New methods for meta-analysis under a fixed effects framework, with frequentist and Bayesian estimation.

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

Higher-order moments in the theory of diversifying and portfolio composition

This paper examines the role of higher-order moments in portfolio choice within an expected-utility framework. We consider two-, three-, four- and five-parameter density functions for portfolio returns and derive exact conditions under which investors would all be optimally plungers rather than diversifiers. Through comparative statics we show the importance of higher-order risk preference properties, such as riskiness, prudence and temperance, in determining plunging behaviour. Empirical estimates for the S&P500 provide evidence for the optimality of diversification.

Inexact restoration approaches to solve mathematical program with complementarity constraints

Mathematical Program with Complementarity Constraints (MPCC) finds applica- tion in many fields. As the complementarity constraints fail the standard Linear In- dependence Constraint Qualification (LICQ) or the Mangasarian-Fromovitz constraint qualification (MFCQ), at any feasible point, the nonlinear programming theory may not be directly applied to MPCC. However, the MPCC can be reformulated as NLP problem and solved by nonlinear programming techniques. One of them, the Inexact Restoration (IR) approach, performs two independent phases in each iteration - the feasibility and the optimality phases. This work presents two versions of an IR algorithm to solve MPCC. In the feasibility phase two strategies were implemented, depending on the constraints features. One gives more importance to the complementarity constraints, while the other considers the priority of equality and inequality constraints neglecting the complementarity ones. The optimality phase uses the same approach for both algorithm versions. The algorithms were implemented in MATLAB and the test problems are from MACMPEC collection.

A new MILP based approach for unit commitment in power production planning

This paper presents a complete, quadratic programming formulation of the standard thermal unit commitment problem in power generation planning, together with a novel iterative optimisation algorithm for its solution. The algorithm, based on a mixed-integer formulation of the problem, considers piecewise linear approximations of the quadratic fuel cost function that are dynamically updated in an iterative way, converging to the optimum; this avoids the requirement of resorting to quadratic programming, making the solution process much quicker. From extensive computational tests on a broad set of benchmark instances of this problem, the algorithm was found to be flexible and capable of easily incorporating different problem constraints. Indeed, it is able to tackle ramp constraints, which although very important in practice were rarely considered in previous publications. Most importantly, optimal solutions were obtained for several well-known benchmark instances, including instances of practical relevance, that are not yet known to have been solved to optimality. Computational experiments and their results showed that the method proposed is both simple and extremely effective.

Shared resources and precedence constraints with capacity sharing and stealing

This paper proposes a new strategy to integrate shared resources and precedence constraints among real-time tasks, assuming no precise information on critical sections and computation times is available. The concept of bandwidth inheritance is combined with a greedy capacity sharing and stealing policy to efficiently exchange bandwidth among tasks, minimising the degree of deviation from the ideal system's behaviour caused by inter-application blocking. The proposed capacity exchange protocol (CXP) focus on exchanging extra capacities as early, and not necessarily as fairly, as possible. This loss of optimality is worth the reduced complexity as the protocol's behaviour nevertheless tends to be fair in the long run and outperforms other solutions in highly dynamic scenarios, as demonstrated by extensive simulations.

An optimal boundary fair scheduling

Nowadays, many real-time operating systems discretize the time relying on a system time unit. To take this behavior into account, real-time scheduling algorithms must adopt a discrete-time model in which both timing requirements of tasks and their time allocations have to be integer multiples of the system time unit. That is, tasks cannot be executed for less than one time unit, which implies that they always have to achieve a minimum amount of work before they can be preempted. Assuming such a discrete-time model, the authors of Zhu et al. (Proceedings of the 24th IEEE international real-time systems symposium (RTSS 2003), 2003, J Parallel Distrib Comput 71(10):1411–1425, 2011) proposed an efficient “boundary fair” algorithm (named BF) and proved its optimality for the scheduling of periodic tasks while achieving full system utilization. However, BF cannot handle sporadic tasks due to their inherent irregular and unpredictable job release patterns. In this paper, we propose an optimal boundary-fair scheduling algorithm for sporadic tasks (named BF TeX ), which follows the same principle as BF by making scheduling decisions only at the job arrival times and (expected) task deadlines. This new algorithm was implemented in Linux and we show through experiments conducted upon a multicore machine that BF TeX outperforms the state-of-the-art discrete-time optimal scheduler (PD TeX ), benefiting from much less scheduling overheads. Furthermore, it appears from these experimental results that BF TeX is barely dependent on the length of the system time unit while PD TeX —the only other existing solution for the scheduling of sporadic tasks in discrete-time systems—sees its number of preemptions, migrations and the time spent to take scheduling decisions increasing linearly when improving the time resolution of the system.

