Differential evolution based classification with pool of distances and aggregation operators

The objective of this thesis is to develop and generalize further the differential evolution based data classification method. For many years, evolutionary algorithms have been successfully applied to many classification tasks. Evolution algorithms are population based, stochastic search algorithms that mimic natural selection and genetics. Differential evolution is an evolutionary algorithm that has gained popularity because of its simplicity and good observed performance. In this thesis a differential evolution classifier with pool of distances is proposed, demonstrated and initially evaluated. The differential evolution classifier is a nearest prototype vector based classifier that applies a global optimization algorithm, differential evolution, to determine the optimal values for all free parameters of the classifier model during the training phase of the classifier. The differential evolution classifier applies the individually optimized distance measure for each new data set to be classified is generalized to cover a pool of distances. Instead of optimizing a single distance measure for the given data set, the selection of the optimal distance measure from a predefined pool of alternative measures is attempted systematically and automatically. Furthermore, instead of only selecting the optimal distance measure from a set of alternatives, an attempt is made to optimize the values of the possible control parameters related with the selected distance measure. Specifically, a pool of alternative distance measures is first created and then the differential evolution algorithm is applied to select the optimal distance measure that yields the highest classification accuracy with the current data. After determining the optimal distance measures for the given data set together with their optimal parameters, all determined distance measures are aggregated to form a single total distance measure. The total distance measure is applied to the final classification decisions. The actual classification process is still based on the nearest prototype vector principle; a sample belongs to the class represented by the nearest prototype vector when measured with the optimized total distance measure. During the training process the differential evolution algorithm determines the optimal class vectors, selects optimal distance metrics, and determines the optimal values for the free parameters of each selected distance measure. The results obtained with the above method confirm that the choice of distance measure is one of the most crucial factors for obtaining higher classification accuracy. The results also demonstrate that it is possible to build a classifier that is able to select the optimal distance measure for the given data set automatically and systematically. After finding optimal distance measures together with optimal parameters from the particular distance measure results are then aggregated to form a total distance, which will be used to form the deviation between the class vectors and samples and thus classify the samples. This thesis also discusses two types of aggregation operators, namely, ordered weighted averaging (OWA) based multi-distances and generalized ordered weighted averaging (GOWA). These aggregation operators were applied in this work to the aggregation of the normalized distance values. The results demonstrate that a proper combination of aggregation operator and weight generation scheme play an important role in obtaining good classification accuracy. The main outcomes of the work are the six new generalized versions of previous method called differential evolution classifier. All these DE classifier demonstrated good results in the classification tasks.

Defining Contexts in Context-Free Grammars

This thesis introduces an extension of Chomsky’s context-free grammars equipped with operators for referring to left and right contexts of strings.The new model is called grammar with contexts. The semantics of these grammars are given in two equivalent ways — by language equations and by logical deduction, where a grammar is understood as a logic for the recursive definition of syntax. The motivation for grammars with contexts comes from an extensive example that completely defines the syntax and static semantics of a simple typed programming language. Grammars with contexts maintain most important practical properties of context-free grammars, including a variant of the Chomsky normal form. For grammars with one-sided contexts (that is, either left or right), there is a cubic-time tabular parsing algorithm, applicable to an arbitrary grammar. The time complexity of this algorithm can be improved to quadratic,provided that the grammar is unambiguous, that is, it only allows one parsefor every string it defines. A tabular parsing algorithm for grammars withtwo-sided contexts has fourth power time complexity. For these grammarsthere is a recognition algorithm that uses a linear amount of space. For certain subclasses of grammars with contexts there are low-degree polynomial parsing algorithms. One of them is an extension of the classical recursive descent for context-free grammars; the version for grammars with contexts still works in linear time like its prototype. Another algorithm, with time complexity varying from linear to cubic depending on the particular grammar, adapts deterministic LR parsing to the new model. If all context operators in a grammar define regular languages, then such a grammar can be transformed to an equivalent grammar without context operators at all. This allows one to represent the syntax of languages in a more succinct way by utilizing context specifications. Linear grammars with contexts turned out to be non-trivial already over a one-letter alphabet. This fact leads to some undecidability results for this family of grammars

