Global Optimization with Sparse and Local Gaussian Process Models

We present a novel surrogate model-based global optimization framework allowing a large number of function evaluations. The method, called SpLEGO, is based on a multi-scale expected improvement (EI) framework relying on both sparse and local Gaussian process (GP) models. First, a bi-objective approach relying on a global sparse GP model is used to determine potential next sampling regions. Local GP models are then constructed within each selected region. The method subsequently employs the standard expected improvement criterion to deal with the exploration-exploitation trade-off within selected local models, leading to a decision on where to perform the next function evaluation(s). The potential of our approach is demonstrated using the so-called Sparse Pseudo-input GP as a global model. The algorithm is tested on four benchmark problems, whose number of starting points ranges from 102 to 104. Our results show that SpLEGO is effective and capable of solving problems with large number of starting points, and it even provides significant advantages when compared with state-of-the-art EI algorithms.

The global initiative to eradicate polio- A review of Nigeria's situation

Poliomyelitis is one of the worlds remaining vaccine preventable infectious diseases. In 1988 the World Health Assembly in its general assembly resolved to eradicate polio in the year 2000 and the Global Initiative to Eradicate Polio was launched. ^ This initiative sprang from the successful eradication of smallpox from the world in the year 1979, and the World Health Organization sought to eradicate polio from the world's populations by the year 2000. ^ Several years have passed since this objective was launched, and while some advances have been made, the goal of global eradication remains elusive. At this present time (2007), only four countries are considered polio endemic regions (areas in which the transmission of wild poliovirus has never been truncated). These countries are Nigeria, India, Pakistan and Afghanistan. ^ This descriptive study seeks to examine the process and progress of polio eradication worldwide, with particular emphasis on the polio eradication efforts in Nigeria, problems encountered and progress that has been made towards attaining this goal. ^ The methodology of this study is an extensive examination of documentation and data from the Global Initiative to Eradicate Poliomyelitis (GPEI), the World Health Organization through the World Health Organization Library Information Service (WHOLIS), UNICEF, the Centers for Disease Control and related peer reviewed journals. ^

La cohesión y la seguridad ciudadana : un enfoque global

El artículo revisa el concepto de cohesión social y la noción de seguridad, partiendo del análisis de los profundos desequilibrios y desigualdades sociales que el modelo económico dominante a escala global desde los años 1980 crea o intensifica en América Latina. Centrado en las transformaciones que generaron la pérdida de confianza en las instituciones, en el Estado, en el mercado del trabajo, en la educación, incluso en la religión y en la familia, sobre las cuales reposaba la solidaridad orgánica en el marco de la sociedad industrial capitalista, examina cinco indicadores de la existencia de problemas de inseguridad en relación con la cohesión social. Pone de relieve que el problema de la inseguridad se asocia con la ruptura o la fragilidad de los mecanismos de integración y de mediación social y sostiene la necesidad de reconstruir la cohesión social para alcanzar la seguridad ciudadana, destacando que este proceso se funda en una profunda modificación política, económica y social enfocada en la inclusión social, de la que son co-responsables el Estado y los ciudadanos como actores de su propio desarrollo.

Lo local y lo global en la producción científica argentina con visibilidad en Scopus, 2008-2012 : Dimensiones nacionales e internacionales de la investigación

