Τμήμα Μαθηματικών (ΔΔ)
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
- ItemOpen AccessCategories of compact and compactly generated Hausdorff locales over a base topos(2022-12-28)This thesis is focused on the categories of compact Hausdorff locales and of compactly generated (Hausdorff) ones. Our main contributions have to do with the question of whether they share with the categories of the respective classical topological spaces the property of forming, respectively, a pretopos and a regular cartesian closed category. Locales constitute the correct substitute for topological spaces internally in toposes, where points may occur scarcely, as their existence may depend on non-constructive principles like the axiom of choice or the weaker prime ideal theorem for distributive lattices. They appear as duals of structures such as commutative rings, distributive lattices or C-algebras even when these structures lack sufficiently many prime or maximal ideals, they allow us to talk about fundamental structures like the real numbers as spaces which maintain the right properties, where their construction as Dedekind cuts or Cauchy sequence may produce nonisomorphic results in the absence of the axiom of choice. Hence we take care that all our arguments remain valid in the internal logic of a topos, meaning that we avoid using the axiom of choice or the principle of excluded middle with the sole exception of Chapter 3 which explicitly refers to categories of topological spaces. The benefits, from the point of view of classical mathematics, of such an approach are also well-known: The category of locales over a given locale is equivalent to the category of the locales internal to the topos of sheaves on the given locale, hence results about locales that are internally valid in a topos (for example our Corollary 4.2.5 and Proposition 5.1.2 in this thesis) translate to results about continuous maps over the given base. The method for developing a sufficiently rich theory of locales is algebraic. Algebraic structures have been in service of topology in various ways but we will focus on how distributive lattices and in particular frames play this role. The category of locales is by definition the one opposite to the category of frames. The latter allows us to construct categorical colimits in the category of locales (limits in the category of frames) in a simple way as in any category of algebraic structures. The main results of the thesis are presented in the last two chapters of the thesis. They include a proof that the category of compact Hausdorff locales is a pretopos and that the category of compactly generated Hausdorff locales is a regular category, provided that it is coreflective in the category of Hausdorff locales. Under the same hypothesis we show that in this category products commute with colimits, which is a necessary condition for cartesian closedness. We also investigate a possible characterization of the pretopos of compact Hausdorff locales by presenting a comparison functor from a pretopos that satisfies some extra properties to compact Hausdorff locales. This functor is faithful, full on subobjects and exact. In order to define that functor we prove first that closed quotients of compact Hausdorff locales are compact Hausdorff, generalizing the corresponding result for spaces in the localic setting. There are a few more minor results, such as an account of the functorial behaviour of the tensor product of sup-lattices, cast in terms of the concrete description of the tensor product in [24] (Propositions 1.4.1, 1.4.2). There are also new proofs of known results, primarily a proof of the regularity of the category of weakly Hausdorff compactly generated spaces (Section 2.4), and proofs in the theory of locales that use positive formulations of the involved concepts and are valid in the internal logic of a topos, where in the literature we could only find proofs involving negative formulations (for example Proposition 3.3.4). For reasons of unity and self-sufficiency of the text we have included known proofs of most known results exposed in the introductory three first chapters. We have only omitted proofs of results that are too technical and would occupy disproportionally big space in the text.
