Ciencias de la complejidad: estado actual

Los aportes teóricos y aplicados de la complejidad en economía han tomado tantas direcciones y han sido tan frenéticos en las últimas décadas, que no existe un trabajo reciente, hasta donde conocemos, que los compile y los analice de forma integrada. El objetivo de este proyecto, por tanto, es desarrollar un estado situacional de las diferentes aplicaciones conceptuales, teóricas, metodológicas y tecnológicas de las ciencias de la complejidad en la economía. Asimismo, se pretende analizar las tendencias recientes en el estudio de la complejidad de los sistemas económicos y los horizontes que las ciencias de la complejidad ofrecen de cara al abordaje de los fenómenos económicos del mundo globalizado contemporáneo.

Estructura computacional i aplicacions de la semblança molecular quàntica

La tesis tracta diferents aspectes relacionats amb el càlcul de la semblança quàntica, així com la seva aplicació en la racionalització i predicció de l'activitat de fàrmacs. Es poden destacar dos progressos importants en el desenvolupament de noves metodologies que faciliten el càlcul de les mesures de semblança quàntica. En primer lloc, la descripció de les molècules mitjançant les funciones densitat aproximades PASA (Promolecular Atomic Shell Approximation) ha permès descriure amb suficient precisió la densitat electrònica dels sistemes moleculars analitzats, reduint substancialment el temps de càlcul de les mesures de semblança. En segon lloc, el desenvolupament de tècniques de superposició molecular específiques de les mesures de semblança quàntica ha permès resoldre el problema de l'alineament en l'espai dels compostos comparats. El perfeccionament d'aquests nous procediments i algoritmes matemàtics associats a les mesures de semblança molecular quàntica, ha estat essencial per poder progressar en diferents disciplines de la química computacional, sobretot les relacionades amb les anàlisis quantitatives entre les estructures moleculars i les seves activitats biològiques, conegudes amb les sigles angleses QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationships). Precisament en l'àrea de les relacions estructura-activitat s'han presentat dues aproximacions fonamentades en la semblança molecular quàntica que s'originen a partir de dues representacions diferents de les molècules. La primera descripció considera la densitat electrònica global de les molècules i és important, entre altres, la disposició dels objectes comparats en l'espai i la seva conformació tridimensional. El resultat és una matriu de semblança amb les mesures de semblança de tots els parells de compostos que formen el conjunt estudiat. La segona descripció es fonamenta en la partició de la densitat global de les molècules en fragments. S'utilitzen mesures d'autosemblança per analitzar els requeriments bàsics d'una determinada activitat des del punt de vista de la semblança quàntica. El procés permet la detecció de les regions moleculars que són responsables d'una alta resposta biològica. Això permet obtenir un patró amb les regions actives que és d'evident interès per als propòsits del disseny de fàrmacs. En definitiva, s'ha comprovat que mitjançant la simulació i manipulació informàtica de les molècules en tres dimensions es pot obtenir una informació essencial en l'estudi de la interacció entre els fàrmacs i els seus receptors macromoleculars.

Funcions densitat i semblança molecular quàntica: nous desenvolupaments i aplicacions

