Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AdersonCP.pdf: 441948 bytes, checksum: 3ac355b4df6f67d2c5c0a9bb8f35c95a (MD5) Previous issue date: 2006-08-30 / Bayesian networks are powerful tools as they represent probability distributions as graphs. They work with uncertainties of real systems. Since last decade there is a special interest in learning network structures from data. However learning the best network structure is a NP-Hard problem, so many heuristics algorithms to generate network structures from data were created. Many of these algorithms use score metrics to generate the network model. This thesis compare three of most used score metrics. The K-2 algorithm and two pattern benchmarks, ASIA and ALARM, were used to carry out the comparison. Results show that score metrics with hyperparameters that strength the tendency to select simpler network structures are better than score metrics with weaker tendency to select simpler network structures for both metrics (Heckerman-Geiger and modified MDL). Heckerman-Geiger Bayesian score metric works better than MDL with large datasets and MDL works better than Heckerman-Geiger with small datasets. The modified MDL gives similar results to Heckerman-Geiger for large datasets and close results to MDL for small datasets with stronger tendency to select simpler network structures / Redes Bayesianas s?o poderosas ferramentas de representa??o gr?fica de distribui??es de probabilidade. Tais redes manipulam incertezas existentes em sistemas do mundo real. A partir da ?ltima d?cada, especial interesse no aprendizado de sua estrutura a partir de um conjunto de dados. Entretanto, o aprendizado da estrutura ? um problema NP-Dif?cil, o que gerou a cria??o de Algoritmos heur?sticos de busca. Muitos desses Algoritmos s?o baseados em m?tricas de pontua??o para estimar o modelo. Este trabalho procura comparar tr?s das m?tricas mais utilizadas. Para gerar os resul tados foram utilizadas as redes ASIA e ALARM, que s?o dois dos benchmarks padr?es e o Algoritmo de busca K-2. A m?trica Bayesiana Heckerman-Geiger com hiperpar?metros que dificultam a gera??o de arestas apresentam melhores resultados que ?quelas que flexibilizam a gera??o de arestas, acontecendo o mesmo com a m?trica MDL modificada. A compara??o das duas m?tricas mostrou que a m?trica Bayesiana ? superior ? m?trica MDL com grandes conjuntos de dados e inferior, caso contr?rio. A modifica??o na m?trica MDL resultou em estruturas mais pr?ximas ?s apresentadas pela MDL para um conjunto reduzido de dados e mais pr?ximas ? Heckerman-Geiger para um grande conjunto de dados, quando seus par?metros restrigem a cria??o de arestas

Esta tese apresenta mecanismos computacionais concebidos para reconhecer e inferir estados de ânimo de alunos em interação num ambiente virtual de aprendizagem (AVA). A pesquisa, tendo por base investigações interdisciplinar – Educação, Psicologia Cognitiva e Computação Afetiva (CA) –, apresenta, a título de problema central, o de como alcançar tais objetivos. A Psicogenética Construtivista, base teórica que fundamenta o exame dos aspectos afetivos envolvidos nos processos de aprendizagem, responde pela concepção epistemológica interacionista do AVA ROODA, ambiente de aplicação da pesquisa. A dimensão afetiva é examinada sob a perspectiva cognitivista associada à teoria de appraisal, em especial no que diz respeito ao modelo de Scherer, que tem por finalidade distinguir os diferentes fenômenos afetivos. No que tange à CA, área em torno da qual vêm sendo desenvolvidos estudos que buscam inferir, avaliar e tomar decisões sobre o estado cognitivo-afetivo do aluno, dois aspectos são considerados. De um lado, a análise de como se processa a interação do aluno com o sistema em função de sinais obtidos do comportamento observável no ambiente. De outro, como proceder ao reconhecimento da subjetividade a partir de materiais textuais. Projetos experimentais de CA vêm evidenciando o quanto, no âmbito cognitivo, o reconhecimento da afetividade assume novos contornos. A hipótese de estudo, a de que os estados de ânimo de um aluno podem ser reconhecidos em AVA através de um modelo computacional que inter-relacione fatores de personalidade e de comportamento, pôde ser confirmada, para isso concorrendo o emprego da técnica de redes bayesianas. A opção pelo fenômeno afetivo estado de ânimo, embasada na revisão da literatura, justifica-se por constituir um dos aspectos afetivos mais representativos no ambiente escolar, com respeito ao qual cumpre considerar duas classes de estados de ânimo: animação e satisfação. A Roda dos Estados Afetivos é o espaço de representação para o mapeamento de ambas as classes. Tendo em conta a interdisciplinaridade da pesquisa, e no intuito de identificar os estados de ânimo nas interações de alunos em AVA, construiu-se uma nova funcionalidade para o AVA ROODA, denominada ROODAafeto. Identificar os estados de ânimo em AVA significa ampliar o leque de comunicação professor-aluno, de modo a que não somente os aspectos cognitivos, mas também os afetivos sejam considerados. Em síntese, através dessa funcionalidade, pretende-se proporcionar meios, a partir dos quais seja possível obter informações associadas à vivência afetiva do aluno, notadamente em relação ao ensino não presencial. / This dissertation presents computing mechanisms conceived in order to