Contract CNCSIS nr. 37GR / 23.05.2007

Cod CNCSIS nr 79

Tipul proiectului: A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sinteza de cercetare

 

 

Cercetari privind interpolarea polinomiala multidimensionala, clasificatorii polinomiali  si aplicatii

 

 

 

 

 

Director grant,

CONF. univ. dr. Dana Simian

 

 

 

 

20 Octombrie, 2008
1. Rezumatul proiectului

 

Proiectul Cercetari privind interpolarea polinomiala multidimensionala, clasificatorii polinomiali  si aplicatii, are ca obiectiv principal  realizarea unei cercetari fundamentale in domeniul interpolarii polinomiale multidimensionale, a clasificatorilor polinomiali si explorarea posibilitatilor de aplicare in domenii de varf, cum ar fi invatarea automata, data mining, clasificarea documentelor pe web.

 In domeniul interpolarii s-a urmarit explorarea metodelor de generalizare a interpolarii unidimensionale, analiza unor multimi speciale de conditii, generalizarea spatiilor polinomiale folosite si aplicatii in diferite domenii de activitate: ecologie, medicina si asistenta sociala, economie. De un interes deosebit s-au bucurat  tehnicile noi, hibride de obtinere a unor clasificatori. Aceste tehnici folosesc metoda kernelelor combinata cu tehnici din inteligenta artificiala (algoritmi genetici, swarm inteligence) pentru constructia unor clasificatori performanti. Proiectul si-a propus si realizarea unei analize din punct de vedere al eficientei,  a diferitilor clasificatori polinomiali  nou obtinuti, precum si realizarea unei comparatii intre acesti clasificatori si clasificatorii existenti in literatura de specialitate. Valorificarea cercetarii fundamentale s-a  reflectat  in proiectarea unui software multifunctional destinat obtinerii spatiilor de interpolare minimale pentru multimi date de conditii, a operatorului de interpolare, precum si obtinerea unei formule interpolatoare de cuadratura generala.

Proiectul a urmarit de asemenea dezvoltarea resurselor umane prin antrenarea studentilor masteranzi si doctoranzi  in cadrul cercetarilor fundamentale si a aplicatiilor care pot fi obtinute din aceste cercetari. Parte din rezultate au stat la baza tezelor de doctorat prezentate de doi dintre membrii echipei  si au contribuit la obtinerea de catre alt membru al echipei, student masterand, a unei burse de cercetare acordata de Centrul National de Burse in Strainate. .

I cadrul proiectului. in scopul diseminarii rezultatelor au fost organizate doua workshopuri internationale. In urma desfasurarii celor doua workshopuri internationale (“New approaches,   Algorithms and  Advanced Computational Techniques in Approximation Theory and  its Applications” – 2007  si “New trends in Approximation, Optimization and Classification” – 2008) am constituit un grup stabil de lucru in acest domeniu, format din specialisti din Romania, Bulgaria, Serbia si Germania  si intentionam sa punem bazele unei retele internationale de excelenta in acest domeniu.

2. Obiectivele proiectului pentru anul 2008

Obiectiv 01:  Proiectarea si dezvoltarea sistemului software pentru:-selectia spatiilor de interpolare minimale pentru o multime de conditii date; configurarea setului de conditii pentru a permite interpolarea din spatii polinomiale de un anumit grad.

  1. Elaborare specificatii sistem
  2. Proiectare sistem
  3. Dezvoltare sistem; proiectare si dezvoltare intefata utilizator bazata pe Web.
  4. Implementare sistem; testare /validare sistem
  5. Diseminare rezultate partiale prin articole publicate (3) 

Obiectiv 02: Tehnici de clasificare hibride bazate pe Support Vector Machine

  1. Studiul tehnicilor de clasificare liniara si neliniara
  2. Tehnici SVM obtinute pe baza interpolarii polinomiale multidimensionale
  3. Diseminare rezultate partiale prin articole publicate (4) si  organizare workshop
  4. Diseminare rezultate finale prin publicarea unei carti