The Forecast Performance of Model-Free Implied Volatility: Evidence from DAX Index Options

Volatility has a central role in various theoretical and practical applications in financial markets. These include the applications related to portfolio theory, derivatives pricing and financial risk management. Both theoretical and practical applications require good estimates and forecasts for the asset return volatility. The goal of this study is to examine the forecast performance of one of the more recent volatility measures, model-free implied volatility. Model-free implied volatility is extracted from the prices in the option markets, and it aims to provide an unbiased estimate for the market’s expectation on the future level of volatility. Since it is extracted from the option prices, model-free implied volatility should contain all the relevant information that the market participants have. Moreover, model-free implied volatility requires less restrictive assumptions than the commonly used Black-Scholes implied volatility, which means that it should be less biased estimate for the market’s expectations. Therefore, it should also be a better forecast for the future volatility. The forecast performance of model-free implied volatility is evaluated by comparing it to the forecast performance of Black-Scholes implied volatility and GARCH(1,1) forecast. Weekly forecasts for six years period were calculated for the forecasted variable, German stock market index DAX. The data consisted of price observations for DAX index options. The forecast performance was measured using econometric methods, which aimed to capture the biasedness, accuracy and the information content of the forecasts. The results of the study suggest that the forecast performance of model-free implied volatility is superior to forecast performance of GARCH(1,1) forecast. However, the results also suggest that the forecast performance of model-free implied volatility is not as good as the forecast performance of Black-Scholes implied volatility, which is against the hypotheses based on theory. The results of this study are consistent with the majority of prior research on the subject.

Blue and Uv-Emitting Upconversion Nanoparticles: Synthesis and (Bio) Analytical Applications.

Rare-earth based upconverting nanoparticles (UCNPs) have attracted much attention due to their unique luminescent properties. The ability to convert multiple photons of lower energy to ones with higher energy through an upconversion (UC) process offers a wide range of applications for UCNPs. The emission intensities and wavelengths of UCNPs are important performance characteristics, which determine the appropriate applications. However, insufficient intensities still limit the use of UCNPs; especially the efficient emission of blue and ultraviolet (UV) light via upconversion remains challenging, as these events require three or more near-infrared (NIR) photons. The aim of the study was to enhance the blue and UV upconversion emission intensities of Tm3+ doped NaYF4 nanoparticles and to demonstrate their utility in in vitro diagnostics. As the distance between the sensitizer and the activator significantly affect the energy transfer efficiency, different strategies were explored to change the local symmetry around the doped lanthanides. One important strategy is the intentional co-doping of active (participate in energy transfer) or passive (do not participate in energy transfer) impurities into the host matrix. The roles of doped passive impurities (K+ and Sc3+) in enhancing the blue and UV upconversions, as well as in influencing the intense UV upconversion emission through excess sensitization (active impurity) were studied. Additionally, the effects of both active and passive impurity doping on the morphological and optical performance of UCNPs were investigated. The applicability of UV emitting UCNPs as an internal light source for glucose sensing in a dry chemistry test strip was demonstrated. The measurements were in agreement with the traditional method based on reflectance measurements using an external UV light source. The use of UCNPs in the glucose test strip offers an alternative detection method with advantages such as control signals for minimizing errors and high penetration of the NIR excitation through the blood sample, which gives more freedom for designing the optical setup. In bioimaging, the excitation of the UCNPs in the transparent IR region of the tissue permits measurements, which are free of background fluorescence and have a high signal-to-background ratio. In addition, the narrow emission bandwidth of the UCNPs enables multiplexed detections. An array-in-well immunoassay was developed using two different UC emission colours. The differentiation between different viral infections and the classification of antibody responses were achieved based on both the position and colour of the signal. The study demonstrates the potential of spectral and spatial multiplexing in the imaging based array-in-well assays.