- ItemOpen AccessΣτοχαστική ανάλυση συστημάτων με γραμμικές και μη γραμμικές συσκευές ελέγχου ταλαντώσεων(0022-12-22)Οι ταλαντώσεις που εμφανίζουν οι κατασκευές είναι εν γένει ανεπιθύμητες. Ο έλεγχος τους επιτυγχάνεται με την εγκατάσταση ειδικών συσκευών, που συνδέονται σε ένα επιλεγμένο σημείο της κατασκευής. Οι συσκευές αυτές διακρίνονται γενικά σε τρεις κατηγορίες: τις παθητικές, τις ενεργητικές και τις ημι-ενεργητικές, με τις παθητικές να παρουσιάζουν πλεονέκτημα έναντι των άλλων δύο λόγω χαμηλότερου κόστους εγκατάστασης και συντήρησης. Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκε η απόδοση γραμμικών και μη γραμμικών παθητικών συσκευών ελέγχου των ταλαντώσεων λαμβάνοντας υπόψη τόσο την αβεβαιότητα στη φόρτιση όσο και στις παραμέτρους του δυναμικού συστήματος. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, τα υπό εξέταση δυναμικά συστήματα αποτελούνται από την συσκευή ελέγχου των ταλαντώσεων η οποία είναι προσαρτημένη στην οροφή ενός μονοβάθμιου γραμμικού ταλαντωτή όταν η στήριξη του υποβάλλεται σε τυχαία δυναμική φόρτιση, που περιγράφεται από μια στοχαστική διαδικασία τύπου λευκού θορύβου. Αρχικά, υπολογίστηκαν τα στατιστικά χαρακτηριστικά της απόκρισης του γραμμικού ταλαντωτή στον οποίο συνδέεται η παθητική μη γραμμική συσκευή ελέγχου NES (Nonlinear Energy Sink - Μη γραμμικός Ενεργειακός Ελκυστής) με κυβική μη γραμμικότητα δυσκαμψίας. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα της γραμμικής συσκευής ελέγχου LMD (Linear Mass Damper - Γραμμικός Αποσβεστήρας Μάζας). Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η απόδοση μιας μη γραμμικής συσκευής NES, η οποία εφοδιάζεται με στοιχεία τριβής ολίσθησης τύπου Coulomb (CNES) ή τύπου Bouc-Wen (FNES). Να σημειωθεί ότι τα στατιστικά χαρακτηριστικά- οι διασπορές- των μη γραμμικών συστημάτων υπολογίζονται με τη Μέθοδο της Ισοδύναμης ή Στατιστικής Γραμμικοποίησης (Equivalent/Statistical linearization method) και επαληθεύονται με τη Μέθοδο Monte Carlo (Monte Carlo Method). Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, μελετήθηκαν γραμμικά και μη γραμμικά δυναμικά συστήματα λαμβάνοντας υπόψη τις αβεβαιότητες των παραμέτρων τους. Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από τη συσκευή ελέγχου προσαρτημένη στην οροφή ενός μονοβάθμιου γραμμικού ταλαντωτή όταν αυτός υποβάλλεται σε πλήγμα. Η απόδοση των συστημάτων ελέγχεται μέσω της ανηγμένης καταναλισκόμενης ενέργειας ως προς την αρχική ενέργεια του συστήματος. Διερευνήθηκαν γραμμικοί μονοβάθμιοι ταλαντωτές με προσαρτημένες συσκευές ελέγχου LMD, NES και FNES στην οροφή τους. Επίσης, μελετήθηκε και μια μη γραμμική παθητική συσκευή ελέγχου με ενσωματωμένα στοιχεία αρνητικής στιβαρότητας και υστέρησης, η οποία ονομάζεται HNES (Hysteretic Nonlinear Energy Sink – Υστερητικός Μη γραμμικός Ενεργειακός Ελκυστής). Η αξιοπιστία του εν λόγω συστήματος, εξετάστηκε μέσω του δείκτη αξιοπιστίας (reliability index) για συγκεκριμένα ποσοστά ανηγμένης καταναλισκόμενης ενέργειας, θεωρώντας ως αβεβαιότητες διάφορες παραμέτρους του δυναμικού συστήματος (την ιδιοσυχνότητα του γραμμικού ταλαντωτή, την παράμετρο α του μοντέλου Bouc- Wen, και το συνδυασμό τους). Τέλος, χρήσιμα συμπεράσματα προέκυψαν σχετικά με την επίδραση των αβεβαιοτήτων στην απόδοση γραμμικών και μη γραμμικών συστημάτων, αναδεικνύοντας τη σημαντικότητα των συσκευών ελέγχου των ταλαντώσεων. Συνοψίζοντας, η συνεισφορά και η πρωτοτυπία της διδακτορικής διατριβής συνίσταται στα εξής: Εξετάζεται συγκριτικά και αποτιμάται η αποδοτικότητα μιας κλάσης μη-γραμμικών συσκευών ελέγχου ταλαντώσεων σε κατασκευές, με αβεβαιότητα τόσο στη φόρτιση όσο και στις παραμέτρους της ίδιας της κατασκευής και της συσκευής ελέγχου. Για την περίπτωση της αβεβαιότητας στη φόρτιση, παρουσιάζονται αναλυτικές λύσεις της μεθόδου Ισοδύναμης Γραμμικοποίησης για ένα πλήθος μη γραμμικών συσκευών ελέγχου ταλαντώσεων που υπόκεινται σε φορτίσεις λευκού θορύβου. Για την περίπτωση της αβεβαιότητας των παραμέτρων, εισάγεται και αξιολογείται ο δείκτης αξιοπιστίας συσκευών ελέγχου ταλαντώσεων μέσω της συνάρτησης απόδοσης, η οποία ορίζεται ως η διαφορά της Δυνατότητας Κατανάλωσης Ενέργειας και της Απαίτησης Κατανάλωσης Ενέργειας
- ItemOpen AccessΝέοι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης για την επαγωγή γνώσης από εκπαιδευτικά/μαθησιακά δεδομέναΣτις μέρες μας, καθημερινά μεγάλος όγκος εκπαιδευτικών δεδομένων γίνεται όλο και πιο διαθέσιμος. Διάφορα εκπαιδευτικά πληροφοριακά συστήματα συλλέγουν και χρησιμοποιούν τεράστια σύνολα δεδομένων τόσο για τους εκπαιδευόμενους, το εκπαιδευτικό προσωπικό και το υλικό, όσο και για τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Η επεξεργασία και ανάλυση αυτών των δεδομένων προσέλκυσε την προσοχή διαφόρων ερευνητών κυρίως για τη δυνατότητά της να εντοπίσει μοτίβα, τάσεις και προβλέψεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της μαθησιακής διαδικασίας και των αποτελεσμάτων της. Στον χώρο της Εκπαίδευσης, η Εξόρυξη Γνώσης από εκπαιδευτικά δεδομένα και η Μαθησιακή Αναλυτική συνιστούν πλέον δύο ιδιαίτερα δυναμικά διεπιστημονικά πεδία, τα οποία αναπτύσσονται σήμερα με ταχείς ρυθμούς. Απώτερος κοινός σκοπός τους είναι κατανόηση και βελτίωση της μάθησης και του εκπαιδευτικού περιβάλλοντος. Η πρόβλεψη των μαθησιακών αποτελεσμάτων συνιστά ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των πεδίων της Εξόρυξης Γνώσης από εκπαιδευτικά δεδομένα και της Μαθησιακής Αναλυτικής. Ανεξάρτητα από τον τρόπο προσέγγισης του προβλήματος, η επίλυσή του παρουσιάζει ιδιαίτερη πρακτική αξία, καθώς