Obiectiv 03: Organizare masterat

  1. Realizare plan de invatamant
  2. Programe analitice
  3. Dosar de proiect program master

3. Sinteza activitatilor de cercetare realizate in anul 2008

In 2008 am continuat studiul fundamental inceput in anul 2007, referitor la interpolarea polinomiala multidimensionala a functiilor obtinand rezultate noi referitoare la interpolarea in spatii de polinoame generalizate si aplicand practic rezultatele in domeniul ecologiei. Am implementat rezultatele intr-un sistem soft, cu interfata pe web, in cadrul paginii web a proiectului. Am continuat studiul tehnicilor de clasificare, cu precadere a tehnicilor SVM hibride. Metodele obtinute au fost folosite in aplicatii practice.  

Directiile de cercetare urmarite au fost urmatoarele:

- Dezvoltarea in continuare a studiilor teoretice fundamentale referitoare la interpolare polinomiala multidimensionala, vizand in primul rand aspecte computationale necesare implementarii rezultatelor si obtinerii sistemului soft (obiectiv 1). Am imbunatatit metoda eliminarii Gauss pe segmente, pentru diferite tipuri de conditii de interpolare (conditii Lagrange in cazul a mai mult de doua variabile, conditii Hermite, conditii speciale de interpolare pentru care spatiul interpolator este spatiul polinoamele de grad n). Am elaborat algoritmi, pe care i-am implementat in softul proiectat, care determina spatiile de interpolare folosind metode din algebra computationala. Astfel am determinat spatiul polinoamelor reduse modulo o H-baza a idealului ker(Lambda), unde Lambda reprezinta multimea de conditii de interpolare. Acesta reprezinta un spatiu de interpolare pentru conditiile Lambda.

- Dezvoltarea si testarea unui soft pentru furnizarea unei baze a spatiului interpolator, determinarea formei polinomului de interpolare, furnizarea coeficientilor unei formule de cuadratura de tip interpolator pe domenii dreptunghiulare si triunghiulare. Am testat softul pentru pozitii particulare ale punctelor. Introducerea datelor de intrare se poate face folosind o interfata grafica, sau din fisiere de tip text. Implementarea a fost facuta in visual C(obiectiv 1).

- Proiectarea unei pagini web a proiectului din care este accesibil softul realizat., precum si toate informatiile legate de proiect (obiectiv 1 + diseminare rezultate ).

-  Studierea tehnicilor de clasificare liniara si neliniara, a tehnicilor de clasificare bazate pe SVM (obiectiv 2). Am determinat si analizat noi posibilitati de obtinere a unor kerneluri care sa optimizeze rezultatele clasificarii. Metoda propusa permite determinarea unui nucleu  multiplu, bazat pe operatii cu nuclee polinomiale, care sa optimizeze rezultatele clasificarii pe un anume tip de date.  Metoda  este construita pe doua nivele. In primul nivel, macro, se construieste multikernelul folosind un algoritm genetic a carui functie de fitness este construita, in al doilea nivel, micro, de catre un algoritm SVM. Algoritmul SVM  foloseste un subset de date pentru antrenare si un alt subset pentru calculul preciziei de clasificare, care este folosita de algoritmul genetic.

- Studierea  aplicatiilor clasificarii in web mining, pentru diferite tipuri de date, cu precadere in domeniul biomedical si bibliomining.(obiectiv 2).

-  Studierea unor noi operatori genetici, si a unor metode bazate pe swarm inteligence, care pot fi folositi in tehnicile hibride de clasificare si aplicatii. (obiectiv 2).

- Studii asupra ontologiilor (arhitectura, instrumente soft care asista utilizatorii in dezvoltarea si intretinerea ontologiilor) si bazelor de cunostinte, care constituie domenii in care se pot aplica rezultatele teoretice obtinute in domeniul clasificarii. (obiectiv 2).

- Studierea efectului folosirii diferitelor metrici in clasificare (obiectiv 2)..

