantic descriptive models of semantic structure are assessed: the radial model, the schematic model, and the overlapping sets model. The semasiological structure of the lexical item case is described and a new proposal for its organization is provided, in tune with cognitive-semantic tenets and with what is known about this type of dictionary and its users’ needs. Regarding homonymic and polysemous solutions, four different arrangements are suggested, which represent the coherent structure of polysemy. Regarding sense arrangement, it is shown that even through the use of a hierarchical structure, it is possible to represent the semantic overlapping and salience found to be useful for the users of learners’ dictionaries. By exploring the hierarchical resources themselves and by manipulating the wording of definitions, it is feasible to accentuate attributes shared by two or more senses that cannot be related in the linear structure of the dictionary entry. Thus, Cognitive Semantics presents itself as a useful approach to guide lexicographic practices related to the structuring of semantic multiplicity information in learners’ dictionaries.

A multiplicidade semântica, isto é, o fato de uma forma linguística apresentar mais de um significado ou nuance contextual, é um fenômeno que, apesar de não trazer grandes problemas à comunicação cotidiana, impõe diversas questões às teorias semântico-lexicais e a suas aplicações linguísticas. Neste trabalho, buscamos compreender o tratamento dispensado à multiplicidade semântica por learners’ dictionaries do inglês (dicionários monolíngues para aprendizes avançados de inglês como língua estrangeira) à luz do quadro teórico da Semântica Cognitiva Lexical. Em um primeiro momento, sistematizamos as implicações trazidas pela multiplicidade semântica para os learners’ dictionaries, principalmente no que diz respeito aos procedimentos de lumping e splitting, ao tipo de solução adotada para a divisão de verbetes para as formas lexicais (homonímica ou polissêmica) e aos critérios de organização das acepções nos verbetes. Com relação a esses aspectos, demonstramos que não há uma base teórica sólida que permita definir quantos e quais significados um item lexical apresenta, que não há consenso quanto ao tratamento das soluções nesse tipo de dicionário e que a frequência – critério utilizado pelas obras para organizar as acepções – não é tão objetivo quanto se esperaria, nem tem respaldo empírico para a utilização nesse tipo de dicionário. Assim, defendemos que, por conta do caráter interpretativo da descrição semântico lexical, evidenciada pela flexibilidade no tratamento dispensado pelas obras às questões da multiplicidade semântica, seja buscada uma abordagem distinta a essas questões. Com esse intuito, em um segundo momento, introduzimos a concepção semântico-cognitiva de estrutura semasiológica, que, ancorada em postulados da Teoria Prototípica, destaca a sobreposição e a saliência semântica como características estruturais do léxico, postulados que contemplam a flexibilidade e a instabilidade do significado lexical. Na busca por subsídios metodológicos que fundamentem uma proposta alternativa aos problemas lexicográficos, apresentamos alguns dos modelos de descrição da estrutura semântica dos itens lexicais propostos pelo paradigma cognitivo: o Modelo Radial, o Modelo Esquemático e o Modelo de Grupos em Sobreposição. Avaliamos a estrutura semasiológica do item lexical case e propomos formas alternativas para sua representação nos learners’ dictionaries que condizem tanto com os postulados semântico-cognitivos, quanto com o que se sabe sobre o tipo de dicionário em questão e as necessidades de seus usuários. Com relação às soluções homonímica e polissêmica, sugerimos quatro configurações possíveis que permitem representar a estrutura coesa da polissemia, mas cuja validação depende ainda de testes de uso. Quanto à organização das acepções, consideramos que, mesmo através do uso de uma estrutura hierárquica, é possível representar os fenômenos de sobreposição e saliência semântica que julgamos relevantes para os usuários dessas obras, por exemplo, através do uso dos próprios recursos possibilitados pela hierarquia e da redação de definições que destaquem atributos compartilhados por dois ou mais significados que não podem ser relacionados na estrutura linear do verbete. Assim, uma abordagem semântico-cognitiva parece ser útil para nortear práticas lexicográficas relativas à estruturação das informações sobre a multiplicidade semântica nos learners’ dicitionaries. / Semantic multiplicity can be defined as a case in which a single linguistic form presents more than one meaning or contextual reading. Even though this phenomenon usually does not pose serious challenges for everyday communication, it certainly brings about important