Applied mathematical problem solving, modelling, applications, and links to other subjects

The paper will consist of three parts. In part I we shall present some background considerations which are necessary as a basis for what follows. We shall try to clarify some basic concepts and notions, and we shall collect the most important arguments (and related goals) in favour of problem solving, modelling and applications to other subjects in mathematics instruction. In the main part II we shall review the present state, recent trends, and prospective lines of development, both in empirical or theoretical research and in the practice of mathematics instruction and mathematics education, concerning (applied) problem solving, modelling, applications and relations to other subjects. In particular, we shall identify and discuss four major trends: a widened spectrum of arguments, an increased globality, an increased unification, and an extended use of computers. In the final part III we shall comment upon some important issues and problems related to our topic.

"Schwarzer Untertan versus schwarzer Bruder". Bernhard Dernburgs Reformen in den Kolonien Deutsch-Ostafrika, Deutsch-Südwestafrika, Togo und Kamerun

Nachdem sich in der Kolonialkrise von 1906 das Scheitern der ersten Periode deutscher Kolonialherrschaft (1885-1906) offenbarte, wurde Bernhard Dernburg die grundlegende Reorganisation der Kolonialpolitik anvertraut. Als Mann aus der Welt der Banken und Finanzen sollte er die stagnierende Entwicklung der Kolonien mit Hilfe von administrativen und wirtschaftlichen Reformmaßnahmen vorantreiben und gleichzeitig der indigenen Bevölkerung eine humane Behandlung zu garantieren. Um diese Ziele zu erreichen, verabschiedete er Reformen, die eine Rationalisierung und Humanisierung der Arbeiterpolitik vorsahen. Sowohl in der zeitgenössischen Literatur als auch in der aktuellen wissenschaftlichen Forschung wird der Amtsantritt Bernhard Dernburgs zum Leiter der Kolonialabteilung im Jahre 1906 als der „Beginn einer neuen humanen Ära“ deutscher Kolonialpolitik oder als „Wandel zum Besseren“ bezeichnet. Die Dissertation „Schwarzer Untertan versus Schwarzer Bruder. Bernhard Dernburgs Reformen in den Kolonien Deutsch-Ostafrika, Deutsch-Südwestafrika, Togo und Kamerun“ untersucht die Intention, Akzeptanz, Umsetzung und Auswirkung der reformatorischen Eingeborenenpolitik und klärt, ob die Beurteilung der Ära Dernburg (1906-1910) in der zeitgenössischen und aktuellen Forschung eine Berechtigung hat. Obwohl zumindest in der Theorie sein Konzept einer rationalen und humanen Kolonialpolitik sicherlich eine Abkehr von der bisher betriebenen Kolonialpolitik bedeutete, zeigt sich jedoch bei der Umsetzung der Reformen eine deutliche Diskrepanz zwischen Intention und Realität. Auch wenn zumindest die Bestrebung Dernburgs zur Verrechtlichung der indigenen Arbeitsverhältnisse gewürdigt werden sollte, so muss doch konstatiert werden, dass es in der „Ära Dernburg“ definitiv nicht zu einer grundlegenden Verbesserung der indigenen Lebenssituation in den deutschen Kolonien kam. Im Gegenteil, die Dernburgsche Reformpolitik beschleunigte vielmehr den Verelendungsprozess der indigenen Bevölkerung. In allen afrikanischen Kolonien verschlechterten sich mit der Intensivierung der Verwaltung die sozialen und menschlichen Beziehungen zwischen Afrikanern und Europäern. Vieles von dem, was Dernburg in seinem Programm propagierte, konnte nicht erreicht werden. Zwar führte Dernburg in Deutsch-Ostafrika, Deutsch-Südwestafrika und in Kamerun eine rechtlich bindende Arbeiterverordnung ein, jedoch unterschieden sich die Bestimmungen zum Teil erheblich voneinander, so dass von einer einheitlichen Modernisierung des kolonialen Arbeitsrechts nicht die Rede sein kann. Viele arbeitsrechtliche Bereiche, wie z.B. die Arbeiteranwerbung, Lohnzahlung, Minderjährigenschutz, Vertragsdauer, Arbeitszeit, Verpflegung und Unterkunft wurden nur unzureichend geregelt. Ähnlich negativ muss auch die Reformierung der Strafrechtspflege bewertet werden. Die Kodifizierung eines Eingeborenenstrafrechts scheiterte sowohl am Widerstand der lokalen Verwaltung als auch am Grundkonsens der Rechtmäßigkeit einer Rassenjustiz. Kolonialpolitik war auch in der „Ära Dernburg“ nichts anderes als „rohe Ausbeutungspolitik“, die zur Lösung der Arbeiterfrage beitragen sollte. Aber gerade hier, bei der Mobilisierung von afrikanischen Lohnarbeitern, war der Kolonialstaatssekretär nicht etwa mit einer „Arbeiterfürsorgepolitik“, sondern mit der Fortführung der Enteignungs- und Zwangsmaßnahmen erfolgreich gewesen. Insgesamt ist ein deutlicher Anstieg an afrikanischen Arbeitern in europäischen Unternehmen zu verzeichnen, was darauf schließen lässt, dass Dernburgs Verordnungen einen günstigen Einfluss auf die Arbeiterfrage ausgeübt haben. Obwohl nicht von einem grundlegenden Neuanfang der Kolonialpolitik gesprochen werden kann, sollte ebenso wenig bezweifelt werden, dass sich die deutsche Kolonialpolitik nicht unter Dernburg veränderte. Größere indigene Aufstände und Unruhen blieben aus, so dass während seiner Amtszeit eine systematische wirtschaftliche Erschließung der Kolonien beginnen konnte.

