Development of new scenario decomposition techniques for linear and nonlinear stochastic programming

Une approche classique pour traiter les problèmes d’optimisation avec incertitude à deux- et multi-étapes est d’utiliser l’analyse par scénario. Pour ce faire, l’incertitude de certaines données du problème est modélisée par vecteurs aléatoires avec des supports finis spécifiques aux étapes. Chacune de ces réalisations représente un scénario. En utilisant des scénarios, il est possible d’étudier des versions plus simples (sous-problèmes) du problème original. Comme technique de décomposition par scénario, l’algorithme de recouvrement progressif est une des méthodes les plus populaires pour résoudre les problèmes de programmation stochastique multi-étapes. Malgré la décomposition complète par scénario, l’efficacité de la méthode du recouvrement progressif est très sensible à certains aspects pratiques, tels que le choix du paramètre de pénalisation et la manipulation du terme quadratique dans la fonction objectif du lagrangien augmenté. Pour le choix du paramètre de pénalisation, nous examinons quelques-unes des méthodes populaires, et nous proposons une nouvelle stratégie adaptive qui vise à mieux suivre le processus de l’algorithme. Des expériences numériques sur des exemples de problèmes stochastiques linéaires multi-étapes suggèrent que la plupart des techniques existantes peuvent présenter une convergence prématurée à une solution sous-optimale ou converger vers la solution optimale, mais avec un taux très lent. En revanche, la nouvelle stratégie paraît robuste et efficace. Elle a convergé vers l’optimalité dans toutes nos expériences et a été la plus rapide dans la plupart des cas. Pour la question de la manipulation du terme quadratique, nous faisons une revue des techniques existantes et nous proposons l’idée de remplacer le terme quadratique par un terme linéaire. Bien que qu’il nous reste encore à tester notre méthode, nous avons l’intuition qu’elle réduira certaines difficultés numériques et théoriques de la méthode de recouvrement progressif.

Development of new scenario decomposition techniques for linear and nonlinear stochastic programming

Une approche classique pour traiter les problèmes d’optimisation avec incertitude à deux- et multi-étapes est d’utiliser l’analyse par scénario. Pour ce faire, l’incertitude de certaines données du problème est modélisée par vecteurs aléatoires avec des supports finis spécifiques aux étapes. Chacune de ces réalisations représente un scénario. En utilisant des scénarios, il est possible d’étudier des versions plus simples (sous-problèmes) du problème original. Comme technique de décomposition par scénario, l’algorithme de recouvrement progressif est une des méthodes les plus populaires pour résoudre les problèmes de programmation stochastique multi-étapes. Malgré la décomposition complète par scénario, l’efficacité de la méthode du recouvrement progressif est très sensible à certains aspects pratiques, tels que le choix du paramètre de pénalisation et la manipulation du terme quadratique dans la fonction objectif du lagrangien augmenté. Pour le choix du paramètre de pénalisation, nous examinons quelques-unes des méthodes populaires, et nous proposons une nouvelle stratégie adaptive qui vise à mieux suivre le processus de l’algorithme. Des expériences numériques sur des exemples de problèmes stochastiques linéaires multi-étapes suggèrent que la plupart des techniques existantes peuvent présenter une convergence prématurée à une solution sous-optimale ou converger vers la solution optimale, mais avec un taux très lent. En revanche, la nouvelle stratégie paraît robuste et efficace. Elle a convergé vers l’optimalité dans toutes nos expériences et a été la plus rapide dans la plupart des cas. Pour la question de la manipulation du terme quadratique, nous faisons une revue des techniques existantes et nous proposons l’idée de remplacer le terme quadratique par un terme linéaire. Bien que qu’il nous reste encore à tester notre méthode, nous avons l’intuition qu’elle réduira certaines difficultés numériques et théoriques de la méthode de recouvrement progressif.

