Chargaff symmetric stochastic processes

Scopo della modellizzazione delle stringhe di DNA è la formulazione di modelli matematici che generano sequenze di basi azotate compatibili con il genoma esistente. In questa tesi si prendono in esame quei modelli matematici che conservano un'importante proprietà, scoperta nel 1952 dal biochimico Erwin Chargaff, chiamata oggi "seconda regola di Chargaff". I modelli matematici che tengono conto delle simmetrie di Chargaff si dividono principalmente in due filoni: uno la ritiene un risultato dell'evoluzione sul genoma, mentre l'altro la ipotizza peculiare di un genoma primitivo e non intaccata dalle modifiche apportate dall'evoluzione. Questa tesi si propone di analizzare un modello del secondo tipo. In particolare ci siamo ispirati al modello definito da da Sobottka e Hart. Dopo un'analisi critica e lo studio del lavoro degli autori, abbiamo esteso il modello ad un più ampio insieme di casi. Abbiamo utilizzato processi stocastici come Bernoulli-scheme e catene di Markov per costruire una possibile generalizzazione della struttura proposta nell'articolo, analizzando le condizioni che implicano la validità della regola di Chargaff. I modelli esaminati sono costituiti da semplici processi stazionari o concatenazioni di processi stazionari. Nel primo capitolo vengono introdotte alcune nozioni di biologia. Nel secondo si fa una descrizione critica e prospettica del modello proposto da Sobottka e Hart, introducendo le definizioni formali per il caso generale presentato nel terzo capitolo, dove si sviluppa l'apparato teorico del modello generale.

Failure detection for transport processes on networks

Diffusion on networks is a convenient framework to describe transport systems of different nature (from biological transport systems to urban mobility). The mathematical models are based on master equations that describe the diffusion processes by means of the weighted Laplacian matrix that connects the nodes. The link weight represent the coupling strength between the nodes. In this thesis we cope with the problem of localizing a single-edge failure that occurs in the network. An edge failure is meant to be as a sudden decrease of its transport capacities. An incomplete observation of the dynamical state of the network is available. An optimal clustering procedure based on the correlation properties among the node states is proposed. The network dimensionality is then reduced introducing representative nodes for each cluster, whose dynamical state is observed. We check the efficiency of the failure localization for our clustering method in comparison with more traditional techniques, using different graph configurations.

Planning Processes for Transport Solutions An Application To the City of Bologna

Mathematical models and the involved methods applied to real contexts are essential tools for designing and evaluating solutions concerning physical elements and/or organizational components of transportation systems. To deal with this, the systems engineering approach is used, which considers the relationships among the transportation system elements and their performances. This approach allows quantifying the effects of transportation projects by taking into account the intrinsic complexity of the transportation system and then assessing the effects of solutions to solve – or mitigate – transportation problems. This thesis focuses on the application of the transport system engineering approach to a real city – Bologna, in northern Italy – in order to: 1. simulate the current transportation system conditions (status quo); 2. compare and assess the results obtained by two different approaches for simulating the link traffic flows on the road transportation network and their related impacts (externalities) 3. identify potential solutions to solve critical aspects, particularly in terms of traffic flow congestion and related environmental impacts (findings)