| |
|
Neural Networks Between Integer and Rational Weights
Šíma, Jiří
The analysis of the computational power of neural networks with the weight parameters between integer and rational numbers is refined. We study an intermediate model of binary-state neural networks with integer weights, corresponding to finite automata, which is extended with an extra analog unit with rational weights, as already two additional analog units allow for Turing universality. We characterize the languages that are accepted by this model in terms of so-called cut languages which are combined in a certain way by usual string operations. We employ this characterization for proving that the languages accepted by neural networks with an analog unit are context-sensitive and we present an explicit example of such non-context-free languages. In addition, we formulate a sufficient condition when these networks accept only regular languages in terms of quasi-periodicity of parameters derived from their weights.
Fulltext: content.csg -  PDF
Plný tet: v1237-16 - PDF
|
|
Effect of snowpack on runoff generation during rain on snow event.
Juras, Roman ; Máca, Petr (advisor) ; Ladislav , Ladislav (referee)
During a winter season, when snow covers the watershed, the frequency of rain-on-snow (ROS) events is still raising. ROS can cause severe natural hazards like floods or wet avalanches. Prediction of ROS effects is linked to better understanding of snowpack runoff dynamics and its composition. Deploying rainfall simulation together with hydrological tracers was tested as a convenient tool for this purpose. Overall 18 sprinkling experiments were conducted on snow featuring different initial conditions in mountainous regions over middle and western Europe.
Dye tracer brilliant blue (FCF) was used for flow regime determination, because it enables to visualise preferential paths and layers interface. Snowpack runoff composition was assessed by hydrograph separation method, which provided appropriate results with acceptable uncertainty. It was not possible to use concurrently these two techniques because of technical reasons, however it would extend our gained knowledge. Snowmelt water amount in the snowpack runoff was estimated by energy balance (EB) equation, which is very efficient but quality inputs demanding. This was also the reason, why EB was deployed within only single experiment.
Timing of snowpack runoff onset decrease mainly with the rain intensity. Initial snowpack properties like bulk density or wetness are less important for time of runoff generation compared to the rain intensity. On the other het when same rain intensity was applied, non-ripe snowpack featuring less bulk density created runoff faster than the ripe snowpack featuring higher bulk density. Snowpack runoff magnitude mainly depends on the snowpack initial saturation. Ripe snowpack with higher saturation enabled to generate higher cumulative runoff where contributed by max 50 %. In contrary, rainwater travelled through the non-ripe snowpack relatively fast and contributed runoff by approx. 80 %.
Runoff prediction was tested by deploying Richards equation included in SNOWPACK model. The model was modified using a dual-domain approach to better simulate snowpack runoff under preferential flow conditions. Presented approach demonstrated an improvement in all simulated aspects compared to the more traditional method when only matrix flow is considered.
|
|
Population genetic analysis of Old Kladruber horse
Vostrá Vydrová, Hana ; Majzlík, Ivan (advisor) ; Karel, Karel (referee)
The Old Kladruber horse, along with the Lipizzaner horse, Andalusian horse and Lusitano horse, is of the original Italo-Spanish type. The Old Kladruber horse is kept in two colour varieties (grey and black). Because the population is closed, there is a concern about the loss of genetic variation. The genetic diversity and population structure were analysed in the Old Kladruber horse breed based on the pedigree information of animals that were registered in the Studbook to identify factors that may have affected the genetic variability of the breed. Pedigree records collected from 1729 to 2013 contained information on 7971 animals that were used in the analyses. The pedigree depth was up to 33 generations, with an average of 15.1 complete generations. The effective number of founders and ancestors contributing to the current genetic pool was 92.69 and 17.16, respectively. The average values of the inbreeding coefficient were as follows: 13% (with a maximum value of 29%) for the reference population (individuals that can currently take part in reproduction, n=612), 11% for the grey variety (with a maximum value of 25%) and 15% for the black variety (with a maximum value of 29%). The proportion of inbred animals was high (99%). The average rate of inbreeding in the reference population was 1%: 0.8% for the grey variety and 1.1% for the black variety, and the respective estimates of the effective population sizes were 52 for the reference population, 62 for the grey variety and 45 for the black variety. The estimated percentage of genetic diversity lost due to non-random mating within subpopulations and the reference population was 1.0, 1.0 and 1.2%, respectively. The total loss of genetic diversity in the reference population, in the grey variety and in the black variety was 11%, 13% and 17%, respectively.