Simulateur compilé d’une description multi-langage des systèmes hétérogènes

La conception de systèmes hétérogènes exige deux étapes importantes, à savoir : la modélisation et la simulation. Habituellement, des simulateurs sont reliés et synchronisés en employant un bus de co-simulation. Les approches courantes ont beaucoup d’inconvénients : elles ne sont pas toujours adaptées aux environnements distribués, le temps d’exécution de simulation peut être très décevant, et chaque simulateur a son propre noyau de simulation. Nous proposons une nouvelle approche qui consiste au développement d’un simulateur compilé multi-langage où chaque modèle peut être décrit en employant différents langages de modélisation tel que SystemC, ESyS.Net ou autres. Chaque modèle contient généralement des modules et des moyens de communications entre eux. Les modules décrivent des fonctionnalités propres à un système souhaité. Leur description est réalisée en utilisant la programmation orientée objet et peut être décrite en utilisant une syntaxe que l’utilisateur aura choisie. Nous proposons ainsi une séparation entre le langage de modélisation et la simulation. Les modèles sont transformés en une même représentation interne qui pourrait être vue comme ensemble d’objets. Notre environnement compile les objets internes en produisant un code unifié au lieu d’utiliser plusieurs langages de modélisation qui ajoutent beaucoup de mécanismes de communications et des informations supplémentaires. Les optimisations peuvent inclure différents mécanismes tels que le regroupement des processus en un seul processus séquentiel tout en respectant la sémantique des modèles. Nous utiliserons deux niveaux d’abstraction soit le « register transfer level » (RTL) et le « transaction level modeling » (TLM). Le RTL permet une modélisation à bas niveau d’abstraction et la communication entre les modules se fait à l’aide de signaux et des signalisations. Le TLM est une modélisation d’une communication transactionnelle à un plus haut niveau d’abstraction. Notre objectif est de supporter ces deux types de simulation, mais en laissant à l’usager le choix du langage de modélisation. De même, nous proposons d’utiliser un seul noyau au lieu de plusieurs et d’enlever le bus de co-simulation pour accélérer le temps de simulation.

Approches générales de résolution pour les problèmes multi-attributs de tournées de véhicules et confection d'horaires

Thèse réalisée en cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université de Technologie de Troyes

Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

Doehlert Design-desirability Function Multi-criteria Optimal Separation Of 17 Phenolic Compounds From Extra-virgin Olive Oil By Capillary Zone Electrophoresis.

In Brazil, the consumption of extra-virgin olive oil (EVOO) is increasing annually, but there are no experimental studies concerning the phenolic compound contents of commercial EVOO. The aim of this work was to optimise the separation of 17 phenolic compounds already detected in EVOO. A Doehlert matrix experimental design was used, evaluating the effects of pH and electrolyte concentration. Resolution, runtime and migration time relative standard deviation values were evaluated. Derringer's desirability function was used to simultaneously optimise all 37 responses. The 17 peaks were separated in 19min using a fused-silica capillary (50μm internal diameter, 72cm of effective length) with an extended light path and 101.3mmolL(-1) of boric acid electrolyte (pH 9.15, 30kV). The method was validated and applied to 15 EVOO samples found in Brazilian supermarkets.

Behavior Of Listeria Monocytogenes In A Multi-species Biofilm With Enterococcus Faecalis And Enterococcus Faecium And Control Through Sanitation Procedures.

The formation of mono-species biofilm (Listeria monocytogenes) and multi-species biofilms (Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis, and L. monocytogenes) was evaluated. In addition, the effectiveness of sanitation procedures for the control of the multi-species biofilm also was evaluated. The biofilms were grown on stainless steel coupons at various incubation temperatures (7, 25 and 39°C) and contact times (0, 1, 2, 4, 6 and 8days). In all tests, at 7°C, the microbial counts were below 0.4 log CFU/cm(2) and not characteristic of biofilms. In mono-species biofilm, the counts of L. monocytogenes after 8days of contact were 4.1 and 2.8 log CFU/cm(2) at 25 and 39°C, respectively. In the multi-species biofilms, Enterococcus spp. were present at counts of 8 log CFU/cm(2) at 25 and 39°C after 8days of contact. However, the L. monocytogenes in multi-species biofilms was significantly affected by the presence of Enterococcus spp. and by temperature. At 25°C, the growth of L. monocytogenes biofilms was favored in multi-species cultures, with counts above 6 log CFU/cm(2) after 8days of contact. In contrast, at 39°C, a negative effect was observed for L. monocytogenes biofilm growth in mixed cultures, with a significant reduction in counts over time and values below 0.4 log CFU/cm(2) starting at day 4. Anionic tensioactive cleaning complemented with another procedure (acid cleaning, disinfection or acid cleaning+disinfection) eliminated the multi-species biofilms under all conditions tested (counts of all micro-organisms<0.4 log CFU/cm(2)). Peracetic acid was the most effective disinfectant, eliminating the multi-species biofilms under all tested conditions (counts of the all microorganisms <0.4 log CFU/cm(2)). In contrast, biguanide was the least effective disinfectant, failing to eliminate biofilms under all the test conditions.

A multi-screening approach for marine-derived fungal metabolites and the isolation of cyclodepsipeptides from Beauveria felina

Extracts obtained from 57 marine-derived fungal strains were analyzed by HPLC-PDA, TLC and ¹H NMR. The analyses showed that the growth conditions affected the chemical profile of crude extracts. Furthermore, the majority of fungal strains which produced either bioactive of chemically distinctive crude extracts have been isolated from sediments or marine algae. The chemical investigation of the antimycobacterial and cytotoxic crude extract obtained from two strains of the fungus Beauveria felina have yielded cyclodepsipeptides related to destruxins. The present approach constitutes a valuable tool for the selection of fungal strains that produce chemically interesting or biologically active secondary metabolites.