En Argentina, desde comienzos del presente siglo, las políticas científicas y tecnológicas explícitas evidencian un claro interés en la producción de conocimientos orientados a la resolución de problemas sociales, productivos y medioambientales de carácter local. Desde la bibliometría se vienen realizando estudios sobre la producción científica de los países, existiendo varios antecedentes que enfocan la atención en la producción científica argentina. Sin embargo, son incipientes y escasos los trabajos sobre la producción científica enfocada a temas locales. Los objetivos de esta investigación son analizar y describir la relación entre lo local y lo global en la producción científica argentina con visibilidad en Scopus en el período 2008-2012, y comparar indicadores de publicación, colaboración y liderazgo desde las dimensiones nacionales e internacionales de las prácticas de comunicación científica. Los resultados muestran ;que una cuarta parte de la producción está orientada a temas locales, con destacada presencia de contribuciones en Ciencias sociales, Economía y Administración, Ciencias agrícolas y biológicas, Ciencias de la tierra y relacionadas con el ambiente. Un alto porcentaje de esta producción se publica en revistas extra-regionales. Hay un mayor predominio de investigación en colaboración nacional y sin colaboración en los temas locales. Sin embargo casi un tercio de la producción se realizó en colaboración internacional, con diferencias porcentuales según las disciplinas. Por último, destaca el alto porcentaje de producción liderada por investigadores de instituciones argentinas en todas las disciplinas, tanto en los temas locales como globales

Lo local y lo global en la producción científica argentina con visibilidad en Scopus, 2008-2012 : Dimensiones nacionales e internacionales de la investigación

En Argentina, desde comienzos del presente siglo, las políticas científicas y tecnológicas explícitas evidencian un claro interés en la producción de conocimientos orientados a la resolución de problemas sociales, productivos y medioambientales de carácter local. Desde la bibliometría se vienen realizando estudios sobre la producción científica de los países, existiendo varios antecedentes que enfocan la atención en la producción científica argentina. Sin embargo, son incipientes y escasos los trabajos sobre la producción científica enfocada a temas locales. Los objetivos de esta investigación son analizar y describir la relación entre lo local y lo global en la producción científica argentina con visibilidad en Scopus en el período 2008-2012, y comparar indicadores de publicación, colaboración y liderazgo desde las dimensiones nacionales e internacionales de las prácticas de comunicación científica. Los resultados muestran ;que una cuarta parte de la producción está orientada a temas locales, con destacada presencia de contribuciones en Ciencias sociales, Economía y Administración, Ciencias agrícolas y biológicas, Ciencias de la tierra y relacionadas con el ambiente. Un alto porcentaje de esta producción se publica en revistas extra-regionales. Hay un mayor predominio de investigación en colaboración nacional y sin colaboración en los temas locales. Sin embargo casi un tercio de la producción se realizó en colaboración internacional, con diferencias porcentuales según las disciplinas. Por último, destaca el alto porcentaje de producción liderada por investigadores de instituciones argentinas en todas las disciplinas, tanto en los temas locales como globales

Lo local y lo global en la producción científica argentina con visibilidad en Scopus, 2008-2012 : Dimensiones nacionales e internacionales de la investigación

En Argentina, desde comienzos del presente siglo, las políticas científicas y tecnológicas explícitas evidencian un claro interés en la producción de conocimientos orientados a la resolución de problemas sociales, productivos y medioambientales de carácter local. Desde la bibliometría se vienen realizando estudios sobre la producción científica de los países, existiendo varios antecedentes que enfocan la atención en la producción científica argentina. Sin embargo, son incipientes y escasos los trabajos sobre la producción científica enfocada a temas locales. Los objetivos de esta investigación son analizar y describir la relación entre lo local y lo global en la producción científica argentina con visibilidad en Scopus en el período 2008-2012, y comparar indicadores de publicación, colaboración y liderazgo desde las dimensiones nacionales e internacionales de las prácticas de comunicación científica. Los resultados muestran ;que una cuarta parte de la producción está orientada a temas locales, con destacada presencia de contribuciones en Ciencias sociales, Economía y Administración, Ciencias agrícolas y biológicas, Ciencias de la tierra y relacionadas con el ambiente. Un alto porcentaje de esta producción se publica en revistas extra-regionales. Hay un mayor predominio de investigación en colaboración nacional y sin colaboración en los temas locales. Sin embargo casi un tercio de la producción se realizó en colaboración internacional, con diferencias porcentuales según las disciplinas. Por último, destaca el alto porcentaje de producción liderada por investigadores de instituciones argentinas en todas las disciplinas, tanto en los temas locales como globales

International Regulation of Emerging Technologies: Global Ideologies and Local Headaches

This paper begins to address the international regulation of emerging technologies taking an approach that includes the co-production of technologies and the nature of wicked problems. Both the development of technologies over time, the role of science in regulation, and results from case studies in the regulation of biotechnologies are discusses. Biotechnology, nanotechnology and synthetic biology receive the most attention.