Optimal and Robust Designs of Step-stress Accelerated Life Testing Experiments for Proportional Hazards Models

Accelerated life testing (ALT) is widely used to obtain reliability information about a product within a limited time frame. The Cox s proportional hazards (PH) model is often utilized for reliability prediction. My master thesis research focuses on designing accelerated life testing experiments for reliability estimation. We consider multiple step-stress ALT plans with censoring. The optimal stress levels and times of changing the stress levels are investigated. We discuss the optimal designs under three optimality criteria. They are D-, A- and Q-optimal designs. We note that the classical designs are optimal only if the model assumed is correct. Due to the nature of prediction made from ALT experimental data, attained under the stress levels higher than the normal condition, extrapolation is encountered. In such case, the assumed model cannot be tested. Therefore, for possible imprecision in the assumed PH model, the method of construction for robust designs is also explored.

A Scalability Study and New Algorithms for Large-Scale Many-Objective Optimization

Many real-world optimization problems contain multiple (often conflicting) goals to be optimized concurrently, commonly referred to as multi-objective problems (MOPs). Over the past few decades, a plethora of multi-objective algorithms have been proposed, often tested on MOPs possessing two or three objectives. Unfortunately, when tasked with solving MOPs with four or more objectives, referred to as many-objective problems (MaOPs), a large majority of optimizers experience significant performance degradation. The downfall of these optimizers is that simultaneously maintaining a well-spread set of solutions along with appropriate selection pressure to converge becomes difficult as the number of objectives increase. This difficulty is further compounded for large-scale MaOPs, i.e., MaOPs possessing large amounts of decision variables. In this thesis, we explore the challenges of many-objective optimization and propose three new promising algorithms designed to efficiently solve MaOPs. Experimental results demonstrate the proposed optimizers to perform very well, often outperforming state-of-the-art many-objective algorithms.

Multiple Public Goods and Lexicographic Preferences Replacement Principle.

We study the problem of locating two public goods for a group of agents with single-peaked preferences over an interval. An alternative specifies a location for each public good. In Miyagawa (1998), each agent consumes only his most preferred public good without rivalry. We extend preferences lexicographically and characterize the class of single-peaked preference rules by Pareto-optimality and replacement-domination. This result is considerably different from the corresponding characterization by Miyagawa (2001a).

Natural-Resource Exploitation with Costly Enforcement of Property Rights

This paper proposes a model of natural-resource exploitation when private ownership requires costly enforcement activities. For a given wage rate, it is shown how enforcement costs can increase with labor's average productivity on a resource site. As a result, it is never optimal for the site owner to produce at the point where marginal productivity equals the wage rate. It may even be optimal to exploit at a point exhibiting negative marginal returns. An important parameter in the analysis is the prevailing wage rate. When wages are low, further decreases in the wage rates can reduce the returns from resource exploitation. At sufficiently low wages, positive returns can be rendered impossible to achieve and the site is abandoned to a free-access exploitation. The analysis provides some clues as to why property rights may be more difficult to delineate in less developed countries. It proposes a different framework from which to address normative issues such as the desirability of free trade with endogenous enforcement costs, the optimality of private decisions to enforce property rights, the effect of income distribution on property rights enforceability, etc.

