Similarity measure based classification

Luokittelujärjestelmää suunniteltaessa tarkoituksena on rakentaa systeemi, joka pystyy ratkaisemaan mahdollisimman tarkasti tutkittavan ongelma-alueen. Hahmontunnistuksessa tunnistusjärjestelmän ydin on luokitin. Luokittelun sovellusaluekenttä on varsin laaja. Luokitinta tarvitaan mm. hahmontunnistusjärjestelmissä, joista kuvankäsittely toimii hyvänä esimerkkinä. Myös lääketieteen parissa tarkkaa luokittelua tarvitaan paljon. Esimerkiksi potilaan oireiden diagnosointiin tarvitaan luokitin, joka pystyy mittaustuloksista päättelemään mahdollisimman tarkasti, onko potilaalla kyseinen oire vai ei. Väitöskirjassa on tehty similaarisuusmittoihin perustuva luokitin ja sen toimintaa on tarkasteltu mm. lääketieteen paristatulevilla data-aineistoilla, joissa luokittelutehtävänä on tunnistaa potilaan oireen laatu. Väitöskirjassa esitetyn luokittimen etuna on sen yksinkertainen rakenne, josta johtuen se on helppo tehdä sekä ymmärtää. Toinen etu on luokittimentarkkuus. Luokitin saadaan luokittelemaan useita eri ongelmia hyvin tarkasti. Tämä on tärkeää varsinkin lääketieteen parissa, missä jo pieni tarkkuuden parannus luokittelutuloksessa on erittäin tärkeää. Väitöskirjassa ontutkittu useita eri mittoja, joilla voidaan mitata samankaltaisuutta. Mitoille löytyy myös useita parametreja, joille voidaan etsiä juuri kyseiseen luokitteluongelmaan sopivat arvot. Tämä parametrien optimointi ongelma-alueeseen sopivaksi voidaan suorittaa mm. evoluutionääri- algoritmeja käyttäen. Kyseisessä työssä tähän on käytetty geneettistä algoritmia ja differentiaali-evoluutioalgoritmia. Luokittimen etuna on sen joustavuus. Ongelma-alueelle on helppo vaihtaa similaarisuusmitta, jos kyseinen mitta ei ole sopiva tutkittavaan ongelma-alueeseen. Myös eri mittojen parametrien optimointi voi parantaa tuloksia huomattavasti. Kun käytetään eri esikäsittelymenetelmiä ennen luokittelua, tuloksia pystytään parantamaan.

Moment Operators of Observables in Quantum Mechanics, with Applications to Quantization and Homodyne Detection

The questions studied in this thesis are centered around the moment operators of a quantum observable, the latter being represented by a normalized positive operator measure. The moment operators of an observable are physically relevant, in the sense that these operators give, as averages, the moments of the outcome statistics for the measurement of the observable. The main questions under consideration in this work arise from the fact that, unlike a projection valued observable of the von Neumann formulation, a general positive operator measure cannot be characterized by its first moment operator. The possibility of characterizing certain observables by also involving higher moment operators is investigated and utilized in three different cases: a characterization of projection valued measures among all the observables is given, a quantization scheme for unbounded classical variables using translation covariant phase space operator measures is presented, and, finally, a mathematically rigorous description is obtained for the measurements of rotated quadratures and phase space observables via the high amplitude limit in the balanced homodyne and eight-port homodyne detectors, respectively. In addition, the structure of the covariant phase space operator measures, which is essential for the above quantization, is analyzed in detail in the context of a (not necessarily unimodular) locally compact group as the phase space.

