Projetos de Pesquisa



Aprendizagem de algoritmos e programação

Nome do projeto: Aprendizagem de algoritmos e programação
Linha de Pesquisa: Sistemas de Informação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
Pesquisadores e docentes de computação tem se preocupado sempre em achar a melhor forma de introduzir os alunos dos primeiros cursos de computação no mundo dos algoritmos e da programação. Pesquisas mostram que a taxa de evasão de alunos de primeiro e segundo ano de cursos de Ciência da Computação, motivada por dificuldades de aprendizagem de programação, é alta, situando-se entre 30% e 70% em muitos países. A importância e complexidade deste tema têm motivado a pesquisa de métodos educacionais para facilitar a aprendizagem de programação. As propostas existentes são variadas e enfatizam particularidades envolvidas no processo de aprendizagem de desenvolvimento de algoritmos: auxílios sintáticos; simplificação de IDEs; uso de notações icônicas para descrever o fluxo de execução; ilustração gráfica de conceitos de algoritmos e estruturas de dados; motivação da aprendizagem de algoritmos a partir da utilização de aplicações gráficas, programas para a Web ou programação de robôs; planejamento especial de aspectos didáticos englobando currículo, monitoria, "assessment" e "feedback" do professor, para citar algumas trabalhos.
De forma geral os trabalhos existentes relatam as experiências de cursos introdutórios de algoritmos pela utilização de uma proposta em particular, mas não tentam decompor e investigar isoladamente fatores que afetam a aprendizagem de algoritmos. Este projeto de pesquisa tem por objetivo a explicitação de um conjunto de fatores que supostamente afetam a aprendizagem de algoritmos e envolve a investigação sistemática de várias hipóteses, entre elas: (1) O emprego de domínios de problemas concretos favorece a aprendizagem de conceitos algoritmos. (2) O uso de linguagens com primitivas próximas às do domínio dos problemas favorece a aprendizagem de conceitos algoritmos. (3) O emprego de linguagens formais com gramáticas próximas às das linguagens naturais favorece a aprendizagem de conceitos de algoritmos.
O trabalho envolve o projeto de linguagens formais, a escrita de compiladores e de ambientes de desenvolvimento e a verificação de hipóteses a partir da experimentação com alunos em ambiente escolar.

Docentes:
ANA MARIA MONTEIRO
NORTON TREVISAN ROMAN
OSVALDO LUIZ DE OLIVEIRA

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Execução de aplicações legadas em grids computacionais

Nome do projeto: Execução de aplicações legadas em grids computacionais
Linha de Pesquisa: Sistemas de Informação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
Nos últimos anos a computação em grid tem se estabelecido como uma alternativa eficiente para a integração de recursos computacionais diversos. Grids computacionais conseguem agregar um poder de processamento equivalente ou superior ao dos mais modernos supercomputadores por apenas uma fração do preço, o que tem possibilitado um acesso mais democrático à computação de altom desempenho.
Apesar de ser possível desenvolver aplicações especificamente projetadas para grids computacionais, a maior demanda para este tipo de tecnologia aparece na forma de aplicações já existentes e com problemas crônicos de desempenho. Estas aplicações legadas, no entanto, não são trivais de serem adaptadas para sua execução em um ambiente distribuído e não dedicado como é o caso de um grid.
Este projeto pretende estudar as alternativas e desenvolver soluções inovadoras para a adaptação de aplicações legadas para a execução em grids computacionais. Dentre os objetivos que pretendemos atingir estão:
* Identificar classes de aplicações legadas de acordo com características relevantes para sua execução em um grid computacional;
* Desenvolver, se possível, métodos não invasivos (ou mínimamente invasivos) para portar cada classe de aplicação para um grid computacional;
* Atingir o máximo desempenho possível na execução das aplicações legadas no grid e
* Garantir a segurança dos dados tratados pela aplicação durante sua execução no grid.
A solução ideal, talvez inatingível, é conseguir a execução eficiente de uma aplicação legada em um grid computacional sem ter que alterar seu código. Guiados por este objetivo, o projeto irá privilegiar soluções que não dependam de APIs ou linguagens de programação específicos.
Para o teste e implementação das soluções propostas usaremos a plataforma comercial Sparsi Maestro, desenvolvida pela empresa Sparsi, da qual o coordenador do projeto é co-fundador. Sparsi Maestro permite a construção de grids computacionais em redes corporativas e tem sido usada com sucesso na execução de várias aplicações legadas. Seu uso garantirá um ambiente de testes real e o rápido aproveitamento na prática das soluções geradas pelo projeto de pesquisa.

