Bayesian longitudinal data analysis with mixed models and thick-tailed distributions using MCMC

Linear mixed effects models are frequently used to analyse longitudinal data, due to their flexibility in modelling the covariance structure between and within observations. Further, it is easy to deal with unbalanced data, either with respect to the number of observations per subject or per time period, and with varying time intervals between observations. In most applications of mixed models to biological sciences, a normal distribution is assumed both for the random effects and for the residuals. This, however, makes inferences vulnerable to the presence of outliers. Here, linear mixed models employing thick-tailed distributions for robust inferences in longitudinal data analysis are described. Specific distributions discussed include the Student-t, the slash and the contaminated normal. A Bayesian framework is adopted, and the Gibbs sampler and the Metropolis-Hastings algorithms are used to carry out the posterior analyses. An example with data on orthodontic distance growth in children is discussed to illustrate the methodology. Analyses based on either the Student-t distribution or on the usual Gaussian assumption are contrasted. The thick-tailed distributions provide an appealing robust alternative to the Gaussian process for modelling distributions of the random effects and of residuals in linear mixed models, and the MCMC implementation allows the computations to be performed in a flexible manner.

Robust linear mixed models with normal/independent distributions and Bayesian MCMC implementation

Linear mixed effects models have been widely used in analysis of data where responses are clustered around some random effects, so it is not reasonable to assume independence between observations in the same cluster. In most biological applications, it is assumed that the distributions of the random effects and of the residuals are Gaussian. This makes inferences vulnerable to the presence of outliers. Here, linear mixed effects models with normal/independent residual distributions for robust inferences are described. Specific distributions examined include univariate and multivariate versions of the Student-t, the slash and the contaminated normal. A Bayesian framework is adopted and Markov chain Monte Carlo is used to carry out the posterior analysis. The procedures are illustrated using birth weight data on rats in a texicological experiment. Results from the Gaussian and robust models are contrasted, and it is shown how the implementation can be used for outlier detection. The thick-tailed distributions provide an appealing robust alternative to the Gaussian process in linear mixed models, and they are easily implemented using data augmentation and MCMC techniques.

Evaluation of an average numerator relationship matrix model and a Bayesian hierarchical model for growth traits in Nellore cattle with uncertain paternity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Use of Poisson spatiotemporal regression models for the Brazilian Amazon Forest: malaria count data

INTRODUÇÃO: A malaria é uma doença endêmica na região da Amazônia Brasileira, e a detecção de possíveis fatores de risco pode ser de grande interesse às autoridades em saúde pública. O objetivo deste artigo é investigar a associação entre variáveis ambientais e os registros anuais de malária na região amazônica usando métodos bayesianos espaço-temporais. MÉTODOS: Utilizaram-se modelos de regressão espaço-temporais de Poisson para analisar os dados anuais de contagem de casos de malária entre os anos de 1999 a 2008, considerando a presença de alguns fatores como a taxa de desflorestamento. em uma abordagem bayesiana, as inferências foram obtidas por métodos Monte Carlo em cadeias de Markov (MCMC) que simularam amostras para a distribuição conjunta a posteriori de interesse. A discriminação de diferentes modelos também foi discutida. RESULTADOS: O modelo aqui proposto sugeriu que a taxa de desflorestamento, o número de habitants por km² e o índice de desenvolvimento humano (IDH) são importantes para a predição de casos de malária. CONCLUSÕES: É possível concluir que o desenvolvimento humano, o crescimento populacional, o desflorestamento e as alterações ecológicas associadas a estes fatores estão associados ao aumento do risco de malária. Pode-se ainda concluir que o uso de modelos de regressão de Poisson que capturam o efeito temporal e espacial em um enfoque bayesiano é uma boa estratégia para modelar dados de contagem de malária.