PHOTOCATALYTIC OXIDATION OF AQUEOUS SOLUTIONS OF JET FUEL AND ICING INHIBITORS

The present paper is devoted to the results of experimental research undertaken into photocatalytical oxidation (PCO) of aqueous solutions of de-icing agents and aqueous extract of jet fuel. The report consists of introduction, literature review, description of materials and methods, discussion of results and conclusions. TiO2 was selected as a photocatalyst for the experiments with synthetic solutions of ethylene glycol, 2-ethoxyethanol and aqueous extract of jet fuel. To explain the PCO mechanisms affecting certain behaviour of de-icing agent under distinctive conditions, the following factors were studied: the impact of initial concentration of pollutant, the role of pH, the presence of tert-butanol as OH·-radicals scavenger and mineral admixtures. PCO under solar radiation performed in two ways: catalysed by irradiated TiO2 slurry or by TiO2 attached to buoyant hollow glass micro-spheres. Special attention was paid to the energy-saving PCO with reduced intensity mixing of the slurry. The effect of PCO was assessed by determination of residual chemical oxygen demand of solution (COD) and by measuring of concentration of glycols. The PCO process efficiency was assumed to be dependent on the TiO2 suspension fractional composition. Thus, the following effects of solutions’ media were viewed: presence of organic admixtures, pH influence, mixing mode during the PCO. The effects of mineral admixtures - Ca2+, Fe3+/2+, Mn2+, SO42- - that are often present in natural and wastewater systems or produced during the degradation of organic pollutants and which can affect the rate of PCO of de-icing agents, were also investigated.

Secure IP-based Connection Solutions for Mobile Users

Tämä diplomityö tutkii turvallisia etäyhteystapoja yritysverkkoihin. Samanaikasesti kuin Internettiin liitetyt langattomat verkot, kuten langattomat lähiverkot ja pakettikytkentäiset matkapuhelinverkot, tulevat yhä yleisemmiksi, mahdollisuus etäyhteksien luomiseen näiden verkkojen kautta tulee yhä suositummaksi. Vaikka tietoverkot kehittyvät, pysyvät niitä uhkaavat yleisluontoiset uhat samoina. IP pohjaiset VPN-verkot ovat sopiva tapa suojata Internetin ylitse tapahtuvia etäyhteksiä. Eri VPN-ratkaisuja on kuitenkin tarjolla laaja valikoima. Oikean tyyppisen VPN-ratkaisun valinta on kriittistä, jotta yrityksen etäyhteystarpeet saadaan täytettyä. Diplomityö esittelee eräänä vaihtoehtona miten Pocket PC 2002 PDA laitetta ja Windows XP Professional käyttöjärjestelmää voidaan käyttää edullisen VPN ratkaisun toteuttamiseen.

Developing customer-based e-solutions

Logistiikkapalveluiden markkinat ovat viime vuosina muuttuneet. Kilpailtu toimiala ja asiakasvaatimusten muuttuminen ovat pakottaneet yritykset pyrkimään entistä tehokkaampaan jakeluketjuun. Työn tarkoituksena oli tutkia sähköisten asiakasliittymien toimivuutta asiakkaan näkökulmasta Euro Express tuotannossa ja prosessissa. Tarkoituksena oli selvittää eri sidosryhmien vaatimukset prosessille huomioiden sähköisen liiketoiminnan tuomat edut ja ominaispiirteet. Tavoitteena oli kuvata olemassa oleva prosessi ja tutkia prosessin rajapinnat –asiakas, tuotanto ja ulkoiset sidosryhmät. Tutkielmassa sähköisten ratkaisujen ominaispiirteet on käyty läpi ja tulevaisuuden kehitysnäkökulmista keskusteltu. Kehittyneiden tietoteknisten ratkaisujen avulla jatkuva prosessien uudistaminen (Business Process Reengineering) on mahdollista. Yleisesti epäolennaisuudet asiakasrajapinnassa, informaation kulussa ja yhteyksissä eri järjestelmien välillä aiheuttavat ongelmia sähköisten ratkaisujen toteuttamisessa. Tulevaisuudessa logistiikka yritykset ottavat entistä enemmän käyttöönsä uudenaikaisia teknologisia ratkaisuja tilaukseen, tuotantoon ja asiakaspalveluun. Näiden uudenlaisten ratkaisujen kehittämisestä on hyötyä sekä käyttäjälle että tarjoajalle, mutta ne ovat myös pakollisia palveluntarjoajalle kehittyäkseen markkinoilla. Tulevaisuudessa kilpailun tiivistyessä ja asiakkaiden vaatimusten kasvaessa on kiinnitettävä entistä suurempaa huomiota koko prosessiketjun toimivuuteen. Uudet teknologiset ratkaisut ja niiden käyttäminen tehokkaasti tuovat yrityksille kilpailuetuja, joita ei muuten olisi saavutettavissa.

