Algorithmes d'apprentissage pour la recommandation

L'ère numérique dans laquelle nous sommes entrés apporte une quantité importante de nouveaux défis à relever dans une multitude de domaines. Le traitement automatique de l'abondante information à notre disposition est l'un de ces défis, et nous allons ici nous pencher sur des méthodes et techniques adaptées au filtrage et à la recommandation à l'utilisateur d'articles adaptés à ses goûts, dans le contexte particulier et sans précédent notable du jeu vidéo multi-joueurs en ligne. Notre objectif est de prédire l'appréciation des niveaux par les joueurs. Au moyen d'algorithmes d'apprentissage machine modernes tels que les réseaux de neurones profonds avec pré-entrainement non-supervisé, que nous décrivons après une introduction aux concepts nécessaires à leur bonne compréhension, nous proposons deux architectures aux caractéristiques différentes bien que basées sur ce même concept d'apprentissage profond. La première est un réseau de neurones multi-couches pour lequel nous tentons d'expliquer les performances variables que nous rapportons sur les expériences menées pour diverses variations de profondeur, d'heuristique d'entraînement, et des méthodes de pré-entraînement non-supervisé simple, débruitant et contractant. Pour la seconde architecture, nous nous inspirons des modèles à énergie et proposons de même une explication des résultats obtenus, variables eux aussi. Enfin, nous décrivons une première tentative fructueuse d'amélioration de cette seconde architecture au moyen d'un fine-tuning supervisé succédant le pré-entrainement, puis une seconde tentative où ce fine-tuning est fait au moyen d'un critère d'entraînement semi-supervisé multi-tâches. Nos expériences montrent des performances prometteuses, notament avec l'architecture inspirée des modèles à énergie, justifiant du moins l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage profonds pour résoudre le problème de la recommandation.

Développement d’un modèle centré sur l’individu des déplacements du caribou, du loup et de l’orignal, et de leurs interactions, en forêt boréale aménagée

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier.

Deep learning of representations and its application to computer vision

L’objectif de cette thèse par articles est de présenter modestement quelques étapes du parcours qui mènera (on espère) à une solution générale du problème de l’intelligence artificielle. Cette thèse contient quatre articles qui présentent chacun une différente nouvelle méthode d’inférence perceptive en utilisant l’apprentissage machine et, plus particulièrement, les réseaux neuronaux profonds. Chacun de ces documents met en évidence l’utilité de sa méthode proposée dans le cadre d’une tâche de vision par ordinateur. Ces méthodes sont applicables dans un contexte plus général, et dans certains cas elles on tété appliquées ailleurs, mais ceci ne sera pas abordé dans le contexte de cette de thèse. Dans le premier article, nous présentons deux nouveaux algorithmes d’inférence variationelle pour le modèle génératif d’images appelé codage parcimonieux “spike- and-slab” (CPSS). Ces méthodes d’inférence plus rapides nous permettent d’utiliser des modèles CPSS de tailles beaucoup plus grandes qu’auparavant. Nous démontrons qu’elles sont meilleures pour extraire des détecteur de caractéristiques quand très peu d’exemples étiquetés sont disponibles pour l’entraînement. Partant d’un modèle CPSS, nous construisons ensuite une architecture profonde, la machine de Boltzmann profonde partiellement dirigée (MBP-PD). Ce modèle a été conçu de manière à simplifier d’entraînement des machines de Boltzmann profondes qui nécessitent normalement une phase de pré-entraînement glouton pour chaque couche. Ce problème est réglé dans une certaine mesure, mais le coût d’inférence dans le nouveau modèle est relativement trop élevé pour permettre de l’utiliser de manière pratique. Dans le deuxième article, nous revenons au problème d’entraînement joint de machines de Boltzmann profondes. Cette fois, au lieu de changer de famille de modèles, nous introduisons un nouveau critère d’entraînement qui donne naissance aux machines de Boltzmann profondes à multiples prédictions (MBP-MP). Les MBP-MP sont entraînables en une seule étape et ont un meilleur taux de succès en classification que les MBP classiques. Elles s’entraînent aussi avec des méthodes variationelles standard au lieu de nécessiter un classificateur discriminant pour obtenir un bon taux de succès en classification. Par contre, un des inconvénients de tels modèles est leur incapacité de générer deséchantillons, mais ceci n’est pas trop grave puisque la performance de classification des machines de Boltzmann profondes n’est plus une priorité étant donné les dernières avancées en apprentissage supervisé. Malgré cela, les MBP-MP demeurent intéressantes parce qu’elles sont capable d’accomplir certaines tâches que des modèles purement supervisés ne peuvent pas faire, telles que celle de classifier des données incomplètes ou encore celle de combler intelligemment l’information manquante dans ces données incomplètes. Le travail présenté dans cette thèse s’est déroulé au milieu d’une période de transformations importantes du domaine de l’apprentissage à réseaux neuronaux profonds qui a été déclenchée par la découverte de l’algorithme de “dropout” par Geoffrey Hinton. Dropout rend possible un entraînement purement supervisé d’architectures de propagation unidirectionnel sans être exposé au danger de sur- entraînement. Le troisième article présenté dans cette thèse introduit une nouvelle fonction d’activation spécialement con ̧cue pour aller avec l’algorithme de Dropout. Cette fonction d’activation, appelée maxout, permet l’utilisation de aggrégation multi-canal dans un contexte d’apprentissage purement supervisé. Nous démontrons comment plusieurs tâches de reconnaissance d’objets sont mieux accomplies par l’utilisation de maxout. Pour terminer, sont présentons un vrai cas d’utilisation dans l’industrie pour la transcription d’adresses de maisons à plusieurs chiffres. En combinant maxout avec une nouvelle sorte de couche de sortie pour des réseaux neuronaux de convolution, nous démontrons qu’il est possible d’atteindre un taux de succès comparable à celui des humains sur un ensemble de données coriace constitué de photos prises par les voitures de Google. Ce système a été déployé avec succès chez Google pour lire environ cent million d’adresses de maisons.