Optimization of p-cycle protection schemes in optical networks

La survie des réseaux est un domaine d'étude technique très intéressant ainsi qu'une préoccupation critique dans la conception des réseaux. Compte tenu du fait que de plus en plus de données sont transportées à travers des réseaux de communication, une simple panne peut interrompre des millions d'utilisateurs et engendrer des millions de dollars de pertes de revenu. Les techniques de protection des réseaux consistent à fournir une capacité supplémentaire dans un réseau et à réacheminer les flux automatiquement autour de la panne en utilisant cette disponibilité de capacité. Cette thèse porte sur la conception de réseaux optiques intégrant des techniques de survie qui utilisent des schémas de protection basés sur les p-cycles. Plus précisément, les p-cycles de protection par chemin sont exploités dans le contexte de pannes sur les liens. Notre étude se concentre sur la mise en place de structures de protection par p-cycles, et ce, en supposant que les chemins d'opération pour l'ensemble des requêtes sont définis a priori. La majorité des travaux existants utilisent des heuristiques ou des méthodes de résolution ayant de la difficulté à résoudre des instances de grande taille. L'objectif de cette thèse est double. D'une part, nous proposons des modèles et des méthodes de résolution capables d'aborder des problèmes de plus grande taille que ceux déjà présentés dans la littérature. D'autre part, grâce aux nouveaux algorithmes, nous sommes en mesure de produire des solutions optimales ou quasi-optimales. Pour ce faire, nous nous appuyons sur la technique de génération de colonnes, celle-ci étant adéquate pour résoudre des problèmes de programmation linéaire de grande taille. Dans ce projet, la génération de colonnes est utilisée comme une façon intelligente d'énumérer implicitement des cycles prometteurs. Nous proposons d'abord des formulations pour le problème maître et le problème auxiliaire ainsi qu'un premier algorithme de génération de colonnes pour la conception de réseaux protegées par des p-cycles de la protection par chemin. L'algorithme obtient de meilleures solutions, dans un temps raisonnable, que celles obtenues par les méthodes existantes. Par la suite, une formulation plus compacte est proposée pour le problème auxiliaire. De plus, nous présentons une nouvelle méthode de décomposition hiérarchique qui apporte une grande amélioration de l'efficacité globale de l'algorithme. En ce qui concerne les solutions en nombres entiers, nous proposons deux méthodes heurisiques qui arrivent à trouver des bonnes solutions. Nous nous attardons aussi à une comparaison systématique entre les p-cycles et les schémas classiques de protection partagée. Nous effectuons donc une comparaison précise en utilisant des formulations unifiées et basées sur la génération de colonnes pour obtenir des résultats de bonne qualité. Par la suite, nous évaluons empiriquement les versions orientée et non-orientée des p-cycles pour la protection par lien ainsi que pour la protection par chemin, dans des scénarios de trafic asymétrique. Nous montrons quel est le coût de protection additionnel engendré lorsque des systèmes bidirectionnels sont employés dans de tels scénarios. Finalement, nous étudions une formulation de génération de colonnes pour la conception de réseaux avec des p-cycles en présence d'exigences de disponibilité et nous obtenons des premières bornes inférieures pour ce problème.

Essais sur la conception de mécanismes et les enchères

Cette thèse est composée de trois essais liés à la conception de mécanisme et aux enchères. Dans le premier essai j'étudie la conception de mécanismes bayésiens efficaces dans des environnements où les fonctions d'utilité des agents dépendent de l'alternative choisie même lorsque ceux-ci ne participent pas au mécanisme. En plus d'une règle d'attribution et d'une règle de paiement le planificateur peut proférer des menaces afin d'inciter les agents à participer au mécanisme et de maximiser son propre surplus; Le planificateur peut présumer du type d'un agent qui ne participe pas. Je prouve que la solution du problème de conception peut être trouvée par un choix max-min des types présumés et des menaces. J'applique ceci à la conception d'une enchère multiple efficace lorsque la possession du bien par un acheteur a des externalités négatives sur les autres acheteurs. Le deuxième essai considère la règle du juste retour employée par l'agence spatiale européenne (ESA). Elle assure à chaque état membre un retour proportionnel à sa contribution, sous forme de contrats attribués à des sociétés venant de cet état. La règle du juste retour est en conflit avec le principe de la libre concurrence puisque des contrats ne sont pas nécessairement attribués aux sociétés qui font les offres les plus basses. Ceci a soulevé des discussions sur l'utilisation de cette règle: les grands états ayant des programmes spatiaux nationaux forts, voient sa stricte utilisation comme un obstacle à la compétitivité et à la rentabilité. Apriori cette règle semble plus coûteuse à l'agence que les enchères traditionnelles. Nous prouvons au contraire qu'une implémentation appropriée de la règle du juste retour peut la rendre moins coûteuse que des enchères traditionnelles de libre concurrence. Nous considérons le cas de l'information complète où les niveaux de technologie des firmes sont de notoriété publique, et le cas de l'information incomplète où les sociétés observent en privée leurs coûts de production. Enfin, dans le troisième essai je dérive un mécanisme optimal d'appel d'offre dans un environnement où un acheteur d'articles hétérogènes fait face a de potentiels fournisseurs de différents groupes, et est contraint de choisir une liste de gagnants qui est compatible avec des quotas assignés aux différents groupes. La règle optimale d'attribution consiste à assigner des niveaux de priorité aux fournisseurs sur la base des coûts individuels qu'ils rapportent au décideur. La manière dont ces niveaux de priorité sont déterminés est subjective mais connue de tous avant le déroulement de l'appel d'offre. Les différents coûts rapportés induisent des scores pour chaque liste potentielle de gagnant. Les articles sont alors achetés à la liste ayant les meilleurs scores, s'il n'est pas plus grand que la valeur de l'acheteur. Je montre également qu'en général il n'est pas optimal d'acheter les articles par des enchères séparées.