επιτρέπει την αποτελεσματική πρόβλεψη των μαθησιακών αποτελεσμάτων των σπουδαστών και δίνει την δυνατότητα έγκαιρης παρέμβασης για την παροχή υποστήριξης σε αυτούς. Παράλληλα, αποτελεί συνήθως κανόνα παρά εξαίρεση το γεγονός ότι τα διαθέσιμα δεδομένα του πραγματικού κόσμου ενδέχεται να περιέχουν ανακριβή στοιχεία, να είναι ελλιπή ή/και να χαρακτηρίζονται από υποκειμενικότητα. Ακόμα, κατά την επίλυση προβλημάτων, πολλές φορές είναι εξίσου απαραίτητο τα εξαγόμενα μοντέλα μάθησης να έχουν μία εύκολα κατανοητή αναπαράσταση και διαφάνεια του τρόπου λειτουργίας τους ώστε να επιτρέπεται η συνέργεια ανθρώπου και μηχανής. Την ίδια στιγμή, η ταχεία ανάπτυξη και η μεγάλη ποικιλία εξελιγμένων μεθόδων Μηχανικής Μάθησης απαιτούν εξειδικευμένες γνώσεις και εμπειρία στους σχετικούς τομείς από τους χρήστες τους, εμποδίζοντας, έτσι, τη συμμετοχή μη έμπειρων χρηστών. Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται το γενικότερο πρόβλημα της δημιουργίας προγνωστικών μοντέλων ταξινόμησης και παλινδρόμησης στον χώρο της εκπαίδευσης. Η βασική επιδίωξη είναι η ανάπτυξη νέων μεθοδολογιών υποστήριξης αξιόπιστων μοντέλων πρόβλεψης της απόδοσης των μαθητών σε ακαδημαϊκά μαθήματα εξαμήνου της ανώτατης εκπαίδευσης. Σε αυτό το πλαίσιο, περιγράφονται έξι ερευνητικές μελέτες που πραγματεύονται νέες μεθόδους Εξόρυξης Γνώσης από εκπαιδευτικά δεδομένα και επικεντρώνονται σε δύο κεντρικά ζητήματα του χώρου: τη διαχείριση της ατελούς πληροφορίας που υπάρχει εν γένει στα ψηφιακά δεδομένα (εκπαιδευτικά και μη) και την αξιοποίηση τεχνικών που εξάγουν μοντέλα υψηλής απόδοσης με διαισθητικά ερμηνεύσιμη δομή. Καθώς, στην Εξόρυξη Γνώσης, η πολυπλοκότητα των διαθέσιμων επιλογών που συνοδεύουν τις μεθόδους έχει ως αποτέλεσμα τον αποκλεισμό των μη ειδικών στον χώρο, η υποστήριξη της ερμηνευσιμότητας είναι σημαντική. Για τον σκοπό αυτόν, χρησιμοποιήθηκαν και συνδυάστηκαν προοδευτικά ασαφείς αλγόριθμοι μάθησης, τεχνικές αυτόματης βελτιστοποίησης και στρατηγικές Ενεργούς Μάθησης, ενώ μελετήθηκε ξεχωριστά η τεχνική της Μεταφοράς Μάθησης. Σε ένα πρώτο βήμα, διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα της Μπεϋσιανής βελτιστοποίησης στην αυτόματη επιλογή του βέλτιστου αλγορίθμου μάθησης και στην ρύθμιση των υπερ-παραμέτρων του. Για να τονιστεί εξίσου η σημασία της παραγωγής ερμηνεύσιμων και επεξηγήσιμων μοντέλων μηχανικής μάθησης, η αναζήτηση λύσεων περιορίστηκε σε αυτούς τους αλγορίθμους που βασίζονται σε δέντρα ή κανόνες. Αποτέλεσμα της σύμπραξης αυτής ήταν η δημιουργία μοντέλων με κατανοητή από τον άνθρωπο αναπαράσταση, τα οποία ταυτόχρονα χαρακτηρίζονται από υψηλή ακρίβεια. Επιπλέον προτείνεται η αξιοποίηση στρατηγικών Ενεργούς Μάθησης και Μεταφοράς Μάθησης, τεχνικές που επικεντρώνονται στην αντιμετώπιση του προβλήματος