|
Acceleration Methods for Evolutionary Design of Digital Circuits
Vašíček, Zdeněk ; Miller, Julian (referee) ; Zelinka,, Ivan (referee) ; Sekanina, Lukáš (advisor)
Ačkoliv můžeme v literatuře nalézt řadu příkladů prezentujících evoluční návrh jakožto zajímavou a slibnou alternativu k tradičním návrhovým technikám používaným v oblasti číslicových obvodů, praktické nasazení je často problematické zejména v důsledku tzv. problému škálovatelnosti, který se projevuje např. tak, že evoluční algoritmus je schopen poskytovat uspokojivé výsledky pouze pro malé instance řešeného problému. Vážný problém představuje tzv. problém škálovatelnosti evaluace fitness funkce, který je markantní zejména v oblasti syntézy kombinačních obvodů, kde doba potřebná pro ohodnocení kandidátního řešení typicky roste exponenciálně se zvyšujícím se počtem primárních vstupů. Tato disertační práce se zabývá návrhem několika metod umožňujících redukovat problem škálovatelnosti evaluace v oblasti evolučního návrhu a optimalizace číslicových systémů. Cílem je pomocí několika případových studií ukázat, že s využitím vhodných akceleračních technik jsou evoluční techniky schopny automaticky navrhovat inovativní/kompetitivní řešení praktických problémů. Aby bylo možné redukovat problém škálovatelnosti v oblasti evolučního návrhu číslicových filtrů, byl navržen doménově specifický akcelerátor na bázi FPGA. Tato problematika reprezentuje případ, kdy je nutné ohodnotit velké množství trénovacích dat a současně provést mnoho generací. Pomocí navrženého akcelerátoru se podařilo objevit efektivní implementace různých nelineárních obrazových filtrů. S využitím evolučně navržených filtrů byl vytvořen robustní nelineární filtr implusního šumu, který je chráněn užitným vzorem. Navržený filtr vykazuje v porovnání s konvenčními řešeními vysokou kvalitu filtrace a nízkou implementační cenu. Spojením evolučního návrhu a technik známých z oblasti formální verifikace se podařilo vytvořit systém umožňující výrazně redukovat problém škálovatelnosti evoluční syntézy kombinačních obvodů na úrovni hradel. Navržená metoda dovoluje produkovat komplexní a přesto kvalitní řešení, která jsou schopna konkurovat komerčním nástrojům pro logickou syntézu. Navržený algoritmus byl experimentálně ověřen na sadě několika benchmarkových obvodů včetně tzv. obtížně syntetizovatelných obvodů, kde dosahoval v průměru o 25% lepších výsledků než dostupné akademické i komerční nástroje. Poslední doménou, kterou se práce zabývá, je akcelerace evolučního návrhu lineárních systémů. Na příkladu evolučního návrhu násobiček s vícenásobnými konstantními koeficienty bylo ukázáno, že čas potřebný k evaluaci kandidátního řešení lze výrazně redukovat (defacto na ohodocení jediného testovacího vektoru), je-li brán v potaz charakter řešeného problému (v tomto případě linearita).
|
|
Evolutionary Approach to Synthesis and Optimization of Ordinary and Polymorphic Circuits
Gajda, Zbyšek ; Schmidt, Jan (referee) ; Zelinka,, Ivan (referee) ; Sekanina, Lukáš (advisor)
Tato disertační práce se zabývá evolučním návrhem a optimalizací jak běžných, tak polymorfních digitálních obvodů. V práci jsou uvedena a vyhodnocena nová rozšíření kartézského genetického programování (Cartesian Genetic Programming, CGP), která umožňují zkrácení výpočetního času a získávání kompaktnějších obvodů. Další část práce se zaměřuje na nové metody syntézy polymorfních obvodů. Uvedené metody založené na polymorfních binárních rozhodovacích diagramech a polymorfním multiplexovaní rozšiřují běžné reprezentace digitálních obvodů, a to s ohledem na začlenění polymorfních hradel. Z důvodu snížení počtu hradel v obvodech syntetizovaných uvedenými metodami je provedena evoluční optimalizace založená na CGP. Implementované polymorfní obvody, které jsou optimalizovány s využitím CGP, reprezentují nejlepší známá řešení, jestliže je jako cílové kritérium brán počet hradel obvodu.