A study on the performance of flexible pavements on mature soil subgrades

The country has witnessed tremendous increase in the vehicle population and increased axle loading pattern during the last decade, leaving its road network overstressed and leading to premature failure. The type of deterioration present in the pavement should be considered for determining whether it has a functional or structural deficiency, so that appropriate overlay type and design can be developed. Structural failure arises from the conditions that adversely affect the load carrying capability of the pavement structure. Inadequate thickness, cracking, distortion and disintegration cause structural deficiency. Functional deficiency arises when the pavement does not provide a smooth riding surface and comfort to the user. This can be due to poor surface friction and texture, hydro planning and splash from wheel path, rutting and excess surface distortion such as potholes, corrugation, faulting, blow up, settlement, heaves etc. Functional condition determines the level of service provided by the facility to its users at a particular time and also the Vehicle Operating Costs (VOC), thus influencing the national economy. Prediction of the pavement deterioration is helpful to assess the remaining effective service life (RSL) of the pavement structure on the basis of reduction in performance levels, and apply various alternative designs and rehabilitation strategies with a long range funding requirement for pavement preservation. In addition, they can predict the impact of treatment on the condition of the sections. The infrastructure prediction models can thus be classified into four groups, namely primary response models, structural performance models, functional performance models and damage models. The factors affecting the deterioration of the roads are very complex in nature and vary from place to place. Hence there is need to have a thorough study of the deterioration mechanism under varied climatic zones and soil conditions before arriving at a definite strategy of road improvement. Realizing the need for a detailed study involving all types of roads in the state with varying traffic and soil conditions, the present study has been attempted. This study attempts to identify the parameters that affect the performance of roads and to develop performance models suitable to Kerala conditions. A critical review of the various factors that contribute to the pavement performance has been presented based on the data collected from selected road stretches and also from five corporations of Kerala. These roads represent the urban conditions as well as National Highways, State Highways and Major District Roads in the sub urban and rural conditions. This research work is a pursuit towards a study of the road condition of Kerala with respect to varying soil, traffic and climatic conditions, periodic performance evaluation of selected roads of representative types and development of distress prediction models for roads of Kerala. In order to achieve this aim, the study is focused into 2 parts. The first part deals with the study of the pavement condition and subgrade soil properties of urban roads distributed in 5 Corporations of Kerala; namely Thiruvananthapuram, Kollam, Kochi, Thrissur and Kozhikode. From selected 44 roads, 68 homogeneous sections were studied. The data collected on the functional and structural condition of the surface include pavement distress in terms of cracks, potholes, rutting, raveling and pothole patching. The structural strength of the pavement was measured as rebound deflection using Benkelman Beam deflection studies. In order to collect the details of the pavement layers and find out the subgrade soil properties, trial pits were dug and the in-situ field density was found using the Sand Replacement Method. Laboratory investigations were carried out to find out the subgrade soil properties, soil classification, Atterberg limits, Optimum Moisture Content, Field Moisture Content and 4 days soaked CBR. The relative compaction in the field was also determined. The traffic details were also collected by conducting traffic volume count survey and axle load survey. From the data thus collected, the strength of the pavement was calculated which is a function of the layer coefficient and thickness and is represented as Structural Number (SN). This was further related to the CBR value of the soil and the Modified Structural Number (MSN) was found out. The condition of the pavement was represented in terms of the Pavement Condition Index (PCI) which is a function of the distress of the surface at the time of the investigation and calculated in the present study using deduct value method developed by