Non emergency patients transport - a mixed integer linear programming

This work presents a model and a heuristic to solve the non-emergency patients transport (NEPT) service issues given the new rules recently established in Portugal. The model follows the same principle of the Team Orienteering Problem by selecting the patients to be included in the routes attending the maximum reduction in costs when compared with individual transportation. This model establishes the best sets of patients to be transported together. The model was implemented in AMPL and a compact formulation was solved using NEOS Server. A heuristic procedure based on iteratively solving problems with one vehicle was presented, and this heuristic provides good results in terms of accuracy and computation time.

Positive solutions of nonlinear problems involving the square root of the Laplacian

We consider nonlinear elliptic problems involving a nonlocal operator: the square root of the Laplacian in a bounded domain with zero Dirichlet boundary conditions. For positive solutions to problems with power nonlinearities, we establish existence and regularity results, as well as a priori estimates of Gidas-Spruck type. In addition, among other results, we prove a symmetry theorem of Gidas-Ni-Nirenberg type.

Low prevalence of behavioural and emotional problems among Swiss paediatric patients with inflammatory bowel disease.

OBJECTIVES: Whether behavioural and emotional maladjustment is more prevalent in children with inflammatory bowel disease (IBD) than in healthy controls remains controversial. The aim of this study was to assess paediatric IBD patients for problems with emotional and behavioural adjustment and to examine associations with clinical and demographic variables. METHODS: Data from paediatric patients with IBD enrolled in the Swiss IBD Cohort Study and the results of both the parent-rated Strengths and Difficulties Questionnaire (SDQ) and the self-reported Child Depression Inventory (CDI) were analysed. Of the 148 registered patients, 126 had at least one questionnaire completed and were included. RESULTS: The mean age of 71 patients with Crohn's disease (44 males, 27 females) was 13.4 years, and 12.8 years for the 55 patients with ulcerative or indeterminate colitis. The mean duration of disease was 1.2 and 2.7 years, respectively. The total score of the SDQ was abnormal in 11.4% of cases compared to 10% in the normal population. Abnormal sub-scores were found in 20.2% of subjects for the domain of emotional problems and in 17.1% for problems with peers. The total CDI T score indicated a significantly lower prevalence of clinical depression in IBD patients than in normal youth. No correlation between the total SDQ scores or the CDI T scores and gender, type or duration of IBD, inflammatory markers or disease scores was found. CONCLUSIONS: The prevalence of problems with behavioural and emotional adjustment among Swiss paediatric IBD patients is low and comparable to that of the normal population.

Evidence of mixed persistent infections in calves born to cows challenged with a pool of bovine viral diarrhea virus isolates

Pregnant cows infected with noncytopathic (NCP) isolates of bovine viral diarrhea virus (BVDV) between days 40 and 120 days of gestation frequently deliver immunotolerant, persistently infected (PI) calves. We herein report the characterization of PI calves produced experimentally through inoculation of pregnant cows with a pool of Brazilian BVDV-1 (n=2) and BVDV-2 isolates (n=2) between days 60 and 90 of gestation. Two calves were born virus positive, lacked BVDV antibodies, but died 7 and 15 days after birth, respectively. Six other calves were born healthy, seronegative to BVDV, harbored and shed virus in secretions for up to 210 days. Analysis of the antigenic profile of viruses infecting these calves at birth and 30 days later with a panel of monoclonal antibodies indicated two patterns of infection. Whereas three calves apparently harbored only one isolate (either a BVDV-1 or BVDV-2), co-infection by two antigenically distinct challenge viruses was demonstrated in three PI calves. Moreover, testing the viruses obtained from the blood of PI calves by an RT-PCR able to differentiate between BVDV-1 and BVDV-2 confirmed the presence/persistence of two co-infecting viruses of different genotypes (BVDV-1 and BVDV-2) in these animals. These findings indicate that persistent infection of fetuses/calves - a well characterized consequence of fetal infection by BVDV - may be established concomitantly by more than one isolate, upon experimental inoculation. In this sense, mixed persistent infections with antigenically distinct isolates may help in understanding the immunological and molecular basis of BVDV immunotolerance and persistence.