|
|
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.
|
|
OPTIMIZATION OF ALGORITHMS AND DATA STRUCTURES FOR REGULAR EXPRESSION MATCHING USING FPGA TECHNOLOGY
Kaštil, Jan ; Plíva, Zdeněk (referee) ; Vlček, Karel (referee) ; Kotásek, Zdeněk (advisor)
Disertační práce se zabývá rychlým vyhledáváním regulárních výrazů v síťovém provozu s použitím technologie FPGA. Vyhledávání regulárních výrazů v síťovém provozu je výpočetně náročnou operací využívanou převážně v oblasti síťové bezpečnosti a v oblasti monitorování provozu vysokorychlostních počítačových sítí. Současná řešení neumožňují dosáhnout požadovaných multigigabitových propustností při dodržení všech požadavků, které jsou na vyhledávací jednotky kladeny. Nejvyšších propustností dosahují implementace založené na využití inovativních hardwarových architektur implementovaných v FPGA případně v ASIC. Tato disertační práce popisuje nové architektury vyhledávací jednotky, které jsou vhodné pro implementaci jak v FPGA tak v ASIC. Základní myšlenkou navržených architektur je využití perfektní hashovací funkce pro implementaci přechodové tabulky konečného automatu. Dále byla navržena architektura, která umožňuje uživateli zanést malou pravděpodobnost chyby při vyhledávání a tím snížit paměťové nároky vyhledávací jednotky. Disertační práce analyzuje vliv pravděpodobnosti této chyby na celkovou spolehlivost systému a srovnává ji s řešením používaným v současnosti. V rámci disertační práce byla provedena měření vlastností regulárních výrazů používaných při analýze provozu moderních počítačových sítí. Z provedené analýzy vyplývá, že velká část regulárních výrazů je vhodná pro implementaci pomocí navržených architektur. Pro dosažení vysoké propustnosti vyhledávací jednotky práce navrhuje nový algoritmus transformace abecedy, který umožňuje, aby vyhledávací jednotka zpracovala více znaků v jednom kroku. Na rozdíl od současných metod, navržený algoritmus umožňuje konstrukci automatu zpracovávajícího libovolný počet symbolů v jednom taktu. Implementované architektury dosahují v porovnání se současnými metodami úspory paměti zlepšení až 200MB.
|
|
The reflection of František Bakule's work in a relation to a current special educational practice
BALÍKOVÁ, Tereza
František Bakule was a significant Czech teacher during the first half of the 20th century. He was known as the first director of the "Jedlicka Institute in Prague" as well as the founder of so-called "Bakule´s Institute" as well as one of the few representatives of the "Czech alternative approach towards education" which is very well recognized all around the world. His legacy and teachings, however, are currently not being developed on the systematic level and neither they are being put into practise by Czech professional mainstream educational community. We also need to mention that is not used by even the stream of special education, in contrast to many foreign alternative pedagogical trends, which are gaining popularity and are generally applied with success. The aim of this thesis is therefore to analyse the work of Frantisek Bakule through the prism of contemporary school educational environment with emphasis on the education of students with disabilities. The first chapter is devoted to outlining the life journey of Frantisek Bakule, particularly focusing on the major milestones that influenced the formation of his personality, his ideas, inspiration and motivation which was reflected in his teachings and then in his very own coherent concept of education. To be specific, we are introduced to his family background and a significant part is then devoted to description of Frantisek´s experience as a teacher, including stages of operating in Jedlicka´s Institute and in his own "Bakule´s institute". The second part is then focused solely on Bakule´s specific educational concept. First, the core principles of the concept are defined. Later parts then talk about Bakule´s original curriculum and a his proposal of an ideal classroom environment. The text also contains a detailed description of how Bakule approached several subjects, which were at the core of his teaching concept, namely "Work activities", "Music education" and "Arts". Original teaching practices are analysed by using current teaching methodology and terminology. Due to the identified aim and goals of the thesis, the third chapter analyses the current concept of education of the above, according to Bakule´s core areas and principles. The text is designed specifically to be subsequently reflecting the work of Frantisek Bakule from the perspective of today's teaching methods, namely the methods of special education. The idea is to define common points and possible differences and uncover hidden inspirational potential, which is then the main content of the fourth and final chapter. Based on the analysis and all its subsequent reflections, the final chapter tells us that although Bakule´s educational goals don´t differ too significantly from the current concept embedded in the relevant framework of educational programs, to achieve such goals we are currently using very different techniques and methods in comparison to Bakule´s ways. Even though Bakule himself tested and verified all of his concepts in practice, which can be very simply described as "do not teach students about life and work, but through life and work", and these concepts also have been proven correct by various subsequent results of psychological researches, the current system still doesn´t draw from them too much. From all the above it is quite obvious that the legacy of life´s work of Frantisek Bakule is currently not utilized nor it is being appreciated by our professional pedagogical community. On the other hand, we need to note that it may also be due to the level of fragmentation in which his concept and materials were preserved to the present days.