get to know and infer students’ mood states when interacting in a virtual learning environment (VLE). The research, based on interdisciplinary studies – Education, Cognitive Psychology, and Affective Computing (AC) –, presents, as its main research problem, the aim of reaching such objectives. Constructivist psychogenetics, theoretical foundation for the examination of affective aspects involved in learning processes, is responsible for the interactionist epistemological conception of the ROODA VLE, the application environment for the research. The affective dimension is examined under the cognitive perspective associated to the appraisal theory, mainly regarding Scherer’s model, which aims to distinguish the different affective phenomena. Concerning AC, area that comprises studies developed in order to infer, assess, and take decisions about the student’s affective-cognitive status, two aspects are considered. On the one hand, the analysis of how the interaction of the student with the system is processed was carried out, based on signals obtained from the observable behavior in the environment. On the other hand, it was analyzed how to proceed when recognizing the subjectivity from textual materials. AC experimental projects have evidenced how much, in the cognitive sphere, the recognition of affectivity assumes new forms. The study hypothesis that a student’s mood state can be recognized in a VLE by means of a computing model that inter-relates personality and behavior factors could be confirmed, and for this purpose a Bayesian network technique was used. The option for the affective phenomena mood state, based on the literature review, is justified by the fact that it is one of the most representative affective aspects in the educational environment. With this regard, two types of mood states are considered: being interested and being satisfied. Wheel of Afffective States is the space of representation for the mapping of both types. Considering the interdisciplinarity of the research, and with the purpose of identifying the mood states in the students' interactions in a VLE, a new functionality for the ROODA VLE, called ROODAafeto was developed. Identifying mood states in VLE means to amplify the possibility of teacher-student communication so that affective aspects are also considered besides cognitive aspects. In short, the use of this functionality aims to provide means to obtain information associated with the student’s affective experience, mainly in relation to non-presential education. / Esta tesis presenta mecanismos computacionales diseñados para reconocer e inferir los estados de ánimo de los estudiantes en la interacción en un entorno virtual de aprendizaje (AVA). La investigación, basada en estudio interdisciplinar - Educación, Psicología Cognitiva y Computación Afectiva (CA) - presenta, como problema central, de qué modo alcanzar estos objetivos. La Psicogenética Constructivista, base teórica que se basa en el examen de los aspectos afectivos implicados en los procesos de aprendizaje, responde por la concepción epistemológica interaccionista de AVA ROODA, ambiente de ejecución de la investigación. La dimensión afectiva es examinada desde la perspectiva cognitivista asociada con la teoría de appraisal, en particular en lo que respecta al modelo de Scherer, que tiene por finalidad distinguir los diferentes fenómenos afectivos. Desde el punto de vista de la CA, la zona en torno a los cuales se han desarrollado estudios que buscan inferir, evaluar y tomar decisiones acerca del estado cognitivo-afectivo del alumno, se consideran dos aspectos. Por un lado, el análisis de cómo se procesa la interacción del alumno con el sistema en función de las señales obtenidas del comportamiento observado en el ambiente. Por otra parte, como proceder al reconocimiento de la subjetividad desde los materiales textuales. Proyectos experimentales en CA han confirmando cuanto, en la magnitud cognitiva, el reconocimiento de la afectividad asume nuevos contornos. La hipótesis del estudio, en la que los estados de ánimo de un alumno puede ser reconocida en AVA mediante un modelo computacional que interrelacione factores de la personalidad y del comportamiento, se pudo confirmar, para tanto concurriendo el empleo de la técnica de redes bayesianas. La elección por el fenómeno afectivo estado de ánimo, embasada en la revisión de la literatura, se justifica por constituir uno de los aspectos afectivos más representativos en el entorno escolar, por lo que respecta considerar dos clases de estados de ánimo: animación y satisfacción. El Círculo de los Estados Afectivos es el espacio de representación para el mapeo de ambas clases. Teniendo en cuenta la interdisciplinariedad de la investigación, y el objetivo de identificar los estados de ánimo en las interacciones de los alumnos en AVA, se construyo una nueva funcionalidad para AVA ROODA, llamada ROODAafeto. Identificar los estados de ánimo en AVA significa una ampliación del rango de comunicación profesor-alumno, de modo que no sólo los aspectos cognitivos, sino también los afectivos se tienen en cuenta. En resumen, por medio de esta funcionalidad, se intenta proporcionar los medios, a partir de los cuales sea posible obtener información relacionada con la experiencia afectiva de los alumnos, especialmente en relación con la enseñanza no presencial.