της έλλειψης επαρκών δεδομένων για την εκπαίδευση ενός μοντέλου μάθησης. Η Ενεργή Μάθηση αφορά κυρίως προβλήματα όπου, ενώ είναι διαθέσιμα αρκετά δεδομένα, μόνο για λίγα από αυτά είναι γνωστή η ετικέτα τους. Η μεταφορά μάθησης αφορά κυρίως προβλήματα όπου δεν είναι διαθέσιμα αρκετά δεδομένα εκπαίδευσης για ένα πρόβλημα, αλλά είναι διαθέσιμα για ένα άλλο, σχετικό πρόβλημα. Αναπτύχθηκαν δύο και καινοτόμες μεθοδολογίες: μια υβριδική μέθοδος Ενεργούς Μάθησης βασισμένη σε ασαφείς ταξινομητές που ενσωματώνει μηχανισμούς αυτόματης βελτιστοποίησης και μία μέθοδος μεταφοράς γνώσης μεταξύ προγνωστικών μοντέλων μάθησης. Οι νέοι προτεινόμενες μέθοδοι εφαρμόζονται σε προβλήματα ταξινόμησης και παλινδρόμησης με τη χρήση εκπαιδευτικών δεδομένων που περιγράφουν τη δραστηριότητα των φοιτητών κυρίως στη διαδικτυακή πλατφόρμα μάθησης Moodle. Η πειραματική διερεύνηση τεκμηριώνει την αποτελεσματικότητα των μεθόδων αυτών για το πρόβλημα της πρόβλεψης των μαθησιακών αποτελεσμάτων. Η συστηματική έρευνα που πραγματοποιήθηκε ελπίζουμε να αποτελεί μια χρήσιμη συμβολή και να ανοίγει νέους ορίζοντες στο πεδίο της Εξόρυξης Γνώσης από εκπαιδευτικά δεδομένα και της Μαθησιακής Αναλυτικής, οδηγώντας στην αξιοποίηση και την ανάπτυξη εργαλείων που υποβοηθούν το έργο του εκπαιδευτή και της μάθησης μέσω απτών δεδομένων.
- ItemOpen AccessΝέος αλγόριθµος οµαδοποίησης και εφαρµογέςΗ αξία ενός επιστηµονικού πεδίου είναι άµεσα συνυφασµένη µε τη συµβολή αυτού στη λοιπή επιστηµονική κοινότητα και την κοινωνία γενικότερα. Η οµαδοποίηση δεδοµένων αποτελεί ένα τέτοιο πεδίο µε εφαρµογές στη βιοϊατρική, την οικονοµία κ.ά. Ωστόσο, η οµαδοποίηση δεδοµένων δεν παύει να εξελίσσεται και νέοι αλγόριθµοι παρουσιάζονται σε τακτικά διαστήµατα. Οι αλγόριθµοι προέρχονται τόσο από την εξέλιξη των ήδη υπάρχοντων αλγορίθµων, όσο και από την ανάγκη να αντιµετωπιστούν συγκεκριµένα προβλήµατα. Η οµαδοποίηση δεδοµένων ϐασίζεται σε πλειάδα αλγορίθµων, οι περισσότεροι από αυτούς µπορούν να διαχωριστούν σε κατηγορίες ϐάσει των ϐασικών τους χαρακτηριστικών και του τρόπου µε τον οποίο αντιλαµβάνονται τις οµάδες. Οι έννοιες της απόστασης και της πυκνότητας είναι ίσως οι σηµαντικότερες στο χώρο της οµαδοποίησης. Από τη µία πλευρά, οι αλγόριθµοι που βασίζονται στην απόσταση κρίνουν αν τα σηµεία ενός συνόλου δεδοµένων ανήκουν στην ίδια οµάδα µε βάση τις µεταξύ τους αποστάσεις. Από την άλλη πλευρά, οι αλγόριθµοι που βασίζονται στην πυκνότητα συνήθως δεν εξετάζουν τα σηµεία ξεχωριστά, αλλά µελετάνε τις περιοχές του συνόλου δεδοµένων. Με αυτό τον τρόπο, προσδιορίζουν περιοχές αυξηµένης πυκνότητας τις οποίες χαρακτηρίζουν ως οµάδες ή µέρη αυτών. Αν και η οµαδοποίηση δεδοµένων αποτελείται και από πολλές επιπλέον κατηγορίες όπως αλγόριθµοι βασισµένοι στην Ασαφή Λογική, σε