Using Graph Components Derived from an Associative Concept Dictionary to Predict fMRI Neural Activation Patterns that Represent the Meaning of Nouns

In this study, we introduce an original distance definition for graphs, called the Markov-inverse-F measure (MiF). This measure enables the integration of classical graph theory indices with new knowledge pertaining to structural feature extraction from semantic networks. MiF improves the conventional Jaccard and/or Simpson indices, and reconciles both the geodesic information (random walk) and co-occurrence adjustment (degree balance and distribution). We measure the effectiveness of graph-based coefficients through the application of linguistic graph information for a neural activity recorded during conceptual processing in the human brain. Specifically, the MiF distance is computed between each of the nouns used in a previous neural experiment and each of the in-between words in a subgraph derived from the Edinburgh Word Association Thesaurus of English. From the MiF-based information matrix, a machine learning model can accurately obtain a scalar parameter that specifies the degree to which each voxel in (the MRI image of) the brain is activated by each word or each principal component of the intermediate semantic features. Furthermore, correlating the voxel information with the MiF-based principal components, a new computational neurolinguistics model with a network connectivity paradigm is created. This allows two dimensions of context space to be incorporated with both semantic and neural distributional representations.

Single-photon single ionization of W+ ions: experiment and theory

Experimental and theoretical results are reported for photoionization of Ta-like (W+) tungsten ions. Absolute cross sections were measured in the energy range 16–245 eV employing the photon–ion merged-beam setup at the advanced light source in Berkeley. Detailed photon-energy scans at 100 meV bandwidth were performed in the 16–108 eV range. In addition, the cross section was scanned at 50 meV resolution in regions where fine resonance structures could be observed. Theoretical results were obtained from a Dirac–Coulomb R-matrix approach. Photoionization cross section calculations were performed for singly ionized atomic tungsten ions in their 5s²5p⁶5d⁴(⁵D)6s ⁶Dj.  J = 1/2, ground level and the associated excited metastable levels with J = 3/2, 5/2, 7/2 and 9/2. Since the ion beams used in the experiments must be expected to contain long-lived excited states also from excited configurations, additional cross-section calculations were performed for the second-lowest term, 5d⁵⁶Sj, J = 5/2, and for the 4F term, 5d³6s^{2 4}Fj, with J = 3/2, 5/2, 7/2 and 9/2. Given the complexity of the electronic structure of W+ the calculations reproduce the main features of the experimental cross section quite well.

High-resolution photoionization of Xe + ions: Experiment and theory

High-resolution photoionization measurements of Xe + ions have been performed at the Advanced Light Source in Berkeley, California, USA. The experimental cross sections are compared with results from Dirac-Coulomb R-matrix calculations.

Higher order derivatives and norms of certain matrix functions

Tese de doutoramento, Matemática (Álgebra Lógica e Fundamentos), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Effectiveness of instructional strategies based on schema theory on attention deficit disorder children

A review of the literature reveals that there are a number of children in the educational system who are characterized by Attention Deficit Disorder. Further review of the literature reveals that there are information processing programs which have had some success in increasing the learning of these children. Currently, an information processing program which is based on schema theory is being implemented in Lincoln County. Since schema theory based programs build structural, conditional, factual, and procedural schemata which assist the learner in attending to salient factors, learning should be increased. Thirty-four children were selected from a random sampling of Grade Seven classes in Lincoln County. Seventeen of these children were identified by the researcher and classroom teacher as being characterized by Attention Deficit Disorder. From the remaining population, 17 children who were not characterized by Attention Deficit Disorder were randomly selected. The data collected were compared using independent t-tests, paired t-tests, and correlation analysis. Significant differences were found in all cases. The Non-Attention Deficit Disorder children scored significantly higher on all the tests but the Attention Defici t Disorder children had a significantly higher ratio of gain between the pretests and posttests.