|
|
Non-invasive methods for sex and steroid homones determination in gibbons of the genus Nomascus
Bolechová, Petra ; Bartoš, Luděk (advisor) ; Pavel, Pavel (referee)
The gibbon primates of the family Nomascus are classified as critically endangered species, and, to date, basic understanding and information about their biology is missing. With regard to the status of these animals in the wild and captive populations in zoos, being familiar with their reproduction, may improve captive breeding programs. Data collection in this study was to be carried out by the practical use of non-invasive methods (polymerase chain reaction for DNA extraction and enzyme immunoassays), using faecal samples for analysis. The first method, polymerase chain reaction, was used for sex determination in juveniles, because of their coat colour and visual similarity of secondary sex characteristic in both sexes; it is not possible to determinate sex without handling the animal. Another main purpose of this study is to try and answer the hypothesis regarding the ovarian cycle of females, factors influencing their hormone concentration and also the onset of sexual maturity in females and the timing of their fur colour change. Hypotheses were checked by monitoring the concentration of progesterone and oestrogen faecal metabolites and by evaluation of the composition of breeding groups of gibbons with the ZOO influence. During a four year period (from 2010 till 2014), there were a total of 51 animals analysed from 16 different zoos with a faecal sample count totalling 1618 samples. The results confirmed the use of noninvasive methods for sex determination, and thus ensuring the maximum welfare standards. Endocrinological analysis confirmed the hypothesis of the influence of the environment (ZOO) to the hormone concentrations and female´s pregnancy effect in conjunction with her age on the final results of the male - father hormone concentrations. The initial information in this study is the confirmation of the onset of ovarian cycle in young females without connection to their fur colour change and a significant factor of a mother´s impact and her territoriality. This study is the first to present a long term monitoring of ovarian cycles in females and hormone concentrations of other individuals, both male and female, and from various age groups. The results allow us to understand the possible impact of zoo environments on the reproductive status of these gibbons and contribute to the general improvement of breeding management.
|
|
Relational Verification of Programs with Integer Data
Konečný, Filip ; Bouajjani, Ahmed (referee) ; Jančar, Petr (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Tato práce představuje nové metody pro verifikaci programů pracujících s neomezenými celočíslenými proměnnými, konkrétně metody pro analýzu dosažitelnosti a~konečnosti. Většina těchto metod je založena na akceleračních technikách, které počítají tranzitivní uzávěry cyklů programu. V práci je nejprve představen algoritmus pro akceleraci několika tříd celočíselných relací. Tento algoritmus je až o čtyři řády rychlejší než existující techniky. Z teoretického hlediska práce dokazuje, že uvažované třídy relací jsou periodické a~poskytuje tudíž jednotné řešení prolému akcelerace. Práce dále představuje semi-algoritmus pro analýzu dosažitelnosti celočíselných programů, který sleduje relace mezi proměnnými programu a~aplikuje akcelerační techniky za účelem modulárního výpočtu souhrnů procedur. Dále je v práci navržen alternativní algoritmus pro analýzu dosažitelnosti, který integruje predikátovou abstrakci s accelerací s cílem zvýšit pravděpodobnost konvergence výpočtu. Provedené experimenty ukazují, že oba algoritmy lze úspěšně aplikovat k verifikaci programů, na kterých předchozí metody selhávaly. Práce se rovněž zabývá problémem konečnosti běhu programů a~dokazuje, že tento problém je rozhodnutelný pro několik tříd celočíselných relací. Pro některé z těchto tříd relací je v práci navržen algoritmus, který v polynomiálním čase vypočítá množinu všech konfigurací programu, z nichž existuje nekonečný běh. Tento algoritmus je integrován do metody, která analyzuje konečnost běhů celočíselných programů. Efektivnost této metody je demonstrována na několika netriviálních celočíselných programech.