U S Army Corps of Engineers. The influence of subgrade soil type and pavement condition on the relationship between MSN and rebound deflection was studied using appropriate plots for predominant types of soil and for classified value of Pavement Condition Index. The relationship will be helpful for practicing engineers to design the overlay thickness required for the pavement, without conducting the BBD test. Regression analysis using SPSS was done with various trials to find out the best fit relationship between the rebound deflection and CBR, and other soil properties for Gravel, Sand, Silt & Clay fractions. The second part of the study deals with periodic performance evaluation of selected road stretches representing National Highway (NH), State Highway (SH) and Major District Road (MDR), located in different geographical conditions and with varying traffic. 8 road sections divided into 15 homogeneous sections were selected for the study and 6 sets of continuous periodic data were collected. The periodic data collected include the functional and structural condition in terms of distress (pothole, pothole patch, cracks, rutting and raveling), skid resistance using a portable skid resistance pendulum, surface unevenness using Bump Integrator, texture depth using sand patch method and rebound deflection using Benkelman Beam. Baseline data of the study stretches were collected as one time data. Pavement history was obtained as secondary data. Pavement drainage characteristics were collected in terms of camber or cross slope using camber board (slope meter) for the carriage way and shoulders, availability of longitudinal side drain, presence of valley, terrain condition, soil moisture content, water table data, High Flood Level, rainfall data, land use and cross slope of the adjoining land. These data were used for finding out the drainage condition of the study stretches. Traffic studies were conducted, including classified volume count and axle load studies. From the field data thus collected, the progression of each parameter was plotted for all the study roads; and validated for their accuracy. Structural Number (SN) and Modified Structural Number (MSN) were calculated for the study stretches. Progression of the deflection, distress, unevenness, skid resistance and macro texture of the study roads were evaluated. Since the deterioration of the pavement is a complex phenomena contributed by all the above factors, pavement deterioration models were developed as non linear regression models, using SPSS with the periodic data collected for all the above road stretches. General models were developed for cracking progression, raveling progression, pothole progression and roughness progression using SPSS. A model for construction quality was also developed. Calibration of HDM–4 pavement deterioration models for local conditions was done using the data for Cracking, Raveling, Pothole and Roughness. Validation was done using the data collected in 2013. The application of HDM-4 to compare different maintenance and rehabilitation options were studied considering the deterioration parameters like cracking, pothole and raveling. The alternatives considered for analysis were base alternative with crack sealing and patching, overlay with 40 mm BC using ordinary bitumen, overlay with 40 mm BC using Natural Rubber Modified Bitumen and an overlay of Ultra Thin White Topping. Economic analysis of these options was done considering the Life Cycle Cost (LCC). The average speed that can be obtained by applying these options were also compared. The results were in favour of Ultra Thin White Topping over flexible pavements. Hence, Design Charts were also plotted for estimation of maximum wheel load stresses for different slab thickness under different soil conditions. The design charts showed the maximum stress for a particular slab thickness and different soil conditions incorporating different k values. These charts can be handy for a design engineer. Fuzzy rule based models developed for site specific conditions were compared with regression models developed using SPSS. The Riding Comfort Index (RCI) was calculated and correlated with unevenness to develop a relationship. Relationships were developed between Skid Number and Macro Texture of the pavement. The effort made through this research work will be helpful to highway engineers in understanding the behaviour of flexible pavements in Kerala conditions and for arriving at suitable maintenance and rehabilitation strategies. Key Words: Flexible Pavements – Performance Evaluation – Urban Roads – NH – SH and other roads – Performance Models – Deflection – Riding Comfort Index – Skid Resistance – Texture Depth – Unevenness – Ultra Thin White Topping