|
|
Specifics of nursing care in patients after transapical aortic valve implantation.
VOTRUBOVÁ, Nataliya
Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) is a new and an attractive method in cardiology and as well as in cardiac surgery. It is constantly evolving method which has been developed as an alternative to standard open surgery, especially in patients with severe symptomatic aortic stenosis with unacceptably high perioperative risk or patients who are not suitable for conventional open heart surgery because of age and comorbidities.A teamwork is very importantfor this new method and approach. The choice for TAVI is discussed by the institutional multidisciplinary heart team, typically consisting of interventional cardiologists, imaging-specialists, cardiac surgeons and anaesthesiologists. The first implant in a human being was performed by Cribierin 2002. In Czech Republic this method was first used in 2008. Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) was accepted as a minimally invasive alternative to open surgery. This method does not require the use of cardiopulmonary bypass, and cardiac arrest. Other several benefits includinglower risks of bleeding and stroke events, better wound healing, less pain, as well as more rapid early recovery due to preservation of continuity of the sternumthat result in shorter durations of stay in the hospital, earlier rehabilitation and faster returns to normal life. In the presented work was used a combination of qualitative-quantitative methods of investigation. The data was obtained by using the quantitative research. The main technique was using the questionnaires designed for nurses working at the Department of Cardiac Surgery, Hospital Czech Budejovice, a. s. These results were backed up by the implementation of qualitative research, which investigated the patients and physicians view on monitored issues. Questioning method using a semi structured interview technique was used for qualitative research. The results of the survey were processed using descriptive statistics charts in LibreOffice Calc and using diagrams created in LibreOffice Writer. Qualitative results of the research were transcribed from audio recordings and coded, and the base code was created nine categories of interviews with clients/patients and three categories of interviews with doctors. The aim of this work was to explore the specific problem of nursing care about the clients / patients after transapical aortic valve implantation. On the base of our obtained data it is evident, that the client/patient after TAVI may be positioned sideways, the use of surgical drains are less frequently, so the care about the surgical wounds is simpler, patients report less pain in the surgical wound and postoperative rehabilitation and recovery is shorter. H1 - The nurses take care about the clients/patients after transapical aortic valve implantation in the same way as about the clients/patients after open aortic valve replacement, without realizing the differences between the patients treated with different approaches, was not confirmed. The nurses'sees/reported major differences in invasiveness and extent of providing care, rehabilitation, convalescent, in the duration of the hospitalization and better cosmetic effect. The results of the research can serve as a basis for creating the standards of nursing care or educational material for clients/patients. It is also possible to present the results of this work at a specialized seminar for non medical healthcare workers and results can also increase the quality of nursing care about the clients/patients after transapical aortic valve implantation.