|
|
Stability and convergence of numerical computations
Sehnalová, Pavla ; Dalík, Josef (referee) ; Horová, Ivana (referee) ; Kunovský, Jiří (advisor)
Tato disertační práce se zabývá analýzou stability a konvergence klasických numerických metod pro řešení obyčejných diferenciálních rovnic. Jsou představeny klasické jednokrokové metody, jako je Eulerova metoda, Runge-Kuttovy metody a nepříliš známá, ale rychlá a přesná metoda Taylorovy řady. V práci uvažujeme zobecnění jednokrokových metod do vícekrokových metod, jako jsou Adamsovy metody, a jejich implementaci ve dvojicích prediktor-korektor. Dále uvádíme generalizaci do vícekrokových metod vyšších derivací, jako jsou např. Obreshkovovy metody. Dvojice prediktor-korektor jsou často implementovány v kombinacích modů, v práci uvažujeme tzv. módy PEC a PECE. Hlavním cílem a přínosem této práce je nová metoda čtvrtého řádu, která se skládá z dvoukrokového prediktoru a jednokrokového korektoru, jejichž formule využívají druhých derivací. V práci je diskutována Nordsieckova reprezentace, algoritmus pro výběr proměnlivého integračního kroku nebo odhad lokálních a globálních chyb. Navržený přístup je vhodně upraven pro použití proměnlivého integračního kroku s přístupe vyšších derivací. Uvádíme srovnání s klasickými metodami a provedené experimenty pro lineární a nelineární problémy.
|
|
Extensions to Probabilistic Linear Discriminant Analysis for Speaker Recognition
Plchot, Oldřich ; Fousek, Petr (referee) ; McCree,, Alan (referee) ; Burget, Lukáš (advisor)
Tato práce se zabývá pravděpodobnostními modely pro automatické rozpoznávání řečníka. Podrobně analyzuje zejména pravděpodobnostní lineární diskriminační analýzu (PLDA), která modeluje nízkodimenzionální reprezentace promluv ve formě \acronym{i--vektorů}. Práce navrhuje dvě rozšíření v současnosti požívaného PLDA modelu. Nově navržený PLDA model s plným posteriorním rozložením modeluje neurčitost při generování i--vektorů. Práce také navrhuje nový diskriminativní přístup k trénování systému pro verifikaci řečníka, který je založený na PLDA. Pokud srovnáváme původní PLDA s modelem rozšířeným o modelování neurčitosti i--vektorů, výsledky dosažené s rozšířeným modelem dosahují až 20% relativního zlepšení při testech s krátkými nahrávkami. Pro delší testovací segmenty (více než jedna minuta) je zisk v přesnosti menší, nicméně přesnost nového modelu není nikdy menší než přesnost výchozího systému. Trénovací data jsou ale obvykle dostupná ve formě dostatečně dlouhých segmentů, proto v těchto případech použití nového modelu neposkytuje žádné výhody při trénování. Při trénování může být použit původní PLDA model a jeho rozšířená verze může být využita pro získání skóre v případě, kdy se bude provádět testování na krátkých segmentech řeči. Diskriminativní model je založen na klasifikaci dvojic i--vektorů do dvou tříd představujících oprávněný a neoprávněný soud (target a non-target trial). Funkcionální forma pro získání skóre pro každý pár je odvozena z PLDA a trénování je založeno na logistické regresi, která minimalizuje vzájemnou entropii mezi správným označením všech soudů a pravděpodobnostním označením soudů, které navrhuje systém. Výsledky dosažené s diskriminativně trénovaným klasifikátorem jsou podobné výsledkům generativního PLDA, ale diskriminativní systém prokazuje schopnost produkovat lépe kalibrované skóre. Tato schopnost vede k lepší skutečné přesnosti na neviděné evaluační sadě, což je důležitá vlastnost pro reálné použití.