Tracing CO2 emissions in global value chains

This paper integrates two lines of research into a unified conceptual framework: trade in global value chains and embodied emissions. This allows both value added and emissions to be systematically traced at the country, sector, and bilateral levels through various production network routes. By combining value-added and emissions accounting in a consistent way, the potential environmental cost (amount of emissions per unit of value added) along global value chains can be estimated. Using this unified accounting method, we trace CO2 emissions in the global production and trade network among 41 economies in 35 sectors from 1995 to 2009, basing our calculations on the World Input–Output Database, and show how they help us to better understand the impact of cross-country production sharing on the environment.

Reduced order models for industrial thermo-fluid problems

A new method is presented to generate reduced order models (ROMs) in Fluid Dynamics problems of industrial interest. The method is based on the expansion of the flow variables in a Proper Orthogonal Decomposition (POD) basis, calculated from a limited number of snapshots, which are obtained via Computational Fluid Dynamics (CFD). Then, the POD-mode amplitudes are calculated as minimizers of a properly defined overall residual of the equations and boundary conditions. The method includes various ingredients that are new in this field. The residual can be calculated using only a limited number of points in the flow field, which can be scattered either all over the whole computational domain or over a smaller projection window. The resulting ROM is both computationally efficient(reconstructed flow fields require, in cases that do not present shock waves, less than 1 % of the time needed to compute a full CFD solution) and flexible(the projection window can avoid regions of large localized CFD errors).Also, for problems related with aerodynamics, POD modes are obtained from a set of snapshots calculated by a CFD method based on the compressible Navier Stokes equations and a turbulence model (which further more includes some unphysical stabilizing terms that are included for purely numerical reasons), but projection onto the POD manifold is made using the inviscid Euler equations, which makes the method independent of the CFD scheme. In addition, shock waves are treated specifically in the POD description, to avoid the need of using a too large number of snapshots. Various definitions of the residual are also discussed, along with the number and distribution of snapshots, the number of retained modes, and the effect of CFD errors. The method is checked and discussed on several test problems that describe (i) heat transfer in the recirculation region downstream of a backwards facing step, (ii) the flow past a two-dimensional airfoil in both the subsonic and transonic regimes, and (iii) the flow past a three-dimensional horizontal tail plane. The method is both efficient and numerically robust in the sense that the computational effort is quite small compared to CFD and results are both reasonably accurate and largely insensitive to the definition of the residual, to CFD errors, and to the CFD method itself, which may contain artificial stabilizing terms. Thus, the method is amenable for practical engineering applications. Resumen Se presenta un nuevo método para generar modelos de orden reducido (ROMs) aplicado a problemas fluidodinámicos de interés industrial. El nuevo método se basa en la expansión de las variables fluidas en una base POD, calculada a partir de un cierto número de snapshots, los cuales se han obtenido gracias a simulaciones numéricas (CFD). A continuación, las amplitudes de los modos POD se calculan minimizando un residual global adecuadamente definido que combina las ecuaciones y las condiciones de contorno. El método incluye varios ingredientes que son nuevos en este campo de estudio. El residual puede calcularse utilizando únicamente un número limitado de puntos del campo fluido. Estos puntos puede encontrarse dispersos a lo largo del dominio computacional completo o sobre una ventana de proyección. El modelo ROM obtenido es tanto computacionalmente eficiente (en aquellos casos que no presentan ondas de choque reconstruir los campos fluidos requiere menos del 1% del tiempo necesario para calcular una solución CFD) como flexible (la ventana de proyección puede escogerse de forma que evite contener regiones con errores en la solución CFD localizados y grandes). Además, en problemas aerodinámicos, los modos POD se obtienen de un conjunto de snapshots calculados utilizando un código CFD basado en la versión compresible de las ecuaciones de Navier Stokes y un modelo de turbulencia (el cual puede incluir algunos términos estabilizadores sin sentido físico que se añaden por razones puramente numéricas), aunque la proyección en la variedad POD se hace utilizando las ecuaciones de Euler, lo que hace al método independiente del esquema utilizado en el código CFD. Además, las ondas de choque se tratan específicamente en la descripción POD para evitar la necesidad de utilizar un número demasiado grande de snapshots. Varias definiciones del residual se discuten, así como el número y distribución de los snapshots,el número de modos retenidos y el efecto de los errores debidos al CFD. El método se comprueba y discute para varios problemas de evaluación que describen (i) la transferencia de calor en la región de recirculación aguas abajo de un escalón, (ii) el flujo alrededor de un perfil bidimensional en regímenes subsónico y transónico y (iii) el flujo alrededor de un estabilizador horizontal tridimensional. El método es tanto eficiente como numéricamente robusto en el sentido de que el esfuerzo computacional es muy pequeño comparado con el requerido por el CFD y los resultados son razonablemente precisos y muy insensibles a la definición del residual, los errores debidos al CFD y al método CFD en sí mismo, el cual puede contener términos estabilizadores artificiales. Por lo tanto, el método puede utilizarse en aplicaciones prácticas de ingeniería.