|
|
Stress situations and nursing personnel
MAREŠOVÁ, Lucie
This thesis deals with the stressful situations in the profession of the nursing staff. The occupation of the nurse belongs to the most demanding ones. In this occupation, the nurse is permanently affected by many stressors of different types. She faces death, the suffering, dying and incurably ill people very often. She is there in times of pain, agony and suffering. Personal encounters with these difficult situations require highly professional approach but most of all, they present immense work stress for the nurse. The theory section describes mainly the stressful situations that are the most common and most difficult in the work of the nursing staff. The next part of the theory section describes possible consequences of the stressful situations and methods of managing them including the support by the management. This thesis has two objectives. The first objective was to map the manners used by the nursing personnel to cope with the stressful situations brought by their profession. The second objective was to find out the difference in the coping with the stressful situations between the hospital staff and hospice staff. The research section of this thesis contains the quantitative research done using the technique of an anonymous questionnaire with 20 question prepared by ourselves. The questionnaire was distributed to the nursing staff of all categories in the hospital and hospice care. It was completed by 269 respondents in total. The data was statistically processed using systems Microsoft Excel 2010 and Software R, version 3.0.2 (Chi-squared test, Fisher´s exact test, and Wilcoxon test). We determined four hypotheses. H1: Manners of coping with the stressful situations depend on the qualification of the nursing staff reached; not confirmed. H2: Manners of coping with the stressful situations are influenced by the length of practice of the staff; not confirmed. H3: Manners of coping with the stressful situations differ between the hospital staff and hospice staff; confirmed. H4: The nursing staff views their own mental hygiene as more efficient than the support from the management concerning the coping with the stressful situations; confirmed. The research results show that the nursing staff faces the stressful situations very often. They see as the heaviest stress the care of the suffering and aggressive patient, conflicts with the patient´s family, conflicts at work and workload. The manners of coping with the work burden which proved as the best for them are relax, rest and sleep. There were no differences proved in the manners of coping with the stress among respective members of the nursing team. Nevertheless, the coping with the work burden of the nursing staff in the hospital and hospice care is different. A minimum of the respondents notices any support during the stressful situations from the employer. On the other hand, certain support by the management could be viewed in the form of trainings, supervision or contribution to a "recovery" which are granted to the respondents from the employer according to their answers. However, the respondents would prefer, as the support by the management, the increase in pay or more days off. The respondents view as insufficient the preparation of the graduates for the future stressful situations in their profession, as well. They would recommend mainly various trainings dealing with the stress and its management. A good solution to alleviate the work burden of the nursing staff and quality enhancement of the services provided could be investments into better work conditions, both in terms of sufficient human and material resources and the very organization of the work processes.
|
|
Pick´s disease and the specifics of the nursing care of a patient with this disease
KOPKAŠOVÁ, Lenka
Pick's disease is a degenerative-atrophic process that primarily affects the frontal and temporal lobes of the brain. Besides Alzheimer's disease, it is a lesser known form of dementia which affects people of younger age. Although the exact range of Pick's disease occurrence varies in the literature, the average reported age is between 50-60 years. The disease can change eating habits, cause emotional swings, inappropriate behaviour and sloppy appearance of the patients. The behaviour to others is often selfish, the patients are unable to listen to others and ignore their surroundings. Pick's disease is also characterized by inappropriate sexual behaviour. Globally, the number of dementia patients is still growing and according to expert guesses the increase will continue. Nursing care for patients with dementia is therefore becoming a very actual topic as dementia is called a quiet epidemic of our century. Nurses in their departments quite frequently encounter patients suffering from dementia of various origins at different stages of disability and the staff at healthcare facilities often regard these people as a burden. The aim of this thesis, which is called Pick's Disease and Specifics of Nursing Care for Patients with this Disease, is, based on the theoretical knowledge, to map definitions and diagnosis of Pick's disease, to define the needs of such a patient, and to list the most common problems in the nursing care. It focuses on people with dementia within medical facilities. For proper understanding of the problem, the thesis starts with the anatomy and physiology of the brain and the description of cognitive functions which are affected by the dementia