La present tesi, tot i que emmarcada dins de la teoria de les Mesures Semblança Molecular Quántica (MQSM), es deriva en tres àmbits clarament definits: - La creació de Contorns Moleculars de IsoDensitat Electrònica (MIDCOs, de l'anglès Molecular IsoDensity COntours) a partir de densitats electròniques ajustades. - El desenvolupament d'un mètode de sobreposició molecular, alternatiu a la regla de la màxima semblança. - Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR, de l'anglès Quantitative Structure-Activity Relationships). L'objectiu en el camp dels MIDCOs és l'aplicació de funcions densitat ajustades, ideades inicialment per a abaratir els càlculs de MQSM, per a l'obtenció de MIDCOs. Així, es realitza un estudi gràfic comparatiu entre diferents funcions densitat ajustades a diferents bases amb densitats obtingudes de càlculs duts a terme a nivells ab initio. D'aquesta manera, l'analogia visual entre les funcions ajustades i les ab initio obtinguda en el ventall de representacions de densitat obtingudes, i juntament amb els valors de les mesures de semblança obtinguts prèviament, totalment comparables, fonamenta l'ús d'aquestes funcions ajustades. Més enllà del propòsit inicial, es van realitzar dos estudis complementaris a la simple representació de densitats, i són l'anàlisi de curvatura i l'extensió a macromolècules. La primera observació correspon a comprovar no només la semblança dels MIDCOs, sinó la coherència del seu comportament a nivell de curvatura, podent-se així observar punts d'inflexió en la representació de densitats i veure gràficament aquelles zones on la densitat és còncava o convexa. Aquest primer estudi revela que tant les densitats ajustades com les calculades a nivell ab initio es comporten de manera totalment anàloga. En la segona part d'aquest treball es va poder estendre el mètode a molècules més grans, de fins uns 2500 àtoms. Finalment, s'aplica part de la filosofia del MEDLA. Sabent que la densitat electrònica decau ràpidament al allunyar-se dels nuclis, el càlcul d'aquesta pot ser obviat a distàncies grans d'aquests. D'aquesta manera es va proposar particionar l'espai, i calcular tan sols les funcions ajustades de cada àtom tan sols en una regió petita, envoltant l'àtom en qüestió. Duent a terme aquest procés, es disminueix el temps de càlcul i el procés esdevé lineal amb nombre d'àtoms presents en la molècula tractada. En el tema dedicat a la sobreposició molecular es tracta la creació d'un algorisme, així com la seva implementació en forma de programa, batejat Topo-Geometrical Superposition Algorithm (TGSA), d'un mètode que proporcionés aquells alineaments que coincideixen amb la intuïció química. El resultat és un programa informàtic, codificat en Fortran 90, el qual alinea les molècules per parelles considerant tan sols nombres i distàncies atòmiques. La total absència de paràmetres teòrics permet desenvolupar un mètode de sobreposició molecular general, que proporcioni una sobreposició intuïtiva, i també de forma rellevant, de manera ràpida i amb poca intervenció de l'usuari. L'ús màxim del TGSA s'ha dedicat a calcular semblances per al seu ús posterior en QSAR, les quals majoritàriament no corresponen al valor que s'obtindria d'emprar la regla de la màxima semblança, sobretot si hi ha àtoms pesats en joc. Finalment, en l'últim tema, dedicat a la Semblança Quàntica en el marc del QSAR, es tracten tres aspectes diferents: - Ús de matrius de semblança. Aquí intervé l'anomenada matriu de semblança, calculada a partir de les semblances per parelles d'entre un conjunt de molècules. Aquesta matriu és emprada posteriorment, degudament tractada, com a font de descriptors moleculars per a estudis QSAR. Dins d'aquest àmbit s'han fet diversos estudis de correlació d'interès farmacològic, toxicològic, així com de diverses propietats físiques. - Aplicació de l'energia d'interacció electró-electró, assimilat com a una forma d'autosemblança. Aquesta modesta contribució consisteix breument en prendre el valor d'aquesta magnitud, i per analogia amb la notació de l'autosemblança molecular quàntica, assimilar-la com a cas particular de d'aquesta mesura. Aquesta energia d'interacció s'obté fàcilment a partir de programari mecanoquàntic, i esdevé ideal per a fer un primer estudi preliminar de correlació, on s'utilitza aquesta magnitud com a únic descriptor. - Càlcul d'autosemblances, on la densitat ha estat modificada per a augmentar el paper d'un substituent. Treballs previs amb densitats de fragments, tot i donar molt bons resultats, manquen de cert rigor conceptual en aïllar un fragment, suposadament responsable de l'activitat molecular, de la totalitat de l'estructura molecular, tot i que les densitats associades a aquest fragment ja difereixen degut a pertànyer a esquelets amb diferents substitucions. Un procediment per a omplir aquest buit que deixa la simple separació del fragment, considerant així la totalitat de la molècula (calcular-ne l'autosemblança), però evitant al mateix temps valors d'autosemblança no desitjats provocats per àtoms pesats, és l'ús de densitats de Forats de fermi, els quals es troben definits al voltant del fragment d'interès. Aquest procediment modifica la densitat de manera que es troba majoritàriament concentrada a la regió d'interès, però alhora permet obtenir una funció densitat, la qual es comporta matemàticament igual que la densitat electrònica regular, podent-se així incorporar dins del marc de la semblança molecular. Les autosemblances calculades amb aquesta metodologia han portat a bones correlacions amb àcids aromàtics substituïts, podent així donar una explicació al seu comportament. Des d'un altre punt de vista, també s'han fet contribucions conceptuals. S'ha implementat una nova mesura de semblança, la d'energia cinètica, la qual consisteix en prendre la recentment desenvolupada funció densitat d'energia cinètica, la qual al comportar-se matemàticament igual a les densitats electròniques regulars, s'ha incorporat en el marc de la semblança. A partir d'aquesta mesura s'han obtingut models QSAR satisfactoris per diferents conjunts moleculars. Dins de l'aspecte del tractament de les matrius de semblança s'ha implementat l'anomenada transformació estocàstica com a alternativa a l'ús de l'índex Carbó. Aquesta transformació de la matriu de semblança permet obtenir una nova matriu no simètrica, la qual pot ser posteriorment tractada per a construir models QSAR.