- Aplicarea rezultatelor obtinute la rezolvarea unor probleme practice: in ecologie, in optimizarea site-urilor Natura 2000, in domeniul medical si al asistentei sociale (folosirea unor tehnici hibride pentru repartizarea locurilor in sanatorii), in proiectarea unui sistem cu autoinvatare pentru conducerea automata a unor vehicule, in domeniul biomedical. in domeniul retelelor de calculatoare. (obiectiv 2)

- Am implementat tehnicile hibride introduse, bazate pe “wasp behaviour” in realizarea unui sistem cu autoinvatare aplicabil la conducerea automata a autovehiculelor. Implementarea a fost realizata in Java. (obiectiv2)

- Rezultatele obtinute in domeniul clasificarii au fost sintetizate intr-o carte  (obiectiv 2).

-  Am studiat impactul pe care domeniul studiat il are universitati din strainatate (Germania, Bulgaria, Serbia, Elvetia, Suedia, Franta, Austria), prin sumarizarea programelor de master care includ cursuri  care vizeaza domeniul proiectului si a directiilor de cercetare din aceste universitati. Ca rezultat a acestui studiu am realizat o propunere de master, cu tema “Aplicatii ale teoriei aproximarii si clasificarii in tehnologia informatiei.”, pe care intentionam sa il inaintam ca master cu predare in limba engleza si cu o posibila dezvoltare viitoare ca un master realizat in colaborare cu alte universitati ( Bulgaria, Serbia, Germania) (obiectiv 3).

4. Diseminarea rezultatelor

Diseminarea rezultatelor s-a facut prin

1.      Participare la conferinte internationale.

2.      Publicare de articole in revistele de specialitate si  in proceedingurile unor conferinte internationale

3.      Prezentarea unei prelegeri cuprinzand rezultatele proiectului la Institutul de Calcul Paralel din cadrul Academiei Bulgare

4.      Prezentare de prelegeri in plen (invited plenary speaker) la conferinte internationale

5.      Organizarea unui workshop international pe tema proiectului

6.      Editarea unei carti si a proceedingului workshopului international organizat

7.      Realizarea paginii web a proiectului

8.      Realizarea si  punerea la dispozitia utilizatorilor, folosind o interfata web, a aplicatiilor soft realizate in  cadrul proiectului

4/1 Lista conferintelor internationale la care au participat membrii proiectului

1.      EC’ 08, 9-th WSEAS International Conference on Evolutionary Computing (Sofia, Bulgaria, May 2-4, 2008)

2.      Fourth Conference on Numerical Analysis and Applications, NA&A 2008 (Lozenetz, Bulgaria, 16-20 Iunie, 2008)

3.      9th WSEAS Int. Conf. on Mathematics And Computers In Biology And  Chemistry , MCBC'08 (Bucuresti. Romania, 24-26 Iunie, 2008)

  1. 12th WSEAS CSCC Multiconference, Conference on Computers(Heraklion, Crete Island, Greece, Iulie 22-25, 2008 )
  2. Mathematical Conference: 85 years of professor Blagoj Popov life, (Ohrid, Macedonia, 4-7 Sept. 2008)
  3. The 12-th International Conference On Applied Mathematics And Computer Science,  Baisoara,(Cluj-Napoca, 10 – 13 Sept. 2008)
  4. 8th WSEAS Int. Conf. on Simulation, Modelling and  Optimization, (Santander, Cantambria, Spain, 23-25 Sept. 2008)
  5. 8th WSEAS International Conference on Distance Learning And Web Engineering , (Santander Spain, 23 -25 Sept. 2008)
  6. 10th WSEAS int. Conf. On Mathematical Methods, Computational Techniques and Intelligent Systems (MAMECTIS '08), (Corfu , Grecia 26-28 Oct,. 2008)
  7.  The ICB seminar "Statistics and Clinical Practice", (Warsaw, Polonia 19-20 Iunie)
  8. International Conference on Computers, Communications and Control 2008, Felix Spa, Romania, 14-17 May 2008
  9. The 16th Conference on Applied and Industrial Mathematics CAIM 2008, Oradea, 9-12 Octombrie , 2008

4.2.1 Lista articolelor publicate de catre membrii proiectului ca urmare a studiilor facute in cadrul proiectului:

1.      Dana Simian, Florin Stoica, Corina Simian, Models for a Multi-Agent System Based on Wasp-Like Behaviour for Distributed Patients Repartition, Advanced topics on evolutionary computing, Proceeding of the 9-th Conference on Evolutionay Computing, pp. 82-87, ISSN 1790-5109, ISBN 978-960-6766-58-9.