Methodische Grundlagen zur Bewahrung und Wiederherstellung großräumig funktionsfähiger ökologischer Beziehungen in der räumlichen Umweltplanung

Mit der Verwirklichung ,Ökologischer Netzwerke‘ werden Hoffnungen zum Stopp des Verlustes der biologischen Vielfalt verknüpft. Sowohl auf gesamteuropäischer Ebene (Pan-European Ecological Network - PEEN) als auch in den einzelnen Staaten entstehen Pläne zum Aufbau von Verbundsystemen. Im föderalen Deutschland werden kleinmaßstäbliche Biotopverbundplanungen auf Landesebene aufgestellt; zum nationalen Biotopverbund bestehen erste Konzepte. Die vorliegende Arbeit ist auf diese überörtlichen, strategisch vorbereitenden Planungsebenen ausgerichtet. Ziele des Verbunds sind der Erhalt von Populationen insbesondere der gefährdeten Arten sowie die Ermöglichung von Ausbreitung und Wanderung. Aufgrund fehlender Datengrundlagen zu den Arten und Populationen ist es nicht ohne weiteres möglich, die Konzepte und Modelle der Populationsökologie in die überörtlichen Planungsebenen zu übertragen. Gemäß der o.g. Zielstellungen sollte sich aber die Planung von Verbundsystemen an den Ansprüchen der auf Verbund angewiesenen Arten orientieren. Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer praktikablen GIS-gestützten Planungshilfe zur größtmöglichen Integration ökologischen Wissens unter der Bedingung eingeschränkter Informationsverfügbarkeit. Als Grundlagen dazu werden in Übersichtsform zunächst die globalen, europäisch-internationalen und nationalen Rahmenbedingungen und Anforderungen bezüglich des Aufbaus von Verbundsystemen zusammengestellt. Hier sind die Strategien zum PEEN hervorzuheben, die eine Integration ökologischer Inhalte insbesondere durch die Berücksichtigung räumlich-funktionaler Beziehungen fordern. Eine umfassende Analyse der landesweiten Biotopverbundplanungen der BRD zeigte die teilweise erheblichen Unterschiede zwischen den Länderplanungen auf, die es aktuell nicht ermöglichen, ein schlüssiges nationales Konzept zusammenzufügen. Nicht alle Länder haben landesweite Biotopverbundplanungen und Landeskonzepte, bei denen dem geplanten Verbund die Ansprüche von Arten zugrunde gelegt werden, gibt es nur ansatzweise. Weiterhin wurde eine zielgerichtete Eignungsprüfung bestehender GIS-basierter Modelle und Konzepte zum Verbund unter Berücksichtigung der regelmäßig in Deutschland verfügbaren Datengrundlagen durchgeführt. Da keine integrativen regelorientierten Ansätze vorhanden waren, wurde der vektorbasierte Algorithmus HABITAT-NET entwickelt. Er arbeitet mit ,Anspruchstypen‘ hinsichtlich des Habitatverbunds, die stellvertretend für unterschiedliche ökologische Gruppen von (Ziel-) Arten mit terrestrischer Ausbreitung stehen. Kombiniert wird die Fähigkeit zur Ausbreitung mit einer Grobtypisierung der Biotopbindung. Die wichtigsten Grundlagendaten bilden die jeweiligen (potenziellen) Habitate von Arten eines Anspruchstyps sowie die umgebende Landnutzung. Bei der Bildung von ,Lebensraumnetzwerken‘ (Teil I) werden gestufte ,Funktions- und Verbindungsräume‘ generiert, die zu einem räumlichen System verknüpft sind. Anschließend kann die aktuelle Zerschneidung der Netzwerke durch Verkehrstrassen aufgezeigt werden, um darauf aufbauend prioritäre Abschnitte zur Wiedervernetzung zu ermitteln (Teil II). Begleitend wird das Konzept der unzerschnittenen Funktionsräume (UFR) entworfen, mit dem die Indikation von Habitatzerschneidung auf Landschaftsebene möglich ist. Diskutiert werden schließlich die Eignung der Ergebnisse als kleinmaßstäblicher Zielrahmen, Tests zur Validierung, Vergleiche mit Verbundplanungen und verschiedene Setzungen im GIS-Algorithmus. Erläuterungen zu den Einsatzmöglichkeiten erfolgen beispielsweise für die Bereiche Biotopverbund- und Landschaftsplanung, Raumordnung, Strategische Umweltprüfung, Verkehrswegeplanung, Unterstützung des Konzeptes der Lebensraumkorridore, Kohärenz im Schutzgebietssystem NATURA 2000 und Aufbau von Umweltinformationssystemen. Schließlich wird ein Rück- und Ausblick mit der Formulierung des weiteren Forschungsbedarfs verknüpft.