Studies on the cooling minimum quantity and conventional cooling at hardened steels in grinding process

The purpose of this work is to explain the concept of cutting fluids reasonable usage through the fluid minimum quantity in grinding processes. on that purpose, the development of a new nozzle and an own and adequate methodology should be required in order to obtain good results and compare them to the conventional methods. The analysis of the grinding wheel/cutting fluid performance was accomplished from the following input parameters: flow rate variation by nozzle diameter changes (three diameters values: 3mm, 4mm and 5mm), besides the conventional round nozzle already within the machine. Integral oil and a synthetic emulsion were used as cutting fluids and a conventional grinding wheel was employed. The workpieces were made of steel VC 131, tempered and quenched with 60HRc. Thus, as the flow rate and the nozzle diameter changes, keeping steady fluid jet velocity (equal to cutting velocity), attempted to find the best machining conditions, with the purpose to obtain a decrease on the cutting fluid volume, taking into consideration the analysis of the process output variables such as cutting strength, cutting specific energy, grinding wheel wear and surface roughness. It was verified that the 3mm diameter optimized nozzle and the integral oil, in general, was the best combination among all proposed.

Improving minimum quantity lubrication in CBN grinding using compressed air wheel cleaning

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Surface finishing of flat pieces when submitted to lapping kinematics on abrasive disc dressed under several overlap factors

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Enhanced corrosion resistance of AISI H13 steel treated by nitrogen plasma immersion ion implantation

Electrochemical corrosion measurements of AISI H13 steel treated by Pill process in 3.5% (wt) NaCl solution were investigated. So far the corrosion behavior of AISI H 13 steel by Pill has not been studied. The electrochemical results are correlated with the surface morphology, nitrogen content and hardness of the nitride layer. Ion implantation of nitrogen into H 13 steel was carried out by Pill technique. SEM examination revealed a generalized corrosion and porosity over all analyzed sample surfaces. Penetration of nitrogen reaching more than 20 gm was achieved at 450 degrees C and hardness as high as 1340 HV (factor of 2.7 enhancement over standard tempered and annealed H 13) was reached by a high power, 9 h Pill treatment. The corrosion behavior of the samples was studied by potentiodynamic polarization method. The noblest corrosion behavior was observed for the samples treated by PIII at 450 degrees C, during 9 h. Anodic branches of polarization curves of PIII processed samples show a passive region associated with the formation of a protective film. The passive region current density of PIII treated H13 samples (3.5 x 10(-6) A/cm(2)) is about 270 times lower than the one of untreated specimens, which demonstrates the higher corrosion resistance for the Pill treated H 13 samples. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of the high temperature plasma immersion ion implantation (PIII) of nitrogen in AISI H13 steel

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Nuclear incoherent photoproduction of pi(0) and eta from 4 to 12 GeV

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effect of hydrogen charging on the stability of SAE 10B22 steel surface in alkaline solutions

The influence of hydrogen charging into a quenched and tempered boron steel membrane electrode (SAE 10B22) was studied using borate buffer (pH 8.4) and NaOH solutions (pH 12.7), with or without the addition of 0.01 M EDTA. At the hydrogen input side, hydrogen charging influenced cyclic voltammograms increasing the anodic charge of iron(II) hydroxide formation, and decreasing the donor density of passive films. These results suggest that the hydrogen ingress caused instability of metallic surface, increasing the surface area activity. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Bayesian binary regression model: an application to in-hospital death after AMI prediction

Um modelo bayesiano de regressão binária é desenvolvido para predizer óbito hospitalar em pacientes acometidos por infarto agudo do miocárdio. Métodos de Monte Carlo via Cadeias de Markov (MCMC) são usados para fazer inferência e validação. Uma estratégia para construção de modelos, baseada no uso do fator de Bayes, é proposta e aspectos de validação são extensivamente discutidos neste artigo, incluindo a distribuição a posteriori para o índice de concordância e análise de resíduos. A determinação de fatores de risco, baseados em variáveis disponíveis na chegada do paciente ao hospital, é muito importante para a tomada de decisão sobre o curso do tratamento. O modelo identificado se revela fortemente confiável e acurado, com uma taxa de classificação correta de 88% e um índice de concordância de 83%.

Comparison between the complete Bayesian method and empirical Bayesian method for ARCH models using Brazilian financial time series

In this work we compared the estimates of the parameters of ARCH models using a complete Bayesian method and an empirical Bayesian method in which we adopted a non-informative prior distribution and informative prior distribution, respectively. We also considered a reparameterization of those models in order to map the space of the parameters into real space. This procedure permits choosing prior normal distributions for the transformed parameters. The posterior summaries were obtained using Monte Carlo Markov chain methods (MCMC). The methodology was evaluated by considering the Telebras series from the Brazilian financial market. The results show that the two methods are able to adjust ARCH models with different numbers of parameters. The empirical Bayesian method provided a more parsimonious model to the data and better adjustment than the complete Bayesian method.