Effect of Aspect Ratio on the Three-Dimensional Global Instability Analysis of Incompressible Open Cavity Flows

The stability analysis of open cavity flows is a problem of great interest in the aeronautical industry. This type of flow can appear, for example, in landing gears or auxiliary power unit configurations. Open cavity flows is very sensitive to any change in the configuration, either physical (incoming boundary layer, Reynolds or Mach numbers) or geometrical (length to depth and length to width ratio). In this work, we have focused on the effect of geometry and of the Reynolds number on the stability properties of a threedimensional spanwise periodic cavity flow in the incompressible limit. To that end, BiGlobal analysis is used to investigate the instabilities in this configuration. The basic flow is obtained by the numerical integration of the Navier-Stokes equations with laminar boundary layers imposed upstream. The 3D perturbation, assumed to be periodic in the spanwise direction, is obtained as the solution of the global eigenvalue problem. A parametric study has been performed, analyzing the stability of the flow under variation of the Reynolds number, the L/D ratio of the cavity, and the spanwise wavenumber β. For consistency, multidomain high order numerical schemes have been used in all the computations, either basic flow or eigenvalue problems. The results allow to define the neutral curves in the range of L/D = 1 to L/D = 3. A scaling relating the frequency of the eigenmodes and the length to depth ratio is provided, based on the analysis results.

Global Linear Instability at the Dawn of its 4th Decade: A List of Challenges (A Practical Guide on how to Contain the Euphoria and Avoid the Oversell)

Global linear instability theory is concerned with the temporal or spatial development of small-amplitude perturbations superposed upon laminar steady or time-periodic threedimensional flows, which are inhomogeneous in two (and periodic in one) or all three spatial directions.1 The theory addresses flows developing in complex geometries, in which the parallel or weakly nonparallel basic flow approximation invoked by classic linear stability theory does not hold. As such, global linear theory is called to fill the gap in research into stability and transition in flows over or through complex geometries. Historically, global linear instability has been (and still is) concerned with solution of multi-dimensional eigenvalue problems; the maturing of non-modal linear instability ideas in simple parallel flows during the last decade of last century2–4 has given rise to investigation of transient growth scenarios in an ever increasing variety of complex flows. After a brief exposition of the theory, connections are sought with established approaches for structure identification in flows, such as the proper orthogonal decomposition and topology theory in the laminar regime and the open areas for future research, mainly concerning turbulent and three-dimensional flows, are highlighted. Recent results obtained in our group are reported in both the time-stepping and the matrix-forming approaches to global linear theory. In the first context, progress has been made in implementing a Jacobian-Free Newton Krylov method into a standard finite-volume aerodynamic code, such that global linear instability results may now be obtained in compressible flows of aeronautical interest. In the second context a new stable very high-order finite difference method is implemented for the spatial discretization of the operators describing the spatial BiGlobal EVP, PSE-3D and the TriGlobal EVP; combined with sparse matrix treatment, all these problems may now be solved on standard desktop computers.

