Model selection and the vectorial misspecification-resistant information criterion in multivariate time series

The thesis deals with the problem of Model Selection (MS) motivated by information and prediction theory, focusing on parametric time series (TS) models. The main contribution of the thesis is the extension to the multivariate case of the Misspecification-Resistant Information Criterion (MRIC), a criterion introduced recently that solves Akaike’s original research problem posed 50 years ago, which led to the definition of the AIC. The importance of MS is witnessed by the huge amount of literature devoted to it and published in scientific journals of many different disciplines. Despite such a widespread treatment, the contributions that adopt a mathematically rigorous approach are not so numerous and one of the aims of this project is to review and assess them. Chapter 2 discusses methodological aspects of MS from information theory. Information criteria (IC) for the i.i.d. setting are surveyed along with their asymptotic properties; and the cases of small samples, misspecification, further estimators. Chapter 3 surveys criteria for TS. IC and prediction criteria are considered for: univariate models (AR, ARMA) in the time and frequency domain, parametric multivariate (VARMA, VAR); nonparametric nonlinear (NAR); and high-dimensional models. The MRIC answers Akaike’s original question on efficient criteria, for possibly-misspecified (PM) univariate TS models in multi-step prediction with high-dimensional data and nonlinear models. Chapter 4 extends the MRIC to PM multivariate TS models for multi-step prediction introducing the Vectorial MRIC (VMRIC). We show that the VMRIC is asymptotically efficient by proving the decomposition of the MSPE matrix and the consistency of its Method-of-Moments Estimator (MoME), for Least Squares multi-step prediction with univariate regressor. Chapter 5 extends the VMRIC to the general multiple regressor case, by showing that the MSPE matrix decomposition holds, obtaining consistency for its MoME, and proving its efficiency. The chapter concludes with a digression on the conditions for PM VARX models.

L'eredità di Aldo Rossi nella Penisola Iberica. La costruzione della città e il progetto contemporaneo