How are Three-Deminsional Objects Represented in the Brain?

We discuss a variety of object recognition experiments in which human subjects were presented with realistically rendered images of computer-generated three-dimensional objects, with tight control over stimulus shape, surface properties, illumination, and viewpoint, as well as subjects' prior exposure to the stimulus objects. In all experiments recognition performance was: (1) consistently viewpoint dependent; (2) only partially aided by binocular stereo and other depth information, (3) specific to viewpoints that were familiar; (4) systematically disrupted by rotation in depth more than by deforming the two-dimensional images of the stimuli. These results are consistent with recently advanced computational theories of recognition based on view interpolation.

Observations on Cortical Mechanisms for Object Recognition andsLearning

This paper sketches a hypothetical cortical architecture for visual 3D object recognition based on a recent computational model. The view-centered scheme relies on modules for learning from examples, such as Hyperbf-like networks. Such models capture a class of explanations we call Memory-Based Models (MBM) that contains sparse population coding, memory-based recognition, and codebooks of prototypes. Unlike the sigmoidal units of some artificial neural networks, the units of MBMs are consistent with the description of cortical neurons. We describe how an example of MBM may be realized in terms of cortical circuitry and biophysical mechanisms, consistent with psychophysical and physiological data.

Aproximación a la optimización en la planeación y gestión en organizaciones públicas bajo la Teoría de Restricciones (TOC) - caso de estudio - CRC

La gestión pública, tradicionalmente percibida como burocrática e ineficiente, tiende a evolucionar hacia modelos basados en la Nueva Gerencia Pública y el Gobierno Electrónico, que propenden por acercar los Estados a los ciudadanos y desarrollar con mayor eficiencia las actividades operativas a su cargo. En forma paralela, la Teoría de Restricciones, primordialmente aplicada a procesos productivos, busca optimizar los mismos para maximizar los resultados de las empresas, disponiendo de metodologías y herramientas de propósito específico. ¿Es posible entonces optimizar la operatividad de una entidad pública a través del uso de la TOC?. Mediante el presente trabajo se busca dar respuesta a este interrogante, a partir de las aproximaciones teóricas pertinentes y de su aplicación al caso particular de la CRC, entidad pública a cargo de la regulación sectorial de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones en Colombia.

Evaluación de la Efectividad del Restaurante-Bar El Molino en el Campo de Percepción de Marca Usando un Sistema de Simulación Basado en Agentes

El siguiente trabajo, a partir de la identificación de los diferentes sujetos que participan en el medio ambiente donde se desenvuelve el restaurante El Molino, busca determinar cuáles podrían ser las estrategias de mercadeo más efectivas para que la imagen, concepto y servicio del restaurante, la marca en general, resulte lo más atractivas posibles para los segmentos objetivo de la empresa. Dadas las circunstancias de que es un negocio reciente, no existen datos históricos de la imagen que proyecta la marca hacia sus clientes, por lo tanto la información a partir de la cual se pretenden generar alternativas para que la marca influencie a los clientes de la manera deseada será conseguida a partir de una simulación que será obtenida de un modelo basado en agentes. Con esto lo que se busca es poder parametrizar en qué aspectos y de qué forma la empresa debe invertir para que la forma en que los clientes perciben la marca sea la deseada por el restaurante.

