Optimization and functionality of millet supplemented pasta

Abstract Millets are having superior nutritional qualities and health benefits; hence they can be used for supplementation of pasta. Pasta was prepared using composite flour (CF) of durum wheat semolina (96%) and carrot pomace (4%) supplemented with finger millet flour (FMF, 0-20g), pearl millet flour (PMF, 0-30g) and carboxy methyl cellulose (CMC, 2-4g). Second order polynomial described the effect of FMF, PMF and CMC on lightness, firmness, gruel loss and overall acceptability of extruded pasta products. Results indicate that an increasing proportion of finger and pearl millet flour had signed (p≤0.05) negative effect on lightness, firmness, gruel loss and overall acceptability. However, CMC addition showed significant (p≤0. 05) positive effect on firmness, overall acceptability and negative effect on gruel loss of cooked pasta samples. Numeric optimization results showed that optimum values for extruded pasta were 20g FMF, 12g PMF and 4g CMC per 100g of CF and 34ml water with 0.981 desirability. The pasta developed is nutritionally rich as it contains protein (10.16g), fat (6g), dietary fiber (16.71g), calcium (4.23mg), iron (3.99mg) and zinc (1.682mg) per 100g.

Optimization and validation of a new 3D-US imaging robot to detect, localize and quantify lower limb arterial stenoses

L’athérosclérose est une maladie qui cause, par l’accumulation de plaques lipidiques, le durcissement de la paroi des artères et le rétrécissement de la lumière. Ces lésions sont généralement localisées sur les segments artériels coronariens, carotidiens, aortiques, rénaux, digestifs et périphériques. En ce qui concerne l’atteinte périphérique, celle des membres inférieurs est particulièrement fréquente. En effet, la sévérité de ces lésions artérielles est souvent évaluée par le degré d’une sténose (réduction >50 % du diamètre de la lumière) en angiographie, imagerie par résonnance magnétique (IRM), tomodensitométrie ou échographie. Cependant, pour planifier une intervention chirurgicale, une représentation géométrique artérielle 3D est notamment préférable. Les méthodes d’imagerie par coupe (IRM et tomodensitométrie) sont très performantes pour générer une imagerie tridimensionnelle de bonne qualité mais leurs utilisations sont dispendieuses et invasives pour les patients. L’échographie 3D peut constituer une avenue très prometteuse en imagerie pour la localisation et la quantification des sténoses. Cette modalité d’imagerie offre des avantages distincts tels la commodité, des coûts peu élevés pour un diagnostic non invasif (sans irradiation ni agent de contraste néphrotoxique) et aussi l’option d’analyse en Doppler pour quantifier le flux sanguin. Étant donné que les robots médicaux ont déjà été utilisés avec succès en chirurgie et en orthopédie, notre équipe a conçu un nouveau système robotique d’échographie 3D pour détecter et quantifier les sténoses des membres inférieurs. Avec cette nouvelle technologie, un radiologue fait l’apprentissage manuel au robot d’un balayage échographique du vaisseau concerné. Par la suite, le robot répète à très haute précision la trajectoire apprise, contrôle simultanément le processus d’acquisition d’images échographiques à un pas d’échantillonnage constant et conserve de façon sécuritaire la force appliquée par la sonde sur la peau du patient. Par conséquent, la reconstruction d’une géométrie artérielle 3D des membres inférieurs à partir de ce système pourrait permettre une localisation et une quantification des sténoses à très grande fiabilité. L’objectif de ce projet de recherche consistait donc à valider et optimiser ce système robotisé d’imagerie échographique 3D. La fiabilité d’une géométrie reconstruite en 3D à partir d’un système référentiel robotique dépend beaucoup de la précision du positionnement et de la procédure de calibration. De ce fait, la précision pour le positionnement du bras robotique fut évaluée à travers son espace de travail avec un fantôme spécialement conçu pour simuler la configuration des artères des membres inférieurs (article 1 - chapitre 3). De plus, un fantôme de fils croisés en forme de Z a été conçu pour assurer une calibration précise du système robotique (article 2 - chapitre 4). Ces méthodes optimales ont été utilisées pour valider le système pour l’application clinique et trouver la transformation qui convertit les coordonnées de l’image échographique 2D dans le référentiel cartésien du bras robotisé. À partir de ces résultats, tout objet balayé par le système robotique peut être caractérisé pour une reconstruction 3D adéquate. Des fantômes vasculaires compatibles avec plusieurs modalités d’imagerie ont été utilisés pour simuler différentes représentations artérielles des membres inférieurs (article 2 - chapitre 4, article 3 - chapitre 5). La validation des géométries reconstruites a été effectuée à l`aide d`analyses comparatives. La précision pour localiser et quantifier les sténoses avec ce système robotisé d’imagerie échographique 3D a aussi été déterminée. Ces évaluations ont été réalisées in vivo pour percevoir le potentiel de l’utilisation d’un tel système en clinique (article 3- chapitre 5).