Market Opportunities Analysis for Logistics Solutions Provider Case Danzas Solutions

Tutkielman tavoitteena oli suunitella markkina-analyysi ja sitä käyttäen määritellä Danzasin Solutions liiketoimintayksikön mahdollisuuksia laajentaa toimintaansa Suomen terveydenhuolto/ lääke- ja elektroniikka/ telekommunikaatiosektoreilla. Danzas Solutions toimisi logistiikkaintegraattorina toimittamalla kokonaisvaltaisia logistisia ratkaisuja. Tutkimus tehtiin haastattelemalla neljää Danzasin asiakasta. Mahdollisimman laajan ja yleistettävän tuloksen saamiseksi haastateltavat valitiin logistiikan ulkoistamisasteeltaan vaihteleviksi. Tutkimus tehtiin ensin tutkimalla sekundääristä informaatiota markkinoilta ja täydentämällä sitä haastatteluista saadulla kvalitatiivisella primääri informaatiolla ja case yrityksen sisäisellä analyysillä. Painopiste tutkimuksessa oli selvittää yritysten ulkoistamiseen ja logistiikkakumppanin valintaan vaikuttavia kriteereitä. Logistiikkaintegraattorille suurimmat mahdollisuudet löytyvät elektroniikka/ telekommunikaatiosektorilta. Logistiikka tällä sektorilla on vaativaa ja yrityksillä ei ole resursseja hallita sitä itse. Terveydenhuolto/ lääkesektorilla yrityksillä on yleensä muut keinot jakeluketjun hallintaan ja ne eivät tarvitse logistiikkaintegraattorin palveluita.

Pienten päivittäistavarakauppojen energiatalouden parantaminen

Työn tavoitteena oli löytää keinoja, joiden avulla kylmälaite- ja ilmanvaihtojärjestelmien toimintaa voitaisiin kehittää ja myymälöiden energiataloutta parantaa. Johtopäätökset sekä jatkotoimenpide-ehdotukset tehtiin koekohteista saatujen mittaustulosten sekä laskennallisten tavoitekulutusten perusteella. Tutkimus koski alle 400 m2 päivittäistavarakauppoja, joita Suomessa oli vuoden 2002 lopussa 3 011 kappaletta. Tutkimuksessa koekohteina toimineet kaksi Siwa-myymälää kuuluvat yli 450 Suomessa toimivan Siwan myymäläketjuun. Koekohteista saatujen tutkimustulosten pohjalta energiansäästötoimenpiteitä voidaan kohdistaa myös muihin Siwa-myymälöihin, jolloin energiansäästöt kasvavat huomattaviksi. Koekohteissa kylmälaitteiden osuus sähköenergiankulutuksesta oli merkittävin. Lämmönkulutuksissa suurten erojen syynä olivat koekohteiden erilaiset lauhdelämmöntalteenottojärjestelmät. Tehokkaalla lauhdelämmön talteenotolla onkin suuri merkitys myymälöiden energiatalouteen. Tulevaisuudessa elektronisten ohjausjärjestelmien käyttö tulee lisääntymään pienissä päivittäistavarakaupoissa. Ohjausjärjestelmällä saavutettavia etuja ovat energiankulutuksen minimointi, lämpötilojen tarkempi säätö- ja valvonta, lämpötilojen rekisteröinti ja kaukovalvonta. Muita myymälän energiatalouden kannalta tärkeitä tekijöitä ovat lauhdelämmön talteenotto, määräajoin tapahtuvat laitehuollot, kylmäntarpeen minimointi, energiatehokkaiden kylmäkalusteiden käyttö sekä kylmäkalusteet huomioiva myymäläsuunnittelu.