Une nouvelle méthode smoothed particle hydrodynamics : simulation des interfaces immergées et de la dynamique Brownienne des molécules avec des interactions hydrodynamiques

Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle méthode smoothed particle hydrodynamics (SPH) pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles, même en présence des forces singulières. Les termes de sources singulières sont traités d'une manière similaire à celle que l'on retrouve dans la méthode Immersed Boundary (IB) de Peskin (2002) ou de la méthode régularisée de Stokeslets (Cortez, 2001). Dans notre schéma numérique, nous mettons en oeuvre une méthode de projection sans pression de second ordre inspirée de Kim et Moin (1985). Ce schéma évite complètement les difficultés qui peuvent être rencontrées avec la prescription des conditions aux frontières de Neumann sur la pression. Nous présentons deux variantes de cette approche: l'une, Lagrangienne, qui est communément utilisée et l'autre, Eulerienne, car nous considérons simplement que les particules SPH sont des points de quadrature où les propriétés du fluide sont calculées, donc, ces points peuvent être laissés fixes dans le temps. Notre méthode SPH est d'abord testée à la résolution du problème de Poiseuille bidimensionnel entre deux plaques infinies et nous effectuons une analyse détaillée de l'erreur des calculs. Pour ce problème, les résultats sont similaires autant lorsque les particules SPH sont libres de se déplacer que lorsqu'elles sont fixes. Nous traitons, par ailleurs, du problème de la dynamique d'une membrane immergée dans un fluide visqueux et incompressible avec notre méthode SPH. La membrane est représentée par une spline cubique le long de laquelle la tension présente dans la membrane est calculée et transmise au fluide environnant. Les équations de Navier-Stokes, avec une force singulière issue de la membrane sont ensuite résolues pour déterminer la vitesse du fluide dans lequel est immergée la membrane. La vitesse du fluide, ainsi obtenue, est interpolée sur l'interface, afin de déterminer son déplacement. Nous discutons des avantages à maintenir les particules SPH fixes au lieu de les laisser libres de se déplacer. Nous appliquons ensuite notre méthode SPH à la simulation des écoulements confinés des solutions de polymères non dilués avec une interaction hydrodynamique et des forces d'exclusion de volume. Le point de départ de l'algorithme est le système couplé des équations de Langevin pour les polymères et le solvant (CLEPS) (voir par exemple Oono et Freed (1981) et Öttinger et Rabin (1989)) décrivant, dans le cas présent, les dynamiques microscopiques d'une solution de polymère en écoulement avec une représentation bille-ressort des macromolécules. Des tests numériques de certains écoulements dans des canaux bidimensionnels révèlent que l'utilisation de la méthode de projection d'ordre deux couplée à des points de quadrature SPH fixes conduit à un ordre de convergence de la vitesse qui est de deux et à une convergence d'ordre sensiblement égale à deux pour la pression, pourvu que la solution soit suffisamment lisse. Dans le cas des calculs à grandes échelles pour les altères et pour les chaînes de bille-ressort, un choix approprié du nombre de particules SPH en fonction du nombre des billes N permet, en l'absence des forces d'exclusion de volume, de montrer que le coût de notre algorithme est d'ordre O(N). Enfin, nous amorçons des calculs tridimensionnels avec notre modèle SPH. Dans cette optique, nous résolvons le problème de l'écoulement de Poiseuille tridimensionnel entre deux plaques parallèles infinies et le problème de l'écoulement de Poiseuille dans une conduite rectangulaire infiniment longue. De plus, nous simulons en dimension trois des écoulements confinés entre deux plaques infinies des solutions de polymères non diluées avec une interaction hydrodynamique et des forces d'exclusion de volume.

Lagrangian-informed mixed integer programming reformulations

La programmation linéaire en nombres entiers est une approche robuste qui permet de résoudre rapidement de grandes instances de problèmes d'optimisation discrète. Toutefois, les problèmes gagnent constamment en complexité et imposent parfois de fortes limites sur le temps de calcul. Il devient alors nécessaire de développer des méthodes spécialisées afin de résoudre approximativement ces problèmes, tout en calculant des bornes sur leurs valeurs optimales afin de prouver la qualité des solutions obtenues. Nous proposons d'explorer une approche de reformulation en nombres entiers guidée par la relaxation lagrangienne. Après l'identification d'une forte relaxation lagrangienne, un processus systématique permet d'obtenir une seconde formulation en nombres entiers. Cette reformulation, plus compacte que celle de Dantzig et Wolfe, comporte exactement les mêmes solutions entières que la formulation initiale, mais en améliore la borne linéaire: elle devient égale à la borne lagrangienne. L'approche de reformulation permet d'unifier et de généraliser des formulations et des méthodes de borne connues. De plus, elle offre une manière simple d'obtenir des reformulations de moins grandes tailles en contrepartie de bornes plus faibles. Ces reformulations demeurent de grandes tailles. C'est pourquoi nous décrivons aussi des méthodes spécialisées pour en résoudre les relaxations linéaires. Finalement, nous appliquons l'approche de reformulation à deux problèmes de localisation. Cela nous mène à de nouvelles formulations pour ces problèmes; certaines sont de très grandes tailles, mais nos méthodes de résolution spécialisées les rendent pratiques.