A genetic algorithm for the design of a fuzzy controller for active queue management

Active queue management (AQM) policies are those policies of router queue management that allow for the detection of network congestion, the notification of such occurrences to the hosts on the network borders, and the adoption of a suitable control policy. This paper proposes the adoption of a fuzzy proportional integral (FPI) controller as an active queue manager for Internet routers. The analytical design of the proposed FPI controller is carried out in analogy with a proportional integral (PI) controller, which recently has been proposed for AQM. A genetic algorithm is proposed for tuning of the FPI controller parameters with respect to optimal disturbance rejection. In the paper the FPI controller design metodology is described and the results of the comparison with random early detection (RED), tail drop, and PI controller are presented.

Approximations to the scattering of water waves by steep topography

A new method is developed for approximating the scattering of linear surface gravity waves on water of varying quiescent depth in two dimensions. A conformal mapping of the fluid domain onto a uniform rectangular strip transforms steep and discontinuous bed profiles into relatively slowly varying, smooth functions in the transformed free-surface condition. By analogy with the mild-slope approach used extensively in unmapped domains, an approximate solution of the transformed problem is sought in the form of a modulated propagating wave which is determined by solving a second-order ordinary differential equation. This can be achieved numerically, but an analytic solution in the form of a rapidly convergent infinite series is also derived and provides simple explicit formulae for the scattered wave amplitudes. Small-amplitude and slow variations in the bedform that are excluded from the mapping procedure are incorporated in the approximation by a straightforward extension of the theory. The error incurred in using the method is established by means of a rigorous numerical investigation and it is found that remarkably accurate estimates of the scattered wave amplitudes are given for a wide range of bedforms and frequencies.

High performance blocking filters for the region 1µm to 20µm

A set of filters based on the sequence of semiconductor edges is described which offers continuity of short-wave infrared blocking. The rejection throughout the stop region is greater than 103 for each filter and the transmission better than 70% through one octave with a square cutoff. The cutoff points are located at intervals of about two-thirds of an octave. Filters at 2.6 ,µm, 5.5 µm, and 12 µm which use a low-passing multilayer in combination with a semiconductor absorption edge are described in detail. The design of multilayers for optimum performance is discussed by analogy with the synthesis of electric circuit filters.

Fidelity in interpretation: Lord Hoffmann and the adventure of the empty house

This paper explores Dworkin's 'law as a chain novel' analogy and considers the recent work of Dworkin and MacCormick through close scrutiny of two recent judgments of Lord Hoffmann, in Barlow Clowes v Eurotrust International [2005] UKPC 37 and Barker v Corus [2006] UKHL 20. The aim is to examine Dworkin's theory in the context of recent English private law decisions and determine whether Lord Hoffmann's approach to interpretation is consistent with that of Dworkin (as his Lordship has contended in the past). It is argued that Lord Hoffmann's treatment of recent decisions on which he himself sat raises significant questions regarding fidelity, coherence and the institutional structure of the House of Lords.