Labor supply, biased technological change and economic growth

Se utiliza un modelo de innovaciones sesgadas para estudiar los efectos de cambios exógenos en la oferta laboral. En un contexto de innovaciones sesgadas, a medida que las economías acumulan capital, el trabajo se hace relativamente más escaso y más caro, por este motivo, hay incentivos para adoptar tecnologías ahorradoras de trabajo. Del mismo modo un cambio en la oferta laboral afecta la abundancia de factores y sus precios relativos. En general, una reducción de la oferta laboral, hace que el trabajo sea más caro y genera incentivos para cambio tecnológico ahorrador de trabajo. Así, el efecto inicial que tiene el cambio en la oferta laboral sobre los precios de los factores es mitigado por el cambio tecnológico. Finalmente, los movimientos en la remuneración a los factores afectan las decisiones de ahorro y, por lo tanto, la dinámica del crecimiento. En este trabajo se exploran las consecuencias de una reducción de la oferta laboral en dos contextos teóricos diferentes: un modelo de agentes homogéneos y horizonte infinito y un modelo de generaciones traslapadas.

Evaluating the risk of non-point source pollution from biosolids: integrated modelling of nutrient losses at field and catchment scales

A semi-distributed model, INCA, has been developed to determine the fate and distribution of nutrients in terrestrial and aquatic systems. The model simulates nitrogen and phosphorus processes in soils, groundwaters and river systems and can be applied in a semi-distributed manner at a range of scales. In this study, the model has been applied at field to sub-catchment to whole catchment scale to evaluate the behaviour of biosolid-derived losses of P in agricultural systems. It is shown that process-based models such as INCA, applied at a wide range of scales, reproduce field and catchment behaviour satisfactorily. The INCA model can also be used to generate generic information for risk assessment. By adjusting three key variables: biosolid application rates, the hydrological connectivity of the catchment and the initial P-status of the soils within the model, a matrix of P loss rates can be generated to evaluate the behaviour of the model and, hence, of the catchment system. The results, which indicate the sensitivity of the catchment to flow paths, to application rates and to initial soil conditions, have been incorporated into a Nutrient Export Risk Matrix (NERM).

Predicting the profile of nutrients available for absorption: from nutrient requirement to animal response and environmental impact

Current feed evaluation systems for dairy cattle aim to match nutrient requirements with nutrient intake at pre-defined production levels. These systems were not developed to address, and are not suitable to predict, the responses to dietary changes in terms of production level and product composition, excretion of nutrients to the environment, and nutrition related disorders. The change from a requirement to a response system to meet the needs of various stakeholders requires prediction of the profile of absorbed nutrients and its subsequent utilisation for various purposes. This contribution examines the challenges to predicting the profile of nutrients available for absorption in dairy cattle and provides guidelines for further improved prediction with regard to animal production responses and environmental pollution. The profile of nutrients available for absorption comprises volatile fatty acids, long-chain fatty acids, amino acids and glucose. Thus the importance of processes in the reticulo-rumen is obvious. Much research into rumen fermentation is aimed at determination of substrate degradation rates. Quantitative knowledge on rates of passage of nutrients out of the rumen is rather limited compared with that on degradation rates, and thus should be an important theme in future research. Current systems largely ignore microbial metabolic variation, and extant mechanistic models of rumen fermentation give only limited attention to explicit representation of microbial metabolic activity. Recent molecular techniques indicate that knowledge on the presence and activity of various microbial species is far from complete. Such techniques may give a wealth of information, but to include such findings in systems predicting the nutrient profile requires close collaboration between molecular scientists and mathematical modellers on interpreting and evaluating quantitative data. Protozoal metabolism is of particular interest here given the paucity of quantitative data. Empirical models lack the biological basis necessary to evaluate mitigation strategies to reduce excretion of waste, including nitrogen, phosphorus and methane. Such models may have little predictive value when comparing various feeding strategies. Examples include the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Tier II models to quantify methane emissions and current protein evaluation systems to evaluate low protein diets to reduce nitrogen losses to the environment. Nutrient based mechanistic models can address such issues. Since environmental issues generally attract more funding from governmental offices, further development of nutrient based models may well take place within an environmental framework.