Descrizione, tema e obiettivi della ricerca La ricerca si propone lo studio delle possibili influenze che la teoria di Aldo Rossi ha avuto sulla pratica progettuale nella Penisola Iberica, intende quindi affrontare i caratteri fondamentali della teoria che sta alla base di un metodo progettuale ed in particolar modo porre l'attenzione alle nuove costruzioni quando queste si confrontano con le città storiche. Ha come oggetto principale lo studio dei documenti, saggi e scritti riguardanti il tema della costruzione all'interno delle città storiche. Dallo studio di testi selezionati di Aldo Rossi sulla città si vuole concentrare l'attenzione sull'influenza che tale teoria ha avuto nei progetti della Penisola Iberica, studiare come è stata recepita e trasmessa successivamente, attraverso gli scritti di autori spagnoli e come ha visto un suo concretizzarsi poi nei progetti di nuove costruzioni all'interno delle città storiche. Si intende restringere il campo su un periodo ed un luogo precisi, Spagna e Portogallo a partire dagli anni Settanta, tramite la lettura di un importante evento che ha ufficializzato il contatto dell'architetto italiano con la Penisola Iberica, quale il Seminario di Santiago de Compostela tenutosi nel 1976. Al Seminario parteciparono numerosi architetti che si confrontarono su di un progetto per la città di Santiago e furono invitati personaggi di fama internazionale a tenere lezioni introduttive sul tema di dibattito in merito al progetto e alla città storica. Il Seminario di Santiago si colloca in un periodo storico cruciale per la Penisola Iberica, nel 1974 cade il regime salazarista in Portogallo e nel 1975 cade il regime franchista in Spagna ed è quindi di rilevante importanza capire il legame tra l'architettura e la nuova situazione politica. Dallo studio degli interventi, dei progetti che furono prodotti durante il Seminario, della relazione tra questo evento ed il periodo storico in cui esso va contestualizzato, si intende giungere alla individuazione delle tracce della reale presenza di tale eredità. Presupposti metodologici. Percorso e strumenti di ricerca La ricerca può quindi essere articolata in distinte fasi corrispondenti per lo più ai capitoli in cui si articola la tesi: una prima fase con carattere prevalentemente storica, di ricerca del materiale per poter definire il contesto in cui si sviluppano poi le vicende oggetto della tesi; una seconda fase di impronta teorica, ossia di ricerca bibliografica del materiale e delle testimonianze che provvedono alla definizione della reale presenza di effetti scaturiti dai contatti tra Rossi e la Penisola Iberica, per andare a costruire una eredità ; una terza fase che entra nel merito della composizione attraverso lo studio e la verifica delle prime due parti, tramite l'analisi grafica applicata ad uno specifico esempio architettonico selezionato; una quarta fase dove il punto di vista viene ribaltato e si indaga l'influenza dei luoghi visitati e dei contatti intrattenuti con alcuni personaggi della Penisola Iberica sull'architettura di Rossi, ricercandone i riferimenti. La ricerca è stata condotta attraverso lo studio di alcuni eventi selezionati nel corso degli anni che si sono mostrati significativi per l'indagine, per la risonanza che hanno avuto sulla storia dell'architettura della Penisola. A questo scopo si sono utilizzati principalmente tre strumenti: lo studio dei documenti, le pubblicazioni e le riviste prodotte in Spagna, gli scritti di Aldo Rossi in merito, e la testimonianza diretta attraverso interviste di personaggi chiave. La ricerca ha prodotto un testo suddiviso per capitoli che rispetta l'organizzazione in fasi di lavoro. A seguito di determinate condizioni storiche e politiche, studiate nella ricerca a supporto della tesi espressa, nella Penisola Iberica si è verificato il diffondersi della necessità e del desiderio di guardare e prendere a riferimento l'architettura europea e in particolar modo quella italiana. Il periodo sul quale viene focalizzata l'attenzione ha inizio negli anni Sessanta, gli ultimi prima della caduta delle dittature, scenario dei primi viaggi di Aldo Rossi nella Penisola Iberica. Questi primi contatti pongono le basi per intense e significative relazioni future. Attraverso l'approfondimento e la studio dei materiali relativi all'oggetto della tesi, si è cercato di mettere in luce il contesto culturale, l'attenzione e l'interesse per l'apertura di un dibattito intorno all'architettura, non solo a livello nazionale, ma europeo. Ciò ha evidenziato il desiderio di innescare un meccanismo di discussione e scambio di idee, facendo leva sull'importanza dello sviluppo e ricerca di una base teorica comune che rende coerente i lavori prodotti nel panorama architettonico iberico, seppur ottenendo risultati che si differenziano gli uni dagli altri. E' emerso un forte interesse per il discorso teorico sull'architettura, trasmissibile e comunicabile, che diventa punto di partenza per un metodo progettuale. Ciò ha reso palese una condivisione di intenti e l'assunzione della teoria di Aldo Rossi, acquisita, diffusa e discussa, attraverso la pubblicazione dei suoi saggi, la conoscenza diretta con l'architetto e la sua architettura, conferenze, seminari, come base teorica su cui fondare il proprio sapere architettonico