Solution Methods for Service Network Design with Resource Management Consideration

La gestion des ressources, équipements, équipes de travail, et autres, devrait être prise en compte lors de la conception de tout plan réalisable pour le problème de conception de réseaux de services. Cependant, les travaux de recherche portant sur la gestion des ressources et la conception de réseaux de services restent limités. La présente thèse a pour objectif de combler cette lacune en faisant l’examen de problèmes de conception de réseaux de services prenant en compte la gestion des ressources. Pour ce faire, cette thèse se décline en trois études portant sur la conception de réseaux. La première étude considère le problème de capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints(DBCMND). La structure multi-produits avec capacité sur les arcs du DBCMND, de même que ses contraintes design-balance, font qu’il apparaît comme sous-problème dans de nombreux problèmes reliés à la conception de réseaux de services, d’où l’intérêt d’étudier le DBCMND dans le contexte de cette thèse. Nous proposons une nouvelle approche pour résoudre ce problème combinant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et une procédure d’intensification de la recherche dans une région particulière de l’espace de solutions. Dans un premier temps la recherche tabou identifie de bonnes solutions réalisables. Ensuite la recomposition de chemin est utilisée pour augmenter le nombre de solutions réalisables. Les solutions trouvées par ces deux méta-heuristiques permettent d’identifier un sous-ensemble d’arcs qui ont de bonnes chances d’avoir un statut ouvert ou fermé dans une solution optimale. Le statut de ces arcs est alors fixé selon la valeur qui prédomine dans les solutions trouvées préalablement. Enfin, nous utilisons la puissance d’un solveur de programmation mixte en nombres entiers pour intensifier la recherche sur le problème restreint par le statut fixé ouvert/fermé de certains arcs. Les tests montrent que cette approche est capable de trouver de bonnes solutions aux problèmes de grandes tailles dans des temps raisonnables. Cette recherche est publiée dans la revue scientifique Journal of heuristics. La deuxième étude introduit la gestion des ressources au niveau de la conception de réseaux de services en prenant en compte explicitement le nombre fini de véhicules utilisés à chaque terminal pour le transport de produits. Une approche de solution faisant appel au slope-scaling, la génération de colonnes et des heuristiques basées sur une formulation en cycles est ainsi proposée. La génération de colonnes résout une relaxation linéaire du problème de conception de réseaux, générant des colonnes qui sont ensuite utilisées par le slope-scaling. Le slope-scaling résout une approximation linéaire du problème de conception de réseaux, d’où l’utilisation d’une heuristique pour convertir les solutions obtenues par le slope-scaling en solutions réalisables pour le problème original. L’algorithme se termine avec une procédure de perturbation qui améliore les solutions réalisables. Les tests montrent que l’algorithme proposé est capable de trouver de bonnes solutions au problème de conception de réseaux de services avec un nombre fixe des ressources à chaque terminal. Les résultats de cette recherche seront publiés dans la revue scientifique Transportation Science. La troisième étude élargie nos considérations sur la gestion des ressources en prenant en compte l’achat ou la location de nouvelles ressources de même que le repositionnement de ressources existantes. Nous faisons les hypothèses suivantes: une unité de ressource est nécessaire pour faire fonctionner un service, chaque ressource doit retourner à son terminal d’origine, il existe un nombre fixe de ressources à chaque terminal, et la longueur du circuit des ressources est limitée. Nous considérons les alternatives suivantes dans la gestion des ressources: 1) repositionnement de ressources entre les terminaux pour tenir compte des changements de la demande, 2) achat et/ou location de nouvelles ressources et leur distribution à différents terminaux, 3) externalisation de certains services. Nous présentons une formulation intégrée combinant les décisions reliées à la gestion des ressources avec les décisions reliées à la conception des réseaux de services. Nous présentons également une méthode de résolution matheuristique combinant le slope-scaling et la génération de colonnes. Nous discutons des performances de cette méthode de résolution, et nous faisons une analyse de l’impact de différentes décisions de gestion des ressources dans le contexte de la conception de réseaux de services. Cette étude sera présentée au XII International Symposium On Locational Decision, en conjonction avec XXI Meeting of EURO Working Group on Locational Analysis, Naples/Capri (Italy), 2014. En résumé, trois études différentes sont considérées dans la présente thèse. La première porte sur une nouvelle méthode de solution pour le "capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints". Nous y proposons une matheuristique comprenant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et l’optimisation exacte. Dans la deuxième étude, nous présentons un nouveau modèle de conception de réseaux de services prenant en compte un nombre fini de ressources à chaque terminal. Nous y proposons une matheuristique avancée basée sur la formulation en cycles comprenant le slope-scaling, la génération de colonnes, des heuristiques et l’optimisation exacte. Enfin, nous étudions l’allocation des ressources dans la conception de réseaux de services en introduisant des formulations qui modèlent le repositionnement, l’acquisition et la location de ressources, et l’externalisation de certains services. À cet égard, un cadre de solution slope-scaling développé à partir d’une formulation en cycles est proposé. Ce dernier comporte la génération de colonnes et une heuristique. Les méthodes proposées dans ces trois études ont montré leur capacité à trouver de bonnes solutions.