Managing threatened species – the ecological toolbox, evolutionary theory and the declining-population paradigm

1. The management of threatened species is an important practical way in which conservationists can intervene in the extinction process and reduce the loss of biodiversity. Understanding the causes of population declines (past, present and future) is pivotal to designing effective practical management. This is the declining-population paradigm identified by Caughley. 2. There are three broad classes of ecological tool used by conservationists to guide management decisions for threatened species: statistical models of habitat use, demographic models and behaviour-based models. Each of these is described here, illustrated with a case study and evaluated critically in terms of its practical application. 3. These tools are fundamentally different. Statistical models of habitat use and demographic models both use descriptions of patterns in abundance and demography, in relation to a range of factors, to inform management decisions. In contrast, behaviourbased models describe the evolutionary processes underlying these patterns, and derive such patterns from the strategies employed by individuals when competing for resources under a specific set of environmental conditions. 4. Statistical models of habitat use and demographic models have been used successfully to make management recommendations for declining populations. To do this, assumptions are made about population growth or vital rates that will apply when environmental conditions are restored, based on either past data collected under favourable environmental conditions or estimates of these parameters when the agent of decline is removed. As a result, they can only be used to make reliable quantitative predictions about future environments when a comparable environment has been experienced by the population of interest in the past. 5. Many future changes in the environment driven by management will not have been experienced by a population in the past. Under these circumstances, vital rates and their relationship with population density will change in the future in a way that is not predictable from past patterns. Reliable quantitative predictions about population-level responses then need to be based on an explicit consideration of the evolutionary processes operating at the individual level. 6. Synthesis and applications. It is argued that evolutionary theory underpins Caughley’s declining-population paradigm, and that it needs to become much more widely used within mainstream conservation biology. This will help conservationists examine critically the reliability of the tools they have traditionally used to aid management decision-making. It will also give them access to alternative tools, particularly when predictions are required for changes in the environment that have not been experienced by a population in the past.

Managing threatened species: the ecological toolbox, evolutionary theory and declining-population paradigm

1. The management of threatened species is an important practical way in which conservationists can intervene in the extinction process and reduce the loss of biodiversity. Understanding the causes of population declines (past, present and future) is pivotal to designing effective practical management. This is the declining-population paradigm identified by Caughley. 2. There are three broad classes of ecological tool used by conservationists to guide management decisions for threatened species: statistical models of habitat use, demographic models and behaviour-based models. Each of these is described here, illustrated with a case study and evaluated critically in terms of its practical application. 3. These tools are fundamentally different. Statistical models of habitat use and demographic models both use descriptions of patterns in abundance and demography, in relation to a range of factors, to inform management decisions. In contrast, behaviour-based models describe the evolutionary processes underlying these patterns, and derive such patterns from the strategies employed by individuals when competing for resources under a specific set of environmental conditions. 4. Statistical models of habitat use and demographic models have been used successfully to make management recommendations for declining populations. To do this, assumptions are made about population growth or vital rates that will apply when environmental conditions are restored, based on either past data collected under favourable environmental conditions or estimates of these parameters when the agent of decline is removed. As a result, they can only be used to make reliable quantitative predictions about future environments when a comparable environment has been experienced by the population of interest in the past. 5. Many future changes in the environment driven by management will not have been experienced by a population in the past. Under these circumstances, vital rates and their relationship with population density will change in the future in a way that is not predictable from past patterns. Reliable quantitative predictions about population-level responses then need to be based on an explicit consideration of the evolutionary processes operating at the individual level. 6. Synthesis and applications. It is argued that evolutionary theory underpins Caughley's declining-population paradigm, and that it needs to become much more widely used within mainstream conservation biology. This will help conservationists examine critically the reliability of the tools they have traditionally used to aid management decision-making. It will also give them access to alternative tools, particularly when predictions are required for changes in the environment that have not been experienced by a population in the past.

Mental health of parents caring for infants

The postpartum period is a sensitive time due to the presence and demands of the developing infant. The care provided by a mother to her infant during this period may be compromised if she is suffering from postnatal depression or postpartum psychosis. Evidence has been emerging which suggests that postnatal depression and postpartum psychoses have adverse effects on the quality of the mother-infant relationship and also on the infants subsequent cognitive and emotional development. Presented is a review of the literature relating to how these conditions impact on parenting and infant outcomes, what measures are in place to detect these conditions and evidence-based models of best clinical practice are proposed.