Global analysis of standard prolog programs

Abstract interpretation-based data-flow analysis of logic programs is, at this point, relatively well understood from the point of view of general frameworks and abstract domains. On the other hand, comparatively little attention has been given to the problems which arise when analysis of a full, practical dialect of the Prolog language is attempted, and only few solutions to these problems have been proposed to date. Existing proposals generally restrict in one way or another the classes of programs which can be analyzed. This paper attempts to fill this gap by considering a full dialect of Prolog, essentially the recent ISO standard, pointing out the problems that may arise in the analysis of such a dialect, and proposing a combination of known and novel solutions that together allow the correct analysis of arbitrary programs which use the full power of the language.

Four Decades of Studying Global Linear Instability: Progress and Challenges

Global linear instability theory is concerned with the temporal or spatial development of small-amplitude perturbations superposed upon laminar steady or time-periodic three-dimensional flows, which are inhomogeneous in two(and periodic in one)or all three spatial directions.After a brief exposition of the theory,some recent advances are reported. First, results are presented on the implementation of a Jacobian-free Newton–Krylov time-stepping method into a standard finite-volume aerodynamic code to obtain global linear instability results in flows of industrial interest. Second, connections are sought between established and more-modern approaches for structure identification in flows, such as proper orthogonal decomposition and Koopman modes analysis (dynamic mode decomposition), and the possibility to connect solutions of the eigenvalue problem obtained by matrix formation or time-stepping with those delivered by dynamic mode decomposition, residual algorithm, and proper orthogonal decomposition analysis is highlighted in the laminar regime; turbulent and three-dimensional flows are identified as open areas for future research. Finally, a new stable very-high-order finite-difference method is implemented for the spatial discretization of the operators describing the spatial biglobal eigenvalue problem, parabolized stability equation three-dimensional analysis, and the triglobal eigenvalue problem; it is shown that, combined with sparse matrix treatment, all these problems may now be solved on standard desktop computers

Order 10 4 speedup in global linear instability analysis using matrix formation

A unified solution framework is presented for one-, two- or three-dimensional complex non-symmetric eigenvalue problems, respectively governing linear modal instability of incompressible fluid flows in rectangular domains having two, one or no homogeneous spatial directions. The solution algorithm is based on subspace iteration in which the spatial discretization matrix is formed, stored and inverted serially. Results delivered by spectral collocation based on the Chebyshev-Gauss-Lobatto (CGL) points and a suite of high-order finite-difference methods comprising the previously employed for this type of work Dispersion-Relation-Preserving (DRP) and Padé finite-difference schemes, as well as the Summationby- parts (SBP) and the new high-order finite-difference scheme of order q (FD-q) have been compared from the point of view of accuracy and efficiency in standard validation cases of temporal local and BiGlobal linear instability. The FD-q method has been found to significantly outperform all other finite difference schemes in solving classic linear local, BiGlobal, and TriGlobal eigenvalue problems, as regards both memory and CPU time requirements. Results shown in the present study disprove the paradigm that spectral methods are superior to finite difference methods in terms of computational cost, at equal accuracy, FD-q spatial discretization delivering a speedup of ð (10 4). Consequently, accurate solutions of the three-dimensional (TriGlobal) eigenvalue problems may be solved on typical desktop computers with modest computational effort.