Este trabalho propõe uma nova abordagem conexionista, chamada de IGMN (do inglês Incremental Gaussian Mixture Network), para aproximação incremental de funções e tarefas de tempo real. Ela é inspirada em recentes teorias do cérebro, especialmente o MPF (do inglês Memory-Prediction Framework) e a Inteligência Artificial Construtivista, que fazem com que o modelo proposto possua características especiais que não estão presentes na maioria dos modelos de redes neurais existentes. Além disso, IGMN é baseado em sólidos princípios estatísticos (modelos de mistura gaussianos) e assintoticamente converge para a superfície de regressão ótima a medida que os dados de treinamento chegam. As principais vantagens do IGMN em relação a outros modelos de redes neurais são: (i) IGMN aprende instantaneamente analisando cada padrão de treinamento apenas uma vez (cada dado pode ser imediatamente utilizado e descartado); (ii) o modelo proposto produz estimativas razoáveis baseado em poucos dados de treinamento; (iii) IGMN aprende de forma contínua e perpétua a medida que novos dados de treinamento chegam (não existem fases separadas de treinamento e utilização); (iv) o modelo proposto resolve o dilema da estabilidade-plasticidade e não sofre de interferência catastrófica; (v) a topologia da rede neural é definida automaticamente e de forma incremental (novas unidades são adicionadas sempre que necessário); (vi) IGMN não é sensível às condições de inicialização (de fato IGMN não utiliza nenhuma decisão e/ou inicialização aleatória); (vii) a mesma rede neural IGMN pode ser utilizada em problemas diretos e inversos (o fluxo de informações é bidirecional) mesmo em regiões onde a função alvo tem múltiplas soluções; e (viii) IGMN fornece o nível de confiança de suas estimativas. Outra contribuição relevante desta tese é o uso do IGMN em importantes tarefas nas áreas de robótica e aprendizado de máquina, como por exemplo a identificação de modelos, a formação incremental de conceitos, o aprendizado por reforço, o mapeamento robótico e previsão de séries temporais. De fato, o poder de representação e a eficiência e do modelo proposto permitem expandir o conjunto de tarefas nas quais as redes neurais podem ser utilizadas, abrindo assim novas direções nos quais importantes contribuições do estado da arte podem ser feitas. Através de diversos experimentos, realizados utilizando o modelo proposto, é demonstrado que o IGMN é bastante robusto ao problema de overfitting, não requer um ajuste fino dos parâmetros de configuração e possui uma boa performance computacional que permite o seu uso em aplicações de controle em tempo real. Portanto pode-se afirmar que o IGMN é uma ferramenta de aprendizado de máquina bastante útil em tarefas de aprendizado incremental de funções e predição em tempo real. / This work proposes IGMN (standing for Incremental Gaussian Mixture Network), a new connectionist approach for incremental function approximation and real time tasks. It is inspired on recent theories about the brain, specially the Memory-Prediction Framework and the Constructivist Artificial Intelligence, which endows it with some unique features that are not present in most ANN models such as MLP, RBF and GRNN. Moreover, IGMN is based on strong statistical principles (Gaussian mixture models) and asymptotically converges to the optimal regression surface as more training data arrive. The main advantages of IGMN over other ANN models are: (i) IGMN learns incrementally using a single scan over the training data (each training pattern can be immediately used and discarded); (ii) it can produce reasonable estimates based on few training data; (iii) the learning process can proceed perpetually as new training data arrive (there is no separate phases for leaning and recalling); (iv) IGMN can handle the stability-plasticity dilemma and does not suffer from catastrophic interference; (v) the neural network topology is defined automatically and incrementally (new units added whenever is necessary); (vi) IGMN is not sensible to initialization conditions (in fact there is no random initialization/ decision in IGMN); (vii) the same neural network can be used to solve both forward and inverse problems (the information flow is bidirectional) even in regions where the target data are multi-valued; and (viii) IGMN can provide the confidence levels of its estimates. Another relevant contribution of this thesis is the use of IGMN in some important state-of-the-art machine learning and robotic tasks such as model identification, incremental concept formation, reinforcement learning, robotic mapping and time series prediction. In fact, the efficiency of IGMN and its representational power expand the set of potential tasks in which the neural networks can be applied, thus opening new research directions in which important contributions can be made. Through several experiments using the proposed model it is demonstrated that IGMN is also robust to overfitting, does not require fine-tunning of its configuration parameters and has a very good computational performance, thus allowing its use in real time control applications. Therefore, IGMN is a very useful machine learning tool for incremental function approximation and on-line prediction.

Esta tese apresenta mecanismos computacionais concebidos para reconhecer e inferir estados de ânimo de alunos em interação num ambiente virtual de aprendizagem (AVA). A pesquisa, tendo por base investigações interdisciplinar – Educação, Psicologia Cognitiva e Computação Afetiva (CA) –, apresenta, a título de problema central, o de como alcançar tais objetivos. A Psicogenética Construtivista, base teórica que fundamenta o exame dos aspectos afetivos envolvidos nos processos de aprendizagem, responde pela concepção epistemológica interacionista do AVA ROODA, ambiente de aplicação da pesquisa. A dimensão afetiva é examinada sob a perspectiva cognitivista associada à teoria de appraisal, em especial no que diz respeito ao modelo de Scherer, que tem por finalidade distinguir os diferentes fenômenos afetivos. No que tange à CA, área em torno da qual vêm sendo desenvolvidos estudos que buscam inferir, avaliar e tomar decisões sobre o estado cognitivo-afetivo do aluno, dois aspectos são considerados. De um lado, a análise de como se processa a interação do aluno com o sistema em função de sinais obtidos do comportamento observável no ambiente. De outro, como proceder ao reconhecimento da subjetividade a partir de materiais textuais. Projetos experimentais de CA vêm evidenciando o quanto, no âmbito cognitivo, o reconhecimento da afetividade assume novos contornos. A hipótese de estudo, a de que os estados de ânimo de um aluno podem ser reconhecidos em AVA através de um modelo