A hybrid heuristic for the multi-plant capacitated lot sizing problem with setup carry-over

This paper addresses the capacitated lot sizing problem (CLSP) with a single stage composed of multiple plants, items and periods with setup carry-over among the periods. The CLSP is well studied and many heuristics have been proposed to solve it. Nevertheless, few researches explored the multi-plant capacitated lot sizing problem (MPCLSP), which means that few solution methods were proposed to solve it. Furthermore, to our knowledge, no study of the MPCLSP with setup carry-over was found in the literature. This paper presents a mathematical model and a GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) with path relinking to the MPCLSP with setup carry-over. This solution method is an extension and adaptation of a previously adopted methodology without the setup carry-over. Computational tests showed that the improvement of the setup carry-over is significant in terms of the solution value with a low increase in computational time.

Design methodology for multi-pumped discrete Raman amplifiers: case-study employing photonic crystal fibers

This paper proposes a new design methodology for discrete multi-pumped Raman amplifier. In a multi-objective optimization scenario, in a first step the whole solution-space is inspected by a CW analytical formulation. Then, the most promising solutions are fully investigated by a rigorous numerical treatment and the Raman amplification performance is thus determined by the combination of analytical and numerical approaches. As an application of our methodology we designed an photonic crystal fiber Raman amplifier configuration which provides low ripple, high gain, clear eye opening and a low power penalty. The amplifier configuration also enables to fully compensate the dispersion introduced by a 70-km singlemode fiber in a 10 Gbit/s system. We have successfully obtained a configuration with 8.5 dB average gain over the C-band and 0.71 dB ripple with almost zero eye-penalty using only two pump lasers with relatively low pump power. (C) 2009 Optical Society of America

Multi-trait and random regression mature weight heritability and breeding value estimates in Nelore cattle

Mature weight breeding values were estimated using a multi-trait animal model (MM) and a random regression animal model (RRM). Data consisted of 82 064 weight records from 8 145 animals, recorded from birth to eight years of age. Weights at standard ages were considered in the MM. All models included contemporary groups as fixed effects, and age of dam (linear and quadratic effects) and animal age as covariates. In the RRM, mean trends were modelled through a cubic regression on orthogonal polynomials of animal age and genetic maternal and direct and maternal permanent environmental effects were also included as random. Legendre polynomials of orders 4, 3, 6 and 3 were used for animal and maternal genetic and permanent environmental effects, respectively, considering five classes of residual variances. Mature weight (five years) direct heritability estimates were 0.35 (MM) and 0.38 (RRM). Rank correlation between sires' breeding values estimated by MM and RRM was 0.82. However, selecting the top 2% (12) or 10% (62) of the young sires based on the MM predicted breeding values, respectively 71% and 80% of the same sires would be selected if RRM estimates were used instead. The RRM modelled the changes in the (co) variances with age adequately and larger breeding value accuracies can be expected using this model.

The merging cluster Abell 1758 revisited: multi-wavelength observations and numerical simulations

Context. Cluster properties can be more distinctly studied in pairs of clusters, where we expect the effects of interactions to be strong. Aims. We here discuss the properties of the double cluster Abell 1758 at a redshift z similar to 0.279. These clusters show strong evidence for merging. Methods. We analyse the optical properties of the North and South cluster of Abell 1758 based on deep imaging obtained with the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) archive Megaprime/Megacam camera in the g' and r' bands, covering a total region of about 1.05 x 1.16 deg(2), or 16.1 x 17.6 Mpc(2). Our X-ray analysis is based on archive XMM-Newton images. Numerical simulations were performed using an N-body algorithm to treat the dark-matter component, a semi-analytical galaxy-formation model for the evolution of the galaxies and a grid-based hydrodynamic code with a parts per million (PPM) scheme for the dynamics of the intra-cluster medium. We computed galaxy luminosity functions (GLFs) and 2D temperature and metallicity maps of the X-ray gas, which we then compared to the results of our numerical simulations. Results. The GLFs of Abell 1758 North are well fit by Schechter functions in the g' and r' bands, but with a small excess of bright galaxies, particularly in the r' band; their faint-end slopes are similar in both bands. In contrast, the GLFs of Abell 1758 South are not well fit by Schechter functions: excesses of bright galaxies are seen in both bands; the faint-end of the GLF is not very well defined in g'. The GLF computed from our numerical simulations assuming a halo mass-luminosity relation agrees with those derived from the observations. From the X-ray analysis, the most striking features are structures in the metal distribution. We found two elongated regions of high metallicity in Abell 1758 North with two peaks towards the centre. In contrast, Abell 1758 South shows a deficit of metals in its central regions. Comparing observational results to those derived from numerical simulations, we could mimic the most prominent features present in the metallicity map and propose an explanation for the dynamical history of the cluster. We found in particular that in the metal-rich elongated regions of the North cluster, winds had been more efficient than ram-pressure stripping in transporting metal-enriched gas to the outskirts. Conclusions. We confirm the merging structure of the North and South clusters, both at optical and X-ray wavelengths.