Docente:
EDUARDO JAVIER HUERTA YERO

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Heurísticas para a implementação de um precondicionador híbrido para métodos de pontos interiores

Nome do projeto: Heurísticas para a implementação de um precondicionador híbrido para métodos de pontos interiores
Linha de Pesquisa: Técnicas e Modelos da Computação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
Os métodos de pontos interiores são muito eficientes na solução de problemas de otimização de grande porte. A cada iteração desses métodos são resolvidos sistemas de equações lineares para o cálculo da direção. Este é o passo mais caro em termos de custo computacional. Para solução destes sistemas são utilizados métodos diretos (fatoração de Cholesky) ou métodos iterativos. Na solução por métodos iterativos, é necessário utilizar precondicionadores para obter uma implementação eficiente. Recentemente foi definida uma abordagem híbrida que utiliza dois precondicionadores na solução do sistema: fatoração controlada de Cholesky na fase inicial da otimização e o precondicionador separador para a segunda fase. O primeiro é mais eficiente nas iterações iniciais dos métodos de pontos interiores e ineficiente próximo a uma solução do problema linear e o segundo tem um comportamento oposto. Este projeto propõe melhorar a eficiência da abordagem híbrida trabalhando especificamente em: uma nova implementação do precondicionador separador usando novas técnicas de analise numérica e uma implementação do método iterativo do gradiente conjugado mais específica para o tipo de sistemas (sistemas de equações normais) abordado nestes métodos.

Docentes:
MARTA INES VELAZCO FONTOVA
AURELIO RIBEIRO LEITE DE OLIVEIRA

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Influência do domínio na sumarização automática de diálogos

Nome do projeto: Influência do domínio na sumarização automática de diálogos
Linha de Pesquisa: Técnicas e Modelos da Computação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
Técnicas atuais de sumarização automática, tanto de textos quanto de resumos, buscam tão somente capturar os pontos mais relevantes do objeto resumido. Notoriamente, tais técnicas dependem unica e exclusivamente da presença de informação nesse objeto. Em certas situações, contudo, é notória a ausência de fatos ou informações esperadas, dado o domínio. Por exemplo, em um diálogo de compra e venda, é de se estranhar a ausência do preço do produto negociado como um dos pontos da conversa. Tal ausência, poderia ser um indicativo das intenções por trás dos participantes da negociação. Uma sutil informação que atualmente passa despercebida das técnicas automáticas. Nesse projeto, será feito um estudo experimental de modo a determinar quão importante tal informação é. Além disso, caso seja demonstrada essa importância, o projeto também visa ao desenvolvimento de técnicas para sua identificação e sumarização automática.

Docentes:
ANA MARIA MONTEIRO
NORTON TREVISAN ROMAN

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Investigação de técnicas de agrupamentos baseadas em teoria dos grafos e morfologia matemática

Nome do projeto: Investigação de técnicas de agrupamentos baseadas em teoria dos grafos e morfologia matemática
Linha de Pesquisa: Técnicas e Modelos da Computação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
O objeto de pesquisa deste projeto são algoritmos caracterizados como algoritmos hierárquicos e, nesta categoria, a subcategoria dos algoritmos aglomerativos, caracterizados por produzirem uma seqüência de agrupamentos, cada um deles com um número menor de grupos que o anterior.
O agrupamento produzido no passo k é baseado no agrupamento produzido no passo k? 1, no qual é feito uma junção de dois grupos. Dentre os algoritmos aglomerativos o projeto focaliza especificamente a subcategoria de algoritmos baseados em conceitos da Teoria dos Grafos com ênfase em algoritmos baseados em árvores spanning minimais, conectividade, componentes conexas e partições. A noção intuitiva que subsidia a abordagem de agrupamentos baseada em grafos é a da identificação e separação de subgrafos densos e que estão esparsamente conectados uns aos outros. Uma importante característica de algoritmos desta família é a de serem capazes de detectar agrupamentos de dados com vários formatos, pelo menos nos casos em que estão bem separados. A capacidade de detecção de agrupamentos com vários formatos é compartilhada apenas por poucos algoritmos de agrupamento. Técnicas de agrupamento baseadas em grafos buscam a definição de agrupamentos compactos e bem separados, a partir de um dado grafo, cujos vértices representam os dados.