Technical and scale efficiency of cassava production system in Delta State, Nigeria: an application of Two-Stage DEA approach

The present study examines the level of pure technical and scale efficiencies of cassava production system including its sub-processes (that is production and processing stages) of 278 cassava farmers/processors from three regions of Delta State, Nigeria by applying Two-Stage Data Envelopment Analysis (DEA) approach. Results reveal that pure technical efficiency (PTE) is significantly lower at the production stage 0.41 vs 0.55 for the processing stage, but scale efficiency (SE) is high at both stages (0.84 and 0.87), implying that productivity can be improved substantially by reallocation of resources and adjusting operation size. The socio-economic determinants exert differential impacts on PTE and SE at each stage. Overall, education, experience and main occupation as farmer significantly improve SE while subsistence pressure reduces it. Extension contact significantly improves SE at the processing stage but reduces PTE and SE overall. Inverse size-PTE and size-SE relationships exist in cassava production system. In other words, large/medium farms are technically and scale inefficient. Gender gap exists in performance. Male farmers are technically efficient at processing stage but scale inefficient overall. Farmers in northern region are technically efficient. Investments in education, extension services and infrastructure are suggested as policy options to improve the cassava sector in Nigeria.

Multicast extension of unicast charging for QoS Services

In order to successfully deploy multicast services in QoS-aware networks, pricing architectures must take into account the particular characteristics of multicast sessions. With this objective, we propose a charging scheme for QoS multicast services, assuming that the unicast cost of each interconnecting link is determined and that such cost is expressed in terms of quality of service (QoS) parameters. Our scheme allows determining the cost distribution of a multicast session along a cost distribution tree (CDT), and basing such distribution in those pre-existing unicast cost functions. The paper discusses in detail the main characteristics of the problem in a realistic interdomain scenario and how the proposed scheme would contribute to its solution

Augmented state Kalman filtering for AUV navigation

Addresses the problem of estimating the motion of an autonomous underwater vehicle (AUV), while it constructs a visual map ("mosaic" image) of the ocean floor. The vehicle is equipped with a down-looking camera which is used to compute its motion with respect to the seafloor. As the mosaic increases in size, a systematic bias is introduced in the alignment of the images which form the mosaic. Therefore, this accumulative error produces a drift in the estimation of the position of the vehicle. When the arbitrary trajectory of the AUV crosses over itself, it is possible to reduce this propagation of image alignment errors within the mosaic. A Kalman filter with augmented state is proposed to optimally estimate both the visual map and the vehicle position

