An Abstract Algebraic Theory of L-Fuzzy Relations for Relational Databases

Classical relational databases lack proper ways to manage certain real-world situations including imprecise or uncertain data. Fuzzy databases overcome this limitation by allowing each entry in the table to be a fuzzy set where each element of the corresponding domain is assigned a membership degree from the real interval [0…1]. But this fuzzy mechanism becomes inappropriate in modelling scenarios where data might be incomparable. Therefore, we become interested in further generalization of fuzzy database into L-fuzzy database. In such a database, the characteristic function for a fuzzy set maps to an arbitrary complete Brouwerian lattice L. From the query language perspectives, the language of fuzzy database, FSQL extends the regular Structured Query Language (SQL) by adding fuzzy specific constructions. In addition to that, L-fuzzy query language LFSQL introduces appropriate linguistic operations to define and manipulate inexact data in an L-fuzzy database. This research mainly focuses on defining the semantics of LFSQL. However, it requires an abstract algebraic theory which can be used to prove all the properties of, and operations on, L-fuzzy relations. In our study, we show that the theory of arrow categories forms a suitable framework for that. Therefore, we define the semantics of LFSQL in the abstract notion of an arrow category. In addition, we implement the operations of L-fuzzy relations in Haskell and develop a parser that translates algebraic expressions into our implementation.

The decoupling approach to quantum information theory

La théorie de l'information quantique étudie les limites fondamentales qu'imposent les lois de la physique sur les tâches de traitement de données comme la compression et la transmission de données sur un canal bruité. Cette thèse présente des techniques générales permettant de résoudre plusieurs problèmes fondamentaux de la théorie de l'information quantique dans un seul et même cadre. Le théorème central de cette thèse énonce l'existence d'un protocole permettant de transmettre des données quantiques que le receveur connaît déjà partiellement à l'aide d'une seule utilisation d'un canal quantique bruité. Ce théorème a de plus comme corollaires immédiats plusieurs théorèmes centraux de la théorie de l'information quantique. Les chapitres suivants utilisent ce théorème pour prouver l'existence de nouveaux protocoles pour deux autres types de canaux quantiques, soit les canaux de diffusion quantiques et les canaux quantiques avec information supplémentaire fournie au transmetteur. Ces protocoles traitent aussi de la transmission de données quantiques partiellement connues du receveur à l'aide d'une seule utilisation du canal, et ont comme corollaires des versions asymptotiques avec et sans intrication auxiliaire. Les versions asymptotiques avec intrication auxiliaire peuvent, dans les deux cas, être considérées comme des versions quantiques des meilleurs théorèmes de codage connus pour les versions classiques de ces problèmes. Le dernier chapitre traite d'un phénomène purement quantique appelé verrouillage: il est possible d'encoder un message classique dans un état quantique de sorte qu'en lui enlevant un sous-système de taille logarithmique par rapport à sa taille totale, on puisse s'assurer qu'aucune mesure ne puisse avoir de corrélation significative avec le message. Le message se trouve donc «verrouillé» par une clé de taille logarithmique. Cette thèse présente le premier protocole de verrouillage dont le critère de succès est que la distance trace entre la distribution jointe du message et du résultat de la mesure et le produit de leur marginales soit suffisamment petite.

Interactive quantum information theory

La théorie de l'information quantique s'est développée à une vitesse fulgurante au cours des vingt dernières années, avec des analogues et extensions des théorèmes de codage de source et de codage sur canal bruité pour la communication unidirectionnelle. Pour la communication interactive, un analogue quantique de la complexité de la communication a été développé, pour lequel les protocoles quantiques peuvent performer exponentiellement mieux que les meilleurs protocoles classiques pour certaines tâches classiques. Cependant, l'information quantique est beaucoup plus sensible au bruit que l'information classique. Il est donc impératif d'utiliser les ressources quantiques à leur plein potentiel. Dans cette thèse, nous étudions les protocoles quantiques interactifs du point de vue de la théorie de l'information et étudions les analogues du codage de source et du codage sur canal bruité. Le cadre considéré est celui de la complexité de la communication: Alice et Bob veulent faire un calcul quantique biparti tout en minimisant la quantité de communication échangée, sans égard au coût des calculs locaux. Nos résultats sont séparés en trois chapitres distincts, qui sont organisés de sorte à ce que chacun puisse être lu indépendamment. Étant donné le rôle central qu'elle occupe dans le contexte de la compression interactive, un chapitre est dédié à l'étude de la tâche de la redistribution d'état quantique. Nous prouvons des bornes inférieures sur les coûts de communication nécessaires dans un contexte interactif. Nous prouvons également des bornes atteignables avec un seul message, dans un contexte d'usage unique. Dans un chapitre subséquent, nous définissons une nouvelle notion de complexité de l'information quantique. Celle-ci caractérise la quantité d'information, plutôt que de communication, qu'Alice et Bob doivent échanger pour calculer une tâche bipartie. Nous prouvons beaucoup de propriétés structurelles pour cette quantité, et nous lui donnons une interprétation opérationnelle en tant que complexité de la communication quantique amortie. Dans le cas particulier d'entrées classiques, nous donnons une autre caractérisation permettant de quantifier le coût encouru par un protocole quantique qui oublie de l'information classique. Deux applications sont présentées: le premier résultat général de somme directe pour la complexité de la communication quantique à plus d'une ronde, ainsi qu'une borne optimale, à un terme polylogarithmique près, pour la complexité de la communication quantique avec un nombre de rondes limité pour la fonction « ensembles disjoints ». Dans un chapitre final, nous initions l'étude de la capacité interactive quantique pour les canaux bruités. Étant donné que les techniques pour distribuer de l'intrication sont bien étudiées, nous nous concentrons sur un modèle avec intrication préalable parfaite et communication classique bruitée. Nous démontrons que dans le cadre plus ardu des erreurs adversarielles, nous pouvons tolérer un taux d'erreur maximal de une demie moins epsilon, avec epsilon plus grand que zéro arbitrairement petit, et ce avec un taux de communication positif. Il s'ensuit que les canaux avec bruit aléatoire ayant une capacité positive pour la transmission unidirectionnelle ont une capacité positive pour la communication interactive quantique. Nous concluons avec une discussion de nos résultats et des directions futures pour ce programme de recherche sur une théorie de l'information quantique interactive.