Practical Solutions for Increased Safety in Paper Mill Operations

Tämä diplomityö käsittelee työterveys- ja työturvallisuushallinnan (TTT) sekä ympäristönsuojelun ongelmia ja riskejä, joita tehdasalueen toiminnanharjoittaja kohtaa ulkoistaessaan tehdastoimintojaan ja siirtyessään käyttämään 24 h ulkoisia kunnossapitopalveluja. Teoriaosa selventää ulkoistukseen liittyviä lainmukaisia määräyksiä ja vaatimuksia koskien terveyden, turvallisuuden ja ympäristöongelmien hallintaa sellu-, paperi- ja kartonkitehtaissa Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Suomessa. TTT-toiminnan tason sekä ympäristönsuojelun tason mittaamisen ongelmat tuodaan esille. Olemassa olevia kansainvälisiä TTT-johtamisjärjestelmien ja ympäristöjärjestelmien standardeja, riskien hallintatyökaluja ja ohjelmia esitellään lyhyesti. Käytännön osa toteutettiin tapaustutkimuksena, jonka kohteena oli Äänekosken tehdaskombinaatti ja kemianteollisuuden laitos, Noviant CMC Oy. TTT-hallintatoimien ja ympäristönsuojelun ongelmia tutkitaan tehdastoimintoja ulkoistettaessa. Integroidun johtamisjärjestelmän auditointimenettelyt, ulkoistuksen kohdealueet, pk-yrityksien riskien hallinta ja ulkoisten työntekijöiden turvallisuuskoulutus ovat erityisen tarkastelun alla. Käyttäen hyväksi kerättyä TTT- ja ympäristöaineistoa, suunniteltiin malli ja sisältöehdotus uudelle internet-selain tyyppiselle työkalulle TTT- ja ympäristöasioiden hallinnan avuksi. Työkalu on tarkoitettu palvelemaan Noviant CMC Oy:n eri sidosryhmien tarpeita. Diplomityön käytännön osa muodostaa pohjan JP MILLSAFE - pilottiprojektille, joka käynnistettiin internet-selain tyyppisen turvallisuuspalvelusovelluksen kehittämiseksi palvelemaan Äänekosken tehdaskombinaatin eri sidosryhmien tarpeita.

Logistic Solutions of Imported Renovation Materials

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia saneeraus- ja remontoimistuotteiden osalta maahantuontia Suomeen ja transitoliikennettä Suomen kautta Venäjälle. Lähtökohtana oli Suomen logistinen asema ja mahdolliset kilpailukykyyn vaikuttavat tekijät, joista on luotu potentiaalisia tulevaisuuden kuvia. Kaikki tulokset johdettiin LOADER/CLIENT –tutkimusprojektin yhteyksistä. Tutkimuksen tavoitteisiin päästiin empiiristä tutkimusta varten kootun teorian kautta, joka koostuu toimitusketjun hallinnasta ja tämänhetkisestä parhaimmasta käytännöstä eli ns. kolmen A:n menetelmästä. Lisäksi teoriaosuudessa tarkasteltiin toimitusketjun yritysten välisiä suhteita, kansainväliseen toimitusketjuun liittyviä tekijöitä sekä tulevaisuuden haasteita. Työn empiiristä tutkimustietoa kerättiin pääasiassa haastattelujen, mutta myös muiden tutkimuksen tuloksien kautta. Tutkimusmenetelmä oli laadullinen puolistrukturoitu teemahaastattelu, jota varten ryhmä remontoimiseen ja saneeraukseen liittyviä yrityksiä ja heidän käyttämiä logistisia operaattoreita sekä projektin johtoryhmää haastateltiin. Tutkimuksen tulosten mukaan suurin osa haastatelluista yrityksistä näkee Suomen logistisen aseman hyvänä tällä hetkellä ja lähivuosina. Etenkin arvotavaroiden transito- kuljetuksissa Suomen asema nähdään vahvana vuosien kokemuksen ansiosta. Tällä hetkellä arvotavaroiden toimitusaika ja kokonaiskustannukset varastoimisineen ja käsittelyineen ovat vastaavia tai jopa edullisempia verrattuna esimerkiksi reitteihin Baltian maiden kautta. Baltian maiden kehitys voi heikentää Suomen kilpailukykyä hetkellisesti, mutta todennäköisesti ei pidemmällä aikavälillä. Haastateltujen henkilöiden mielestä Suomen logistiseen kilpailukykyyn tulevaisuudessa vaikuttaa eniten kaksi kriittistä tekijää. Suomen tulisi ensinnäkin keskittyä ja kehittää arvotavaran transitokuljetuksia. Toiseksi, säilyttääkseen kilpailukykynsä, Suomen satamien palveluiden kuten tullin ja ahtaajien tulisi olla joustavasti käytettävissä 24 tuntia vuorokaudessa vuoden jokaisena päivänä.