Nichtüberlappende Gebietszerlegungsmethoden für lineare und quasilineare (monotone und nichtmonotone) Probleme

In dieser Arbeit werden nichtüberlappende Gebietszerlegungsmethoden einerseits hinsichtlich der zu lösenden Problemklassen verallgemeinert und andererseits in bisher nicht untersuchten Kontexten betrachtet. Dabei stehen funktionalanalytische Untersuchungen zur Wohldefiniertheit, eindeutigen Lösbarkeit und Konvergenz im Vordergrund. Im ersten Teil werden lineare elliptische Dirichlet-Randwertprobleme behandelt, wobei neben Problemen mit dominantem Hauptteil auch solche mit singulärer Störung desselben, wie konvektions- oder reaktionsdominante Probleme zugelassen sind. Der zweite Teil befasst sich mit (gleichmäßig) monotonen koerziven quasilinearen elliptischen Dirichlet-Randwertproblemen. In beiden Fällen wird das Lipschitz-Gebiet in endlich viele Lipschitz-Teilgebiete zerlegt, wobei insbesondere Kreuzungspunkte und Teilgebiete ohne Außenrand zugelassen sind. Anschließend werden Transmissionsprobleme mit frei wählbaren $L^{\infty}$-Parameterfunktionen hergeleitet, wobei die Konormalenableitungen als Funktionale auf geeigneten Funktionenräumen über den Teilrändern ($H_{00}^{1/2}(\Gamma)$) interpretiert werden. Die iterative Lösung dieser Transmissionsprobleme mit einem Ansatz von Deng führt auf eine Substrukturierungsmethode mit Robin-artigen Transmissionsbedingungen, bei der eine Auswertung der Konormalenableitungen aufgrund einer geschickten Aufdatierung der Robin-Daten nicht notwendig ist (insbesondere ist die bekannte Robin-Robin-Methode von Lions als Spezialfall enthalten). Die Konvergenz bezüglich einer partitionierten $H^1$-Norm wird für beide Problemklassen gezeigt. Dabei werden keine über $H^1$ hinausgehende Regularitätsforderungen an die Lösungen gestellt und die Gebiete müssen keine zusätzlichen Glattheitsvoraussetzungen erfüllen. Im letzten Kapitel werden nichtmonotone koerzive quasilineare Probleme untersucht, wobei das Zugrunde liegende Gebiet nur in zwei Lipschitz-Teilgebiete zerlegt sein soll. Das zugehörige nichtlineare Transmissionsproblem wird durch Kirchhoff-Transformation in lineare Teilprobleme mit nichtlinearen Kopplungsbedingungen überführt. Ein optimierungsbasierter Lösungsansatz, welcher einen geeigneten Abstand der rücktransformierten Dirichlet-Daten der linearen Teilprobleme auf den Teilrändern minimiert, führt auf ein optimales Kontrollproblem. Die dabei entstehenden regularisierten freien Minimierungsprobleme werden mit Hilfe eines Gradientenverfahrens unter minimalen Glattheitsforderungen an die Nichtlinearitäten gelöst. Unter zusätzlichen Glattheitsvoraussetzungen an die Nichtlinearitäten und weiteren technischen Voraussetzungen an die Lösung des quasilinearen Ausgangsproblems, kann zudem die quadratische Konvergenz des Newton-Verfahrens gesichert werden.