Commerce in disguise : war and trade in the Caribbean free port of Gustavia, 1793–1815

ISBN 978-951-765-806-5Avhandlingen studerar frihamnen Gustavia på ön S:t Barthélemy, den svenska kolonin i Västindien, under de franska revolutionskrigen 1793-1815. Syftet är att kartlägga den ekonomiska aktiviteten genom Gustavia genom ett outforskat källmaterial och analysera hamnens roll i Västindien och i den atlantiska ekonomin under krigsåren. Det viktigaste resultatet av undersökningen är att den påvisar den kortvariga men exceptionella position som Gustavia fick under krigen, vilket ledde till att stora varuflöden gick genom den svenska kolonin och att sjöfart under svensk flagg i regionen tilltog. Krigskonjunkturen hämtade till ön ett stort antal nya invånare, framförallt från angränsande karibiska kolonier men också från USA och Europa. Frihamnen och ön fungerade kort under några decennier som en global marknadsplats i Västindien för handelsmän som kringgick blockader och handelsförbud. Vidare närmar sig även avhandlingen frågor om Sveriges engagemang i slavhandeln på ett systematiskt sätt, och demonstrerar att den svenska slavhandeln var mer omfattande än den tidigare forskningen visat, speciellt efter att rörelsen för slavhandelns förbud fått ett starkt fäste i Storbritannien. De tidigare stora internationella undersökningarna om slavhandeln har ofta missat det svenska inslaget. S:t Barthélemy har fått relativt lite uppmärksamhet i den svenska historieforskningen, och har ofta skildrats som ett exotiskt och ganska betydelselöst inslag i Sverige 1800-talshistoria. Mycket av den tidigare forskningen präglas av det nationalhistoriska perspektivet med kolonins länkar till Stockholm i blickfånget. Avhandlingen påvisar att länkarna mellan kolonin och Stockholm var fåtaliga och att dess ekonomiska betydelse för Sverige var ytterst liten. Däremot omvärderar avhandlingen kolonins betydelsefulla roll i ett större internationellt sammanhang. ----------------------------------------------------------- Väitöskirja käsittelee Gustavian vapaasatamaa Ruotsin Länsi-Intian siirtomaassa Saint-Barthélemyn saarella, Ranskan vallankumoussotien aikana 1793–1815. Tarkoitus on ollut kartoittaa Gustavian kautta kulkevaa taloudellista toimintaa tutkimattomien lähteiden avulla ja arvioida sataman asemaa Länsi-Intiassa sekä atlanttisessa taloudessa sotavuosina.Väitöskirjan tärkein tulos osoittaa sataman sotien aikana saavuttamaa lyhytkestoista mutta poikkeuksellista roolia, mikä johti suuren kaupankäynnin saapumiseen ruotsalaissiirtomaahan sekä siihen, että merenkulku ruotsalaisen lipun alla kiihtyi Länsi-Intian alueella. Sotatalouden nousukausi aikaansai pienelle saarelle muuttoliikkeen myötä suuren väestönkasvun, jonka lähteenä olivat pääsääntöisesti lähisaaret, mutta osa uusista asukkaista tuli myös Yhdysvalloista ja Euroopasta. Gustavian vapaasatama toimi muutaman vuosikymmenen ajan globaalina markkinapaikkana Länsi-Intian kauppamiehille, joilla oli tarve kiertää kauppasaartoja ja -kieltoja. Lisäksi väitöskirja lähestyy kysymystä Ruotsin osallistumisesta orjankauppaan ja osoittaa että ruotsalainen orjakauppa oli laajempaa kuin aiempi tutkimus on väittänyt, etenkin sen jälkeen kun kansanliike orjakauppaa vastaan oli saavuttanut vahvan tuen Iso-Britanniassa. Aiemmat laajat kansainväliset kartoitukset orjakaupasta ovat usein ohittaneet ruotsalaisten osallisuutta tässä yhteydessä. Saint-Barthélemy on aiemmin saanut suhteellisen vähän huomiota ruotsalaisessa historiankirjoituksessa, ja sitä on usein hahmoteltu eksoottisena ja melko merkityksettömänä osana Ruotsin 1800-luvun historiaa. Aiempaa tutkimusta on paljolti leimannut kansallinen historiankirjoitus, jonka keskeisenä kiinnostuksena ovat olleet saaren yhteydet Tukholmaan. Väitöskirja osoittaa kuitenkin että nämä yhteydet olivat heikkoja ja että siirtomaan taloudellinen merkitys Ruotsille oli hyvinkin pieni. Toisaalta väitöskirja arvioi siirtomaan todellista ja tärkeää roolia uudelleen sijoittamalla sen isompaan kansainväliseen asiayhteyteen.