Matrix-free time-stepping methods for the solution of TriGlobal instability problems

La inmensa mayoría de los flujos de relevancia ingenieril permanecen sin estudiar en el marco de la teoría de estabilidad global. Esto es debido a dos razones fundamentalmente, las dificultades asociadas con el análisis de los flujos turbulentos y los inmensos recursos computacionales requeridos para obtener la solución del problema de autovalores asociado al análisis de inestabilidad de flujos tridimensionales, también conocido como problema TriGlobal. En esta tesis se aborda el problema asociado con la tridimensionalidad. Se ha desarrollado una metodología general para obtener soluciones de problemas de análisis modal de las inestabilidades lineales globales mediante el acoplamiento de métodos de evolución temporal, desarrollados en este trabajo, con códigos de mecánica de fluidos computacional de segundo orden, utilizados de forma general en la industria. Esta metodología consiste en la resolución del problema de autovalores asociado al análisis de inestabilidad mediante métodos de proyección en subespacios de Krylov, con la particularidad de que dichos subespacios son generados por medio de la integración temporal de un vector inicial usando cualquier código de mecánica de fluidos computacional. Se han elegido tres problemas desafiantes en función de la exigencia de recursos computacionales necesarios y de la complejidad física para la demostración de la presente metodología: (i) el flujo en el interior de una cavidad tridimensional impulsada por una de sus tapas, (ii) el flujo alrededor de un cilindro equipado con aletas helicoidales a lo largo su envergadura y (iii) el flujo a través de una cavidad abierta tridimensinal en ausencia de homogeneidades espaciales. Para la validación de la tecnología se ha obtenido la solución del problema TriGlobal asociado al flujo en la cavidad tridimensional, utilizando el método de evolución temporal desarrollado acoplado con los operadores numéricos de flujo incompresible del código CFD OpenFOAM (código libre). Los resultados obtenidos coinciden plentamente con la literatura. La aplicación de esta metodología al estudio de inestabilidades globales de flujos abiertos tridimensionales ha proporcionado por primera vez, información sobre la transición tridimensional de estos flujos. Además, la metodología ha sido adaptada para resolver problemas adjuntos TriGlobales, permitiendo el control de flujo basado en modificaciones de las inestabilidades globales. Finalmente, se ha demostrado que la cantidad moderada de los recursos computacionales requeridos para la solución del problema de valor propio TriGlobal usando este método numérico, junto a su versatilidad al poder acoplarse a cualquier código aerodinámico, permite la realización de análisis de inestabilidad global y control de flujos complejos de relevancia industrial. Abstract Most flows of engineering relevance still remain unexplored in a global instability theory context for two reasons. First, because of the difficulties associated with the analysis of turbulent flows and, second, for the formidable computational resources required for the solution of the eigenvalue problem associated with the instability analysis of three-dimensional base flows, also known as TriGlobal problem. In this thesis, the problem associated with the three-dimensionality is addressed by means of the development of a general approach to the solution of large-scale global linear instability analysis by coupling a time-stepping approach with second order aerodynamic codes employed in industry. Three challenging flows in the terms of required computational resources and physical complexity have been chosen for demonstration of the present methodology; (i) the flow inside a wall-bounded three-dimensional lid-driven cavity, (ii) the flow past a cylinder fitted with helical strakes and (iii) the flow over a inhomogeneous three-dimensional open cavity. Results in excellent agreement with the literature have been obtained for the three-dimensional lid-driven cavity by using this methodology coupled with the incompressible solver of the open-source toolbox OpenFOAM®, which has served as validation. Moreover, significant physical insight of the instability of three-dimensional open flows has been gained through the application of the present time-stepping methodology to the other two cases. In addition, modifications to the present approach have been proposed in order to perform adjoint instability analysis of three-dimensional base flows and flow control; validation and TriGlobal examples are presented. Finally, it has been demonstrated that the moderate amount of computational resources required for the solution of the TriGlobal eigenvalue problem using this method enables the performance of instability analysis and control of flows of industrial relevance.