2.      Florin Stoica, Dana Simian, Corina Simian, A new co-mutation genetic operator, Advanced topics on evolutionary computing, Proceeding of the 9-th Conference on Evolutionay Computing, pp. 76-82, ISSN 1790-5109, ISBN 978-960-6766-58-9.

3.      Dana Simian, Florin Stoica, Angela CurteanDBanaduc,, Multi-Agent System models for monitoring optimization within a Natura 2000 , Mathematics and Computers in Biology and Chemistry, Proceeding of MCBC’08,  pp. 212-217, ISBN 978-960-6766-75-6, ISSN 1790-5125 .

4.      Florin Stoica, Dana Simian, Approaches to cognitive support in biomedical knoledge-based systems,  Mathematics and Computers in Biology and Chemistry, Proceeding of MCBC’08,  pp. 217-223, ISBN 978-960-6766-75-6, ISSN 1790-5125.

5.      Corina Simian, Dana Simian – On Some Algebraic Aspects of Multivariate Interpolation,  New Aspects of Computers, Part I, Proceedings of the 12-th International Conference on Computers, Heraklion Crete, WSEAS Press,  pp. 332-337, ISBN 978-960-6766-85-5, ISSN 1790-5109

6.      Dana Simian, Vladislav Georgiev, Corina Simian, A search optimization model in network having broken packages,  New Aspects of Computers, Part I, Proceedings of the 12-th International Conference on Computers, Heraklion Crete, WSEAS Press,  pp. 337-341, ISBN 978-960-6766-85-5, ISSN 1790-5109

7.      Dana Simian, Generalized polynomial Spaces in Three Variablea: Computational Aspects,  New Aspects of Computers, Part I, Proceedings of the 12-th International Conference on Computers, Heraklion Crete, WSEAS Press,  pp. 328-332, ISBN 978-960-6766-85-5, ISSN 1790-5109

8.      Raka Iovanoic, Milan Tuba, Dana Simian, An Algorithm for Multi-Resolution Grid Creation Applied to Explicit Finite Difference Scheme, New Aspects of Computers, Part IIII, Proceedings of the 12-th International Conference on Computers, Heraklion Crete, WSEAS Press,  pp.1123- 1128, ISBN 978-960-6766-85-5, ISSN 1790-5109

9.      Dana Simian, A Model For a Complex Polynomial SVM Kernel ,  proceedings of the 8-th WSEAS Int. Conf. on Simulation, Modelling and Optimization. Santander Spain, 2008, within Mathematics and Computers in Science and Engineering, pp. 164-170, ISSN 1790 -2769, ISBN 978- 960-474-007-9,. 

10.  Dana Simian, Corina Simian, Applications of the connection between approximation theory and algebra, Lectures Notes in Computer Science,  Springer Berlin Heildelberg New York (accepted for publishing)

11.   Dana Simian,   Properties Of Generalized Polynomial Spaces In Three Variables, , Lectures Notes in Computer Science,  Springer Berlin Heildelberg New York (accepted for publishing)

12.  Dana Simian, Florin Stoica, Automatic control based on Wasp Behavioral Model and Stochastic Learning Automata, Proceedings of  10th Wseas int. Conf. On Mathematical Methods, Computational Techniques and Intelligent Systems (MAMECTIS '08), Corfu 2008

13.  Dana Simian, Corina Simian, On Lagrange Interpolation,  Proceedings of  10th Wseas int. Conf. On Mathematical Methods, Computational Techniques and Intelligent Systems (MAMECTIS '08), Corfu 2008

14.  Ioana Moisil, Iulian Pah, Dana Simian, Advanced Modelling of Tutor Intelligent Systems for Distance Learning Applications,  Int. J. of Computers, Communications & Control, ISSN 1841-9836, E-ISSN 1841-9844 , Vol. III (2008), Suppl. issue: Proceedings of ICCCC 2008, pp. 413-416

15.  . Ioana Moisil,  Statistical Classification Techniques for Mining Clinical Data, invited paper to ICB seminar "Statistics and Clinical Practice", Warsaw, 2008 , pp.44-49, MKB,  Polska Akademia Nauk

16.  Ioan Pop, Web metrics for digital influence measurement, Distance Learning, Multimedia And Video Technologies, Proceedings of the 8th WSEAS International Conference on Distance Learning And Web Engineering  (DIWEB '08), Santander Spain, 2008  within Recent Advanced in Computers Engineering, pp. 191-197, ISSN 1790 -2769, ISBN 978- 960-474-007-9,. 