Improving sampling, optimization and feature extraction in Boltzmann machines

L’apprentissage supervisé de réseaux hiérarchiques à grande échelle connaît présentement un succès fulgurant. Malgré cette effervescence, l’apprentissage non-supervisé représente toujours, selon plusieurs chercheurs, un élément clé de l’Intelligence Artificielle, où les agents doivent apprendre à partir d’un nombre potentiellement limité de données. Cette thèse s’inscrit dans cette pensée et aborde divers sujets de recherche liés au problème d’estimation de densité par l’entremise des machines de Boltzmann (BM), modèles graphiques probabilistes au coeur de l’apprentissage profond. Nos contributions touchent les domaines de l’échantillonnage, l’estimation de fonctions de partition, l’optimisation ainsi que l’apprentissage de représentations invariantes. Cette thèse débute par l’exposition d’un nouvel algorithme d'échantillonnage adaptatif, qui ajuste (de fa ̧con automatique) la température des chaînes de Markov sous simulation, afin de maintenir une vitesse de convergence élevée tout au long de l’apprentissage. Lorsqu’utilisé dans le contexte de l’apprentissage par maximum de vraisemblance stochastique (SML), notre algorithme engendre une robustesse accrue face à la sélection du taux d’apprentissage, ainsi qu’une meilleure vitesse de convergence. Nos résultats sont présent ́es dans le domaine des BMs, mais la méthode est générale et applicable à l’apprentissage de tout modèle probabiliste exploitant l’échantillonnage par chaînes de Markov. Tandis que le gradient du maximum de vraisemblance peut-être approximé par échantillonnage, l’évaluation de la log-vraisemblance nécessite un estimé de la fonction de partition. Contrairement aux approches traditionnelles qui considèrent un modèle donné comme une boîte noire, nous proposons plutôt d’exploiter la dynamique de l’apprentissage en estimant les changements successifs de log-partition encourus à chaque mise à jour des paramètres. Le problème d’estimation est reformulé comme un problème d’inférence similaire au filtre de Kalman, mais sur un graphe bi-dimensionnel, où les dimensions correspondent aux axes du temps et au paramètre de température. Sur le thème de l’optimisation, nous présentons également un algorithme permettant d’appliquer, de manière efficace, le gradient naturel à des machines de Boltzmann comportant des milliers d’unités. Jusqu’à présent, son adoption était limitée par son haut coût computationel ainsi que sa demande en mémoire. Notre algorithme, Metric-Free Natural Gradient (MFNG), permet d’éviter le calcul explicite de la matrice d’information de Fisher (et son inverse) en exploitant un solveur linéaire combiné à un produit matrice-vecteur efficace. L’algorithme est prometteur: en terme du nombre d’évaluations de fonctions, MFNG converge plus rapidement que SML. Son implémentation demeure malheureusement inefficace en temps de calcul. Ces travaux explorent également les mécanismes sous-jacents à l’apprentissage de représentations invariantes. À cette fin, nous utilisons la famille de machines de Boltzmann restreintes “spike & slab” (ssRBM), que nous modifions afin de pouvoir modéliser des distributions binaires et parcimonieuses. Les variables latentes binaires de la ssRBM peuvent être rendues invariantes à un sous-espace vectoriel, en associant à chacune d’elles, un vecteur de variables latentes continues (dénommées “slabs”). Ceci se traduit par une invariance accrue au niveau de la représentation et un meilleur taux de classification lorsque peu de données étiquetées sont disponibles. Nous terminons cette thèse sur un sujet ambitieux: l’apprentissage de représentations pouvant séparer les facteurs de variations présents dans le signal d’entrée. Nous proposons une solution à base de ssRBM bilinéaire (avec deux groupes de facteurs latents) et formulons le problème comme l’un de “pooling” dans des sous-espaces vectoriels complémentaires.

Carbon/Nitrogen Ratio Optimization and Periphyton Development on the Production and Sustainability of Penaeus Monodon(Fabricius)in Extensive Culture System

Controlling the inorganic nitrogen by manipulating carbon / nitrogen ratio is a method gaining importance in aquaculture systems. Nitrogen control is induced by feeding bacteria with carbohydrates and through the subsequent uptake of nitrogen from the water for the synthesis of microbial proteins. The relationship between addition of carbohydrates, reduction of ammonium and the production of microbial protein depends on the microbial conversion coefficient. The carbon / nitrogen ratio in the microbial biomass is related to the carbon contents of the added material. The addition of carbonaceous substrate was found to reduce inorganic nitrogen in shrimp culture ponds and the resultant microbial proteins are taken up by shrimps. Thus, part of the feed protein is replaced and feeding costs are reduced in culture systems.The use of various locally available substrates for periphyton based aquaculture practices increases production and profitability .However, these techniques for extensive shrimp farming have not so far been evaluated. Moreover, an evaluation of artificial substrates together with carbohydrate source based farming system in reducing inorganic nitrogen production in culture systems has not yet been carried-out. Furthermore, variations in water and soil quality, periphyton production and shrimp production of the whole system have also not been determined so-far.This thesis starts with a general introduction , a brief review of the most relevant literature, results of various experiments and concludes with a summary (Chapter — 9). The chapters are organised conforming to the objectives of the present study. The major objectives of this thesis are, to improve the sustainability of shrimp farming by carbohydrate addition and periphyton substrate based shrimp production and to improve the nutrient utilisation in aquaculture systems.