syndrome and the definition of dementia. Based on the studied literature, dementia is divided according to various criteria. It has been found out that dividing dementia is not entirely uniform, but the essential facts and overall opinions of the authors do not diverge. Pick's disease belongs to a group of frontotemporal dementia and its position in this group has changed over time, as it is recorded in the literature. The thesis includes recommendations resulting from the studied literature in the approach to patients with dementia and emphasizes personal communication with the patients and empathetic and humane approach. Although medicine cannot prevent dementia, an early diagnosis of a specific type of dementia and correctly targeted treatment can increase the quality of life not only of the patients but also of their families. I have chosen this topic because I find it very current and interesting. During my nursing practice at the Surgery Department and Aftercare Department, I have met patients suffering from dementia and I did not know how to properly and efficiently communicate with them. For the theoretical part of my work, the methods of explanation, synthesis and induction on the basis of Czech and foreign information sources have been used. The most frequently quoted Czech authors in my thesis are doc. MD. Roman Jirák, PhD., the head of the center for diagnosis and therapy of Alzheimer's disease at the psychiatric clinic of the General University Hospital in Prague, the 1st Medical Faculty of Charles University. This thesis can serve as an informational and educational source both for nurses and the general public who may experience the disease within their families. It would be considered a great success if it helped nurses or family members to diagnose Pick's disease or other dementia at an early stage.
|
|
Nové postupy biomonitoringu cizorodých látek ve vodním prostředí
ČERVENÝ, Daniel
Within the presented work, several approaches of biomonitoring were studied. A well-established method for human health risk assessment was applied to evaluate the quality of fish from open waters in the Czech Republic. As this work is targeted on sport fishermen, who frequently consume their own catches, besides the publication in scientific journal, a brochure with results of this study was distributed via the Czech Fishing Union. Health risks for consumers related to the consumption of wild fish were found strongly species and locality dependent. As there is no risks related with the consumption of carp (Cyprinus carpio) at all investigated sites, frequent consumption of predatory fish should be avoided at some fishing grounds. The use of passive samplers has become more and more attractive in the last two decades. As these devices are able to mimic the biological uptake of chemicals, their potential for replacing fish as bioindicators in routine biomonitoring programmes is evident. In our study, the comparison between analysis of fish tissues and POCIS extracts from selected sampling sites confirms this idea about interchangeability of these indicators in the case of PFASs as target pollutants. Moreover, no metabolic transformation of contaminants present in water take place in passive samplers contrary to living organisms, thus these reflect the actual contamination at the locality more precisely. The use of passive samplers completely fulfils the internationally accepted principles of Replacement, Reduction, Refinement (the three R´s). Another promising approach using YOY fish as bioindicators was evaluated within the present study. Multispecies samples of YOY fish homogenate was found as a better indicator for wide range of pollutants than muscle tissue of adult fish within one species from the same locality. As all inner organs and tissues are presented in analysed samples, more target pollutants in higher concentrations are detected compared to the muscle of adults. Besides the higher sensitivity in pollutants detection and quantification, practical and economic benefits are of concern in the case of the YOY fish approach. The YOY fish approach also particularly fulfil the three R´s strategy, as sampling of this age group of fish has a smaller impact on the environment than the sampling of adults. In case of mercury, that was found as a limiting contaminant for the consumption of fish from open waters in the Czech Republic, a nonlethal method of finclips sampling can be used for the monitoring of this compound in aquatic environments. Besides the monitoring, our optimised method for the estimation of muscle tissue concentrations could be used for human health risk assessment as well. The difference between real muscle concentrations and concentrations estimated using our method differs less than 10% in most of the investigated localities. Benthic organisms are an important part of the food web in aquatic environments, but insufficient information about its contamination is available. In another study included in this thesis, first evidence about bioaccumulation of certain pharmaceuticals in benthic organisms was described. Although, pharmaceuticals are generally considered to be not accumulative in organisms, our study proved that certain pharmaceuticals have bioaccumulation potential. From this finding, it is evident that not only the concentrations of pharmaceutical dissolved in water but also the diet represents an important exposure pathway of contamination by these compounds for organisms (fish) inhabiting aquatic environments.
|
guest ::