Ulkoistetun logistiikkaprosessin mittaaminen

Logistiikan ulkoistaminen on strateginen valinta, joka mahdollistaa yrityksen keskittymisen ydinosaamiseensa. Ulkoistavien yritysten tarpeiden kasvaessa muuttuu myös ulkoistettavien prosessien laajuus. Palvelut pyritään hankkimaan yhdeltä toimittajalta. Tämä lisää palveluntarjoajien haasteita ja johtaa enenevässä määrin neljännen osapuolen logistiikkaratkaisujen käyttöön. Tässä tutkimuksessa etsittiin vastausta kysymykseen: Mikä on logistiikan kokonaispalveluratkaisun arvo asiakkaalle? Teoriaosassa paneuduttiin logistiikan, ulkoistamisen ja suorituskyvyn mittaamisen käsitteisiin ja keskeisiin ilmiöihin. Empiirisessä osassa tutkittiin logistiikan ulkoistamiselle asetettuja tavoitteita ja niiden toteutumisen seurantaa. Aineisto kerättiin postikyselyn ja haastattelujen avulla. Tutkimuksessa ilmeni, että onnistuneen ulkoistamisratkaisun toteuttaminen edellyttää palveluntarjoajalta asiakastarpeiden syvällistä ymmärtämistä, prosessien integrointi- ja koordinointikykyä sekä taitoa johtaa logistista verkostoa. Olennaista on myös IT-järjestelmien jatkuva kehittäminen ja suorituskyvyn mittausjärjestelmän käyttöönotto. Ratkaisun toimivuuteen vaikuttaa myös ulkoistavan yrityksen ja palveluntarjoajan välinen suhde. Sen tulee olla kumppanuussuhde, joka perustuu luottamukseen, tiedon avoimeen jakamiseen ja toiminnan aktiiviseen kehittämiseen yhteistyössä.

Opetustoimen valtionosuuden laskennallisten yksikköhintojen soveltuvuus taloudellisuuden mittaamiseen ja arvioimiseen - Case toimiala, Imatran kaupungin koulutoimi

Tämän tutkimuksen päätavoitteena oli arvioida, voidaanko opetusministeriön vahvistamia opetustoimen yksikköhintoja pitää taloudellisuuden mittarina. Tutkimukseni kohdistui peruskoulun ja lukion valtionosuuden oppilaskohtaisiin laskennallisiin yksikköhintoihin ja musiikkiopiston muun koulutuksen ja työväenopiston opetustuntikohtaisiin laskennallisiin yksikköhintoihin. Julkinen talous pyrkii toiminnassaan myös mahdollisimman tehokkaisiin ja taloudellisiin ratkaisuihin. Toiminnan taloudellisuuden määrittämiseen tarvitaan mittareita ja vertailutietoa analysointia varten. Tutkimuksen tavoitteisiin pyrittiin toiminta-analyyttisellä tutkimusotteella, mutta siinä on nähtävissä myös käsiteanalyyttisiä piirteitä. Opetustoimen valtion rahoituksen muuttuessa laskennalliseksi, valtionhallinto kumosi vanhoja sääntöjä, puhuttiin ´normipurusta´. Aikaisempi valtionosuus perustui toteutuneisiin kustannuksiin. Uudistuksella haluttiin korostaa kuntien itsenäisyyttä, taloudellista omavastuisuutta ja tehokkuutta palvelujen järjestämisessä. Lisäksi kustannuksissa oletettiin syntyvän säätöjä, joiden oli määrä koitua kuntien hyväksi, kun valtionosuus ei määräytynyt hyväksyttyjen menojen mukaan. Taloudellisuus merkitsee yksikkökustannusten tunnistamista ja analysointia. Kunnan taloustavoitteita on pyrittävä mittaamaan tunnusluvuilla. Niille on asetettava hyväksyttävät tavoitearvot. Tunnuslukujen arvot eivät sellaisenaan kerro, miten hyvä tai huono toiminnan tulos on. Vasta niiden vertailu ja analysointi antavat kuvan tästä. Kuntien oppilaskohtainen yksikköhinta soveltuu hyvin peruskoulun ja lukion taloudellisuuden mittariksi. Samoin opetustuntikohtainen yksikköhinta musiikkiopiston ja kansalaisopiston taloudellisuuden mittariksi. Kuntien keskinäinen kustannusvertailu ja analysointi antavat hyvän pohjan löytää kustannusten taloudellisuuden taso.