Spectral analysis of the elliptic sine-Gordon equation in the quarter plane

We study the elliptic sine-Gordon equation in the quarter plane using a spectral transform approach. We determine the Riemann-Hilbert problem associated with well-posed boundary value problems in this domain and use it to derive a formal representation of the solution. Our analysis is based on a generalization of the usual inverse scattering transform recently introduced by Fokas for studying linear elliptic problems.

Spectral analysis of diffusions with jump boundary

In this paper we consider one-dimensional diffusions with constant coefficients in a finite interval with jump boundary and a certain deterministic jump distribution. We use coupling methods in order to identify the spectral gap in the case of a large drift and prove that there is a threshold drift above which the bottom of the spectrum no longer depends on the drift. As a corollary to our result we are able to answer two questions concerning elliptic eigenvalue problems with non-local boundary conditions formulated previously by Iddo Ben-Ari and Ross Pinsky.

A comparison of duality and energy a posteriori estimates for $\mathrm {L}_{\infty }(0,T;\mathrm {L}_2(\varOmega ))$ in parabolic problems

We use the elliptic reconstruction technique in combination with a duality approach to prove a posteriori error estimates for fully discrete backward Euler scheme for linear parabolic equations. As an application, we combine our result with the residual based estimators from the a posteriori estimation for elliptic problems to derive space-error indicators and thus a fully practical version of the estimators bounding the error in the $ \mathrm {L}_{\infty }(0,T;\mathrm {L}_2(\varOmega ))$ norm. These estimators, which are of optimal order, extend those introduced by Eriksson and Johnson in 1991 by taking into account the error induced by the mesh changes and allowing for a more flexible use of the elliptic estimators. For comparison with previous results we derive also an energy-based a posteriori estimate for the $ \mathrm {L}_{\infty }(0,T;\mathrm {L}_2(\varOmega ))$-error which simplifies a previous one given by Lakkis and Makridakis in 2006. We then compare both estimators (duality vs. energy) in practical situations and draw conclusions.

Continuity of the dynamics in a localized large diffusion problem with nonlinear boundary conditions

This paper is concerned with singular perturbations in parabolic problems subjected to nonlinear Neumann boundary conditions. We consider the case for which the diffusion coefficient blows up in a subregion Omega(0) which is interior to the physical domain Omega subset of R(n). We prove, under natural assumptions, that the associated attractors behave continuously as the diffusion coefficient blows up locally uniformly in Omega(0) and converges uniformly to a continuous and positive function in Omega(1) = (Omega) over bar\Omega(0). (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

A modified Primal-Dual Logarithmic-Barrier Method for solving the Optimal Power Flow problem with discrete and continuous control variables

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

NONDEGENERATE UMBILICS, THE PATH FORMULATION and GRADIENT BIFURCATION PROBLEMS

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Robust linear mixed models with normal/independent distributions and Bayesian MCMC implementation

Linear mixed effects models have been widely used in analysis of data where responses are clustered around some random effects, so it is not reasonable to assume independence between observations in the same cluster. In most biological applications, it is assumed that the distributions of the random effects and of the residuals are Gaussian. This makes inferences vulnerable to the presence of outliers. Here, linear mixed effects models with normal/independent residual distributions for robust inferences are described. Specific distributions examined include univariate and multivariate versions of the Student-t, the slash and the contaminated normal. A Bayesian framework is adopted and Markov chain Monte Carlo is used to carry out the posterior analysis. The procedures are illustrated using birth weight data on rats in a texicological experiment. Results from the Gaussian and robust models are contrasted, and it is shown how the implementation can be used for outlier detection. The thick-tailed distributions provide an appealing robust alternative to the Gaussian process in linear mixed models, and they are easily implemented using data augmentation and MCMC techniques.