Optimal distance of the light-curing tip for light transmission through the resin composite

Hammaslääketieteessä käytetettävien komposiittien valonläpäisevyys vaihtelee. Samoin LED-valokovettimet eroavat toisistaan valotehonsa ja muotoilunsa perusteella. On yleisesti tiedossa, että valokovettimesta tulevan valon intensiteetti pinta-alayksikköä kohden heikkenee, kun kovettimen etäisyys kasvaa. Toisaalta ei ole tiedossa, miten valokovetettavan kohteen ja valokovettimen kärjen väliin sijoitettu materiaali tarkalleenottaen vaikuttaa valon intensiteettiin eri etäisyyksiä käytettäessä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, miten valokovetettavan kohteen ja valokovettimen kärjen väliin asetettava etukäteen polymerisoitu materiaali vaikuttaa valon intensiteettiin eri etäisyyksillä. Tutkimus suoritettiin käyttämällä kahta eri valokovetinta. Jotta etäisyyden vaikutusta valotustehoon voitiin demonstroida, vaihdettiin kovettimen etäisyyttä sensorista 0,2,4,6,8,10mm välillä. Valotehot rekisteröitiin MARC resin calibrator -laitteella. Sensorin ja valokovettimen kärjen väliin asetettavat erilaiset komposiittilevyt olivat valmiiksi kovetettuja,1mm paksuisia, filleripitoisuuksiltaan neljää erilaista muovia. Valotehot rekisteröitiin jokaiselta etäisyydeltä komposiitin ollessa sensorin päällä. Rinnakkaisesti verrattiin myös etäisyyden vaikutusta valotehoon ilman esikovetettua materiaalia kovettimen kärjen ja valoa mittaavan sensorin välissä. Vertailun suorittamiseksi laskettiin intensiteettisuhdeluku muovillisen ja muovittoman arvon välillä aina tietyllä etäisyydellä Valokovettimen kärjen etäisyyden kasvattaminen sensorista (eli valokovetettavasta kohteesta) odotusten mukaisesti pienensi valotehoa. Laittamalla sensorin ja kovettimen väliin komposiittilevy, valoteho pieneni odotetusti vielä enemmän. Tutkittaessa intensiteettisuhdetta (valoteho muovin kanssa : valoteho ilman muovia) kuitenkin huomattiin, että 4-6mm:n kohdalla suhdeluku oli suurempi kuin 0,2,8 ja 10mm kohdalla. Johtopäätöksenä oli, että suurin mahdollinen valokovetusteho saavutetan laittamalla kovetuskärki mahdollisimman lähelle kohdetta. Jos valokovetettavan kohteen ja valokovettimen kärjen välissä oli kiinteä komposiittipalanen, suurin mahdollinen valokovetusteho kohteeseen saavutetaan edelleen laittamalla kovetuskärki kiinni muoviin. Jos etäisyyttä muovin pinnasta sen sijaan kasvatettiin, valokovetusteho ei laskenutkaan niin nopeasti kuin oli odotettu. Tämä voi liittyä siihen, että tehokkaan valokeilan halkaisijan koko on suurempi verrattuna komposiitin sekä sensorin halkaisian kokoon. Toiseksi on arvioitu, että resiinikomposiitin täyteaineet voisivat fokusoida läpi kulkevaa valoa sensoriin. Se, pitääkö tämä ilmiö paikkansa, vaatii kuitenkin enemmän tutkimusta