Docente:
MARIA DO CARMO NICOLETTI

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Modelagem computacional de culturas de neurônios in-vitro

Nome do projeto: Modelagem computacional de culturas de neurônios in-vitro
Linha de Pesquisa: Técnicas e Modelos da Computação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
Neurônios de mamíferos podem ser cultivados in-vitro e os seus sinais eletrofisiológicos podem ser mensurados, bem como a sua morfologia pode ser captada usando mecanismos de imageamento. Uma das técnicas usadas para esse tipo de experimento é a matriz de múltiplos eletrodos (Multi Electrode-Array, MEA), que contem uma quantidade grande de eletrodos usados tanto para sensoriamento, quanto para modulação de sinais nas regiões do cultivo dos neurônios. Um exemplo de sistema, MEA60, utiliza um arranjo planar de 60 microeletrodos com 30 micrometro de diâmetro e 200 micrometro de espaçamento em substrato de vidro, sendo que cada microeletrodo pode ser usado tanto para sensoriamento como estímulo elétrico. As medidas elétricas obtidas nos MEAs são extracelulares, bem como os estímulos elétricos aplicados. O estudo da dinâmica das redes neuronais que realizam o processamento e a memorização das informações; das disfunções fisiológicas que levam a problemas de saúde como a epilepsia; e a resposta a manipulação farmacológica; consistem em grandes desafios da atualidade. O presente plano de pesquisa consiste na modelagem computacional dos cultivos de neurônios in-vitro, que formam uma rede neuronal, computando a conectividade das regiões, usando os dados obtidos de respostas à modulação química e elétrica, quanto ao número médio de potenciais de ação (spikes), intervalos entre spikes, rajadas de spikes (bursts) e intervalos entre bursts, comparados com as atividades espontâneas dos neurônios. O estudo da conectividade deve ser obtido pela correlação dos sinais obtidos de diferentes microeletrodos, que correspondem a diferentes regiões da rede neuronal. A modelagem inclui também o aspecto morfológico, reconstruindo as imagens dos cultivos, e um simulador do cultivo in-vitro em software e em circuitos reconfiguráveis, FPGAs (Field Programmable Gate Arrays). O plano de pesquisa proposto deve contribuir para o estudo da dinâmica das redes neuronais, permitindo caminhar para um melhor entendimento do sistema nervoso biológico. Por outro lado, a compreensão das redes neuronais cultivadas pode possibilitar o modelamento de redes neurais artificiais realísticas que possam ser úteis para a solução de problemas de engenharia.

Docente:
JOSÉ HIROKI SAITO

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Modelagem, análise e projetos de redes de computadores multimídias

Nome do projeto: Modelagem, análise e projetos de redes de computadores multimídias
Linha de Pesquisa: Sistemas de Informação
Ano Início: 2010