computacional que inter-relacione fatores de personalidade e de comportamento, pôde ser confirmada, para isso concorrendo o emprego da técnica de redes bayesianas. A opção pelo fenômeno afetivo estado de ânimo, embasada na revisão da literatura, justifica-se por constituir um dos aspectos afetivos mais representativos no ambiente escolar, com respeito ao qual cumpre considerar duas classes de estados de ânimo: animação e satisfação. A Roda dos Estados Afetivos é o espaço de representação para o mapeamento de ambas as classes. Tendo em conta a interdisciplinaridade da pesquisa, e no intuito de identificar os estados de ânimo nas interações de alunos em AVA, construiu-se uma nova funcionalidade para o AVA ROODA, denominada ROODAafeto. Identificar os estados de ânimo em AVA significa ampliar o leque de comunicação professor-aluno, de modo a que não somente os aspectos cognitivos, mas também os afetivos sejam considerados. Em síntese, através dessa funcionalidade, pretende-se proporcionar meios, a partir dos quais seja possível obter informações associadas à vivência afetiva do aluno, notadamente em relação ao ensino não presencial. / This dissertation presents computing mechanisms conceived in order to get to know and infer students’ mood states when interacting in a virtual learning environment (VLE). The research, based on interdisciplinary studies – Education, Cognitive Psychology, and Affective Computing (AC) –, presents, as its main research problem, the aim of reaching such objectives. Constructivist psychogenetics, theoretical foundation for the examination of affective aspects involved in learning processes, is responsible for the interactionist epistemological conception of the ROODA VLE, the application environment for the research. The affective dimension is examined under the cognitive perspective associated to the appraisal theory, mainly regarding Scherer’s model, which aims to distinguish the different affective phenomena. Concerning AC, area that comprises studies developed in order to infer, assess, and take decisions about the student’s affective-cognitive status, two aspects are considered. On the one hand, the analysis of how the interaction of the student with the system is processed was carried out, based on signals obtained from the observable behavior in the environment. On the other hand, it was analyzed how to proceed when recognizing the subjectivity from textual materials. AC experimental projects have evidenced how much, in the cognitive sphere, the recognition of affectivity assumes new forms. The study hypothesis that a student’s mood state can be recognized in a VLE by means of a computing model that inter-relates personality and behavior factors could be confirmed, and for this purpose a Bayesian network technique was used. The option for the affective phenomena mood state, based on the literature review, is justified by the fact that it is one of the most representative affective aspects in the educational environment. With this regard, two types of mood states are considered: being interested and being satisfied. Wheel of Afffective States is the space of representation for the mapping of both types. Considering the interdisciplinarity of the research, and with the purpose of identifying the mood states in the students' interactions in a VLE, a new functionality for the ROODA VLE, called ROODAafeto was developed. Identifying mood states in VLE means to amplify the possibility of teacher-student communication so that affective aspects are also considered besides cognitive aspects. In short, the use of this functionality aims to provide means to obtain information associated with the student’s affective experience, mainly in relation to non-presential education. / Esta tesis presenta mecanismos computacionales diseñados para reconocer e inferir los estados de ánimo de los estudiantes en la interacción en un entorno virtual de aprendizaje (AVA). La investigación, basada en estudio interdisciplinar - Educación, Psicología Cognitiva y Computación Afectiva (CA) - presenta, como problema central, de qué modo alcanzar estos objetivos. La Psicogenética Constructivista, base teórica que se basa en el examen de los aspectos afectivos implicados en los procesos de aprendizaje, responde por la concepción epistemológica interaccionista de AVA ROODA, ambiente de ejecución de la investigación. La dimensión afectiva es examinada desde la perspectiva cognitivista asociada con la teoría de appraisal, en particular en lo que respecta al modelo de Scherer, que tiene por finalidad distinguir los diferentes fenómenos afectivos. Desde el punto de vista de la CA, la zona en torno a los cuales se han desarrollado estudios que buscan inferir, evaluar y tomar decisiones acerca del estado cognitivo-afectivo del alumno, se consideran dos aspectos. Por un lado, el análisis de cómo se procesa la interacción del alumno con el sistema en función de las señales obtenidas del comportamiento observado en el ambiente. Por otra parte, como proceder al reconocimiento de la subjetividad desde los materiales textuales. Proyectos experimentales en CA han confirmando cuanto, en la magnitud cognitiva, el reconocimiento de la afectividad asume nuevos contornos. La hipótesis del estudio, en la que los estados de ánimo de un alumno puede ser reconocida en AVA mediante un modelo computacional que interrelacione factores de la personalidad y del comportamiento, se pudo confirmar, para tanto concurriendo el empleo de la técnica de redes bayesianas. La elección por el fenómeno afectivo estado de ánimo, embasada en la revisión de la literatura, se justifica por constituir uno de los aspectos afectivos más representativos en el entorno escolar, por lo que respecta considerar dos clases de estados de ánimo: animación y satisfacción. El Círculo de los Estados Afectivos es el espacio de representación para el mapeo de ambas clases. Teniendo en cuenta la interdisciplinariedad de la investigación, y el objetivo de identificar los estados de ánimo en las interacciones de los alumnos en AVA, se construyo una nueva funcionalidad para AVA ROODA, llamada ROODAafeto. Identificar los estados de ánimo en AVA significa una ampliación del rango de comunicación profesor-alumno, de modo que no sólo los aspectos cognitivos, sino también los afectivos se tienen en cuenta. En resumen, por medio de esta funcionalidad, se intenta proporcionar los medios, a partir de los cuales sea posible obtener información relacionada con la experiencia afectiva de los alumnos, especialmente en relación con la enseñanza no presencial.