17.  Ioan Pop, A Web Mining Logical Framework for Heterogeneous Biological Ontology Data, Mathematics and Computers in Biology and Chemistry, Proceeding of the 9th WSEAS International Conference MCBC’08, Bucharest 2008 pp. , ISBN 978-960-474-005-5, ISSN 1790-5109.

18.  Ioan Pop, Techniques for Generating and Evaluating to the Performance Classification, New Aspects of Computers, Part I, Proceedings of the 12-th International Conference on Computers, Heraklion Crete, WSEAS Press,  pp. 348 – 354, ISBN 978-960-6766-85-5, ISSN 1790-5109  

19.  Ioan Pop, Web Document Classification and its Performance Evaluation, Proceedings of the 9th WSEAS International Conference on Evolutionary Computing – EC’08, Sofia, Bulgaria, Mai 2-4 2008,  pp. 105-111, ISSN 1790-5109, ISBN 978-960-6766-58-9.

20.  Mircea Neamtu, Web Formal Techniques Used In Encrypting Systems, Proceedings of the 9th WSEAS International Conference on Evolutionary Computing – EC’08, Sofia, Bulgaria, Mai 2-4 2008,  pp. 111-117, ISSN 1790-5109, ISBN 978-960-6766-58-9.

21.  .Mircea Neamtu, Automats in logical optimization, , New Aspects of Computers, Part I, Proceedings of the 12-th International Conference on Computers, Heraklion Crete, WSEAS Press,  pp  257-263., ISBN 978-960-6766-85-5, ISSN 1790-5109  

22.  .Mircea Neamtu, Genetical Programming Evolving Algorithms,  Proceedings of  10th WSEAS int. Conf. On Mathematical Methods, Computational Techniques and Intelligent Systems (MAMECTIS '08), Corfu 2008

23.  Ioan .Dzitac, Ioana Moisil, Advanced AI Techniques for Web Mining, Proceedings of  10th WSEAS int. Conf. On Mathematical Methods, Computational Techniques and Intelligent Systems (MAMECTIS '08), Corfu 2008

4.2.2 Lucrari scrise de membrii proiectului, cuprinse in volumul continand contributiile prezentate la workshopul  „New trends in Approximation, Optimization and classification”, Sibiu, 1-5 Octombrie, workshop organizat in cadrul proiectului.

1.      Dana Simian, On an approach for optimizing the kernel choice in SVM method,  New Trends in Approximation, Optgimization and Classification,  Proceedings of  International Workshop, Sibiu, 2008

2.      Ioana Moisil,  Some aspects regarding Web mining, Trends in Approximation, Optgimization and Classification,  Proceedings of  International Workshop, Sibiu, 2008

3.      Corina Simian, Applications of an interpolation formula, New Trends in Approximation, Optgimization and Classification,  Proceedings of  International Workshop, Sibiu, 2008

4.      Ioan Pop, Web Metrics using Web Quality Model in Social Media,  New Trends in Approximation, Optgimization and Classification,  Proceedings of  International Workshop, Sibiu, 2008

5.      Anda Pop, Ioan Pop,   Measuring Social Media and Digital Influence for  the Public Relation Improvement, New Trends in Approximation, Optgimization and Classification,  Proceedings of  International Workshop, Sibiu, 2008

6.      Mircea Neamtu, Optimization Of Finite Automatics In Economic Moulding ,  New Trends in Approximation, Optgimization and Classification,  Proceedings of  International Workshop, Sibiu, 2008