Descrição do projeto
As redes de computadores em futuro muito próximo deverão ser capazes de transportar qualquer tipo de tráfego como voz, vídeo, áudio, imagens e dados, com garantia de qualidade de serviços (QoS). Essas redes são de grandes desafios de projetos para os especialistas de rede, pois, as redes atuais não permitem uma transferência de tráfegos multimídias com qualidade garantida. Além disso, há uma multiplicidade de novas redes com fios e sem fios para uma variedade de novos serviços que são ou serão incorporadas às redes atuais. Desta forma, há uma grande necessidade de criar modelos de análises para essas redes e estudar os seus desempenhos visando garantir a QoS de cada tipo de tráfego. Além disso, dependendo dos resultados de análise, haverá necessidade de propor alternativas de projetos para obter melhorias nos seus desempenhos.
Os principais objetivos deste projeto são:
* Proposição de modelos de análises para redes com garantia de qualidade de serviço. Nesta abordagem, objetiva-se propor modelos de tráfego multimídia e de filas.
* Análise de desempenho de redes sem fios. A expansão das redes sem fio (celulares) tem sido extraordinária e agora está evoluindo para transportar qualquer tipo de tráfego. Essas redes denominadas de 3G, 4G, NGN, etc, são bastante complexas e necessitam estudos de desempenho em seus vários níveis de protocolos.
* Proposição e analise de redes com aplicações específicas. A evolução da eletrônica de sensores está possibilitando a criação de redes de sensores com aplicações específicas como na área médica. Uma rede especial de sensores que está em desenvolvimento denominada BAN (Body Área Network) ou rede de área corporal objetiva monitorar e controlar todos os sentidos vitais de um corpo humano. Nesta abordagem, todos os aspectos de uma BAN, como a arquitetura de rede, os controles de acesso ao meio, a manipulação de dados, os aplicativos essenciais, etc, serão todos objetos de estudo.

Docentes:
MARCELO DE PAIVA GUIMARÃES
SHUSABURO MOTOYAMA

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Processamento e reconhecimento da face em ambientes não controlados

Nome do projeto: Processamento e reconhecimento da face em ambientes não controlados
Linha de Pesquisa: Técnicas e Modelos da Computação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
O problema do reconhecimento da face consiste em processar imagens faciais para oferecer solução a dois cenários: a identificação de uma face dentre um conjunto de faces armazenadas ou a verificação de uma face em relação a uma identidade pretendida pré-estabelecida. Em praticamente todas as abordagens para reconhecimento facial é necessária a detecção previa de coordenadas de pontos de interesse da face (olhos, boca, nariz, etc) e por tanto ambos problemas estão fortemente relacionados. Tanto o reconhecimento facial quanto a detecção de pontos na face são problemas não totalmente resolvidos, principalmente quando as imagens processadas são obtidas em condições de iluminação e ambiente não controlados, sem restrições de orientação da face e com qualidade de captura heterogênea.
Os objetivos deste projeto de pesquisa são:
* Contribuir à solução do problema da identificação e verificação facial em ambientes não controlados.
* Contribuir à solução da detecção automática de pontos de interesse da face em imagens e vídeos, assim como o reconhecimento de outras características relevantes como sexo, etnia, faixa etária, etc.

Docentes:
JOSÉ HIROKI SAITO
LUIS MARIANO DEL VAL CURA

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Rizoma

Nome do projeto: Rizoma
Linha de Pesquisa: Sistemas de Informação
Ano Início: 2010