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-10T16:37:01Z No. of bitstreams: 2 TESE Rômulo Fernando Teixeira Vilela.pdf: 3159637 bytes, checksum: d8b68b1fd93d79fe6162c4abdd0b1aa0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-10T16:37:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Rômulo Fernando Teixeira Vilela.pdf: 3159637 bytes, checksum: d8b68b1fd93d79fe6162c4abdd0b1aa0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-02-27 / Com os avanços em hardware, a engenharia de confiabilidade nos últimos 30 anos, tem nos mostrado equipamentos e sistemas complexos com níveis de falha muito baixos. Sistemas complexos na indústria nuclear, aeroespacial, química, elétrica entre outras possuem hoje em dia equipamentos e sistemas com níveis de confiabilidade que tem atendido adequadamente a sociedade. Entretanto, a operação e manutenção destes sistemas não dependem exclusivamente do desempenho intrínseco dos correspondentes equipamentos, dependem também da ação humana. Grandes acidentes no passado recente como Chernobyl, Bhopal, da nave Challenger e os grandes apagões no Brasil, colocaram em evidência a necessidade de redução do erro humano em sistemas complexos. A análise da confiabilidade humana surge assim como um apoio para a análise destes sistemas de operação e manutenção. Desde a década de 80 alguns avanços foram surgindo no estudo da confiabilidade humana. Técnicas como THERP, ATHEANA, CREAM e IDAC, se consolidaram ao longo do tempo como boas aplicações práticas para estudar, medir e prever o erro humano. Porém os fatores de desempenho utilizados em quase todas as técnicas supracitadas, tem se mostrado difíceis de serem estimados de um ponto de vista particular. Além disso, as particularidades do setor Hidroelétrico de Potência, definidas nos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema (ONS) e nos instrumentos normativos da Agencia Reguladora ANEEL têm levado a necessidade de uma taxonomia que possa se adaptar a este importante e estratégico setor. Nesta tese, é proposta uma taxonomia e um modelo da sequência do processo de erro, para avaliação deste erro humano especificamente concebido para atender ao contexto de operação e manutencão do Sistema Hidroelétrico de Potência. Para ilustrar a nova taxonomia, foram coletados e analisados dados de cerca de dez anos de registro de erro humano de uma empresa de geração e transmissão de energia elétrica brasileira. Foram coletados 605 relatórios de desligamento por erro humano desde 1998 até 2009. Uma metodologia BBN-Base para a quantificação do erro humano é também discutida. A taxonomia e o modelo da sequência do processo de erro humano tanto quanto o modelo BBN-Based são ilustrados via um exemplo de uma aplicação no contexto de uma indústria Brasileira Hidroelétrica de Potência.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------With advances in hardware reliability engineering in the last 30 years, we have seen equipment and complex systems with very low levels of failure. Complex systems in the nuclear industry, aerospatiale sector, chemical industries, electrical industries and others now have equipment and systems with levels of reliability that has adequately served the society. However, the operation and maintenance of these systems do not rely solely on intrinsec performance of the corresponding equipment, but they also depend on human action. Major accidents in the recent past such Chernobyl, Bhopal, the Challenger shuttle and major recent power blackouts in Brazil, highlighted the need to reduce human error in complex systems. The human reliability assessment emerges as a support to the analisys of the operation and maintenance of these type of systems. Since the late 80th some advances have emerged in the study of human reliability. Techniques such as THERP, ATHEANA, CREAM and IDAC, have been consolidated over time for the study, measure and prediction of human error. However performance shaped factors used in almost all the aforementioned techniques have proven difficult to be estimated from a practical standpoint. In addition, the specifics of the Hydroelectric Power Industry defined in the Grid Procedures of the National System Operator (Operador Nacional so Sistema, ONS) and the regulatory instruments of ANEEL (Agencia Nacional de Energia Eletrica) Regulatory Agency have led to the necessity of a taxonomy that can adapt for this important strategic sector. In this thesis, it is proposed a taxonomy and model of error sequence process for assessment of human error specifically designed to meet the context of operation and maintenance of Hydroelectric Power System. To illustrate the new taxonomy it was collected and analyzed data from about ten years of human error records related to the generation and transmission of Hydroelectric Power Company in Brazil. It was collected 605 reports by human error shutdown from 1998 to 2009. A BBN-Base methodology for the quantification of human error is also discusses. The taxonomy, model for error sequence process as well as the BBN-Based model are illustrated via an example of application in the context of the Brazilian Hydroelectric Power Industry.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-06-13T15:22:17Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Alexandre Martins Ferreira Bueno - 2011.pdf: 2170812 bytes, checksum: ca9620fc2142f942080575c91a55e932 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-06-13T15:27:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Alexandre Martins Ferreira Bueno - 2011.pdf: 2170812 bytes, checksum: ca9620fc2142f942080575c91a55e932 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-13T15:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Alexandre Martins Ferreira Bueno - 2011.pdf: 2170812 bytes, checksum: ca9620fc2142f942080575c91a55e932 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2011-12-13 / Nowadays, e-learning has become an important source of knowledge, providing content without the limitation of time or space. In this context, Web-based education became an important sector. A large number of e-learning applications have utilized the Web to teach, mainly to provide distance learning. As a result of the substantial growth in elearning there has been an increase in the diversity of students that uses this environment to achieve their academic or professional backgrounds. In general, these students have di erent personal, social-cultural and cognitive characteristics. Adaptive Hypermedia Systems provide resources to assist this diverse public, they are able to consider the individual characteristics of students during the learning process. It is known that the representation of these features are often associated with uncertain and imprecise information. Given this context, this work proposes a Web-based Adaptive Educational Hypermedia System (with instructional content) that aims to personalize the process of distance