Theory and numerical integration of subsurface light transport

En synthèse d’images, reproduire les effets complexes de la lumière sur des matériaux transluminescents, tels que la cire, le marbre ou la peau, contribue grandement au réalisme d’une image. Malheureusement, ce réalisme supplémentaire est couteux en temps de calcul. Les modèles basés sur la théorie de la diffusion visent à réduire ce coût en simulant le comportement physique du transport de la lumière sous surfacique tout en imposant des contraintes de variation sur la lumière incidente et sortante. Une composante importante de ces modèles est leur application à évaluer hiérarchiquement l’intégrale numérique de l’illumination sur la surface d’un objet. Cette thèse révise en premier lieu la littérature actuelle sur la simulation réaliste de la transluminescence, avant d’investiguer plus en profondeur leur application et les extensions des modèles de diffusion en synthèse d’images. Ainsi, nous proposons et évaluons une nouvelle technique d’intégration numérique hiérarchique utilisant une nouvelle analyse fréquentielle de la lumière sortante et incidente pour adapter efficacement le taux d’échantillonnage pendant l’intégration. Nous appliquons cette théorie à plusieurs modèles qui correspondent à l’état de l’art en diffusion, octroyant une amélioration possible à leur efficacité et précision.

Photorealistic Surface Rendering with Microfacet Theory

La synthèse d'images dites photoréalistes nécessite d'évaluer numériquement la manière dont la lumière et la matière interagissent physiquement, ce qui, malgré la puissance de calcul impressionnante dont nous bénéficions aujourd'hui et qui ne cesse d'augmenter, est encore bien loin de devenir une tâche triviale pour nos ordinateurs. Ceci est dû en majeure partie à la manière dont nous représentons les objets: afin de reproduire les interactions subtiles qui mènent à la perception du détail, il est nécessaire de modéliser des quantités phénoménales de géométries. Au moment du rendu, cette complexité conduit inexorablement à de lourdes requêtes d'entrées-sorties, qui, couplées à des évaluations d'opérateurs de filtrage complexes, rendent les temps de calcul nécessaires à produire des images sans défaut totalement déraisonnables. Afin de pallier ces limitations sous les contraintes actuelles, il est nécessaire de dériver une représentation multiéchelle de la matière. Dans cette thèse, nous construisons une telle représentation pour la matière dont l'interface correspond à une surface perturbée, une configuration qui se construit généralement via des cartes d'élévations en infographie. Nous dérivons notre représentation dans le contexte de la théorie des microfacettes (conçue à l'origine pour modéliser la réflectance de surfaces rugueuses), que nous présentons d'abord, puis augmentons en deux temps. Dans un premier temps, nous rendons la théorie applicable à travers plusieurs échelles d'observation en la généralisant aux statistiques de microfacettes décentrées. Dans l'autre, nous dérivons une procédure d'inversion capable de reconstruire les statistiques de microfacettes à partir de réponses de réflexion d'un matériau arbitraire dans les configurations de rétroréflexion. Nous montrons comment cette théorie augmentée peut être exploitée afin de dériver un opérateur général et efficace de rééchantillonnage approximatif de cartes d'élévations qui (a) préserve l'anisotropie du transport de la lumière pour n'importe quelle résolution, (b) peut être appliqué en amont du rendu et stocké dans des MIP maps afin de diminuer drastiquement le nombre de requêtes d'entrées-sorties, et (c) simplifie de manière considérable les opérations de filtrage par pixel, le tout conduisant à des temps de rendu plus courts. Afin de valider et démontrer l'efficacité de notre opérateur, nous synthétisons des images photoréalistes anticrenelées et les comparons à des images de référence. De plus, nous fournissons une implantation C++ complète tout au long de la dissertation afin de faciliter la reproduction des résultats obtenus. Nous concluons avec une discussion portant sur les limitations de notre approche, ainsi que sur les verrous restant à lever afin de dériver une représentation multiéchelle de la matière encore plus générale.