Nuclear magnetic resonance investigation of structure and dynamics of some electrolyte solutions

Electrolyte solutions are of importance in a wide range of scientific contexts and as such have attracted considerable theoretical and experimental effort over many years. Nuclear Magnetic resonance provides a precise and versatile tool for investigation of electrolyte solutions, both in water and in organic solvents. Many structural and dynamic properties can be obtained through NMR experiments. The solution of aluminum chloride in water was studied. Different concentrations were taken for investigation. Independence of maximum line shift from concentration and acidity was shown. Six-coordinated structure of solvation shell was confirmed by experiments on 'H and 27A1 nuclei. Diffusion coefficients were studied. The solution of nickel chloride in methanol was studied. Lines, corresponding to coordinated and bulk methanol were found. Four-, five- and six-coordinated structures were found in different temperatures. The line for coordinated -OD group of deuterated methanol was observed on 2H spectrum for the first time. Partial deuteration of CH3 group was detected. Inability to observe coordinated -OH group was explained.

Many valued algebraic structures as measures of comparison

This thesis studies the properties and usability of operators called t-norms, t-conorms, uninorms, as well as many valued implications and equivalences. Into these operators, weights and a generalized mean are embedded for aggregation, and they are used for comparison tasks and for this reason they are referred to as comparison measures. The thesis illustrates how these operators can be weighted with a differential evolution and aggregated with a generalized mean, and the kinds of measures of comparison that can be achieved from this procedure. New operators suitable for comparison measures are suggested. These operators are combination measures based on the use of t-norms and t-conorms, the generalized 3_-uninorm and pseudo equivalence measures based on S-type implications. The empirical part of this thesis demonstrates how these new comparison measures work in the field of classification, for example, in the classification of medical data. The second application area is from the field of sports medicine and it represents an expert system for defining an athlete's aerobic and anaerobic thresholds. The core of this thesis offers definitions for comparison measures and illustrates that there is no actual difference in the results achieved in comparison tasks, by the use of comparison measures based on distance, versus comparison measures based on many valued logical structures. The approach has been highly practical in this thesis and all usage of the measures has been validated mainly by practical testing. In general, many different types of operators suitable for comparison tasks have been presented in fuzzy logic literature and there has been little or no experimental work with these operators.