Invoice-kaupan edut ja haitat verrattuna tavalliseen Tax Free kauppaan

Kandidaatintutkielmani käsittelee Invoice-kauppaa ja sitä, mitä etuja siihen liittyy verrattuna tavanomaiseen tax-free kauppaan. Invoice-veronpalautusjärjestelmässä EU:n ulkopuolella asuva asiakas saa veronpalautuksen samasta liikkeestä seuraavalla asiointikerralla. Arvonlisäveronpalautukset on kuitenkin haettava puolen vuoden sisällä ostosten tekemisestä. Tavanomaisessa tax-free kaupassa asiakas saa arvonlisäveronpalautuksen rajalta poistuessaan Suomesta. Invoicea käytettäessä asiakas saa verosta isomman osan takaisin kuin tavanomaisessa tax-free kaupassa, mutta palautuksen saaminen kestää kauemmin, koska Invoicea käytettäessä veronpalautuksen voi saada vain samasta liikkeestä, missä ostokset on tehty. Tutkielmani tarkastelee aihetta kauppiaan näkökulmasta. Kauppiaan kannalta Invoicen etuna on erityisesti asiakkaiden ”koukuttaminen”, koska veronpalautukset on aina haettava samasta liikkestä, mistä tuotteet on ostettu. Näin samat asiakkaat tulevat usein samaan liikkeeseen myös seuraavilla Suomen matkoilla saadakseen veronpalautukset. Tämä tuo liikkeille usein myös uusia kanta-asiakkaita.Toisaalta on huomioitava myös Invoicen käytöstä kauppiaalle ja kassoille mahdollisesti aiheutuva lisätyö ja kustannukset. Veronpalautusten maksaminen takaisin asiakkaille ja tullissa leimattujen kuittien käsittely vie kassoilla tavanomaista enemmän aikaa ja saattaa vaatia lisää henkilökuntaa. Tutkielma on toteutettu laadullisena eli kvalitatiivisena ja tutkimusmenetelmänä on käytetty haastatteluita. Haastateltavat ovat kauppiaita Kaakkois-Suomen alueelta. Tavoitteenani oli koota mahdollisimman monipuolinen haastateltavien joukko sisältäen niin vaate- ja vapaa-ajan liikkeitä kuin sekatavara- ja päivittäistavarakauppoja. Teorialähteinä käytin yliopiston kirjastosta lainattuja kirjoja, LUT:in tietokantojen ja Edilex-tietokannan artikkeleita sekä Verohallinnon dokumentteja ja verkkojulkaisuja. Lisäksi olen hyödyntänyt tutkielmassani myös ajankohtaisia uutisia sekä erilaisten paikallis- ja aikakauslehtien artikkeleita. Tutkielmani johtopäätöksissä tulin siihen tulokseen, että kauppiaan kannalta edullisinta on käyttää samanaikaisesti sekä Invoicea että perinteistä, palautusliikeiden palveluja hyödyntävää tax-free järjestelmää. Tämä mahdollistaa liikkeille mahdollisimman laajan asiakasjoukon. Suomessa usein käyvät ostosmatkailijat suosivat yleensä Invoicea täysimääräisen veronpalautuksen vuoksi. Palautusliikkeet taas veloittavat asiakkaalle maksettavasta veronpalautuksesta oman palvelumaksunsa. Suomessa harvemmin vieraileville taas palautusliikkeiden palvelut ovat edullisempia, sillä veronpalautukset saa rajalta maasta poistuttaessa, eikä tarvitse palata samaan liikkeeseen puolen vuoden sisällä. Palautusliikkeiden etuna Invoiceen nähden on myös asioinnin vaivattomuus, sillä eri liikkeissä asioivat ostosmatkailijat saavat kaikista matkalla tekemistään ostoksista arvonlisäveronpalautuksensa yhdestä paikasta sen sijaan, että kävisivät hakemassa ne joka liikkeestä erikseen.