ed il processo metodologico progettuale da applicare di volta in volta negli interventi concreti. Si è giunti così alla definizione di determinati eventi che hanno permesso di entrare nel profondo della questione e di sondare la relazione tra Rossi e la Penisola Iberica, il materiale fornito dallo studio di tali episodi, quali il I SIAC, la diffusione della rivista "2C. Construccion de la Ciudad", la Coleccion Arquitectura y Critica di Gustavo Gili, hanno poi dato impulso per il reperimento di una rete di ulteriori riferimenti. E' stato possibile quindi individuare un gruppo di architetti spagnoli, che si identificano come allievi del maestro Rossi, impegnato per altro in quegli anni nella formazione di una Scuola e di un insegnamento, che non viene recepito tanto nelle forme, piuttosto nei contenuti. I punti su cui si fondano le connessioni tra l'analisi urbana e il progetto architettonico si centrano attorno due temi di base che riprendono la teoria esposta da Rossi nel saggio L'architettura della città : - relazione tra l'area-studio e la città nella sua globalità, - relazione tra la tipologia edificatoria e gli aspetti morfologici. La ricerca presentata ha visto nelle sue successive fasi di approfondimento, come si è detto, lo sviluppo parallelo di più tematiche. Nell'affrontare ciascuna fase è stato necessario, di volta in volta, operare una verifica delle tappe percorse precedentemente, per mantenere costante il filo del discorso col lavoro svolto e ritrovare, durante lo svolgimento stesso della ricerca, gli elementi di connessione tra i diversi episodi analizzati. Tale operazione ha messo in luce talvolta nodi della ricerca rimasti in sospeso che richiedevano un ulteriore approfondimento o talvolta solo una rivisitazione per renderne possibile un più proficuo collegamento con la rete di informazioni accumulate. La ricerca ha percorso strade diverse che corrono parallele, per quanto riguarda il periodo preso in analisi: - i testi sulla storia dell'architettura spagnola e la situazione contestuale agli anni Settanta - il materiale riguardante il I SIAC - le interviste ai partecipanti al I SIAC - le traduzioni di Gustavo Gili nella Coleccion Arquitectura y Critica - la rivista "2C. Construccion de la Ciudad" Esse hanno portato alla luce una notevole quantità di tematiche, attraverso le quali, queste strade vengono ad intrecciarsi e a coincidere, verificando l'una la veridicità dell'altra e rafforzandone il valore delle affermazioni. Esposizione sintetica dei principali contenuti esposti dalla ricerca Andiamo ora a vedere brevemente i contenuti dei singoli capitoli. Nel primo capitolo Anni Settanta. Periodo di transizione per la Penisola Iberica si è cercato di dare un contesto storico agli eventi studiati successivamente, andando ad evidenziare gli elementi chiave che permettono di rintracciare la presenza della predisposizione ad un cambiamento culturale. La fase di passaggio da una condizione di chiusura rispetto alle contaminazioni provenienti dall'esterno, che caratterizza Spagna e Portogallo negli anni Sessanta, lascia il posto ad un graduale abbandono della situazione di isolamento venutasi a creare intorno al Paese a causa del regime dittatoriale, fino a giungere all'apertura e all'interesse nei confronti degli apporti culturali esterni. E' in questo contesto che si gettano le basi per la realizzazione del I Seminario Internazionale di Architettura Contemporanea a Santiago de Compostela, del 1976, diretto da Aldo Rossi e organizzato da César Portela e Salvador Tarragó, di cui tratta il capitolo secondo. Questo è uno degli eventi rintracciati nella storia delle relazioni tra Rossi e la Penisola Iberica, attraverso il quale è stato possibile constatare la presenza di uno scambio culturale e l'importazione in Spagna delle teorie di Aldo Rossi. Organizzato all'indomani della caduta del franchismo, ne conserva una reminescenza formale. Il capitolo è organizzato in tre parti, la prima si occupa della ricostruzione dei momenti salienti del Seminario Proyecto y ciudad historica, dagli interventi di architetti di fama internazionale, quali lo stesso Aldo Rossi, Carlo Aymonino, James Stirling, Oswald Mathias Ungers e molti altri, che si confrontano sul tema delle città storiche, alle giornate seminariali dedicate all’elaborazione di un progetto per cinque aree individuate all’interno di Santiago de Compostela e quindi dell’applicazione alla pratica progettuale dell’inscindibile base teorica esposta. Segue la seconda parte dello stesso capitolo riguardante La selezione di interviste ai partecipanti al Seminario. Esso contiene la raccolta dei colloqui avuti con alcuni dei personaggi che presero parte al Seminario e attraverso le loro parole si è cercato di approfondire la materia, in particolar modo andando ad evidenziare l’ambiente culturale in cui nacque l’idea del Seminario, il ruolo avuto nella diffusione della teoria di Aldo Rossi in Spagna e la ripercussione che ebbe nella pratica costruttiva. Le diverse interviste, seppur rivolte a persone che oggi vivono in contesti distanti e che in seguito a questa esperienza collettiva hanno intrapreso strade diverse, hanno fatto emergere aspetti comuni, tale unanimità ha dato ancor più importanza al valore di testimonianza offerta. L’elemento che risulta più evidente è il