|
|
Query-by-Example Spoken Term Detection
Fapšo, Michal ; Matoušek, Jindřich (referee) ; Metze, Florian (referee) ; Černocký, Jan (advisor)
Tato práce se zabývá vyhledáváním výrazů v řeči pomocí mluvených příkladů (QbE STD). Výrazy jsou zadávány v mluvené podobě a jsou vyhledány v množině řečových nahrávek, výstupem vyhledávání je seznam detekcí s jejich skóre a časováním. V práci popisujeme, analyzujeme a srovnáváme tři různé přístupy ke QbE STD v jazykově závislých a jazykově nezávislých podmínkách, s jedním a pěti příklady na dotaz. Pro naše experimenty jsme použili česká, maďarská, anglická a arabská (levantská) data, a pro každý z těchto jazyků jsme natrénovali 3-stavový fonémový rozpoznávač. To nám dalo 16 možných kombinací jazyka pro vyhodnocení a jazyka na kterém byl natrénovaný rozpoznávač. Čtyři kombinace byly tedy závislé na jazyce (language-dependent) a 12 bylo jazykově nezávislých (language-independent). Všechny QbE systémy byly vyhodnoceny na stejných datech a stejných fonémových posteriorních příznacích, pomocí metrik: nesdružené Figure-of-Merit (non pooled FOM) a námi navrhnuté nesdružené Figure-of-Merit se simulací normalizace přes promluvy (utterrance-normalized non-pooled Figure-of-Merit). Ty nám poskytly relevantní údaje pro porovnání těchto QbE přístupů a pro získání lepšího vhledu do jejich chování. QbE přístupy použité v této práci jsou: sekvenční statistické modelování (GMM/HMM), srovnávání vzorů v příznacích (DTW) a srovnávání grafů hypotéz (WFST). Abychom porovnali výsledky QbE přístupů s běžnými STD systémy vyhledávajícími textové výrazy, vyhodnotili jsme jazykově závislé konfigurace také s akustickým detektorem klíčových slov (AKWS) a systémem pro vyhledávání fonémových řetězců v grafech hypotéz (WFSTlat). Jádrem této práce je vývoj, analýza a zlepšení systému WFST QbE STD, který po zlepšení dosahuje podobných výsledků jako DTW systém v jazykově závislých podmínkách.
|
|
The Pump with a Diffuser with Stochastic Blades (Runner and Diffuser)
Dobšáková, Lenka ; Melichar, Jan (referee) ; Veselý, Jindřich (referee) ; Haluza, Miloslav (advisor)
This doctoral thesis studies the non-uniform blade cascade for centrifugal pumps. Influence of non-uniform blade cascade is investigated on the impeller and diffuser. A non-uniform blading impeller of pumps in this doctoral thesis was examined in terms of influence on efficiency characteristic. The idea of using non-uniform blading is to obtain a flat efficiency characteristic. Then the centrifugal pump could be used on larger scale of power with achieving a sufficiently high efficiency. The work is based on experimental measurements and numerical simulations of non-uniform hydraulic pump components. Non-uniform impeller and the diffuser were newly designed for this research. A new measuring track of small submersible pumps was needed to design and build for measurements. Different pump combinations with conventional hydraulics on one working point and hydraulics with non-uniform were measured. All measurements were evaluated and characteristics of efficiency, head and power were obtained for each measured combination. Some of pump combinations (which were measured in experiment) were numerically simulated by program Ansys Fluent. Data needed to evaluate the characteristic of efficiency and specific energy were collected from each numerical simulation. A theoretical consideration concerns the influence of non-uniform blade cascade applied on diffuser. The suggestion how to decrease hydraulic losses in canals was done. The theoretical consideration how to make a flat efficiency characteristic was made.
|
guest ::