Comparison Between Single-Diode Low-Level Laser Therapy (LLLT) and LED Multi-Diode (Cluster) Therapy (LEDT) Applications Before High-Intensity Exercise

Background Data and Objective: There is anecdotal evidence that low-level laser therapy (LLLT) may affect the development of muscular fatigue, minor muscle damage, and recovery after heavy exercises. Although manufacturers claim that cluster probes (LEDT) maybe more effective than single-diode lasers in clinical settings, there is a lack of head-to-head comparisons in controlled trials. This study was designed to compare the effect of single-diode LLLT and cluster LEDT before heavy exercise. Materials and Methods: This was a randomized, placebo-controlled, double-blind cross-over study. Young male volleyball players (n = 8) were enrolled and asked to perform three Wingate cycle tests after 4 x 30 sec LLLT or LEDT pretreatment of the rectus femoris muscle with either (1) an active LEDT cluster-probe (660/850 nm, 10/30mW), (2) a placebo cluster-probe with no output, and (3) a single-diode 810-nm 200-mW laser. Results: The active LEDT group had significantly decreased post-exercise creatine kinase (CK) levels (-18.88 +/- 41.48U/L), compared to the placebo cluster group (26.88 +/- 15.18U/L) (p < 0.05) and the active single-diode laser group (43.38 +/- 32.90U/L) (p<0.01). None of the pre-exercise LLLT or LEDT protocols enhanced performance on the Wingate tests or reduced post-exercise blood lactate levels. However, a non-significant tendency toward lower post-exercise blood lactate levels in the treated groups should be explored further. Conclusion: In this experimental set-up, only the active LEDT probe decreased post-exercise CK levels after the Wingate cycle test. Neither performance nor blood lactate levels were significantly affected by this protocol of pre-exercise LEDT or LLLT.

The clusters Abell 222 and Abell 223: a multi-wavelength view

Context. The Abell 222 and 223 clusters are located at an average redshift z similar to 0.21 and are separated by 0.26 deg. Signatures of mergers have been previously found in these clusters, both in X-rays and at optical wavelengths, thus motivating our study. In X-rays, they are relatively bright, and Abell 223 shows a double structure. A filament has also been detected between the clusters both at optical and X-ray wavelengths. Aims. We analyse the optical properties of these two clusters based on deep imaging in two bands, derive their galaxy luminosity functions (GLFs) and correlate these properties with X-ray characteristics derived from XMM-Newton data. Methods. The optical part of our study is based on archive images obtained with the CFHT Megaprime/Megacam camera, covering a total region of about 1 deg(2), or 12.3 x 12.3 Mpc(2) at a redshift of 0.21. The X-ray analysis is based on archive XMM-Newton images. Results. The GLFs of Abell 222 in the g' and r' bands are well fit by a Schechter function; the GLF is steeper in r' than in g'. For Abell 223, the GLFs in both bands require a second component at bright magnitudes, added to a Schechter function; they are similar in both bands. The Serna & Gerbal method allows to separate well the two clusters. No obvious filamentary structures are detected at very large scales around the clusters, but a third cluster at the same redshift, Abell 209, is located at a projected distance of 19.2 Mpc. X-ray temperature and metallicity maps reveal that the temperature and metallicity of the X-ray gas are quite homogeneous in Abell 222, while they are very perturbed in Abell 223. Conclusions. The Abell 222/Abell 223 system is complex. The two clusters that form this structure present very different dynamical states. Abell 222 is a smaller, less massive and almost isothermal cluster. On the other hand, Abell 223 is more massive and has most probably been crossed by a subcluster on its way to the northeast. As a consequence, the temperature distribution is very inhomogeneous. Signs of recent interactions are also detected in the optical data where this cluster shows a ""perturbed"" GLF. In summary, the multiwavelength analyses of Abell 222 and Abell 223 are used to investigate the connection between the ICM and the cluster galaxy properties in an interacting system.

Multi-commutation in spectrometry

We review recent developments in manifold components and the introduction of light-emitting-diode technology in spectroscopic detection in order to evaluate the tremendous possibilities offered by multi-commutation for infield and in-situ measurements, based on the use of multi-pumping and low-voltage, portable batteries, which make possible a dramatic reduction in size, weight and power requirements of spectrometric devices. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.