lascito teorico, di molto prevalente rispetto a quello progettuale che si è andato mescolando di volta in volta con la tradizione e l’esperienza dei cosiddetti allievi di Aldo Rossi. Negli stessi anni comincia a farsi strada l’importanza del confronto e del dibattito circa i temi architettonici e nel capitolo La fortuna critica della teoria di Aldo Rossi nella Penisola Iberica è stato affrontato proprio questo rinnovato interesse per la teoria che in quegli anni si stava diffondendo. Si è portato avanti lo studio delle pubblicazioni di Gustavo Gili nella Coleccion Arquitectura y Critica che, a partire dalla fine degli anni Sessanta, pubblica e traduce in lingua spagnola i più importanti saggi di architettura, tra i quali La arquitectura de la ciudad di Aldo Rossi, nel 1971, e Comlejidad y contradiccion en arquitectura di Robert Venturi nel 1972. Entrambi fondamentali per il modo di affrontare determinate tematiche di cui sempre più in quegli anni si stava interessando la cultura architettonica iberica, diventando così ¬ testi di riferimento anche nelle scuole. Le tracce dell’influenza di Rossi sulla Penisola Iberica si sono poi ricercate nella rivista “2C. Construccion de la Ciudad” individuata come strumento di espressione di una teoria condivisa. Con la nascita nel 1972 a Barcellona di questa rivista viene portato avanti l’impegno di promuovere la Tendenza, facendo riferimento all’opera e alle idee di Rossi ed altri architetti europei, mirando inoltre al recupero di un ruolo privilegiato dell’architettura catalana. A questo proposito sono emersi due fondamentali aspetti che hanno legittimato l’indagine e lo studio di questa fonte: - la diffusione della cultura architettonica, il controllo ideologico e di informazione operato dal lavoro compiuto dalla rivista; - la documentazione circa i criteri di scelta della redazione a proposito del materiale pubblicato. E’ infatti attraverso le pubblicazioni di “2C. Construccion de la Ciudad” che è stato possibile il ritrovamento delle notizie sulla mostra Arquitectura y razionalismo. Aldo Rossi + 21 arquitectos españoles, che accomuna in un’unica esposizione le opere del maestro e di ventuno giovani allievi che hanno recepito e condiviso la teoria espressa ne “L’architettura della città”. Tale mostra viene poi riproposta nella Sezione Internazionale di Architettura della XV Triennale di Milano, la quale dedica un Padiglione col titolo Barcelona, tres epocas tres propuestas. Dalla disamina dei progetti presentati è emerso un interessante caso di confronto tra le Viviendas para gitanos di César Portela e la Casa Bay di Borgo Ticino di Aldo Rossi, di cui si è occupato l’ultimo paragrafo di questo capitolo. Nel corso degli studi è poi emerso un interessante risvolto della ricerca che, capovolgendone l’oggetto stesso, ne ha approfondito gli aspetti cercando di scavare più in profondità nell’analisi della reciproca influenza tra la cultura iberica e Aldo Rossi, questa parte, sviscerata nell’ultimo capitolo, La Penisola Iberica nel “magazzino della memoria” di Aldo Rossi, ha preso il posto di quello che inizialmente doveva presentarsi come il risvolto progettuale della tesi. Era previsto infatti, al termine dello studio dell’influenza di Aldo Rossi sulla Penisola Iberica, un capitolo che concentrava l’attenzione sulla produzione progettuale. A seguito dell’emergere di un’influenza di carattere prettamente teorica, che ha sicuramente modificato la pratica dal punto di vista delle scelte architettoniche, senza però rendersi esplicita dal punto di vista formale, si è preferito, anche per la difficoltà di individuare un solo esempio rappresentativo di quanto espresso, sostituire quest’ultima parte con lo studio dell’altra faccia della medaglia, ossia l’importanza che a sua volta ha avuto la cultura iberica nella formazione della collezione dei riferimenti di Aldo Rossi. L’articolarsi della tesi in fasi distinte, strettamente connesse tra loro da un filo conduttore, ha reso necessari successivi aggiustamenti nel percorso intrapreso, dettati dall’emergere durante la ricerca di nuovi elementi di indagine. Si è pertanto resa esplicita la ricercata eredità di Aldo Rossi, configurandosi però prevalentemente come un’influenza teorica che ha preso le sfumature del contesto e dell’esperienza personale di chi se ne è fatto ricevente, diventandone così un continuatore attraverso il proprio percorso autonomo o collettivo intrapreso in seguito. Come suggerisce José Charters Monteiro, l’eredità di Rossi può essere letta attraverso tre aspetti su cui si basa la sua lezione: la biografia, la teoria dell’architettura, l’opera. In particolar modo per quanto riguarda la Penisola Iberica si può parlare dell’individuazione di un insegnamento riferito alla seconda categoria, i suoi libri di testo, le sue partecipazioni, le traduzioni. Questo è un lascito che rende possibile la continuazione di un dibattito in merito ai temi della teoria dell’architettura, della sue finalità e delle concrete applicazioni nelle opere, che ha permesso il verificarsi di una apertura mentale che mette in relazione l’architettura con altre discipline umanistiche e scientifiche, dalla politica, alla sociologia, comprendendo l’arte, le città la morfologia, la topografia, mediate e messe in relazione proprio attraverso l’architettura.