Estrategias de internacionalización de la industria de panaderia en el mercado de la provincia de Shanxi China

China es el cuarto país más extenso del mundo así como el más densamente poblado. En la actualidad, se ha caracterizado por ser una economía con un papel importante en el comercio mundial. Es por este motivo, que en el año 2010 se convirtió en el país con más exportaciones en el mundo, ubicándose en las primeras economías después de los Estados Unidos. Por otro lado, China considera a Colombia como un país influyente en América Latina, lo que posibilita que en un futuro se puedan convertir en socios comerciales. Sin embargo, se debe resaltar que por su extensión, China es un país de diversas culturas por lo que el trabajo “Estrategias de internacionalización de la industria de panadería en Colombia hacia la provincia de Shanxi, China”, se centrara únicamente en la provincia de Shanxi. Dicha provincia es reconocida por su gran abundancia de recursos minerales, adicionalmente, juega un papel decisivo en la red eléctrica del Norte de China y planea convertirse en la base industrial del país por lo que promete un futuro próspero para su población convirtiéndose en un lugar potencial para centrar el trabajo. También, se debe resaltar el auge y crecimiento de la industria de panadería en Colombia ya que no solamente es perteneciente a la canasta familiar sino que es necesario y rentable para los empresarios. Además es una industria que genera productos de alta calidad y con valor agregado. Como toda industria colombiana esta también tienen ciertas falencias entre ellas se debe resaltar la falta de asociación; problemática en la cual se basara este trabajo ya que, como dice Anónimo 2011, “La importancia de su creación radica en que asociados, los panaderos podrían llegar fácilmente a encontrar soluciones a ese bajo consumo o incluso lograr alianzas para una mayor capacitación” y así facilitar la entrada a mercados internacionales. Para mostrar lo anterior, se analizaran 3 casos de empresas Colombianas, que muestran las diferentes etapas para entrar a un mercado internacional. La primera de ella Noel, con su trayectoria en el mercado Colombia, en este momento cuenta con presencia en varios países de Latinoamérica y Norteamérica. La segunda Pan Pa Ya que a través de su técnica de ultracongelación ha logrado conquistar países en Latinoamérica, Europa, Japón, Canadá entre otros. Finalmente se encuentra Ramo, empresa que aún no ha logrado entrar en mercados internacionales, pero se encuentra mejorando sus procesos para internacionalizarse y para llegar a aquellos colombianos que viven en el exterior. Como complemento se busca resaltar la importancia de la asociación y la creación de clústeres de las empresas colombianas para la generación de productos de alta calidad que satisfagan las condiciones requeridas para entrar en nuevos mercados, teniendo en cuenta las pautas necesarias para generar ventajas competitivas y estrategias de internacionalización

Minimalist perspectives for psycholinguistic research

A particular approach to the study of psycholinguistic processes is presented, which is based on a minimalist conception of language. A procedural model of language acquisition is sketched, which reconciles infants speech processing and the idea of innately guided learning with a minimalist view of the initial state of language acquisition in an account of the bootstrapping problem. Language acquisition is viewed as proceeding with the progressive specification of formal features of the functional categories of the lexicon. The possibility of a minimalist derivation to be incorporated in a sentence production and/or comprehension model is discussed. Possible sources of language impairment, as manifested in SLI (Specific Language Impairment) syndrome, are considered in the light of this integrative approach. Reference is made to experimental work carried out in Brazilian Portuguese, with some extension to European Portuguese and River-Plate Spanish.

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

State-of-the-art for entity-centric repository and authoring environment for multimedia

Many projects, e.g. VIKEF [13] and KIM [7], present grounded approaches for the use of entities as a means of indexing and retrieval of multimedia resources from heterogeneous sources. In this paper, we discuss the state-of-the-art of entity-centric approaches for multimedia indexing and retrieval. A summary of projects employing entity-centric repositories are portrayed. This paper also looks at the current state-of-the-art authoring environment, Macromedia Authorware, and the possibility of potential extension of this environment for entity-based multimedia authoring.