Γκαουσσιανές κατανοµές και στην οµοιότητα, κατά βάσιν οι αλγόριθµοι αυτοί µπορούν να ενταχθούν σε κάποια από τις βασικές κατηγορίες που βασίζονται στην απόσταση ή την πυκνότητα. Τέλος, πρέπει να σηµειωθεί ότι έχουν προταθεί αλγόριθµοι που συνδυάζουν και τις δύο έννοιες, συνδυάζοντας τις σε ένα ϐασικό µέτρο που χρησιµοποιείται ώστε να κατασκευάσει τις οµάδες. Ωστόσο, ϑεωρώντας την απόσταση ως βασικό κριτήριο για την οµαδοποίηση σηµείων δηµιουργούνται αλγόριθµοι που έµµεσα ή άµεσα συγκρίνουν όλα τα σηµεία του συνόλου δεδοµένων οδηγούµενοι έτσι σε αυξηµένο υπολογιστικό κόστος. Αντιθέτως, αλγόριθµοι που βασίζονται στην πυκνότητα παρουσιάζουν µία αδυναµία να αντιληφθούν τις συσχετίσεις µεταξύ σηµείων που βρίσκονται σε περιοχές ίσης ή παρεµφερούς πυκνότητας. Η συµβολή αυτής της διατριβής στο πεδίο της οµαδοποίησης δεδοµένων είναι η εισαγωγή ενός αλγορίθµου που συνδυάζει τις δύο αυτές έννοιες όχι δηµιουργώντας µία νέα έννοια που τις ενοποιεί σε µία, αλλά επιλέγοντας της έννοια που εξυπηρετεί το εκάστοτε βήµα του αλγορίθµου. Συγκεκριµένα, χρησιµοποιεί την πυκνότητα προκειµένου να εντοπίσει τις περιοχές αυξηµένης πυκνότητας και συνεπώς τις οµάδες ή τουλάχιστον µέρη αυτών. Αντιθέτως, θέλοντας να εντοπιστούν οι πλησιέστερες οµάδες αξιοποιείται η έννοια της απόστασης. Ωστόσο, η συµβολή µίας µεθόδου εξαρτάται από την δυνατότητα να «προσφέρει» και σε άλλα επιστηµονικά πεδία. Η οµαδοποίηση δεδοµένων έχει βρει πρόσφορο πεδίο εφαρµογής στην ιατρική, συγκεκριµένα στη βιοϊατρική, στην προσωποποιηµένη ιατρική και στην επεξεργασία ιατρικής εικόνας. Αναλυτικότερα, η οµαδοποίηση δεδοµένων αξιοποιείται στη βιοϊατρική και στην προσωποποιηµένη ιατρική µε στόχο να εντοπίσει συσχετίσεις µεταξύ γονιδίων, ασθενειών και ϕαρµακευτικών ουσιών. Ειδικότερα στην περίπτωση του καρκίνου και συγκεκριµένα του καρκίνου του µαστού, η περιπλοκότητα των συσχετίσεων που τυχόν υπάρχουν έχουν τέτοιο επίπεδο περιπλοκότητας ώστε η ανάδειξη αυτών να εµφανίζει ακόµα πολύ µεγάλα περιθώρια βελτίωσης. Συνεπώς, η εφαρµογή της οµαδοποίησης σε προβλήµατα των χώρων αυτών αποτελεί µία πρόκληση για τους νέους αλγορίθµους οµαδοποίησης και η παρούσα διατριβή µελετά την εφαρµογή της οµαδοποίησης σε προβλήµατα του καρκίνου του µαστού, µελετώντας τη δυναµική του νέου αλγορίθµου που εισάγεται σε αυτή. Για την περίπτωση της βιοϊατρικής, ερευνάται η συµβολή του αλγορίθµου στη οµαδοποίηση συσχετίσεων γονιδίων µε ϐάση την συνέκφραση και τη διαφορική τους έκφραση. Στόχος αυτής της µελέτης είναι ο προσδιορισµός µονοπατιών γονιδίων που να περιγράφουν τα στάδια του καρκίνου του µαστού. Τα αποτελέσµατα της εργασίας στο συγκεκριµένο πρόβληµα δικαιολογούν την επιλογή αυτή καθώς πολλά από τα µονοπάτια που προσδιορίστηκαν επιβεβαιώνονται από την υπάρχουσα βιβλιογραφία.