The elliptic sine-Gordon equation in a half plane

We consider boundary value problems for the elliptic sine-Gordon equation posed in the half plane y > 0. This problem was considered in Gutshabash and Lipovskii (1994 J. Math. Sci. 68 197–201) using the classical inverse scattering transform approach. Given the limitations of this approach, the results obtained rely on a nonlinear constraint on the spectral data derived heuristically by analogy with the linearized case. We revisit the analysis of such problems using a recent generalization of the inverse scattering transform known as the Fokas method, and show that the nonlinear constraint of Gutshabash and Lipovskii (1994 J. Math. Sci. 68 197–201) is a consequence of the so-called global relation. We also show that this relation implies a stronger constraint on the spectral data, and in particular that no choice of boundary conditions can be associated with a decaying (possibly mod 2π) solution analogous to the pure soliton solutions of the usual, time-dependent sine-Gordon equation. We also briefly indicate how, in contrast to the evolutionary case, the elliptic sine-Gordon equation posed in the half plane does not admit linearisable boundary conditions.

Sequence-selective assembly of tweezer-molecules on linear templates enables frameshift-reading of sequence information

Monomer-sequence information in synthetic copolyimides can be recognised by tweezer-type molecules binding to adjacent triplet-sequences on the polymer chains. In the present paper different tweezer-molecules are found to have different sequence-selectivities, as demonstrated in solution by 1H NMR spectroscopy and in the solid state by single crystal X-ray analyses of tweezer-complexes with linear and macrocyclic oligo-imides. This work provides clear-cut confirmation of polyimide chain-folding and adjacent-tweezer-binding. It also reveals a new and entirely unexpected mechanism for sequence-recognition which, by analogy with a related process in biomolecular information processing, may be termed "frameshift-reading". The ability of one particular tweezer-molecule to detect, with exceptionally high sensitivity, long-range sequence-information in chain-folding aromatic copolyimides, is readily explained by this novel process.

Systolic random number generation for genetic algorithms

A parallel hardware random number generator for use with a VLSI genetic algorithm processing device is proposed. The design uses an systolic array of mixed congruential random number generators. The generators are constantly reseeded with the outputs of the proceeding generators to avoid significant biasing of the randomness of the array which would result in longer times for the algorithm to converge to a solution. 1 Introduction In recent years there has been a growing interest in developing hardware genetic algorithm devices [1, 2, 3]. A genetic algorithm (GA) is a stochastic search and optimization technique which attempts to capture the power of natural selection by evolving a population of candidate solutions by a process of selection and reproduction [4]. In keeping with the evolutionary analogy, the solutions are called chromosomes with each chromosome containing a number of genes. Chromosomes are commonly simple binary strings, the bits being the genes.

Mathematical modelling of decision making processes in construction projects

Many different individuals, who have their own expertise and criteria for decision making, are involved in making decisions on construction projects. Decision-making processes are thus significantly affected by communication, in which a dynamic performance of human intentions leads to unpredictable outcomes. In order to theorise the decision making processes including communication, it is argued here that the decision making processes resemble evolutionary dynamics in terms of both selection and mutation, which can be expressed by the replicator-mutator equation. To support this argument, a mathematical model of decision making has been made from an analogy with evolutionary dynamics, in which there are three variables: initial support rate, business hierarchy, and power of persuasion. On the other hand, a survey of patterns in decision making in construction projects has also been performed through self-administered mail questionnaire to construction practitioners. Consequently, comparison between the numerical analysis of mathematical model and the statistical analysis of empirical data has shown a significant potential of the replicator-mutator equation as a tool to study dynamic properties of intentions in communication.