learning. It has a student model that is able to represent the uncertainties related to the student's knowledge (characteristic of the students considered by the system) through the use of a Bayesian Network. This model is adjusted according to the answers provided by students in ability tests, which in turn are evaluated by a mathematical model of Item Response Theory. The experiment realized compared the results obtained by the proposed system, that is provided with adaptation (personalization) mechanisms, and other system that has no such mechanisms, in which the same content was presented to all the students. Statistical analysis of the collected data has shown a signi cant improvement in knowledge retention by the students who used the system provided with adaptation. However, it was expected, as a result of this improvement, that the levels of satisfaction reported by the students who used the proposed system were better than the levels reported by the students who used the system without adaptation, which was not evidenced by the gathered data. / Hoje em dia, o e-learning se tornou uma importante vertente na obtenção de conhecimento, fornecendo conteúdo sem a limitação de tempo ou espaço . Neste contexto, a educação baseada na Web tem recebido destaque. Inúmeras aplicações de e-learning tem se utilizado da Web para ensinar, principalmente para prover ensino a distancia. Como consequência do crescimento substancial do e-learning houve um aumento na diversidade dos alunos que fazem uso deste meio para a obtenção de suas formações acadêmicas ou prossionais. Em geral, estes alunos possuem diferentes características pessoais, sócio culturais e cognitivas. Os Sistemas Hiperm dia Adaptativos oferecem recursos para atender a este p ublico diverso, eles são capazes de considerar as características individuais dos alunos durante o processo de aprendizagem. Sabe-se que na representação destas características frequentemente estão associadas informações que são incertas e imprecisas. Diante do apresentado, este trabalho propõe um Sistema Hipermídia Adaptativo Educacional (com conteúdo instrucional) que tem como objetivo a personalização do processo de ensino a distância através da Web. Ele possui um modelo do aluno que e capaz de lidar com as incertezas relacionadas ao conhecimento dos alunos (caracteristica dos alunos considerada pelo sistema) através do uso de uma Rede Bayesiana. Este modelo e ajustado por respostas dadas pelos alunos em testes de habilidade, que são avaliadas por um modelo matemático da Teoria da Resposta ao Item. O experimento realizado comparou os resultados obtidos pelo sistema proposto, provido de mecanismos de adaptação (personalização), e outro sistema desprovido de adaptação, em que o mesmo conteúdo era apresentado a todos os alunos. A analise estatística dos dados coletados mostrou uma melhoria signicativa na retenção de conhecimento por parte dos alunos que zeram uso do sistema provido de adaptação. Entretanto, esperava-se, como consequência desta melhoria, que os níveis de satisfação informados pelos alunos que zeram uso do sistema proposto fossem superiores aos níveis informados pelos alunos que zeram uso do sistema desprovido de adaptação, fato não evidenciado pelos dados obtidos.

Redes Bayesianas Dinâmicas (DBNs) são modelos capazes de representar um sistema dinâmico por meio de uma rede complexa que codifica as independências estatísticas condicionais entre os seus estados internos. Entre seus métodos de aprendizagem estrutural a partir de dados, o uso daqueles baseados em teoria de informação têm ganhado bastante espaço nos últimos anos, devido às suas vantages de serem livres de modelo e permitirem uma aprendizagem offline a partir de medidas em múltiplas repetições do experimento. No entanto, resta uma exploração dos paralelos entre a área de aprendizagem de DBNs e aquela interessada em realizar medidas de transferência de informação entre elementos de um sistema neural, principalmente por meio de transferência de entropia (TE). O presente trabalho busca, assim, aproximar estes dois focos de pesquisa, identificando suas equivalências e tratando de alguns dos desafios relacionados à sua implementação em identificação de sistemas neurais. Nota-se que uma das maiores dificuldades relacionadas ao uso de teoria de informação em sistemas multivariados concerne a alta dimensionalidade das funções de distribuição de probabilidade, exigindo grandes quantidades de dados observados simultaneamente. Não obstante, a aplicação de DBNs e transferência de entropia em sistemas de tempo contínuo também envolve considerações sobre a discretização dos sistemas no tempo, o que implica na necessidade de relaxamento da suposição da propriedade de Markov de primeira ordem (presente na definição de DBNs), e leva, assim, à proposta de redes Bayesianas dinâmicas de altas ordens (HO-DBNs). Além de realizar uma revisão das principais propostas para a solução destas dificuldades, o trabalho primeiramente propõe que, sob a suposição de um sistema com elementos se comportando de forma igual, os valores das medidas baseadas em teoria de informação com baixa dimensionalidade podem ser utilizados para a aprendizagem de estruturas de rede. Isso é mostrado a partir do uso de informação mútua par a par para a aprendizagem de redes Bayesianas simuladas com distribuições de probabilidade condicional fixas. No que concerne o uso de HO-DBNs, também se propõe um algoritmo baseado em otimização por enxame de partículas (PSO) para percorrer o espaço de busca de estruturas de HO-DBNs de forma mais eficiente. Em seguida, duas aplicações de modelagem de DBNs com uso de teoria de informação são exploradas na área de sistemas neurais, tendo em vista a obtenção de conhecimento acerca de conectividade funcional e até uma aplicação futura em engenharia bioinspirada. Os desafios apresentados anteriormente são, assim, exemplificados, junto com algumas propostas de solução. A primeira área diz respeito à elicitação de conectividade funcional entre as sub-áreas do hipocampo, no cérebro humano, a partir de dados de ressonância magnética funcional (fMRI) de alta resolução. A partir de uma análise seed-to-voxel em grupo, regiões de interesse (ROIs) são identificadas e um modelo inicial de DBN é proposto, que é coerente com alguns estudos já feitos na literatura. A segunda área de aplicação concerne a conectividade neural do sistema neuromotor do gafanhoto, a partir de gravações intracelulares de potencial sináptico em neurônios sensores, motores e interneurônios, sob estimulação com um fórceps no órgão femoral cordotonal (FeCO). Embora um modelo completo de DBN ainda não seja possível devido à ausência de gravações simultâneas suficientes, os atrasos de transferência de entropia