Microscopic Modeling on complex networks

The field of complex systems is a growing body of knowledge, It can be applied to countless different topics, from physics to computer science, biology, information theory and sociology. The main focus of this work is the use of microscopic models to study the behavior of urban mobility, which characteristics make it a paradigmatic example of complexity. In particular, simulations are used to investigate phase changes in a finite size open Manhattan-like urban road network under different traffic conditions, in search for the parameters to identify phase transitions, equilibrium and non-equilibrium conditions . It is shown how the flow-density macroscopic fundamental diagram of the simulation shows,like real traffic, hysteresis behavior in the transition from the congested phase to the free flow phase, and how the different regimes can be identified studying the statistics of road occupancy.

Mathematical methods to analyze and interpret calcium signals of astrocytes

Astrocytes are the most numerous glial cell type in the mammalian brain and permeate the entire CNS interacting with neurons, vasculature, and other glial cells. Astrocytes display intracellular calcium signals that encode information about local synaptic function, distributed network activity, and high-level cognitive functions. Several studies have investigated the calcium dynamics of astrocytes in sensory areas and have shown that these cells can encode sensory stimuli. Nevertheless, only recently the neuro-scientific community has focused its attention on the role and functions of astrocytes in associative areas such as the hippocampus. In our first study, we used the information theory formalism to show that astrocytes in the CA1 area of the hippocampus recorded with 2-photon fluorescence microscopy during spatial navigation encode spatial information that is complementary and synergistic to information encoded by nearby "place cell" neurons. In our second study, we investigated various computational aspects of applying the information theory formalism to astrocytic calcium data. For this reason, we generated realistic simulations of calcium signals in astrocytes to determine optimal hyperparameters and procedures of information measures and applied them to real astrocytic calcium imaging data. Calcium signals of astrocytes are characterized by complex spatiotemporal dynamics occurring in subcellular parcels of the astrocytic domain which makes studying these cells in 2-photon calcium imaging recordings difficult. However, current analytical tools which identify the astrocytic subcellular regions are time consuming and extensively rely on user-defined parameters. Here, we present Rapid Astrocytic calcium Spatio-Temporal Analysis (RASTA), a novel machine learning algorithm for spatiotemporal semantic segmentation of 2-photon calcium imaging recordings of astrocytes which operates without human intervention. We found that RASTA provided fast and accurate identification of astrocytic cell somata, processes, and cellular domains, extracting calcium signals from identified regions of interest across individual cells and populations of hundreds of astrocytes recorded in awake mice.

A Unitary Approach to Information and Estimation Theory in Digital Communication Systems

This thesis presents the outcomes of a Ph.D. course in telecommunications engineering. It is focused on the optimization of the physical layer of digital communication systems and it provides innovations for both multi- and single-carrier systems. For the former type we have first addressed the problem of the capacity in presence of several nuisances. Moreover, we have extended the concept of Single Frequency Network to the satellite scenario, and then we have introduced a novel concept in subcarrier data mapping, resulting in a very low PAPR of the OFDM signal. For single carrier systems we have proposed a method to optimize constellation design in presence of a strong distortion, such as the non linear distortion provided by satellites' on board high power amplifier, then we developed a method to calculate the bit/symbol error rate related to a given constellation, achieving an improved accuracy with respect to the traditional Union Bound with no additional complexity. Finally we have designed a low complexity SNR estimator, which saves one-half of multiplication with respect to the ML estimator, and it has similar estimation accuracy.

