On the throughput-WIP trade-off in queueing systems, diminishing returns and the threshold property: A linear programming approach

We present a new unifying framework for investigating throughput-WIP(Work-in-Process) optimal control problems in queueing systems,based on reformulating them as linear programming (LP) problems withspecial structure: We show that if a throughput-WIP performance pairin a stochastic system satisfies the Threshold Property we introducein this paper, then we can reformulate the problem of optimizing alinear objective of throughput-WIP performance as a (semi-infinite)LP problem over a polygon with special structure (a thresholdpolygon). The strong structural properties of such polygones explainthe optimality of threshold policies for optimizing linearperformance objectives: their vertices correspond to the performancepairs of threshold policies. We analyze in this framework theversatile input-output queueing intensity control model introduced byChen and Yao (1990), obtaining a variety of new results, including (a)an exact reformulation of the control problem as an LP problem over athreshold polygon; (b) an analytical characterization of the Min WIPfunction (giving the minimum WIP level required to attain a targetthroughput level); (c) an LP Value Decomposition Theorem that relatesthe objective value under an arbitrary policy with that of a giventhreshold policy (thus revealing the LP interpretation of Chen andYao's optimality conditions); (d) diminishing returns and invarianceproperties of throughput-WIP performance, which underlie thresholdoptimality; (e) a unified treatment of the time-discounted andtime-average cases.

Exact tests for correlation and for the slope in simple linear regressions without making assumptions

We present an exact test for whether two random variables that have known bounds on their support are negatively correlated. The alternative hypothesis is that they are not negatively correlated. No assumptions are made on the underlying distributions. We show by example that the Spearman rank correlation test as the competing exact test of correlation in nonparametric settings rests on an additional assumption on the data generating process without which it is not valid as a test for correlation.We then show how to test for the significance of the slope in a linear regression analysis that invovles a single independent variable and where outcomes of the dependent variable belong to a known bounded set.

A test of the predictive validity of non-linear QALY models using time trade-off utilities

This paper presents a test of the predictive validity of various classes ofQALY models (i.e., linear, power and exponential models). We first estimatedTTO utilities for 43 EQ-5D chronic health states and next these states wereembedded in health profiles. The chronic TTO utilities were then used topredict the responses to TTO questions with health profiles. We find that thepower QALY model clearly outperforms linear and exponential QALY models.Optimal power coefficient is 0.65. Our results suggest that TTO-based QALYcalculations may be biased. This bias can be avoided using a power QALY model.

Implementing TURF analysis through binary linear programming

This paper introduces the approach of using Total Unduplicated Reach and Frequency analysis (TURF) to design a product line through a binary linear programming model. This improves the efficiency of the search for the solution to the problem compared to the algorithms that have been used to date. The results obtained through our exact algorithm are presented, and this method shows to be extremely efficient both in obtaining optimal solutions and in computing time for very large instances of the problem at hand. Furthermore, the proposed technique enables the model to be improved in order to overcome the main drawbacks presented by TURF analysis in practice.

Restless bandits, linear programming relaxations and a primal-dual index heuristic

We develop a mathematical programming approach for the classicalPSPACE - hard restless bandit problem in stochastic optimization.We introduce a hierarchy of n (where n is the number of bandits)increasingly stronger linear programming relaxations, the lastof which is exact and corresponds to the (exponential size)formulation of the problem as a Markov decision chain, while theother relaxations provide bounds and are efficiently computed. Wealso propose a priority-index heuristic scheduling policy fromthe solution to the first-order relaxation, where the indices aredefined in terms of optimal dual variables. In this way wepropose a policy and a suboptimality guarantee. We report resultsof computational experiments that suggest that the proposedheuristic policy is nearly optimal. Moreover, the second-orderrelaxation is found to provide strong bounds on the optimalvalue.

On heuristic and linear models of judgment: Mapping the demand for knowledge

Research on judgment and decision making presents a confusing picture of human abilities. For example, much research has emphasized the dysfunctional aspects of judgmental heuristics, and yet, other findings suggest that these can be highly effective. A further line of research has modeled judgment as resulting from as if linear models. This paper illuminates the distinctions in these approaches by providing a common analytical framework based on the central theoretical premise that understanding human performance requires specifying how characteristics of the decision rules people use interact with the demands of the tasks they face. Our work synthesizes the analytical tools of lens model research with novel methodology developed to specify the effectiveness of heuristics in different environments and allows direct comparisons between the different approaches. We illustrate with both theoretical analyses and simulations. We further link our results to the empirical literature by a meta-analysis of lens model studies and estimate both human andheuristic performance in the same tasks. Our results highlight the trade-off betweenlinear models and heuristics. Whereas the former are cognitively demanding, the latterare simple to use. However, they require knowledge and thus maps of when andwhich heuristic to employ.

O Primal e o Dual na programação Linear

O tema da Programação Linear, com as suas particularizações do Problema dos Transportes e do Problema da Afectação de Recursos, é hoje estudado em cursos diversos onde uma disciplina de Investigação Operacional esteja presente. Trata-se, em última análise, de um problema de cálculo de extremos condicionados, seja de máximo ou de mínimo, que apresenta características muito particulares e de grande elegância simbólica. Também os Problemas dos Transportes e da Afectação de Recursos se podem resolver como problemas de Programação Linear, através do Algoritmo Simplex, embora seja preferível o recurso a algoritmos próprios, de muitíssimo maior simplicidade: o Algoritmo dos Transportes e o Algoritmo Húngaro, respectivamente. De molde a facilitar a compreensão do que realmente está em jogo, consideram-se aqui dois casos de determinação de extremos e de extremos condicionados, mas ao nível do final do ensino secundário.

Leptohyphidae (Insecta, Ephemeroptera) do estado do Amazonas, Brasil: novos registros, nova combinação, nova espécie e chave de identificação para estágios ninfais

Leptohyphidae (Insecta, Ephemeroptera) do Estado do Amazonas, Brasil: novos registros, nova combinação, nova espécie e chave de identificação para estágios ninfais. Os seguintes gêneros de Leptohyphidae ocorrem no estado do Amazonas: Amanahyphes Salles & Molineri, Leptohyphes Eaton, Tricorythodes Ulmer e Tricorythopsis Traver. A distribuição das espécies de Leptohyphidae no Estado do Amazonas é apresentada. Uma espécie nova, Tricorythodes yapekuna sp. nov., é descrita e pode ser diferenciada de outros Tricorythodes pelas (1) garras tarsais com um par de dentículos submarginais e sem dentículos marginais; (2) palpo maxilar biarticulado; (3) brânquia opercular uniformemente preta com exceção da margem apical; (4) fórmula branquial 2/3/3/3/2; e (5) margem lateral do abdome expandida nos segmentos III_VI. Uma combinação nova, Tricorythopsis rondoniensis (Dias, Cruz & Ferreira, 2009) comb. nov., é proposta e constitui o primeiro registro dessa espécie para o Estado do Amazonas. Uma chave dicotômica ilustrada para identificar ninfas de gêneros e espécies ocorrentes no Amazonas também é apresentada.

Comparação entre os métodos da transeção linear e fotográfico na avaliação de cobertura vegetal morta, sob dois métodos de preparo, após a colheita da soja

A eficácia da cobertura vegetal morta no controle da erosão pode ser avaliada através de dois indicadores principais: a porcentagem de cobertura do solo pelos resíduos culturais e sua persistência sobre a superfície ao longo do tempo. O preparo do solo, por sua vez, pode exercer influência significativa sobre esses indicadores. O trabalho foi realizado no campo, no município de Eldorado do Sul, Depressão Central do Rio Grande do Sul. Avaliou-se a persistência da cobertura vegetal morta durante um período de pousio, que foi de maio de 1989 a abril de 1990, em sucessão à cultura da soja. Os resíduos dessa cultura foram manejados sem preparo, por escarificação e por gradagem. A porcentagem de cobertura do solo pelos resíduos culturais foi quantificada pelo método fotográfico e pelo da transeção linear. A cultura da soja produziu cobertura vegetal morta em pequena quantidade e de baixa durabilidade. A distribuição dos resíduos na superfície, sem preparo do solo, foi o tratamento que possibilitou melhor correlação (R²) entre os índices de cobertura obtidos pelos dois métodos testados. Nas áreas sob gradagem ou escarificação do solo, os índices de cobertura obtidos pelo método fotográfico foram superiores aos da transeção linear, enquanto, na área sem preparo do solo, houve similaridade entre os resultados dos dois métodos.

Influência da combinação de fósforo e calcário no rendimento de milho

A presença de Al em níveis tóxicos no solo inibe o crescimento das raízes com reflexos negativos na absorção de água e de alguns nutrientes, especialmente do P. Sendo assim, a adição de grandes quantidades de fertilizantes fosfatados deverá tornar a absorção de P menos dependente da existência de um amplo sistema radicular e com isto diminuir a resposta das culturas à calagem. O presente trabalho objetivou avaliar o rendimento de milho de acordo com a aplicação de quantidades crescentes de P e de calcário. O experimento foi desenvolvido em Lages (SC), de 1994 a 1998, num Latossolo Bruno argiloso com pH 4,7, Al trocável = 39 mmol c kg-1, 1 mg kg-1 de P, que requeriam 9,0 t ha-1 de calcário para elevar o pH a 6,0. Combinaram-se três doses de calcário (0, 4,5 e 9,0 t ha-1) com quatro de P, no delineamento de parcelas subdivididas. As quantidades de P2O5 foram, respectivamente, de 60, 120, 180 e 240 kg ha-1, na primeira safra; de 40, 80, 120 e 160 kg ha-1, na segunda e na quarta, e de 30, 60, 90, e 120 kg ha-1, na terceira safra, perfazendo uma média de 42, 85, 127 e 170 kg ha-1 por cultivo, respectivamente. O efeito benéfico da calagem aumentou com o passar dos anos, de inexistente, no primeiro cultivo, para incrementos de até 39% no rendimento de milho. Na maioria das safras, a produtividade aumentou somente até pH 5,4, quando foi aplicada metade da dose de calcário recomendada pelo método SMP para elevar o pH até 6,0. Nos tratamentos que receberam as duas maiores doses de P2O5 (127 e 170 kg-1 ha-1 por cultivo), (média de 85 kg ha-1 por cultivo), a calagem não influiu no rendimento de milho. A adubação fosfatada aumentou a produtividade de milho em todas as safras, porém em magnitudes que decresceram com a elevação do pH. Os maiores rendimentos foram obtidos com a dose recomendada em duas delas, porém, em outras duas, a quantidade necessária foi 50% maior.

Correlação linear e espacial entre o rendimento de grãos do feijoeiro e a resistência mecânica à penetração em um Latossolo Vermelho distrófico

A resistência mecânica à penetração apresentada pelo solo exerce grande influência sobre o desenvolvimento vegetal, uma vez que o crescimento das raízes, assim como o rendimento das culturas, varia de forma inversamente proporcional ao seu valor. No ano agrícola de 2001/2002, na Fazenda Experimental de Ensino e Pesquisa da Faculdade de Engenharia/UNESP - Campus de Ilha Solteira, foram analisados o rendimento de grãos do feijoeiro (PG) e a resistência mecânica à penetração (R), de um Latossolo Vermelho distrófico. O objetivo foi apurar diretrizes relacionadas com o aumento da produtividade agrícola em questão, estudando a correlação linear e a espacial entre a PG e a R. Foi instalada uma rede geoestatística para a coleta dos dados do solo e da planta, estabelecida com espaçamentos de 5 x 5 m e 2,5 x 2,5 m, que continham 120 pontos amostrais distribuídos numa área de 1.875 m². A correlação linear entre a PG e a R foi praticamente nula, uma vez que, dependendo das profundidades estudadas do solo, apresentou coeficientes de correlação (r) menores do que 0,20. A análise geoestatística apresentou boa estrutura de dependência espacial, tanto para a PG quanto para a R, quando analisadas isoladamente. Entretanto, a análise espacial conjunta de tais atributos apresentou-se inconsistente. Assim, com o aumento da resistência mecânica à penetração, em determinada região do solo ocorreu ora aumento, ora diminuição do rendimento de grãos do feijoeiro.

Super-resolution of remotely sensed images with variable-pixel linear reconstruction

This paper describes the development and applications of a super-resolution method, known as Super-Resolution Variable-Pixel Linear Reconstruction. The algorithm works combining different lower resolution images in order to obtain, as a result, a higher resolution image. We show that it can make significant spatial resolution improvements to satellite images of the Earth¿s surface allowing recognition of objects with size approaching the limiting spatial resolution of the lower resolution images. The algorithm is based on the Variable-Pixel Linear Reconstruction algorithm developed by Fruchter and Hook, a well-known method in astronomy but never used for Earth remote sensing purposes. The algorithm preserves photometry, can weight input images according to the statistical significance of each pixel, and removes the effect of geometric distortion on both image shape and photometry. In this paper, we describe its development for remote sensing purposes, show the usefulness of the algorithm working with images as different to the astronomical images as the remote sensing ones, and show applications to: 1) a set of simulated multispectral images obtained from a real Quickbird image; and 2) a set of multispectral real Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) images. These examples show that the algorithm provides a substantial improvement in limiting spatial resolution for both simulated and real data sets without significantly altering the multispectral content of the input low-resolution images, without amplifying the noise, and with very few artifacts.

Nitrogênio, carbono e atividade da biomassa microbiana do solo em plantações de eucalipto

Grande parte das plantações de eucalipto no Brasil situa-se em solos de baixa fertilidade, para os quais a técnica de fertilização e o processo de ciclagem de nutrientes são fundamentais para elevar e manter a produção florestal. Os ganhos de produtividade dessas plantações em resposta à aplicação de N têm sido relativamente baixos, o que indica que o solo tem sido capaz de suprir boa parte da demanda deste nutriente para as plantas. O N da biomassa microbiana é tido como uma fração facilmente disponível, mas pouco se sabe sobre como fatores bióticos e abióticos afetam a sua dinâmica em plantações de eucalipto no Brasil. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi avaliar a variação do N (NBM) e C (CBM) da biomassa microbiana do solo e de outras características com elas relacionadas em plantações de eucalipto com sete anos de idade, cultivadas em várias condições edafoclimáticas do sudeste brasileiro. Amostragens do solo foram realizadas durante quatro épocas, de março a novembro de 1995. O teor de NBM variou de 9,17 a 103,71 µg g-1 solo, sendo significativamente influenciado pela época de amostragem. Essa variação foi explicada pela combinação da precipitação pluviométrica com o teor de C orgânico ou N total. O teor de argila dos solos estudados foi outra característica de grande importância nessa variação. Dentre outras características avaliadas, verificou-se que a forma de N mineral predominante foi N-NH4+ e que os teores de C orgânico e do CBM (carbono da biomassa microbiana) variaram de 2,78 a 12,32 g kg-1 e de 43,39 a 401,06 µg g-1 solo, respectivamente. A RA (respiração acumulada do solo) foi de 14,57 a 79,42 µg g-1 solo e o qCO2 (quociente metabólico) de 862 a 8026 µg g-1 h-1 . O CBM foi também afetado significativamente pela época de amostragem, ao contrário dos teores de C orgânico e N total. As regressões lineares simples do teor de N-NO3-, C orgânico, N total, CBM e NBM com o teor de argila permitiram um modelo preditivo que explicasse a variação destes atributos nos diferentes municípios. A umidade atual do solo explicou 87% da variação dos teores de N-NO3- e de N total; em torno de 71% do C orgânico e de 48 e 55% da variação do CBM e NBM, respectivamente. As regressões simples do N-NO3- com o CBM ou NBM apresentaram baixa capacidade preditiva, porém, quando conjugadas com os teores de C orgânico ou N total, por meio de regressão linear múltipla, aumentaram a capacidade preditiva da mineralização do N.

Utilização do nitrogênio (15N) residual de coberturas de solo e da uréia pela cultura do milho

Geralmente, grande parte do N de fertilizantes minerais e de plantas de cobertura de solo não é aproveitada pelo milho no cultivo imediato à aplicação, o qual pode ser absorvido pelas culturas cultivadas subseqüentemente. O objetivo deste trabalho foi avaliar o aproveitamento pelo milho do N residual da uréia, da crotalária (Crotalaria juncea) e do milheto (Pennisetum americanum) marcados com 15N, aplicados ao milho cultivado em sistema plantio direto, no ano agrícola anterior, num Latossolo Vermelho distroférrico no Cerrado. O estudo foi desenvolvido na fazenda experimental da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira-UNESP, Selvíria (MS), em áreas distintas. O delineamento experimental foi de blocos ao acaso com 15 tratamentos e quatro repetições, aplicados ao milho em 2001/02 e 2002/03. Os tratamentos foram dispostos em esquema fatorial 3 x 5, compreendendo a combinação de três coberturas de solo: crotalária juncea, milheto e vegetação espontânea (pousio), e cinco doses de N-uréia: 0, 30, 80, 130 e 180 kg ha-1. Após a colheita do milho, as duas áreas permaneceram em pousio nas entressafras e, em seguida, cultivadas novamente com milho, safras 2002/03 (experimento 1) e 2003/04 (experimento 2), utilizando adubação similar em todas as parcelas, para distinguir o efeito do N residual. O aproveitamento médio do N residual da parte aérea do milheto e da crotalária pelo milho foi inferior a 3,5 e 3 %, respectivamente, da quantidade inicial. A quantidade de N residual da uréia absorvida pelo milho aumentou de forma quadrática, no experimento 1, e linear, no experimento 2, em relação à dose de N aplicada, sendo o aproveitamento desta inferior a 3 %. As coberturas de solo não influenciaram o aproveitamento pelo milho do N residual da uréia, e vice-versa.

Modelagem de atributos físico-hídricos do solo numa bacia hidrográfica da região do Alto Rio Grande, MG

O presente trabalho objetivou desenvolver modelos para estimativa dos atributos físico-hídricos do solo porosidade drenável (PD) e capacidade total de retenção de água (CTA), com base em atributos físicos de fácil e rápida obtenção (textura, argila dispersa em água, volume total de poros, densidade do solo e densidade de partícula) e a determinação de matéria orgânica. Os atributos foram coletados na bacia hidrográfica do Ribeirão Marcela, na camada de 0 a 15 cm, obedecendo aos grids de 240 x 240 e 60 x 60 m, totalizando 165 pontos amostrados. Trabalhou-se com regressão múltipla linear, constituindo-se variáveis por meio da combinação dos diferentes atributos entre si e estimando os respectivos coeficientes pelo método dos mínimos quadrados, utilizando-se o programa SAS for Windows. Os modelos gerados para CTA e PD apresentaram boa qualidade estatística, com elevados coeficientes de determinação, baixos erros de estimativa e variáveis significativas, o que permitiu sua aplicação na estimativa desses atributos na bacia hidrográfica do Ribeirão Marcela, representativa do domínio dos Latossolos na região do Alto Rio Grande, fornecendo assim subsídios para implantação de projetos agrícolas e ambientais, especialmente no auxílio à parametrização de modelos de simulação hidrossedimentológica, os quais estão em desenvolvimento para aplicação na região.