Modeling reaction kinetics and mass transfer in ozonation in water solutions

This dissertation is based on four articles dealing with modeling of ozonation. The literature part of this considers some models for hydrodynamics in bubble column simulation. A literature review of methods for obtaining mass transfer coefficients is presented. The methods presented to obtain mass transfer are general models and can be applied to any gas-liquid system. Ozonation reaction models and methods for obtaining stoichiometric coefficients and reaction rate coefficients for ozonation reactions are discussed in the final section of the literature part. In the first article, ozone gas-liquid mass transfer into water in a bubble column was investigated for different pH values. A more general method for estimation of mass transfer and Henry’s coefficient was developed from the Beltrán method. The ozone volumetric mass transfer coefficient and the Henry’s coefficient were determined simultaneously by parameter estimation using a nonlinear optimization method. A minor dependence of the Henry’s law constant on pH was detected at the pH range 4 - 9. In the second article, a new method using the axial dispersion model for estimation of ozone self-decomposition kinetics in a semi-batch bubble column reactor was developed. The reaction rate coefficients for literature equations of ozone decomposition and the gas phase dispersion coefficient were estimated and compared with the literature data. The reaction order in the pH range 7-10 with respect to ozone 1.12 and 0.51 the hydroxyl ion were obtained, which is in good agreement with literature. The model parameters were determined by parameter estimation using a nonlinear optimization method. Sensitivity analysis was conducted using object function method to obtain information about the reliability and identifiability of the estimated parameters. In the third article, the reaction rate coefficients and the stoichiometric coefficients in the reaction of ozone with the model component p-nitrophenol were estimated at low pH of water using nonlinear optimization. A novel method for estimation of multireaction model parameters in ozonation was developed. In this method the concentration of unknown intermediate compounds is presented as a residual COD (chemical oxygen demand) calculated from the measured COD and the theoretical COD for the known species. The decomposition rate of p-nitrophenol on the pathway producing hydroquinone was found to be about two times faster than the p-nitrophenol decomposition rate on the pathway producing 4- nitrocatechol. In the fourth article, the reaction kinetics of p-nitrophenol ozonation was studied in a bubble column at pH 2. Using the new reaction kinetic model presented in the previous article, the reaction kinetic parameters, rate coefficients, and stoichiometric coefficients as well as the mass transfer coefficient were estimated with nonlinear estimation. The decomposition rate of pnitrophenol was found to be equal both on the pathway producing hydroquinone and on the path way producing 4-nitrocathecol. Comparison of the rate coefficients with the case at initial pH 5 indicates that the p-nitrophenol degradation producing 4- nitrocathecol is more selective towards molecular ozone than the reaction producing hydroquinone. The identifiability and reliability of the estimated parameters were analyzed with the Marcov chain Monte Carlo (MCMC) method. @All rights reserved. No part of the publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the prior permission of the author.

Conservation Laws in Cellular Automata

Conservation laws in physics are numerical invariants of the dynamics of a system. In cellular automata (CA), a similar concept has already been defined and studied. To each local pattern of cell states a real value is associated, interpreted as the “energy” (or “mass”, or . . . ) of that pattern.The overall “energy” of a configuration is simply the sum of the energy of the local patterns appearing on different positions in the configuration. We have a conservation law for that energy, if the total energy of each configuration remains constant during the evolution of the CA. For a given conservation law, it is desirable to find microscopic explanations for the dynamics of the conserved energy in terms of flows of energy from one region toward another. Often, it happens that the energy values are from non-negative integers, and are interpreted as the number of “particles” distributed on a configuration. In such cases, it is conjectured that one can always provide a microscopic explanation for the conservation laws by prescribing rules for the local movement of the particles. The onedimensional case has already been solved by Fuk´s and Pivato. We extend this to two-dimensional cellular automata with radius-0,5 neighborhood on the square lattice. We then consider conservation laws in which the energy values are chosen from a commutative group or semigroup. In this case, the class of all conservation laws for a CA form a partially ordered hierarchy. We study the structure of this hierarchy and prove some basic facts about it. Although the local properties of this hierarchy (at least in the group-valued case) are tractable, its global properties turn out to be algorithmically inaccessible. In particular, we prove that it is undecidable whether this hierarchy is trivial (i.e., if the CA has any non-trivial conservation law at all) or unbounded. We point out some interconnections between the structure of this hierarchy and the dynamical properties of the CA. We show that positively expansive CA do not have non-trivial conservation laws. We also investigate a curious relationship between conservation laws and invariant Gibbs measures in reversible and surjective CA. Gibbs measures are known to coincide with the equilibrium states of a lattice system defined in terms of a Hamiltonian. For reversible cellular automata, each conserved quantity may play the role of a Hamiltonian, and provides a Gibbs measure (or a set of Gibbs measures, in case of phase multiplicity) that is invariant. Conversely, every invariant Gibbs measure provides a conservation law for the CA. For surjective CA, the former statement also follows (in a slightly different form) from the variational characterization of the Gibbs measures. For one-dimensional surjective CA, we show that each invariant Gibbs measure provides a conservation law. We also prove that surjective CA almost surely preserve the average information content per cell with respect to any probability measure.