Developing a numerical inverse-theory-based extraction of orientation-dependent relaxation rates from partially- relaxed spectra

Second-rank tensor interactions, such as quadrupolar interactions between the spin- 1 deuterium nuclei and the electric field gradients created by chemical bonds, are affected by rapid random molecular motions that modulate the orientation of the molecule with respect to the external magnetic field. In biological and model membrane systems, where a distribution of dynamically averaged anisotropies (quadrupolar splittings, chemical shift anisotropies, etc.) is present and where, in addition, various parts of the sample may undergo a partial magnetic alignment, the numerical analysis of the resulting Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectra is a mathematically ill-posed problem. However, numerical methods (de-Pakeing, Tikhonov regularization) exist that allow for a simultaneous determination of both the anisotropy and orientational distributions. An additional complication arises when relaxation is taken into account. This work presents a method of obtaining the orientation dependence of the relaxation rates that can be used for the analysis of the molecular motions on a broad range of time scales. An arbitrary set of exponential decay rates is described by a three-term truncated Legendre polynomial expansion in the orientation dependence, as appropriate for a second-rank tensor interaction, and a linear approximation to the individual decay rates is made. Thus a severe numerical instability caused by the presence of noise in the experimental data is avoided. At the same time, enough flexibility in the inversion algorithm is retained to achieve a meaningful mapping from raw experimental data to a set of intermediate, model-free

Choix de portefeuille de grande taille et mesures de risque pour preneurs de décision pessimistes

Cette thèse de doctorat consiste en trois chapitres qui traitent des sujets de choix de portefeuilles de grande taille, et de mesure de risque. Le premier chapitre traite du problème d’erreur d’estimation dans les portefeuilles de grande taille, et utilise le cadre d'analyse moyenne-variance. Le second chapitre explore l'importance du risque de devise pour les portefeuilles d'actifs domestiques, et étudie les liens entre la stabilité des poids de portefeuille de grande taille et le risque de devise. Pour finir, sous l'hypothèse que le preneur de décision est pessimiste, le troisième chapitre dérive la prime de risque, une mesure du pessimisme, et propose une méthodologie pour estimer les mesures dérivées. Le premier chapitre améliore le choix optimal de portefeuille dans le cadre du principe moyenne-variance de Markowitz (1952). Ceci est motivé par les résultats très décevants obtenus, lorsque la moyenne et la variance sont remplacées par leurs estimations empiriques. Ce problème est amplifié lorsque le nombre d’actifs est grand et que la matrice de covariance empirique est singulière ou presque singulière. Dans ce chapitre, nous examinons quatre techniques de régularisation pour stabiliser l’inverse de la matrice de covariance: le ridge, spectral cut-off, Landweber-Fridman et LARS Lasso. Ces méthodes font chacune intervenir un paramètre d’ajustement, qui doit être sélectionné. La contribution principale de cette partie, est de dériver une méthode basée uniquement sur les données pour sélectionner le paramètre de régularisation de manière optimale, i.e. pour minimiser la perte espérée d’utilité. Précisément, un critère de validation croisée qui prend une même forme pour les quatre méthodes de régularisation est dérivé. Les règles régularisées obtenues sont alors comparées à la règle utilisant directement les données et à la stratégie naïve 1/N, selon leur perte espérée d’utilité et leur ratio de Sharpe. Ces performances sont mesurée dans l’échantillon (in-sample) et hors-échantillon (out-of-sample) en considérant différentes tailles d’échantillon et nombre d’actifs. Des simulations et de l’illustration empirique menées, il ressort principalement que la régularisation de la matrice de covariance améliore de manière significative la règle de Markowitz basée sur les données, et donne de meilleurs résultats que le portefeuille naïf, surtout dans les cas le problème d’erreur d’estimation est très sévère. Dans le second chapitre, nous investiguons dans quelle mesure, les portefeuilles optimaux et stables d'actifs domestiques, peuvent réduire ou éliminer le risque de devise. Pour cela nous utilisons des rendements mensuelles de 48 industries américaines, au cours de la période 1976-2008. Pour résoudre les problèmes d'instabilité inhérents aux portefeuilles de grandes tailles, nous adoptons la méthode de régularisation spectral cut-off. Ceci aboutit à une famille de portefeuilles optimaux et stables, en permettant aux investisseurs de choisir différents pourcentages des composantes principales (ou dégrées de stabilité). Nos tests empiriques sont basés sur un modèle International d'évaluation d'actifs financiers (IAPM). Dans ce modèle, le risque de devise est décomposé en deux facteurs représentant les devises des pays industrialisés d'une part, et celles des pays émergents d'autres part. Nos résultats indiquent que le risque de devise est primé et varie à travers le temps pour les portefeuilles stables de risque minimum. De plus ces stratégies conduisent à une réduction significative de l'exposition au risque de change, tandis que la contribution de la prime risque de change reste en moyenne inchangée. Les poids de portefeuille optimaux sont une alternative aux poids de capitalisation boursière. Par conséquent ce chapitre complète la littérature selon laquelle la prime de risque est importante au niveau de l'industrie et au niveau national dans la plupart des pays. Dans le dernier chapitre, nous dérivons une mesure de la prime de risque pour des préférences dépendent du rang et proposons une mesure du degré de pessimisme, étant donné une fonction de distorsion. Les mesures introduites généralisent la mesure de prime de risque dérivée dans le cadre de la théorie de l'utilité espérée, qui est fréquemment violée aussi bien dans des situations expérimentales que dans des situations réelles. Dans la grande famille des préférences considérées, une attention particulière est accordée à la CVaR (valeur à risque conditionnelle). Cette dernière mesure de risque est de plus en plus utilisée pour la construction de portefeuilles et est préconisée pour compléter la VaR (valeur à risque) utilisée depuis 1996 par le comité de Bâle. De plus, nous fournissons le cadre statistique nécessaire pour faire de l’inférence sur les mesures proposées. Pour finir, les propriétés des estimateurs proposés sont évaluées à travers une étude Monte-Carlo, et une illustration empirique en utilisant les rendements journaliers du marché boursier américain sur de la période 2000-2011.