Essays in open economy macroeconomics with borrowing frictions

Cette thèse comporte trois essais en macroéconomie en économie ouverte et commerce international. Je considère tour à tour les questions suivantes: sous quelles conditions est-il optimal pour un pays de former une union économique? (essai 1); l'augmentation de la dispersion transversale des avoirs extérieurs nets des pays est-elle compatible avec une dispersion relativement stable des taux d'investissement? (essai 2); le risque de perte de marché à l'exportation du fait de l'existence des zones de commerce préférentiel joue t-il un rôle dans la décision des pays exclus de négocier des accords commerciaux à leur tour? (essai 3). Le premier essai examine les conditions d'optimalité d'une union économique. Il s'intéresse à une motivation particulière: le partage du risque lié aux fluctuations du revenu. Dans la situation initiale, les pays ont très peu d'opportunités pour partager le risque à cause des frictions: les marchés financiers internationaux sont incomplets et il n'y pas de mécanisme pour faire respecter les contrats de crédit entre pays. Dans ce contexte, une union économique apparait comme un arrangement qui pallie à ces frictions entre les pays membres seulement. Cependant, l'union dans son ensemble continue de faire face à ces frictions lorsqu'elle échange avec le reste du monde. L'arbitrage clé dans le modèle est le suivant. D'un coté, l'intégration économique permet un meilleur partage du risque entre pays membres et la possibilité pour le partenaire pauvre d'utiliser la ligne de crédit du partenaire riche en cas de besoin. De l'autre coté, l'union peut faire face à une limite de crédit plus restrictive parce que résilier la dette extérieure est moins coûteux pour les membres l'union. De plus, le fait que le partenaire pauvre peut utiliser la limite de crédit du partenaire riche génère une externalité négative pour ce dernier qui se retrouve plus fréquemment contraint au niveau des marchés internationaux des capitaux. En conformité avec les faits observés sur l'intégration économique, le modèle prédit que les unions économiques sont relativement peu fréquentes, sont plus susceptibles d'être créées parmi des pays homogènes, et généralement riches. Le deuxième essai porte sur la dispersion des avoirs extérieurs nets et la relation avec la dispersion des taux d'investissement. Au cours des récentes décennies, la dispersion croissante des déséquilibres extérieurs et les niveaux record atteints par certaines grandes économies ont reçu une attention considérable. On pourrait attribuer ce phénomène à une réduction des barrières aux mouvements internationaux des capitaux. Mais dans ce cas, il est légitime de s'attendre à une augmentation de la dispersion au niveau des taux d'investissement; ceci, parce que le financement des besoins en investissements constitue une raison fondamentale pour laquelle les pays échangent les capitaux. Les données indiquent cependant que la dispersion des taux d'investissement est restée relativement stable au cours des récentes décennies. Pour réconcilier ces faits, je construis un modèle d'équilibre général dynamique et stochastique où les pays sont hétérogènes en raison des chocs idiosyncratiques à leurs niveaux de productivité totale des facteurs. Au niveau des marchés internationaux des capitaux, le menu des actifs disponibles est restreint à une obligation sans risque et il n'y a pas de mécanisme pour faire respecter les contrats de crédit entre pays. A tout moment, un pays peut choisir de résilier sa dette extérieure sous peine d'exclusion financière et d'un coût direct. Ce coût direct reflète les canaux autres que l'exclusion financière à travers lesquels les pays en défaut sont pénalisés. Lorsque le modèle est calibré pour reproduire l'évolution de la dispersion transversale des avoirs extérieurs nets, il produit une dispersion relativement stable des taux d'investissement. La raison principale est que les incitations que les pays ont à investir sont liées à la productivité. Avec l'intégration financière, même si les opportunités d'emprunt se sont multipliées, les incitations à investir n'ont pas beaucoup changé. Ce qui permet de générer une dispersion accrue de la position des avoirs extérieurs nets des pays avec une dispersion relativement stable des taux d'investissement. Le troisième essai analyse un aspect de l'interdépendance dans la formation des accords commerciaux préférentiels: j'examine empiriquement si le risque de diversion des exportations en faveur des pays membres des zones de commerce préférentiel est un facteur déterminant dans la décision des pays exclus de ces accords de négocier un accord à leur tour. Je construis un indicateur qui mesure le potentiel de diversion des exportations auquel font face les pays et estime un modèle probit de formation des zones de commerce préférentiel créées entre 1961 et 2005. Les résultats confirment que les pays confrontés à un plus grand potentiel de détournement des échanges sont plus susceptibles de former une zone de commerce préférentiel à leur tour.