Local home bias: Theory and new empirical evidence from Italy

This thesis examines the literature on local home bias, i.e. investor preference towards geographically nearby stocks, and investigates the role of firm’s visibility, profitability, and opacity in explaining such behavior. While firm’s visibility is expected to proxy for the behavioral root originating such a preference, firm’s profitability and opacity are expected to capture the informational one. I find that less visible, and more profitable and opaque firms, conditionally to the demand, benefit from being headquartered in regions characterized by a scarcity of listed firms (local supply of stocks). Specifically, research estimates suggest that firms headquartered in regions with a poor supply of stocks would be worth i) 11 percent more if non-visible, non-profitable and non-opaque; ii) 16 percent more if profitable; and iii) 28 percent more if both profitable and opaque. Overall, as these features are able to explain most, albeit not all, of the local home bias effect, I reasonably argue and then assess that most of the preference for local is determined by a successful attempt to exploit local information advantage (60 percent), while the rest is determined by a mere (irrational) feeling of familiarity with the local firm (40 percent). Several and significant methodological, theoretical, and practical implications come out.

On the renormalization flow representation of field theory and some applications

In this thesis we discuss a representation of quantum mechanics and quantum and statistical field theory based on a functional renormalization flow equation for the one-particle-irreducible average effective action, and we employ it to get information on some specific systems.

Low Correlated Sequences & Architectures and Algorithms for Analog-to-Information Converters: Theory, Design, Implementation and Applications.

Most electronic systems can be described in a very simplified way as an assemblage of analog and digital components put all together in order to perform a certain function. Nowadays, there is an increasing tendency to reduce the analog components, and to replace them by operations performed in the digital domain. This tendency has led to the emergence of new electronic systems that are more flexible, cheaper and robust. However, no matter the amount of digital process implemented, there will be always an analog part to be sorted out and thus, the step of converting digital signals into analog signals and vice versa cannot be avoided. This conversion can be more or less complex depending on the characteristics of the signals. Thus, even if it is desirable to replace functions carried out by analog components by digital processes, it is equally important to do so in a way that simplifies the conversion from digital to analog signals and vice versa. In the present thesis, we have study strategies based on increasing the amount of processing in the digital domain in such a way that the implementation of analog hardware stages can be simplified. To this aim, we have proposed the use of very low quantized signals, i.e. 1-bit, for the acquisition and for the generation of particular classes of signals.

Coordination and Control of Autonomous Mobile Robots Swarms by using Particle Swarm Optimization Algorithm and Consensus Theory

This thesis presents some different techniques designed to drive a swarm of robots in an a-priori unknown environment in order to move the group from a starting area to a final one avoiding obstacles. The presented techniques are based on two different theories used alone or in combination: Swarm Intelligence (SI) and Graph Theory. Both theories are based on the study of interactions between different entities (also called agents or units) in Multi- Agent Systems (MAS). The first one belongs to the Artificial Intelligence context and the second one to the Distributed Systems context. These theories, each one from its own point of view, exploit the emergent behaviour that comes from the interactive work of the entities, in order to achieve a common goal. The features of flexibility and adaptability of the swarm have been exploited with the aim to overcome and to minimize difficulties and problems that can affect one or more units of the group, having minimal impact to the whole group and to the common main target. Another aim of this work is to show the importance of the information shared between the units of the group, such as the communication topology, because it helps to maintain the environmental information, detected by each single agent, updated among the swarm. Swarm Intelligence has been applied to the presented technique, through the Particle Swarm Optimization algorithm (PSO), taking advantage of its features as a navigation system. The Graph Theory has been applied by exploiting Consensus and the application of the agreement protocol with the aim to maintain the units in a desired and controlled formation. This approach has been followed in order to conserve the power of PSO and to control part of its random behaviour with a distributed control algorithm like Consensus.