entre o estímulo e a resposta nos neurônios motores são obtidos e integrados a partir de uma análise Bayesiana, dado também um pré-processamento com análise de espectro singular (SSA) que, ao remover a não-estacionariedade do sinal (que se deve a fatores extrínsecos ao sistema), aumentou consideravelmente a quantidade de amostras disponíveis. Tais resultados, ao ajudar a reduzir o espaço de busca de DBNs, também servem para direcionar futuros experimentos e pesquisas na área. / Dynamic Bayesian Networks (DBNs) are models capable of representing a dynamical system by means of a complex network which codifies statistical conditional independencies between their internal states. Among their strucutural learning methods based on data, the use of ones based on information theory are gaining ground in recent years, due to their advantages of being model-free and permitting offline learning from multiple repetitions of an experiment. However, there still remains an exploration of the parallels between the areas of DBN structure learning and those interested in obtaining measures of information transfer between elements of neural systems, mainly through transfer entropy (TE). Thus, the current work seeks to approximate these two foci of research by identifying some of their equivalences and challenges related to their usage in neural systems identification. It is noted that one of the main difficulties related to the use of information theory in multivariate neural systems concerns the high dimensionality of the probability distribution functions, requiring thus great quantities of data observed simultaneously. Furthermore, the application of DBNs and transfer entropy on continuous time systems also involves considerations about their discretization on time, which implies the necessity of relaxing the first order Markov property (instrinsinc to the definition of DBNs), and thus leads to the proposal of high-order dynamic Bayesian networks (HO-DBNs). Besides performing a review on the main proposals for solving these difficulties, this work first proposes that, under the supposition of a system with elements behaving in a similar way, the values of information theory based measures with low dimensions can be employed for learning network structures. This is shown with the use of pairwise mutual information for learning simulated Bayesian networks with fixed conditional probability distributions. And concerning the use of HO-DBNs, an algorithm based on PSO is proposed in order to pass through their search space more efficiently. Next, two applications of DBN modeling with information theory are explored in the field of neural systems, in view of obtaining knowledge about functional connectivity and even of a future application of bioinspired engineering. The challenged presented earlier are then exemplified along with some proposals of solutions. The first field regards the elicitation of functional connectivity between hippocampal subfields on the human brain based of high resolution fMRI data. Starting from a seed-to-voxel group analysis, regions of interest (ROIs) are identified and an initial DBN model is proposed, which is coherent with some studies already conducted in the literature. The second field of application concerns the neural connectivity between the neuromotor system of the locust, based on intracellular synaptic potential recordings on sensory neurons, interneurons and motor neurons under stimulation by a forceps in the femoral chordotonal organ (FeCO). Although a complete DBN model is still not possible due to the absence of sufficient and simultaneous recordings, the transfer entropy delays between stimulus and responses on the motor neuros are obtained and integrated by a Bayesian analysis, given also a pre-processing based on Singular Spectrum Analysis (SSA) which, by removing the nonstationarity characteristics of the signal (which are due to extrinsic factors on the system), considerably increased the number of available samples for learning. Such results, by helping to reduce the search space of DBNs, also direct further experiments and studies on this field.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-31T19:39:43Z No. of bitstreams: 1 MARIA ISABEL FARIA CARNEIRO - DISSERTAÇÃO PPGCC 2014..pdf: 45568096 bytes, checksum: 7fe570750f4904224de8b7e2f76035e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-31T19:39:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARIA ISABEL FARIA CARNEIRO - DISSERTAÇÃO PPGCC 2014..pdf: 45568096 bytes, checksum: 7fe570750f4904224de8b7e2f76035e2 (MD5) Previous issue date: 2014-03 / 0 desenvolvimento de interfaces vocais [VUI - Voice User Interface) per se não é uma garantia para um processo interativo de qualidade entre usuários com deficiência visual e sistemas computacionais. Com o intuito de avaliar os problemas de acessibilidade em VUI, a presente pesquisa focalizou a proposição de uma abordagem de avaliação baseada em um conjunto de técnicas já conhecidas pela comunidade de IHC (Interação Homem-Máquina). No tocante a cada técnica utilizada, o problema foi focado a partir de diferentes perspectivas: (i) do usuário, expresso a partir das visões dos usuários sobre o produto, reunidas a partir de uma abordagem de avaliação; (ii) do especialista, expresso sob a forma de análise dos resultados dos desempenhos dos usuários em sessões de teste de acessibilidade; e (iii) da comunidade de acessibilidade, expresso com base em revisões de projeto, a fim de determinar se o projeto da interface está em conformidade com um padrão. Além disso, visando a evidenciar a incerteza associada aos julgamentos do avaliador na inspeção de conformidade do produto, incorporou-se a modelagem de incerteza, a partir da utilização de Redes Bayesianas, possibilitando ao avaliador explicitar os níveis de incerteza associados às inspeções de conformidade do produto a um padrão, por ele realizadas. A abordagem metodológica foi validada a partir de um estudo de caso envolvendo a avaliação da acessibilidade do sistema computacional DOSVOX, desenvolvido na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), com o objetivo de auxiliar usuários com deficiência visual no uso de sistemas computacionais. No enfoque da inspeção de conformidade, consideraram-se as partes 14 (Diálogos via menus), 17 (Diálogos via preenchimento via formulários) e 171 (Guia de acessibilidade de software) do padrão internacional ISO 9241. Por outro lado, nos enfoques da mensuração de desempenho e da sondagem da satisfação subjetiva do usuário, foram realizados testes de acessibilidade, envolvendo um universo amostrai de 100 usuários. Inicialmente, os participantes foram agrupados como cegos (40 usuários), baixa visão (20 usuários) e sem deficiência