Descrição do projeto
O objeto fundamental deste projeto de pesquisa são os sistemas computacionais que acolhem um processo educacional na forma de um rizoma, sem raízes, sem proposições ou afirmações mais fundamentais do que outras, sem ramificações que brotam segundo dicotomias estritas, sem hierarquização, sem primeiros princípios, mas que permitem a construção do conhecimento simultaneamente a partir de todos os pontos sob a influência de diferentes observações e conceitualizações. A motivação e o interesse por estes sistemas surgiu de experimentos realizados em ambiente escolar, entre os anos de 2000 a 2005, com um protótipo que desenvolvemos para criação de animações computacionais de peças de teatro. Este projeto de pesquisa tem por base os conhecimentos adquiridos nesses experimentos e objetiva investigar o design de sistemas computacionais com suporte ao desenvolvimento de processos educacionais rizomáticos no sentido expresso, mas não restrito, pelas seguintes questões:
* Como desenvolver sistemas computacionais que não se restringem a um conhecimento pronto e definido, mas que garantam o acesso ao processo de produção dos saberes, tecidos nas redes de significados, por todos os usuários, indiscriminadamente, que interagem no espaço de ensino-aprendizagem?
* Como desenvolver sistemas que abrem um leque de possibilidades de participação, que convidam os participantes a contribuírem com o que eles mais se sentem à vontade, em um processo onde as potencialidades e os talentos se complementam na solução?
* Rompendo com a integração artificial presente nos currículos seriais e hierárquicos a partir da criação de obras em grupo, como permitir, lidar e suportar o aparecimento do imprevisível, das conexões entre diferentes saberes e campos de conhecimento, da transversalidade, da abordagem do conhecimento em vários sentidos?
* Como se opor à lógica unívoca que separa emissor e receptor, emissão e recepção para desenvolver sistemas que estabelecem uma alternativa paradigmática que coloca autor e receptor dentro de um processo de comunicação bidirecional, em que autor e receptor se misturam, exercem o mesmo papel, em um processo de troca de idéias, de cooperação, de complementação para a produção da mesma obra?
* Como dar suporte computacional a dinâmicas de co-autoria e criação colaborativa?
* Como desenvolver sistemas que estimulam e lidam com as incertezas do desenvolvimento não-linear de uma obra?
* Como abrigar muitos ("todos") usuários, sem discriminação, isto é, como criar sistemas que permitem o acesso ao conhecimento e que suportam uma recriação infinita de conhecimentos? Isto é, como desenvolver sistemas que apresentem acessibilidade ao conhecimento?
Como desenvolver sistemas computacionais que permitem a criação de situações de ensino aprendizagem abertas e flexíveis, que valorizam uma diversidade de estilos de aprender, que não excluem crianças com maior ou menor capacidade, relativa aos padrões clássicos de aprendizagem e de desempenho cognitivo?

Docente:
OSVALDO LUIZ DE OLIVEIRA

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Sistemas web flexíveis

Nome do projeto: Sistemas web flexíveis
Linha de Pesquisa: Sistemas de Informação
Ano Início: 2009

Descrição do projeto
A pesquisa em Interação Humano-Computador tem explorado alternativas para adaptar interfaces do sistema a alterações nos requisitos, necessidades e desejos dos usuários a custos viáveis mesmo após o final do desenvolvimento do sistema computacional. Hoje em dia, os usuários não estão restritos somente aos profissionais com habilidades em computação; os desenvolvedores de produtos em alguns casos não conhecem quem serão os usuários a priori (devido à abrangência e diversidade de potenciais usuários), e os artefatos computacionais não são limitados às especificações tecnológicas de uma plataforma de interação pré-definida. Em decorrência desta diversidade de uso, interfaces Web não podem mais ser consideradas artefatos estáticos, construídos para um conjunto de usuários previamente conhecido. Este projeto investiga novas técnicas, arquiteturas e métodos para a construção de interfaces flexíveis, com enfoque particular no aprimoramento da usabilidade e acessibilidade de sistemas Web. O projeto está dividido em três atividades principais que envolvem pesquisa e avanços tecnológicos: (1) explorar como uma linguagem de integração baseada em normas, agregadas a ontologias, poderia aprimorar a flexibilidade na Web; (2) propor e construir frameworks para design e desenvolvimento de sistemas web flexíveis com base nas tecnologias da web semântica; e (3) conduzir estudos de caso e avaliar o uso dos frameworks propostos em sistemas web reais.

Docente:
RODRIGO BONACIN

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Virtualidade imersiva e interativa baseada em cloud computing

Nome do projeto: Virtualidade imersiva e interativa baseada em cloud computing
Linha de Pesquisa: Sistemas de Informação
Ano Início: 2010

Descrição do projeto
O projeto, coordenado pela Universidade Federal de São Carlos, trata do desenvolvimento de uma plataforma para virtualidade imersiva e interativa baseada em cloud computing, isto é, do desenvolvimento de um framework básico de comunicação em nuvem com suporte e desenvolvimento de conteúdos distribuídos multiusuários de realidade virtual e aumentada para TV digital, dispositivos móveis (smartphones, PDAs) e computadores pessoais, incluindo, além do código, documentação e exemplos básicos do emprego deste framework, através de projetos específicos, e também suporte a seu uso pelos laboratórios consorciados (Universidade Federal do Pará, Universidade Federal da Paraíba, Universidade Estadual de São Paulo, Abutua Tecnologia e Corollarium Tecnologia).

Docente:
MARCELO DE PAIVA GUIMARÃES


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