Essays on the Axiomatic Theory of Matching

This dissertation mimics the Turkish college admission procedure. It started with the purpose to reduce the inefficiencies in Turkish market. For this purpose, we propose a mechanism under a new market structure; as we prefer to call, semi-centralization. In chapter 1, we give a brief summary of Matching Theory. We present the first examples in Matching history with the most general papers and mechanisms. In chapter 2, we propose our mechanism. In real life application, that is in Turkish university placements, the mechanism reduces the inefficiencies of the current system. The success of the mechanism depends on the preference profile. It is easy to show that under complete information the mechanism implements the full set of stable matchings for a given profile. In chapter 3, we refine our basic mechanism. The modification on the mechanism has a crucial effect on the results. The new mechanism is, as we call, a middle mechanism. In one of the subdomain, this mechanism coincides with the original basic mechanism. But, in the other partition, it gives the same results with Gale and Shapley's algorithm. In chapter 4, we apply our basic mechanism to well known Roommate Problem. Since the roommate problem is in one-sided game patern, firstly we propose an auxiliary function to convert the game semi centralized two-sided game, because our basic mechanism is designed for this framework. We show that this process is succesful in finding a stable matching in the existence of stability. We also show that our mechanism easily and simply tells us if a profile lacks of stability by using purified orderings. Finally, we show a method to find all the stable matching in the existence of multi stability. The method is simply to run the mechanism for all of the top agents in the social preference.

Essays in Industrial Organization and Information Technology

Chapter 1 studies how consumers’ switching costs affect the pricing and profits of firms competing in two-sided markets such as Apple and Google in the smartphone market. When two-sided markets are dynamic – rather than merely static – I show that switching costs lower the first-period price if network externalities are strong, which is in contrast to what has been found in one-sided markets. By contrast, switching costs soften price competition in the initial period if network externalities are weak and consumers are more patient than the platforms. Moreover, an increase in switching costs on one side decreases the first-period price on the other side. Chapter 2 examines firms’ incentives to invest in local and flexible resources when demand is uncertain and correlated. I find that market power of the monopolist providing flexible resources distorts investment incentives, while competition mitigates them. The extent of improvement depends critically on demand correlation and the cost of capacity: under social optimum and monopoly, if the flexible resource is cheap, the relationship between investment and correlation is positive, and if it is costly, the relationship becomes negative; under duopoly, the relationship is positive. The analysis also sheds light on some policy discussions in markets such as cloud computing. Chapter 3 develops a theory of sequential investments in cybersecurity. The regulator can use safety standards and liability rules to increase security. I show that the joint use of an optimal standard and a full liability rule leads to underinvestment ex ante and overinvestment ex post. Instead, switching to a partial liability rule can correct the inefficiencies. This suggests that to improve security, the regulator should encourage not only firms, but also consumers to invest in security.

How to explain: from theory to practice

Today we live in an age where the internet and artificial intelligence allow us to search for information through impressive amounts of data, opening up revolutionary new ways to make sense of reality and understand our world. However, it is still an area of improvement to exploit the full potential of large amounts of explainable information by distilling it automatically in an intuitive and user-centred explanation. For instance, different people (or artificial agents) may search for and request different types of information in a different order, so it is unlikely that a short explanation can suffice for all needs in the most generic case. Moreover, dumping a large portion of explainable information in a one-size-fits-all representation may also be sub-optimal, as the needed information may be scarce and dispersed across hundreds of pages. The aim of this work is to investigate how to automatically generate (user-centred) explanations from heterogeneous and large collections of data, with a focus on the concept of explanation in a broad sense, as a critical artefact for intelligence, regardless of whether it is human or robotic. Our approach builds on and extends Achinstein’s philosophical theory of explanations, where explaining is an illocutionary (i.e., broad but relevant) act of usefully answering questions. Specifically, we provide the theoretical foundations of Explanatory Artificial Intelligence (YAI), formally defining a user-centred explanatory tool and the space of all possible explanations, or explanatory space, generated by it. We present empirical results in support of our theory, showcasing the implementation of YAI tools and strategies for assessing explainability. To justify and evaluate the proposed theories and models, we considered case studies at the intersection of artificial intelligence and law, particularly European legislation. Our tools helped produce better explanations of software documentation and legal texts for humans and complex regulations for reinforcement learning agents.