Comparação de diferentes estratégias para a análise de características de crescimento e de carcaça de suínos cruzados: modelos finito e infinitesimal poligênico

Foi utilizada uma análise de segregação com o uso da inferência Bayesiana para estimar componentes de variância e verificar a presença de genes de efeito principal (GEP) influenciando duas características de carcaça: gordura intramuscular (GIM), em %, e espessura de toucinho (ET), em mm; e uma de crescimento, ganho de peso (g/dia) dos 25 aos 90 kg de peso vivo (GP). Para este estudo, foram utilizadas informações de 1.257 animais provenientes de um delineamento de F2, obtidos do cruzamento de suínos machos Meishan e fêmeas Large White e Landrace. No melhoramento genético animal, os modelos poligênicos finitos (MPF) podem ser uma alternativa aos modelos poligênicos infinitesimais (MPI) para avaliação genética de características quantitativas usando pedigrees complexos. MPI, MPF e MPI combinado com MPF foram empiricamente testados para se estimar componentes de variâncias e número de genes no MPF. Para a estimação de médias marginais a posteriori de componentes de variância e de parâmetros, foi utilizada uma metodologia Bayesiana, por meio do uso da Cadeia de Markov, algoritmos de Monte Carlo (MCMC), via Amostrador de Gibbs e Reversible Jump Sampler (Metropolis-Hastings). em função dos resultados obtidos, pode-se evidenciar quatro GEP, sendo dois para GIM e dois para ET. Para ET, o GEP explicou a maior parte da variação genética, enquanto, para GIM, o GEP reduziu significativamente a variação poligênica. Para a variação do GP, não foi possível determinar a influência do GEP. As herdabilidades estimadas ajustando-se MPI para GIM, ET e GP foram de 0,37; 0,24 e 0,37, respectivamente. Estudos futuros com base neste experimento que usem marcadores moleculares para mapear os genes de efeito principal que afetem, principalmente GIM e ET, poderão lograr êxito.

Modelos alternativos para detecção de locos de características quantitativas (QTL) de carcaça e crescimento nos cromossomos 4, 5 e 7 de suínos

O conhecimento do genoma pode auxiliar na identificação de regiões cromossômicas e, eventualmente, de genes que controlam características quantitativas (QTLs) de importância econômica. em um experimento com 1.129 suínos resultantes do cruzamento entre machos da raça Meishan e fêmeas Large White e Landrace, foram analisadas as características gordura intramuscular (GIM), em %, e ganho dos 25 aos 90 kg de peso vivo (GP), em g/dia, em 298 animais F1 e 831 F2, e espessura de toucinho (ET), em mm, em 324 F1 e 805 F2. Os animais das gerações F1 e F2 foram tipificados com 29 marcadores microsatélites. Estudou-se a ligação entre os cromossomos 4, 6 e 7 com GIM, ET e GP. Análises de QTL utilizando-se metodologia Bayesiana foram aplicadas mediante três modelos genéticos: modelo poligênico infinitesimal (MPI); modelo poligênico finito (MPF), considerando-se três locos; e MPF combinado com MPI. O número de QTLs, suas respectivas posições nos três cromossomos e o efeito fenotípico foram estimados simultaneamente. Os sumários dos parâmetros estimados foram baseados nas distribuições marginais a posteriori, obtidas por meio do uso da Cadeia de Markov, algoritmos de Monte Carlo (MCMC). Foi possível evidenciar dois QTLs relacionados a GIM nos cromossomos 4 e 6 e dois a ET nos cromossomos 4 e 7. Somente quando se ajustou o MPI, foram observados QTLs no cromossomo 4 para ET e GIM. Não foi possível detectar QTLs para a característica GP com a aplicação dessa metodologia, o que pode ter resultado do uso de marcadores não informativos ou da ausência de QTLs segregando nos cromossomos 4, 6 e 7 desta população. Foi evidenciada a vantagem de se analisar dados experimentais ajustando diferentes modelos genéticos; essas análises ilustram a utilidade e ampla aplicabilidade do método Bayesiano.