- ItemOpen AccessAn extended web service composition model with teamwork semanticsWeb services and service based architectures have created opportunities to establish more flexible collaboration among different domains, such as smart cities, smart factories, resource management, intelligent transportation, health and many other. The aim of research efforts around web services is mainly to facilitate their handling and composition. Service composition constitutes a challenging task of service provisioning as it can produce new composite services with features not present in the individual ones. Also, service composition can serve applications or users on-demand basis, so the ability to efficiently select and integrate heterogeneous services at runtime becomes an important requirement to the Web service provision. This is also due to the fact that, by automatically composing services, their capabilities can be extended at runtime, therefore theoretically an unlimited number of new services can be created from an existing set of components, thus making applications no longer restricted to the original set of operations specified and envisioned at the design time. Initial web service efforts failed to hold the promise for providing generic mechanisms that support discovering, composing, evaluating, executing and monitoring web services in dynamic environments, especially with the issues raised by the development of new technologies such as Cloud Computing, Internet of Things and Cyber Physical Systems. Semantic technologies provide the tools to address various challenges related to the web services technology, particularly those to be performed in the dynamic mode. However, in order to realize this potential, significant hurdles still have to be overcome. To deal with these hurdles, an improvement of the process of service composition becomes necessary, especially a higher degree of autonomy. Following this direction, service composition has to proceed autonomously, which on the one hand side reduce human involvement to a minimum, but on the other side require certain capabilities on the part of the mechanisms that will support it. This research considers the Web service composition problem from the viewpoint of teamwork and addresses the challenge of developing teamwork services, i.e. autonomously composite services capable of exhibiting teamwork behavior. A service capable of exhibiting teamwork behavior is one that can effectively cooperate with multiple potential teammates on a set of collaborative tasks to achieve the overall team goal. Firstly, we lay down the foundations and describe the interaction of services by exploiting the role Model theory. The description of services with roles and behaviors act as mediator between the different Web service languages and a formal description that will enable the reasoning over new paths of collaboration for composition purposes. Then, we benefit from the teamwork theory, which has spanned diverse disciplines from business management to cognitive science, human discourse, and distributed artificial intelligence and contribute by determining the dominant teamwork roles that prevail during service group cooperation. Novel service teamwork roles are developed and the role modeling approach is extended to enable web services to automatically cooperate by enhancing service’s interoperability. These roles aim to (i) enable services to manipulate the uncertainties by being proactive during their participation in specific events, (ii) capture potential emergent behavior that happens in the domain during service design and execution, (iii) arrest and handle any misbehaving of other participants that occurs in the domain, (iv) act as the glue needed to reconfigure and combine services appropriately in dynamic and unpredictable environments. The teamwork role model becomes especially important in dynamic environments since it enables the development of more efficient composite services, which are stable teams of services such that their components-members promote better understanding and are able to cooperate effectively to achieve their objectives. Their teamwork behavior help them to manipulate the uncertainties by enabling proactiveness during their participation and by capturing emergent behavior during the process of composition, in which services may have neither complete nor correct view about their world or other services, that not only have changeable actions and goals but they are also subject to failure from external events.