Least squares QR-based decomposition provides an efficient way of computing optimal regularization parameter in photoacoustic tomography

A computationally efficient approach that computes the optimal regularization parameter for the Tikhonov-minimization scheme is developed for photoacoustic imaging. This approach is based on the least squares-QR decomposition which is a well-known dimensionality reduction technique for a large system of equations. It is shown that the proposed framework is effective in terms of quantitative and qualitative reconstructions of initial pressure distribution enabled via finding an optimal regularization parameter. The computational efficiency and performance of the proposed method are shown using a test case of numerical blood vessel phantom, where the initial pressure is exactly known for quantitative comparison. (C) 2013 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)

Least Squares Estimation Principle and its Geometrical Interpretation

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Completions of epsilon-dense partial Latin squares

A classical question in combinatorics is the following: given a partial Latin square $P$, when can we complete $P$ to a Latin square $L$? In this paper, we investigate the class of textbf{$epsilon$-dense partial Latin squares}: partial Latin squares in which each symbol, row, and column contains no more than $epsilon n$-many nonblank cells. Based on a conjecture of Nash-Williams, Daykin and H"aggkvist conjectured that all $frac{1}{4}$-dense partial Latin squares are completable. In this paper, we will discuss the proof methods and results used in previous attempts to resolve this conjecture, introduce a novel technique derived from a paper by Jacobson and Matthews on generating random Latin squares, and use this novel technique to study $ epsilon$-dense partial Latin squares that contain no more than $delta n^2$ filled cells in total.

In Chapter 2, we construct completions for all $ epsilon$-dense partial Latin squares containing no more than $delta n^2$ filled cells in total, given that $epsilon < frac{1}{12}, delta < frac{ left(1-12epsilonright)^{2}}{10409}$. In particular, we show that all $9.8 cdot 10^{-5}$-dense partial Latin squares are completable. In Chapter 4, we augment these results by roughly a factor of two using some probabilistic techniques. These results improve prior work by Gustavsson, which required $epsilon = delta leq 10^{-7}$, as well as Chetwynd and H"aggkvist, which required $epsilon = delta = 10^{-5}$, $n$ even and greater than $10^7$.

If we omit the probabilistic techniques noted above, we further show that such completions can always be found in polynomial time. This contrasts a result of Colbourn, which states that completing arbitrary partial Latin squares is an NP-complete task. In Chapter 3, we strengthen Colbourn's result to the claim that completing an arbitrary $left(frac{1}{2} + epsilonright)$-dense partial Latin square is NP-complete, for any $epsilon > 0$.

Colbourn's result hinges heavily on a connection between triangulations of tripartite graphs and Latin squares. Motivated by this, we use our results on Latin squares to prove that any tripartite graph $G = (V_1, V_2, V_3)$ such that begin{itemize} item $|V_1| = |V_2| = |V_3| = n$, item For every vertex $v in V_i$, $deg_+(v) = deg_-(v) geq (1- epsilon)n,$ and item $|E(G)| > (1 - delta)cdot 3n^2$ end{itemize} admits a triangulation, if $epsilon < frac{1}{132}$, $delta < frac{(1 -132epsilon)^2 }{83272}$. In particular, this holds when $epsilon = delta=1.197 cdot 10^{-5}$.

This strengthens results of Gustavsson, which requires $epsilon = delta = 10^{-7}$.

In an unrelated vein, Chapter 6 explores the class of textbf{quasirandom graphs}, a notion first introduced by Chung, Graham and Wilson cite{chung1989quasi} in 1989. Roughly speaking, a sequence of graphs is called "quasirandom"' if it has a number of properties possessed by the random graph, all of which turn out to be equivalent. In this chapter, we study possible extensions of these results to random $k$-edge colorings, and create an analogue of Chung, Graham and Wilson's result for such colorings.

Weighted least-squares phase unwrapping algorithm based on derivative variance correlation map

Among different phase unwrapping approaches, the weighted least-squares minimization methods are gaining attention. In these algorithms, weighting coefficient is generated from a quality map. The intrinsic drawbacks of existing quality maps constrain the application of these algorithms. They often fail to handle wrapped phase data contains error sources, such as phase discontinuities, noise and undersampling. In order to deal with those intractable wrapped phase data, a new weighted least-squares phase unwrapping algorithm based on derivative variance correlation map is proposed. In the algorithm, derivative variance correlation map, a novel quality map, can truly reflect wrapped phase quality, ensuring a more reliable unwrapped result. The definition of the derivative variance correlation map and the principle of the proposed algorithm are present in detail. The performance of the new algorithm has been tested by use of a simulated spherical surface wrapped data and an experimental interferometric synthetic aperture radar (IFSAR) wrapped data. Computer simulation and experimental results have verified that the proposed algorithm can work effectively even when a wrapped phase map contains intractable error sources. (c) 2006 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Acoplamento de técnicas espectrométricas com métodos quimiométricos de classificação e calibração multivariada em alimentos

Este trabalho de pesquisa descreve três estudos de utilização de métodos quimiométricos para a classificação e caracterização de óleos comestíveis vegetais e seus parâmetros de qualidade através das técnicas de espectrometria de absorção molecular no infravermelho médio com transformada de Fourier e de espectrometria no infravermelho próximo, e o monitoramento da qualidade e estabilidade oxidativa do iogurte usando espectrometria de fluorescência molecular. O primeiro e segundo estudos visam à classificação e caracterização de parâmetros de qualidade de óleos comestíveis vegetais utilizando espectrometria no infravermelho médio com transformada de Fourier (FT-MIR) e no infravermelho próximo (NIR). O algoritmo de Kennard-Stone foi usado para a seleção do conjunto de validação após análise de componentes principais (PCA). A discriminação entre os óleos de canola, girassol, milho e soja foi investigada usando SVM-DA, SIMCA e PLS-DA. A predição dos parâmetros de qualidade, índice de refração e densidade relativa dos óleos, foi investigada usando os métodos de calibração multivariada dos mínimos quadrados parciais (PLS), iPLS e SVM para os dados de FT-MIR e NIR. Vários tipos de pré-processamentos, primeira derivada, correção do sinal multiplicativo (MSC), dados centrados na média, correção do sinal ortogonal (OSC) e variação normal padrão (SNV) foram utilizados, usando a raiz quadrada do erro médio quadrático de validação cruzada (RMSECV) e de predição (RMSEP) como parâmetros de avaliação. A metodologia desenvolvida para determinação de índice de refração e densidade relativa e classificação dos óleos vegetais é rápida e direta. O terceiro estudo visa à avaliação da estabilidade oxidativa e qualidade do iogurte armazenado a 4C submetido à luz direta e mantido no escuro, usando a análise dos fatores paralelos (PARAFAC) na luminescência exibida por três fluoróforos presentes no iogurte, onde pelo menos um deles está fortemente relacionado com as condições de armazenamento. O sinal fluorescente foi identificado pelo espectro de emissão e excitação das substâncias fluorescentes puras, que foram sugeridas serem vitamina A, triptofano e riboflavina. Modelos de regressão baseados nos escores do PARAFAC para a riboflavina foram desenvolvidos usando os escores obtidos no primeiro dia como variável dependente e os escores obtidos durante o armazenamento como variável independente. Foi visível o decaimento da curva analítica com o decurso do tempo da experimentação. Portanto, o teor de riboflavina pode ser considerado um bom indicador para a estabilidade do iogurte. Assim, é possível concluir que a espectroscopia de fluorescência combinada com métodos quimiométricos é um método rápido para monitorar a estabilidade oxidativa e a qualidade do iogurte