Identification of a novel mammalian post-translational modification, phosphocholine, on placental secretory polypeptides

Placental neurokinin B appears to be post-translationally modified by phosphocholine (PC) attached to the aspartyl side chain at residue 4 of the mature peptide. Corticotrophin releasing factor (CRF) was found to be expressed by the rat placenta with the main secreted forms being phosphocholinated proCRF+/- one or two polysaccharide moieties. A combination of high-pressure liquid chromatography (HPLC) and two-site immunometric analysis suggested that PC was also attached to the placental precursors of adrenocorticotrophin, hemokinin, activin and follistatin. However, the fully processed forms of rat placental activin and CRF were free of PC. Formerly, the parasitic filarial nematodes have used PC as a post-translational modification, attached via the polysaccharicle moiety of certain secretory glycoproteins to attenuate the host immune system allowing parasite survival, but it is the PC group itself which endows the carrier with the biological activity. The fact that treatment of proCRF peptides with phospholipase C but not endoglycosidase destroyed PC immunoreactivity suggested a simpler mode of attachment of PC to placental peptides than that used by nematodes. Thus, it is possible that by analogy the placenta uses its secreted phosphocholinated hormones to modulate the mother's immune system and help protect the placenta from rejection.

Aziridine synthesis via nucleophilic attack of carbene equivalents on imines: the aza-Darzens reaction

The development of new methods for the efficient synthesis of aziridines has been of considerable interest to researchers for more than 60 years, but no single method has yet emerged as uniformly applicable, especially for asymmetric synthesis of chiral aziridines. One method which has been intensely examined and expanded of late involves the nucleophilic addition to imines by anions bearing a-leaving groups; by analogy with the glycidate epoxide synthesis, these processes are often described as "aza-Darzens reactions". This Microreview gives a summary of the area, with a focus on contemporary developments. ((C) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2009)

COMPUTER assisted technologies to enhance CONCURRENce in building DESIGN

Modern organisms are adapted to a wide variety of habitats and lifestyles. The processes of evolution have led to complex, interdependent, well-designed mechanisms of todays world and this research challenge is to transpose these innovative solutions to resolve problems in the context of architectural design practice, e.g., to relate design by nature with design by human. In a design by human environment, design synthesis can be performed with the use of rapid prototyping techniques that will enable to transform almost instantaneously any 2D design representation into a physical three-dimensional model, through a rapid prototyping printer machine. Rapid prototyping processes add layers of material one on top of another until a complete model is built and an analogy can be established with design by nature where the natural lay down of earth layers shapes the earth surface, a natural process occurring repeatedly over long periods of time. Concurrence in design will particularly benefit from rapid prototyping techniques, as the prime purpose of physical prototyping is to promptly assist iterative design, enabling design participants to work with a three-dimensional hardcopy and use it for the validation of their design-ideas. Concurrent design is a systematic approach aiming to facilitate the simultaneous involvment and commitment of all participants in the building design process, enabling both an effective reduction of time and costs at the design phase and a quality improvement of the design product. This paper presents the results of an exploratory survey investigating both how computer-aided design systems help designers to fully define the shape of their design-ideas and the extent of the application of rapid prototyping technologies coupled with Internet facilities by design practice. The findings suggest that design practitioners recognize that these technologies can greatly enhance concurrence in design, though acknowledging a lack of knowledge in relation to the issue of rapid prototyping.

Educational value of different types of exhibits in an interactive science and technology center

This study analyzes the short-term consequences of visitors' use of different types of exhibits (i.e., "exemplars of phenomena" and "analogy based") together with the factors affecting visitors' understanding of and their evaluation of the use of such exhibits. One hundred and twenty five visitors (either alone or in groups) were observed during their interaction and interviewed immediately afterwards. Findings suggest that the type of exhibit constrains the nature of the understanding achieved. The use of analogical reasoning may lead to an intended causal explanation of an exhibit that is an exemplar of a phenomenon, but visitors often express misconceptions as a consequence of using this type of exhibit. Analogy-based exhibits are often not used as intended by the designer. This may be because visitors do not access the source domain intended; are unaware of the use of analogy per se (in particular, when the exhibit is of the subtype "only showing similarities between relationships"); only acquire fragmentary knowledge about the target; or fail to use analogical reasoning of which they were capable. Furthermore, exhibits related to everyday world situations are recognized to have an immediate educative value for visitors. Suggestions for enhancing the educative value of exhibits are proposed.