Models and algorithms for the capacitated location-routing problem

Le problème de localisation-routage avec capacités (PLRC) apparaît comme un problème clé dans la conception de réseaux de distribution de marchandises. Il généralisele problème de localisation avec capacités (PLC) ainsi que le problème de tournées de véhicules à multiples dépôts (PTVMD), le premier en ajoutant des décisions liées au routage et le deuxième en ajoutant des décisions liées à la localisation des dépôts. Dans cette thèse on dévelope des outils pour résoudre le PLRC à l’aide de la programmation mathématique. Dans le chapitre 3, on introduit trois nouveaux modèles pour le PLRC basés sur des flots de véhicules et des flots de commodités, et on montre comment ceux-ci dominent, en termes de la qualité de la borne inférieure, la formulation originale à deux indices [19]. Des nouvelles inégalités valides ont été dévelopées et ajoutées aux modèles, de même que des inégalités connues. De nouveaux algorithmes de séparation ont aussi été dévelopés qui dans la plupart de cas généralisent ceux trouvés dans la litterature. Les résultats numériques montrent que ces modèles de flot sont en fait utiles pour résoudre des instances de petite à moyenne taille. Dans le chapitre 4, on présente une nouvelle méthode de génération de colonnes basée sur une formulation de partition d’ensemble. Le sous-problème consiste en un problème de plus court chemin avec capacités (PCCC). En particulier, on utilise une relaxation de ce problème dans laquelle il est possible de produire des routes avec des cycles de longueur trois ou plus. Ceci est complété par des nouvelles coupes qui permettent de réduire encore davantage le saut d’intégralité en même temps que de défavoriser l’apparition de cycles dans les routes. Ces résultats suggèrent que cette méthode fournit la meilleure méthode exacte pour le PLRC. Dans le chapitre 5, on introduit une nouvelle méthode heuristique pour le PLRC. Premièrement, on démarre une méthode randomisée de type GRASP pour trouver un premier ensemble de solutions de bonne qualité. Les solutions de cet ensemble sont alors combinées de façon à les améliorer. Finalement, on démarre une méthode de type détruir et réparer basée sur la résolution d’un nouveau modèle de localisation et réaffectation qui généralise le problème de réaffectaction [48].

La conciliation travail-famille pour les professionnels de la réadaptation : un défi d'une participation sociale optimale au quotidien?

Introduction: La participation sociale "optimale" peut se définir comme une congruence parfaite entre les attentes de l'individu et sa réalité. La conciliation travail-famille fait appel à l'équilibre des différentes sphéres de vie du travailler. On peut alors s'interroger sur la perception de l'optimalité qu'ont les professionnels de la réadaptation quant à leur propre niveau de participation, conciliant plusieurs sphéres de vie et les facteurs qui influencent cette participation. But: Explorer la perception de l'optimalité de la participation sociale chez des professionnels de la réadaptation et les facteurs identifiés par ces derniers comme l'influençant. Méthode: Étude qualitative d'orientation phénoménologique auprés de treize professionnels de la réadaptation à l'aide d'un guide d'entrevue composé de questions ouvertes. Les données recueillies ont été enregistrées sur bande audio et transcrites intégralement (verbatim) suivi d'une analyse de contenu. Résultats: Les participants, majoritairement des femmes (12/13) étaient âgés de 31 à 44 ans et avaient entre un et trois enfants dont l'âge variait de 7 mois à 12 ans. L'optimalité de la participation est perçue comme: la possibilité (ou non) d'accomplir ses activités significatives tout en prenant en charge ses différentes responsabilités. Parmi les cinq facteurs environnementaux perçus comme ayant une influence (l'aspect financier, le soutien du conjoint, le temps, la flexibilité des horaires au travail et la structure familiale) la structure familiale apparait comme déterminante du possible et influence ainsi grandement les attentes individuelles.Conclusion: La conciliation travail-famille est un phénomène complexe qui gagne à être étudié dans sa globalité plutôt qu'en silo.