An Information Theory framework for two-stage binary image operator design

The design of translation invariant and locally defined binary image operators over large windows is made difficult by decreased statistical precision and increased training time. We present a complete framework for the application of stacked design, a recently proposed technique to create two-stage operators that circumvents that difficulty. We propose a novel algorithm, based on Information Theory, to find groups of pixels that should be used together to predict the Output Value. We employ this algorithm to automate the process of creating a set of first-level operators that are later combined in a global operator. We also propose a principled way to guide this combination, by using feature selection and model comparison. Experimental results Show that the proposed framework leads to better results than single stage design. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Conditional reasoning: A key to assessing computer-based knowledge-building communication processes

This article describes a methodological approach to conditional reasoning in online asynchronous learning environments such as Virtual-U VGroups, developed by SFU, BC, Canada, consistent with the notion of meaning implication: If part of a meaning C is embedded in B and a part of a meaning B is embedded in A, then A implies C in terms of meaning [Piaget 91]. A new transcript analysis technique was developed to assess the flows of conditional meaning implications and to identify the occurrence of hypotheses and connections among them in two human science graduate mixed-mode online courses offered in the summer/spring session of 1997 by SFU. Flows of conditional meaning implications were confronted with Virtual-U VGroups threads and results of the two courses were compared. Findings suggest that Virtual-U VGroups is a knowledge-building environment although the tree-like Virtual-U VGroups threads should be transformed into neuronal-like threads. Findings also suggest that formulating hypotheses together triggers a collaboratively problem-solving process that scaffolds knowledge-building in asynchronous learning environments: A pedagogical technique and an built-in tool for formulating hypotheses together are proposed. © Springer Pub. Co.

Hybrid heuristic-waterfilling game theory approach in MC-CDMA resource allocation

This paper discusses the power allocation with fixed rate constraint problem in multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA) networks, that has been solved through game theoretic perspective by the use of an iterative water-filling algorithm (IWFA). The problem is analyzed under various interference density configurations, and its reliability is studied in terms of solution existence and uniqueness. Moreover, numerical results reveal the approach shortcoming, thus a new method combining swarm intelligence and IWFA is proposed to make practicable the use of game theoretic approaches in realistic MC-CDMA systems scenarios. The contribution of this paper is twofold: (i) provide a complete analysis for the existence and uniqueness of the game solution, from simple to more realist and complex interference scenarios; (ii) propose a hybrid power allocation optimization method combining swarm intelligence, game theory and IWFA. To corroborate the effectiveness of the proposed method, an outage probability analysis in realistic interference scenarios, and a complexity comparison with the classical IWFA are presented. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

A Restriction-Centered Theory of Reasoning and Computation to materialize a Web 3.0

Researchers suggest that personalization on the Semantic Web adds up to a Web 3.0 eventually. In this Web, personalized agents process and thus generate the biggest share of information rather than humans. In the sense of emergent semantics, which supplements traditional formal semantics of the Semantic Web, this is well conceivable. An emergent Semantic Web underlying fuzzy grassroots ontology can be accomplished through inducing knowledge from users' common parlance in mutual Web 2.0 interactions [1]. These ontologies can also be matched against existing Semantic Web ontologies, to create comprehensive top-level ontologies. On the Web, if augmented with information in the form of restrictions andassociated reliability (Z-numbers) [2], this collection of fuzzy ontologies constitutes an important basis for an implementation of Zadeh's restriction-centered theory of reasoning and computation (RRC) [3]. By considering real world's fuzziness, RRC differs from traditional approaches because it can handle restrictions described in natural language. A restriction is an answer to a question of the value of a variable such as the duration of an appointment. In addition to mathematically well-defined answers, RRC can likewise deal with unprecisiated answers as "about one hour." Inspired by mental functions, it constitutes an important basis to leverage present-day Web efforts to a natural Web 3.0. Based on natural language information, RRC may be accomplished with Z-number calculation to achieve a personalized Web reasoning and computation. Finally, through Web agents' understanding of natural language, they can react to humans more intuitively and thus generate and process information.

Relative Predicativity and dependent recursion in second-order set theory and higher-orders theories

This article reports that some robustness of the notions of predicativity and of autonomous progression is broken down if as the given infinite total entity we choose some mathematical entities other than the traditional ω. Namely, the equivalence between normal transfinite recursion scheme and new dependent transfinite recursion scheme, which does hold in the context of subsystems of second order number theory, does not hold in the context of subsystems of second order set theory where the universe V of sets is treated as the given totality (nor in the contexts of those of n+3-th order number or set theories, where the class of all n+2-th order objects is treated as the given totality).