BIOPROCESS OPTIMIZATION AND CHARACTERIZATION OF PHYTASE FROM AN ENVIRONMENTAL ISOLATE BACILLUS MCCB 242

A study was undertaken to isolate phytase producers from environment and to segregate the most highly efficient phytase producer and to develop a bioprocess technology for commercial application. During this process, a potential phytase producer Bacillus MCCB 242 was isolated and characterized phenotypically and genotypically. Subsequently, phytase production was optimized, the enzyme purified and characterized and an appropriate downstream process also could be standardized.Precisely, through this work an environmental isolate Bacillus MCCB 242 could be brought out as phytase producer for commercial application. The enzyme production could be optimized and characterized, and an appropriate downstream process standardized. Cytotoxicity studies revealed the enzyme safe for feed application, especially in fish.

A quantum molecular similarity analysis of changes in molecular electron density caused by basis set flotation and electric field application

Quantum molecular similarity (QMS) techniques are used to assess the response of the electron density of various small molecules to application of a static, uniform electric field. Likewise, QMS is used to analyze the changes in electron density generated by the process of floating a basis set. The results obtained show an interrelation between the floating process, the optimum geometry, and the presence of an external field. Cases involving the Le Chatelier principle are discussed, and an insight on the changes of bond critical point properties, self-similarity values and density differences is performed

Dynamic integrated system optimization and parameter estimation for discrete time optimal control of nonlinear systems

An algorithm for solving nonlinear discrete time optimal control problems with model-reality differences is presented. The technique uses Dynamic Integrated System Optimization and Parameter Estimation (DISOPE), which achieves the correct optimal solution in spite of deficiencies in the mathematical model employed in the optimization procedure. A version of the algorithm with a linear-quadratic model-based problem, implemented in the C+ + programming language, is developed and applied to illustrative simulation examples. An analysis of the optimality and convergence properties of the algorithm is also presented.

Tendering: optimization and rationality

There have been various techniques published for optimizing the net present value of tenders by use of discounted cash flow theory and linear programming. These approaches to tendering appear to have been largely ignored by the industry. This paper utilises six case studies of tendering practice in order to establish the reasons for this apparent disregard. Tendering is demonstrated to be a market orientated function with many subjective judgements being made regarding a firm's environment. Detailed consideration of 'internal' factors such as cash flow are therefore judged to be unjustified. Systems theory is then drawn upon and applied to the separate processes of estimating and tendering. Estimating is seen as taking place in a relatively sheltered environment and as such operates as a relatively closed system. Tendering, however, takes place in a changing and dynamic environment and as such must operate as a relatively open system. The use of sophisticated methods to optimize the value of tenders is then identified as being dependent upon the assumption of rationality, which is justified in the case of a relatively closed system (i.e. estimating), but not for a relatively open system (i.e. tendering).

Efficiency, enforcement and revenue tradeoffs in participatory forest management: an example from Tanzania

Where joint forest management has been introduced into Tanzania, ‘volunteer’ patrollers take responsibility for enforcing restrictions over the harvesting of forest resources, often receiving as an incentive a share of the collected fine revenue. Using an optimal enforcement model, we explore how that share, and whether villagers have alternative sources of forest products, determines the effort patrollers put into enforcement and whether they choose to take a bribe rather than honestly reporting the illegal collection of forest resources. Without funds for paying and monitoring patrollers, policy makers face tradeoffs over illegal extraction, forest protection and revenue generation through fine collection.

The evolution of electricity demand and the role for demand side participation, in buildings and transport

This paper explores the possible evolution of UK electricity demand as we move along three potential transition pathways to a low carbon economy in 2050.The shift away from fossil fuels through the electrification of demand is discussed, particularly through the uptake of heat pumps and electric vehicles in the domestic and passenger transport sectors. Developments in the way people and institutions may use energy along each of the pathways are also considered and provide a rationale for the quantification of future annual electricity demands in various broad sectors. The paper then presents detailed modelling of hourly balancing of these demands in the context of potential low carbon generation mixes associated with the three pathways. In all cases, hourly balancing is shown to be a significant challenge. To minimise the need for conventional generation to operate with very low capacity factors, a variety of demand side participation measures are modelled and shown to provide significant benefits. Lastly, projections of greenhouse gas emissions from the UK and the imports of fossil fuels to the UK for each of the three pathways are presented.