Prelegeri   invitate si prelehgeri sustinute  in plenul unor conferinte internationale (invited plenary speaker)

4.3  Prelegeri  invitate

Dana Simian - Researches on Multivariate Interpolation,  Polynomial Classifiers  and Applications – Bulgarian Academy of Science, Institute of  Parallel  Processing, 19 Febr. 2008 –

4.4 Invited plenary speaker

  1. Dana Simian -  New Trends In Multivariate Approximation And Optimization -  9th WSEAS Int. Conf. on Mathematics And Computers In Biology And  Chemistry , MCBC'08 (Bucuresti. Romania, 24-26 Iunie, 2008)  
  2. Dana Simian - Nature Inspired Algorithms In  Intelligent Systems Modeling - 10th WSEAS int. Conf. On Mathematical Methods, Computational Techniques and Intelligent Systems (MAMECTIS '08), Corfu 26-28 Oct.  2008
  3. Ioana Moisil -  Statistical classification techniques for mining clinical data - The ICB seminar "Statistics and Clinical Practice", Warsaw, Polonia
  4. Ioana  Moisil - Advanced statistical methods for web mining, The 16th Conference on Applied and Industrial Mathematics CAIM 2008, Section 5,  Theoretical Computer Science,

 

4.5 Organizarea unui workshop international  avand tema

„New Trends in Approximation, Optimization and classification”

Workshopul  a reunit  25 de participanti din Romania (Sibiu, Cluj-Napoca, Timisoara), Germania (Esslingen), Bulgaria (Sofia, Russe) , Serbia (Belgrad), care au prezentat contributii originale si au purtat discutii asupra problemelor incluse in tematica workshopului. Workshopul a gazduit si o masa rotunda (Discussions) asupra unor noi orientari in teoria aproximarii si interpolarii si in teoria clasificatorilor. Participantii au luat in discutie posibilitatea propuneriii unui proiect comun  international, pe aceeasi tematica. Lucrarile prezentate la workshop au fost recenzate de membrii unui comitet stiintific international si sunt in curs de publicare,  sub forma unui volum cu capitole colective, grupate in functie de tematica lor. Mapa cu toate materialele conferintei este anexata prezentului raport.

4.6.1 Editarea unui volum colectiv cu contributiile de la workshop

Volumul  conferintei se intituleaza  „New Trends in Approximation, Optimization and classification”, editat de Editura Universitatii Lucian Blaga din Sibiu.

4.6.2 Editarea unei carti de specialitate

 - bazata pe cercetarile facute in acest proiect, in domeniul clasificarii.

  1. Dana Simian, Ioana Moisil, Ioan Pop  Metode si tehnici de clasificare. aplicatii, Ed. Universităţii Lucian Blaga din Sibiu,  2008

4.7 Realizarea paginii Web a proiectului care  este si interfata de activare a softului realizat in cadrul proiectului in domeniul interpolarii multidimensionale (autor Andrei Moiceanu) si a aplicatiei cu autoinvatare, bazate pe tehnicile de clasificare propuse in proiect

4.8 Aplicatii soft realizate

- soft multifunctional pentru interpolarea polinomiala multidimensionala

- aplicatie de control automat a autovehiculelor bazata pe tehnici hibride care utilizeaza “wasp behaviour”. ( realizata in colaborare cu Florin Stoica)

5.. Realizari in domeniul pregatirii resursei umane

  1. Finalizarea unei burse de cercetare cu tema “Advanced techniques in numerical calculus and optimization in processes modeling and simulation”, la  Universitatea  “St. Kliment Ohridski”, Sofia, Bulgaria - castigata de Corina Simian 
  2. Formularea unui program de master, care sa stea la baza realizarii unui master international cu limba de predare engleza.

6. Concluzii

Toate obiectivele proiectului au fost realizate. Rezultatele au fost diseminate corespunzator. Aspectele computationale, validarea si testarea rezultatelor s-a realizat folosind echipamentele achizitionate in cadrul proiectului.  Workshopul international realizat a pus bazele unei retele de colaborare internationala pe tema proiectului. Activitatea din cadrul proiectului a contribuit si la dezvoltarea resursei umane: