A data-dependent skeleton estimate and a scale-sensitive dimension for classification

The classical binary classification problem is investigatedwhen it is known in advance that the posterior probability function(or regression function) belongs to some class of functions. We introduceand analyze a method which effectively exploits this knowledge. The methodis based on minimizing the empirical risk over a carefully selected``skeleton'' of the class of regression functions. The skeleton is acovering of the class based on a data--dependent metric, especiallyfitted for classification. A new scale--sensitive dimension isintroduced which is more useful for the studied classification problemthan other, previously defined, dimension measures. This fact isdemonstrated by performance bounds for the skeleton estimate in termsof the new dimension.

The stationary distribution of a continuously varying strategy in a class-structured population under mutation-selection-drift balance.

Many traits and/or strategies expressed by organisms are quantitative phenotypes. Because populations are of finite size and genomes are subject to mutations, these continuously varying phenotypes are under the joint pressure of mutation, natural selection and random genetic drift. This article derives the stationary distribution for such a phenotype under a mutation-selection-drift balance in a class-structured population allowing for demographically varying class sizes and/or changing environmental conditions. The salient feature of the stationary distribution is that it can be entirely characterized in terms of the average size of the gene pool and Hamilton's inclusive fitness effect. The exploration of the phenotypic space varies exponentially with the cumulative inclusive fitness effect over state space, which determines an adaptive landscape. The peaks of the landscapes are those phenotypes that are candidate evolutionary stable strategies and can be determined by standard phenotypic selection gradient methods (e.g. evolutionary game theory, kin selection theory, adaptive dynamics). The curvature of the stationary distribution provides a measure of the stability by convergence of candidate evolutionary stable strategies, and it is evaluated explicitly for two biological scenarios: first, a coordination game, which illustrates that, for a multipeaked adaptive landscape, stochastically stable strategies can be singled out by letting the size of the gene pool grow large; second, a sex-allocation game for diploids and haplo-diploids, which suggests that the equilibrium sex ratio follows a Beta distribution with parameters depending on the features of the genetic system.

A characterization of a new value and an existing value for cooperative games with levels structure of cooperation

En aquest treball presentem dues caracteritzacions de dos valors diferents en el marc dels jocs coalicionals amb cooperació restringida. Les restriccions són introduïdes com una seqüència finita de particions del conjunt del jugadors, de manera que cada una d'elles eés més grollera que l'anterior, formant així una estructura amb diferents nivells d'unions a priori.

An axiomatization of the nucleolus of the assignment game

[cat] En el domini dels jocs bilaterals d’assignació, es presenta una axiomàtica del nucleolus com l´unica solució que compleix les propietats de consistència respecte del joc derivat definit per Owen (1992) i monotonia de les queixes dels sectors respecte de la seva cardinalitat. Com a conseqüència obtenim una caracterització geomètrica del nucleolus mitjançant una propietat de bisecció més forta que la que satisfan els punts del kernel (Maschler et al, 1979).

A note on the coincidence between Stackelberg and Nash equilibria in a differential game between government and firms

[cat] A Navas i Marín Solano es va demostrar la coincidència entre els equilibris de Nash i de Stackelberg per a una versi´o modificada del joc diferencial proposat por Lancaster (1973). Amb l’objectiu d’obtenir una solució interior, es van imposar restriccions importants sobre el valors dels paràmetres del model. En aquest treball estenem aquest resultat, en el límit en que la taxa de descompte és igual a zero, eliminant les restriccions i considerant totes les solucions possibles.

The maximun and the addition of assigment games

[cat] En el context dels mercats a dues bandes, considerem, en primer lloc, que els jugadors poden escollir on dur a terme les seves transaccions. Mostrem que el joc corresponent a aquesta situació, que es representa pel màxim d’un conjunt finit de jocs d’assignació, pot ser un joc no equilibrat. Aleshores proporcionem condicions per a l’equilibri del joc i, per aquest cas, analitzem algunes propietats del core del joc. En segon lloc, considerem que els jugadors poden fer transaccions en diversos mercats simultàniament i, llavors, sumar els guanys obtinguts. El joc corresponent, representat per la suma d’un conjunt finit de jocs d’assignació, és equilibrat. A més a més, sota certes condicions, la suma dels cores dels dos jocs d’assignació coincideix amb el core del joc suma.

A characterization of a new value and an existing value for cooperative games with levels structure of cooperation

En aquest treball presentem dues caracteritzacions de dos valors diferents en el marc dels jocs coalicionals amb cooperació restringida. Les restriccions són introduïdes com una seqüència finita de particions del conjunt del jugadors, de manera que cada una d'elles eés més grollera que l'anterior, formant així una estructura amb diferents nivells d'unions a priori.

An axiomatization of the nucleolus of the assignment game

[cat] En el domini dels jocs bilaterals d’assignació, es presenta una axiomàtica del nucleolus com l´unica solució que compleix les propietats de consistència respecte del joc derivat definit per Owen (1992) i monotonia de les queixes dels sectors respecte de la seva cardinalitat. Com a conseqüència obtenim una caracterització geomètrica del nucleolus mitjançant una propietat de bisecció més forta que la que satisfan els punts del kernel (Maschler et al, 1979).

A note on the coincidence between Stackelberg and Nash equilibria in a differential game between government and firms

[cat] A Navas i Marín Solano es va demostrar la coincidència entre els equilibris de Nash i de Stackelberg per a una versi´o modificada del joc diferencial proposat por Lancaster (1973). Amb l’objectiu d’obtenir una solució interior, es van imposar restriccions importants sobre el valors dels paràmetres del model. En aquest treball estenem aquest resultat, en el límit en que la taxa de descompte és igual a zero, eliminant les restriccions i considerant totes les solucions possibles.

The maximun and the addition of assigment games

[cat] En el context dels mercats a dues bandes, considerem, en primer lloc, que els jugadors poden escollir on dur a terme les seves transaccions. Mostrem que el joc corresponent a aquesta situació, que es representa pel màxim d’un conjunt finit de jocs d’assignació, pot ser un joc no equilibrat. Aleshores proporcionem condicions per a l’equilibri del joc i, per aquest cas, analitzem algunes propietats del core del joc. En segon lloc, considerem que els jugadors poden fer transaccions en diversos mercats simultàniament i, llavors, sumar els guanys obtinguts. El joc corresponent, representat per la suma d’un conjunt finit de jocs d’assignació, és equilibrat. A més a més, sota certes condicions, la suma dels cores dels dos jocs d’assignació coincideix amb el core del joc suma.

Electronic and magnetic structure of LaMnO3 from hybrid periodic density-functional theory

The electronic and magnetic structures of the LaMnO3 compound have been studied by means of periodic calculations within the framework of spin polarized hybrid density-functional theory. In order to quantify the role of approximations to electronic exchange and correlation three different hybrid functionals have been used which mix nonlocal Fock and local Dirac-Slater exchange. Periodic Hartree-Fock results are also reported for comparative purposes. The A-antiferromagnetic ground state is properly predicted by all methods including Hartree-Fock exchange. In general, the different hybrid methods provide a rather accurate description of the band gap and of the two magnetic coupling constants, strongly suggesting that the corresponding description of the electronic structure is also accurate. An important conclusion emerging from this study is that the nature of the occupied states near the Fermi level is intermediate between the Hartree-Fock and local density approximation descriptions with a comparable participation of both Mn and O states.

Exposure to superfluous information reduces cooperation and increases antisocial punishment in reputation-based interactions

Human cooperation is often based on reputation gained from previous interactions with third parties. Such reputation can be built on generous or punitive actions, and both, one's own reputation and the reputation of others have been shown to influence decision making in experimental games that control for confounding variables. Here we test how reputation-based cooperation and punishment react to disruption of the cognitive processing in different kinds of helping games with observers. Saying a few superfluous words before each interaction was used to possibly interfere with working memory. In a first set of experiments, where reputation could only be based on generosity, the disruption reduced the frequency of cooperation and lowered mean final payoffs. In a second set of experiments where reputation could only be based on punishment, the disruption increased the frequency of antisocial punishment (i.e. of punishing those who helped) and reduced the frequency of punishing defectors. Our findings suggest that working memory can easily be constraining in reputation-based interactions within experimental games, even if these games are based on a few simple rules with a visual display that provides all the information the subjects need to play the strategies predicted from current theory. Our findings also highlight a weakness of experimental games, namely that they can be very sensitive to environmental variation and that quantitative conclusions about antisocial punishment or other behavioral strategies can easily be misleading.

Conformity, upstream reciprocity and social diversity: secondary mechanisms for the evolution of cooperation

Cooperation is ubiquitous in nature: genes cooperate in genomes, cells in muti- cellular organims, and individuals in societies. In humans, division of labor and trade are key elements of most known societies, where social life is regulated by- moral systems specifying rights and duties often enforced by third party punish¬ment. Over the last decades, several primary mechanisms, such as kin selection, direct and indirect reciprocity, have been advanced to explain the evolution of cooperation from a naturalistic approach. In this thesis, I focus on the study of three secondary mechanisms which, although insufficient to allow for the evo¬lution of cooperation, have been hypothesized to further promote it when they are linked to proper primary mechanisms: conformity (the tendency to imitate common behaviors), upstream reciprocity (the tendency to help somebody once help has been received from somebody else) and social diversity (heterogeneous social contexts). I make use of mathematical and computational models in the formal framework of evolutionary game theory in order to investigate the theoret¬ical conditions under which conformity, upstream reciprocity and social diversity are able to raise the levels of cooperation attained in evolving populations. - La coopération est ubiquitaire dans la nature: les gènes coopèrent dans les génomes, les cellules dans les organismes muticellulaires, et les organismes dans les sociétés. Chez les humains, la division du travail et le commerce sont des éléments centraux de la plupart des sociétés connues, où la vie sociale est régie par des systèmes moraux établissant des droits et des devoirs, souvent renforcés par la punition. Au cours des dernières décennies, plusieurs mécanismes pri¬maires, tels que la sélection de parentèle et les réciprocités directe et indirecte, ont été avancés pour expliquer l'évolution de la coopération d'un point de vue nat¬uraliste. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'étude de trois mécanismes secondaires qui, bien qu'insuffisants pour permettre l'évolution de la coopération, sont capables de la promouvoir davantage s'ils sont liés aux mécanismes primaires appropriés: la conformité (tendance à imiter des comportements en commun), la 'réciprocité en amont' (tendance à aider quelqu'un après avoir reçu l'aide de quelqu'un d'autre) et la diversité sociale (contextes sociaux hétérogènes). Nous faisons usage de modèles mathématiques et informatiques dans le cadre formel de la théorie des jeux évolutionnaires afin d'examiner les conditions théoriques dans lesquelles la conformité, la 'réciprocité en amont' et la diversité sociale sont capables d'élever le niveau de coopération des populations en évolution.

A general theory of rank testing

This paper develops an approach to rank testing that nests all existing rank tests andsimplifies their asymptotics. The approach is based on the fact that implicit in every ranktest there are estimators of the null spaces of the matrix in question. The approach yieldsmany new insights about the behavior of rank testing statistics under the null as well as localand global alternatives in both the standard and the cointegration setting. The approach alsosuggests many new rank tests based on alternative estimates of the null spaces as well as thenew fixed-b theory. A brief Monte Carlo study illustrates the results.

Risk and global change : developing scientific methods for advocacy and awareness raising

Les catastrophes sont souvent perçues comme des événements rapides et aléatoires. Si les déclencheurs peuvent être soudains, les catastrophes, elles, sont le résultat d'une accumulation des conséquences d'actions et de décisions inappropriées ainsi que du changement global. Pour modifier cette perception du risque, des outils de sensibilisation sont nécessaires. Des méthodes quantitatives ont été développées et ont permis d'identifier la distribution et les facteurs sous- jacents du risque.¦Le risque de catastrophes résulte de l'intersection entre aléas, exposition et vulnérabilité. La fréquence et l'intensité des aléas peuvent être influencées par le changement climatique ou le déclin des écosystèmes, la croissance démographique augmente l'exposition, alors que l'évolution du niveau de développement affecte la vulnérabilité. Chacune de ses composantes pouvant changer, le risque est dynamique et doit être réévalué périodiquement par les gouvernements, les assurances ou les agences de développement. Au niveau global, ces analyses sont souvent effectuées à l'aide de base de données sur les pertes enregistrées. Nos résultats montrent que celles-ci sont susceptibles d'être biaisées notamment par l'amélioration de l'accès à l'information. Elles ne sont pas exhaustives et ne donnent pas d'information sur l'exposition, l'intensité ou la vulnérabilité. Une nouvelle approche, indépendante des pertes reportées, est donc nécessaire.¦Les recherches présentées ici ont été mandatées par les Nations Unies et par des agences oeuvrant dans le développement et l'environnement (PNUD, l'UNISDR, la GTZ, le PNUE ou l'UICN). Ces organismes avaient besoin d'une évaluation quantitative sur les facteurs sous-jacents du risque, afin de sensibiliser les décideurs et pour la priorisation des projets de réduction des risques de désastres.¦La méthode est basée sur les systèmes d'information géographique, la télédétection, les bases de données et l'analyse statistique. Une importante quantité de données (1,7 Tb) et plusieurs milliers d'heures de calculs ont été nécessaires. Un modèle de risque global a été élaboré pour révéler la distribution des aléas, de l'exposition et des risques, ainsi que pour l'identification des facteurs de risque sous- jacent de plusieurs aléas (inondations, cyclones tropicaux, séismes et glissements de terrain). Deux indexes de risque multiples ont été générés pour comparer les pays. Les résultats incluent une évaluation du rôle de l'intensité de l'aléa, de l'exposition, de la pauvreté, de la gouvernance dans la configuration et les tendances du risque. Il apparaît que les facteurs de vulnérabilité changent en fonction du type d'aléa, et contrairement à l'exposition, leur poids décroît quand l'intensité augmente.¦Au niveau local, la méthode a été testée pour mettre en évidence l'influence du changement climatique et du déclin des écosystèmes sur l'aléa. Dans le nord du Pakistan, la déforestation induit une augmentation de la susceptibilité des glissements de terrain. Les recherches menées au Pérou (à base d'imagerie satellitaire et de collecte de données au sol) révèlent un retrait glaciaire rapide et donnent une évaluation du volume de glace restante ainsi que des scénarios sur l'évolution possible.¦Ces résultats ont été présentés à des publics différents, notamment en face de 160 gouvernements. Les résultats et les données générées sont accessibles en ligne (http://preview.grid.unep.ch). La méthode est flexible et facilement transposable à des échelles et problématiques différentes, offrant de bonnes perspectives pour l'adaptation à d'autres domaines de recherche.¦La caractérisation du risque au niveau global et l'identification du rôle des écosystèmes dans le risque de catastrophe est en plein développement. Ces recherches ont révélés de nombreux défis, certains ont été résolus, d'autres sont restés des limitations. Cependant, il apparaît clairement que le niveau de développement configure line grande partie des risques de catastrophes. La dynamique du risque est gouvernée principalement par le changement global.¦Disasters are often perceived as fast and random events. If the triggers may be sudden, disasters are the result of an accumulation of actions, consequences from inappropriate decisions and from global change. To modify this perception of risk, advocacy tools are needed. Quantitative methods have been developed to identify the distribution and the underlying factors of risk.¦Disaster risk is resulting from the intersection of hazards, exposure and vulnerability. The frequency and intensity of hazards can be influenced by climate change or by the decline of ecosystems. Population growth increases the exposure, while changes in the level of development affect the vulnerability. Given that each of its components may change, the risk is dynamic and should be reviewed periodically by governments, insurance companies or development agencies. At the global level, these analyses are often performed using databases on reported losses. Our results show that these are likely to be biased in particular by improvements in access to information. International losses databases are not exhaustive and do not give information on exposure, the intensity or vulnerability. A new approach, independent of reported losses, is necessary.¦The researches presented here have been mandated by the United Nations and agencies working in the development and the environment (UNDP, UNISDR, GTZ, UNEP and IUCN). These organizations needed a quantitative assessment of the underlying factors of risk, to raise awareness amongst policymakers and to prioritize disaster risk reduction projects.¦The method is based on geographic information systems, remote sensing, databases and statistical analysis. It required a large amount of data (1.7 Tb of data on both the physical environment and socio-economic parameters) and several thousand hours of processing were necessary. A comprehensive risk model was developed to reveal the distribution of hazards, exposure and risk, and to identify underlying risk factors. These were performed for several hazards (e.g. floods, tropical cyclones, earthquakes and landslides). Two different multiple risk indexes were generated to compare countries. The results include an evaluation of the role of the intensity of the hazard, exposure, poverty, governance in the pattern and trends of risk. It appears that the vulnerability factors change depending on the type of hazard, and contrary to the exposure, their weight decreases as the intensity increases.¦Locally, the method was tested to highlight the influence of climate change and the ecosystems decline on the hazard. In northern Pakistan, deforestation exacerbates the susceptibility of landslides. Researches in Peru (based on satellite imagery and ground data collection) revealed a rapid glacier retreat and give an assessment of the remaining ice volume as well as scenarios of possible evolution.¦These results were presented to different audiences, including in front of 160 governments. The results and data generated are made available online through an open source SDI (http://preview.grid.unep.ch). The method is flexible and easily transferable to different scales and issues, with good prospects for adaptation to other research areas. The risk characterization at a global level and identifying the role of ecosystems in disaster risk is booming. These researches have revealed many challenges, some were resolved, while others remained limitations. However, it is clear that the level of development, and more over, unsustainable development, configures a large part of disaster risk and that the dynamics of risk is primarily governed by global change.