issues to lexical semantic theories and its linguistic applications. The present dissertation aims at evaluating the treatment semantic multiplicity receives in English monolingual advanced learners’ dictionaries from a cognitive-semantic point of view. Therefore, the consequences of semantic multiplicity for the organization of learners’ dictionaries are presented, mainly with regard to the procedures of lumping and splitting, the solutions applied for structuring entries (homonymic or polysemous solutions), and the criteria used in arranging senses. First, it is demonstrated that there are no solid methodological bases on which to decide on how many (nor which) senses a lexical item has. Second, it is shown that there is no agreement on the solution to be applied to this type of dictionary. Third, it is advocated that the criterion used for sense arrangement (frequency) is not as objective as one would expect and it has not yet been proven to bring any advantage for the users of learners’ dictionaries. Because of the interpretative nature of lexical semantic description, which is reflected in the different treatments the dictionaries provide to these matters, a distinct approach is sought. To this end, the cognitive-semantic conception of semasiological structure is introduced. With its origins linked to Prototype Theory tenets, this notion highlights that semantic salience and overlapping are structural characteristics of the lexicon, which reflect the flexibility and instability of lexical meaning. In order to search for methods that could ground an alternative proposal for these lexicographic issues, the cognitive-semantic descriptive models of semantic structure are assessed: the radial model, the schematic model, and the overlapping sets model. The semasiological structure of the lexical item case is described and a new proposal for its organization is provided, in tune with cognitive-semantic tenets and with what is known about this type of dictionary and its users’ needs. Regarding homonymic and polysemous solutions, four different arrangements are suggested, which represent the coherent structure of polysemy. Regarding sense arrangement, it is shown that even through the use of a hierarchical structure, it is possible to represent the semantic overlapping and salience found to be useful for the users of learners’ dictionaries. By exploring the hierarchical resources themselves and by manipulating the wording of definitions, it is feasible to accentuate attributes shared by two or more senses that cannot be related in the linear structure of the dictionary entry. Thus, Cognitive Semantics presents itself as a useful approach to guide lexicographic practices related to the structuring of semantic multiplicity information in learners’ dictionaries.

Recent advances in camera technology have made it possible to build a comfortable, wearable system which can capture the scene in front of the user throughout the day. Products based on this technology, such as GoPro and Google Glass, have generated substantial interest. In this thesis, I present my work on egocentric vision, which leverages wearable camera technology and provides a new line of attack on classical computer vision problems such as object categorization and activity recognition. The dominant paradigm for object and activity recognition over the last decade has been based on using the web. In this paradigm, in order to learn a model for an object category like coffee jar, various images of that object type are fetched from the web (e.g. through Google image search), features are extracted and then classifiers are learned. This paradigm has led to great advances in the field and has produced state-of-the-art results for object recognition. However, it has two main shortcomings: a) objects on the web appear in isolation and they miss the context of daily usage; and b) web data does not represent what we see every day. In this thesis, I demonstrate that egocentric vision can address these limitations as an alternative paradigm. I will demonstrate that contextual cues and the actions of a user can be exploited in an egocentric vision system to learn models of objects under very weak supervision. In addition, I will show that measurements of a subject's gaze during object manipulation tasks can provide novel feature representations to support activity recognition. Moving beyond surface-level categorization, I will showcase a method for automatically discovering object state changes during actions, and an approach to building descriptive models of social interactions between groups of individuals. These new capabilities for egocentric video analysis will enable new applications in life logging, elder care, human-robot interaction, developmental screening, augmented reality and social media.