Solutions of a two-dimensional dam-break problem

Solutions of a two-dimensional dam break problem are presented for two tailwater/reservoir height ratios. The numerical scheme used is an extension of one previously given by the author [J. Hyd. Res. 26(3), 293–306 (1988)], and is based on numerical characteristic decomposition. Thus approximate solutions are obtained via linearised problems, and the method of upwind differencing is used for the resulting scalar problems, together with a flux limiter for obtaining a second order scheme which avoids non-physical, spurious oscillations.

Worry and problem-solving skills and beliefs in primary school children

Objective. To examine the association between worry and problem-solving skills and beliefs (confidence and perceived control) in primary school children. Method. Children (8–11 years) were screened using the Penn State Worry Questionnaire for Children. High (N ¼ 27) and low (N ¼ 30) scorers completed measures of anxiety, problem-solving skills (generating alternative solutions to problems, planfulness, and effectiveness of solutions) and problem-solving beliefs(confidence and perceived control). Results. High and low worry groups differed significantly on measures of anxiety and problem-solving beliefs (confidence and control) but not on problem-solving skills. Conclusions. Consistent with findings with adults, worry in children was associated with cognitive distortions, not skills deficits. Interventions for worried children may benefit froma focus on increasing positive problem-solving beliefs.

Neurofuzzy state identification using prefiltering

A new state estimator algorithm is based on a neurofuzzy network and the Kalman filter algorithm. The major contribution of the paper is recognition of a bias problem in the parameter estimation of the state-space model and the introduction of a simple, effective prefiltering method to achieve unbiased parameter estimates in the state-space model, which will then be applied for state estimation using the Kalman filtering algorithm. Fundamental to this method is a simple prefiltering procedure using a nonlinear principal component analysis method based on the neurofuzzy basis set. This prefiltering can be performed without prior system structure knowledge. Numerical examples demonstrate the effectiveness of the new approach.

Adapting to new challenges: extension theory and practice for the 21st century

Twenty first century challenges facing agriculture include climate change, threats to food security for a growing population and downward economic pressures on rural livelihoods. Addressing these challenges will require innovation in extension theory, policy and education, at a time when the dominance of the state in the provision of knowledge and information services to farmers and rural entrepreneurs continues to decline. This paper suggests that extension theory is catching up with and helping us to understand innovative extension practice, and therefore provides a platform for improving rural development policies and strategies. Innovation is now less likely to be spoken of as something to be passed on to farmers, than as a continuing process of creativity and adaptation that can be nurtured and sustained. Innovation systems and innovation platforms are concepts that recognise the multiple factors that lead to farmers’ developing, adapting and applying new ideas and the importance of linking all actors in the value chain to ensure producers can access appropriate information and advice for decision making at all stages in the production process. Concepts of social learning, group development and solidarity, social capital, collective action and empowerment all help to explain and therefore to apply more effectively group extension approaches in building confidence and sustaining innovation. A challenge facing educators is to ensure the curricula for aspiring extension professionals in our higher education institutions are regularly reviewed and keep up with current and future developments in theory, policy and practice.

Measuring the impact of observations on the predictability of the Kuroshio Extension in a shallow-water model

In this paper sequential importance sampling is used to assess the impact of observations on a ensemble prediction for the decadal path transitions of the Kuroshio Extension (KE). This particle filtering approach gives access to the probability density of the state vector, which allows us to determine the predictive power — an entropy based measure — of the ensemble prediction. The proposed set-up makes use of an ensemble that, at each time, samples the climatological probability distribution. Then, in a post-processing step, the impact of different sets of observations is measured by the increase in predictive power of the ensemble over the climatological signal during one-year. The method is applied in an identical-twin experiment for the Kuroshio Extension using a reduced-gravity shallow water model. We investigate the impact of assimilating velocity observations from different locations during the elongated and the contracted meandering state of the KE. Optimal observations location correspond to regions with strong potential vorticity gradients. For the elongated state the optimal location is in the first meander of the KE. During the contracted state of the KE it is located south of Japan, where the Kuroshio separates from the coast.