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.

Diluted three-dimensional random field Ising model at zero temperature with metastable dynamics.

The influence of vacancy concentration on the behavior of the three-dimensional random field Ising model with metastable dynamics is studied. We have focused our analysis on the number of spanning avalanches which allows us a clear determination of the critical line where the hysteresis loops change from continuous to discontinuous. By a detailed finite-size scaling analysis we determine the phase diagram and numerically estimate the critical exponents along the whole critical line. Finally, we discuss the origin of the curvature of the critical line at high vacancy concentration.

Influence of the driving mechanism on the response of systems with athermal dynamics: The example of the random-field Ising model

We investigate the influence of the driving mechanism on the hysteretic response of systems with athermal dynamics. In the framework of local mean-field theory at finite temperature (but neglecting thermally activated processes), we compare the rate-independent hysteresis loops obtained in the random field Ising model when controlling either the external magnetic field H or the extensive magnetization M. Two distinct behaviors are observed, depending on disorder strength. At large disorder, the H-driven and M-driven protocols yield identical hysteresis loops in the thermodynamic limit. At low disorder, when the H-driven magnetization curve is discontinuous (due to the presence of a macroscopic avalanche), the M-driven loop is reentrant while the induced field exhibits strong intermittent fluctuations and is only weakly self-averaging. The relevance of these results to the experimental observations in ferromagnetic materials, shape memory alloys, and other disordered systems is discussed.

Squared interaction matrix Sherrington-Kirkpatrick model for a spin glass

The mean-field theory of a spin glass with a specific form of nearest- and next-nearest-neighbor interactions is investigated. Depending on the sign of the interaction matrix chosen we find either the continuous replica symmetry breaking seen in the Sherrington-Kirkpartick model or a one-step solution similar to that found in structural glasses. Our results are confirmed by numerical simulations and the link between the type of spin-glass behavior and the density of eigenvalues of the interaction matrix is discussed.

Queueing Theory And Other Applications Of Stochastic Processes Queueing And Inventory Models With Rest Periods

In this thesis we study the effect of rest periods in queueing systems without exhaustive service and inventory systems with rest to the server. Most of the works in the vacation models deal with exhaustive service. Recently some results have appeared for the systems without exhaustive service.

Probability Theory. Stochastic Processes And Their Applications Probabilistic Analysis Of Some Queueing And Inventory Models

In this thesis we attempt to make a probabilistic analysis of some physically realizable, though complex, storage and queueing models. It is essentially a mathematical study of the stochastic processes underlying these models. Our aim is to have an improved understanding of the behaviour of such models, that may widen their applicability. Different inventory systems with randon1 lead times, vacation to the server, bulk demands, varying ordering levels, etc. are considered. Also we study some finite and infinite capacity queueing systems with bulk service and vacation to the server and obtain the transient solution in certain cases. Each chapter in the thesis is provided with self introduction and some important references

Semiclassical evaluation of average nuclear one- and two-body matrix elements

Thomas-Fermi theory is developed to evaluate nuclear matrix elements averaged on the energy shell, on the basis of independent particle Hamiltonians. One- and two-body matrix elements are compared with the quantal results, and it is demonstrated that the semiclassical matrix elements, as function of energy, well pass through the average of the scattered quantum values. For the one-body matrix elements it is shown how the Thomas-Fermi approach can be projected on good parity and also on good angular momentum. For the two-body case, the pairing matrix elements are considered explicitly.