visual (40 usuários), de acordo com tipo de deficiência visual. Em seguida, eles foram classificados como principiantes (46 usuários) ou intermediários (54 usuários), de acordo com o nível de conhecimento em Informática e de experiência o produto avaliado. Os dados resultantes dos testes de acessibilidade foram processados estatisticamente, a fim de verificar a correlação entre os desempenhos dos grupos de usuários e entre o desempenho das categorias de usuários de cada grupo. O processamento estatístico dos dados evidenciou a inexistência de diferenças significativas entre os desempenhos dos grupos, bem como entre as categorias de usuários. Por outro lado, a confrontação dos resultados dos três enfoques (mensuração de desempenho do usuário, mensuração da satisfação subjetiva do usuário e inspeção de conformidade do produto a padrões) demonstrou que a abordagem de avaliação proposta produziu resultados complementares e reforçou a relevância da utilização de uma abordagem multimétodos para a avaliação de acessibilidade de interfaces vocais. / Voice interaction design per se does not provide quality assurance of the interactive process for visually impaired users. In this dissertation, a method for evaluating voice user interface (VUI) accessibility based upon a set of techniques already well-known to the HCI (Human-Computer Interaction) community is proposed. For each technique, the problem is focused from a different perspective: (i) the user's perspective, which is expressed as views on the product gathered from an inquiry-based approach; (ii) the specialist's perspective, which is expressed by the analysis of the performance results in accessibility testing sessions; and (iii) the accessibility community's perspective, which is expressed by design reviews to determine whether a user interface design conforms to standards. Additionally, Bayesian networks were used in order to make explicit the uncertainty inherent in conformity inspection processes. A case study with DOSVOX system was performed to validate the proposed approach. DOSVOX system was developed at Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ) with the aim of helping visually impaired users use the computer. A conformity inspection was performed in accordance with parts 14 (Menu dialogues), 17 (Form-filling dialogues) 171 (Guidance on software accessibility) of ISO 9241. On the other hand, the user performance measurement and the user subjective satisfaction measurement were conducted via accessibility testing. One hundred subjects were enrolled in this study. First, they were categorized as blind (40 users), low vision (20 users) and non-visually impaired (40 users), according to their visual impairment. Second, they were grouped as novices (46 users) and intermediates (54 users), according to their knowledge level in Informatics and experience with the evaluated product. Accessibility test results were statistically analyzed in order to verify the correlation between category performances and between group performances. No statistically significant differences between the user categories or the user groups were found. On the other hand, data comparison showed that the three strategies adopted (user performance measurement, user satisfaction measurement and standard conformity inspection) add to the evaluation process, producing complimentary data that are significant to the process, and reinforcing the relevance of a multi-layered approach for the accessibility evaluation of voice user interfaces.

Submitted by Gabriel Campos Pérgola (gabrielpergola@gmail.com) on 2013-02-04T12:56:43Z No. of bitstreams: 1 DissertationGabrielPergola2013.pdf: 521205 bytes, checksum: 85369078a82b0d5cc02f8248961e9214 (MD5) / Rejected by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br), reason: Prezado Gabriel, Não recebemos os arquivo em PDF. Att. Suzi 3799-7876 on 2013-02-05T18:53:00Z (GMT) / Submitted by Gabriel Campos Pérgola (gabrielpergola@gmail.com) on 2013-02-05T19:00:17Z No. of bitstreams: 2 DissertationGabrielPergola2013.pdf: 521205 bytes, checksum: 85369078a82b0d5cc02f8248961e9214 (MD5) DissertationGabrielPergola2013.pdf: 521205 bytes, checksum: 85369078a82b0d5cc02f8248961e9214 (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2013-02-05T19:07:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 DissertationGabrielPergola2013.pdf: 521205 bytes, checksum: 85369078a82b0d5cc02f8248961e9214 (MD5) DissertationGabrielPergola2013.pdf: 521205 bytes, checksum: 85369078a82b0d5cc02f8248961e9214 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-05T19:09:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DissertationGabrielPergola2013.pdf: 521205 bytes, checksum: 85369078a82b0d5cc02f8248961e9214 (MD5) DissertationGabrielPergola2013.pdf: 521205 bytes, checksum: 85369078a82b0d5cc02f8248961e9214 (MD5) Previous issue date: 23-01-13 / Portfolio insurance allows a manager to limit downside risk while allowing participation in upside markets. The purpose of this dissertation is to introduce a framework to portfolio insurance optimization from a hybrid frequentist-Bayesian approach. We obtain the joint distribution of regular returns from a frequentist statistical method, once the outliers have been identified and removed from the data sample. The joint distribution of extreme returns, in its turn, is modelled by a Bayesian network, whose topology reflects the events that can significantly impact the portfolio performance. Once we link the regular and extreme distributions of returns, we simulate future scenarios for the portfolio value. The insurance subportfolio is then optimized by the Differential Evolution algorithm. We show the framework in a step by step example for a long portfolio including stocks participating in the Bovespa Index (Ibovespa), using market data from 2008 to 2012. / Seguros de carteiras proporcionam aos gestores limitar o risco de downside sem renunciar a movimentos de upside. Nesta dissertação, propomos um arcabouço de otimização de seguro de carteira a partir de um modelo híbrido frequentista-Bayesiano com uso de derivativos. Obtemos a distribuição conjunta de retornos regulares através de uma abordagem estatística frequentista, uma vez removidos os outliers da amostra. A distribuição conjunta dos retornos extremos, por sua vez, é modelada através de Redes Bayesianas, cuja topologia contempla os eventos que o gestor considera crítico ao desempenho da carteira. Unindo as distribuições de retornos regulares e extremos, simulamos cenários futuros para a carteira. O seguro é, então, otimizado através do algoritmo Evolução Diferencial. Mostramos uma aplicação passo a passo para uma carteira comprada em ações do Ibovespa, utilizando dados de mercado entre 2008 e 2012.