Limiting conditional distributions for birth-death processes

In a recent paper [16], one of us identified all of the quasi-stationary distributions for a non-explosive, evanescent birth-death process for which absorption is certain, and established conditions for the existence of the corresponding limiting conditional distributions. Our purpose is to extend these results in a number of directions. We shall consider separately two cases depending on whether or not the process is evanescent. In the former case we shall relax the condition that absorption is certain. Furthermore, we shall allow for the possibility that the minimal process might be explosive, so that the transition rates alone will not necessarily determine the birth-death process uniquely. Although we shall be concerned mainly with the minimal process, our most general results hold for any birth-death process whose transition probabilities satisfy both the backward and the forward Kolmogorov differential equations.

Set-valued Markov chains and negative semitrajectories of discretized dynamical systems

Computer simulation of dynamical systems involves a phase space which is the finite set of machine arithmetic. Rounding state values of the continuous system to this grid yields a spatially discrete dynamical system, often with different dynamical behaviour. Discretization of an invertible smooth system gives a system with set-valued negative semitrajectories. As the grid is refined, asymptotic behaviour of the semitrajectories follows probabilistic laws which correspond to a set-valued Markov chain, whose transition probabilities can be explicitly calculated. The results are illustrated for two-dimensional dynamical systems obtained by discretization of fractional linear transformations of the unit disc in the complex plane.

Branching processes and computational collapse of discretized unimodal mappings

In computer simulations of smooth dynamical systems, the original phase space is replaced by machine arithmetic, which is a finite set. The resulting spatially discretized dynamical systems do not inherit all functional properties of the original systems, such as surjectivity and existence of absolutely continuous invariant measures. This can lead to computational collapse to fixed points or short cycles. The paper studies loss of such properties in spatial discretizations of dynamical systems induced by unimodal mappings of the unit interval. The problem reduces to studying set-valued negative semitrajectories of the discretized system. As the grid is refined, the asymptotic behavior of the cardinality structure of the semitrajectories follows probabilistic laws corresponding to a branching process. The transition probabilities of this process are explicitly calculated. These results are illustrated by the example of the discretized logistic mapping.

HIV risk practices by female sex workers according to workplace

OBJECTIVE To investigate differences in HIV infection- related risk practices by Female Sex Workers according to workplace and the effects of homophily on estimating HIV prevalence. METHODS Data from 2,523 women, recruited using Respondent-Driven Sampling, were used for the study carried out in 10 Brazilian cities in 2008-2009. The study included female sex workers aged 18 and over. The questionnaire was completed by the subjects and included questions on characteristics of professional activity, sexual practices, use of drugs, HIV testing, and access to health services. HIV quick tests were conducted. The participants were classified in two groups according to place of work: on the street or indoor venues, like nightclubs and saunas. To compare variable distributions by place of work, we used Chi-square homogeneity tests, taking into consideration unequal selection probabilities as well as the structure of dependence between observations. We tested the effect of homophily by workplace on estimated HIV prevalence. RESULTS The highest HIV risk practices were associated with: working on the streets, lower socioeconomic status, low regular smear test coverage, higher levels of crack use and higher levels of syphilis serological scars as well as higher prevalence of HIV infection. The effect of homophily was higher among sex workers in indoor venues. However, it did not affect the estimated prevalence of HIV, even after using a post-stratification by workplace procedure. CONCLUSIONS The findings suggest that strategies should focus on extending access to, and utilization of, health services. Prevention policies should be specifically aimed at street workers. Regarding the application of Respondent-Driven Sampling, the sample should be sufficient to estimate transition probabilities, as the network develops more quickly among sex workers in indoor venues.

QED and relativistic corrections in superheavy elements

In this paper we review the different relativistic and QED contributions to energies, ionic radii, transition probabilities and Landé g-factors in super-heavy elements, with the help of the MultiConfiguration Dirac-Fock method (MCDF). The effects of taking into account the Breit interaction to all orders by including it in the self-consistent field process are demonstrated. State of the art radiative corrections are included in the calculation and discussed. We also study the non-relativistic limit of MCDF calculation and find that the non-relativistic offset can be unexpectedly large.

Production and decay of Sulphur excited species in a ECRIS plasma

The most important processes for the creation of S12+ to S14+ ions excited states from the ground configurations of S9+ to S14+ ions in an electron cyclotron resonance ion source, leading to the emission of K X-ray lines, are studied. Theoretical values for inner-shell excitation and ionization cross sections, including double KL and triple KLL ionization, transition probabilities and energies for the deexcitation processes, are calculated in the framework of the multi-configuration Dirac-Fock method. With reasonable assumptions about the electron energy distribution, a theoretical K$\alpha$ X-ray spectrum is obtained, which is compared to recent experimental data.

A Pilot Cost-Effectiveness Analysis of Treatments in Newly Diagnosed High-Grade Gliomas: The Example of 5-Aminolevulinic Acid Compared With White-Light Surgery

BACKGROUND: High-grade gliomas are aggressive, incurable tumors characterized by extensive diffuse invasion of the normal brain parenchyma. Novel therapies at best prolong survival; their costs are formidable and benefit is marginal. Economic restrictions thus require knowledge of the cost-effectiveness of treatments. Here, we show the cost-effectiveness of enhanced resections in malignant glioma surgery using a well-characterized tool for intraoperative tumor visualization, 5-aminolevulinic acid (5-ALA). OBJECTIVE: To evaluate the cost-effectiveness of 5-ALA fluorescence-guided neurosurgery compared with white-light surgery in adult patients with newly diagnosed high-grade glioma, adopting the perspective of the Portuguese National Health Service. METHODS: We used a Markov model (cohort simulation). Transition probabilities were estimated with the use of data from 1 randomized clinical trial and 1 noninterventional prospective study. Utility values and resource use were obtained from published literature and expert opinion. Unit costs were taken from official Portuguese reimbursement lists (2012 values). The health outcomes considered were quality-adjusted life-years, lifeyears, and progression-free life-years. Extensive 1-way and probabilistic sensitivity analyses were performed. RESULTS: The incremental cost-effectiveness ratios are below €10 000 in all evaluated outcomes, being around €9100 per quality-adjusted life-year gained, €6700 per life-year gained, and €8800 per progression-free life-year gained. The probability of 5-ALA fluorescence-guided surgery cost-effectiveness at a threshold of €20000 is 96.0% for quality-adjusted life-year, 99.6% for life-year, and 98.8% for progression-free life-year. CONCLUSION: 5-ALA fluorescence-guided surgery appears to be cost-effective in newly diagnosed high-grade gliomas compared with white-light surgery. This example demonstrates cost-effectiveness analyses for malignant glioma surgery to be feasible on the basis of existing data.

Booms, Recessions and Financial Turmoil: A Fresh Look at Investment Decisions under Cyclical Uncertainty

The paper studies the interaction between cyclical uncertainty and investment in a stochastic real option framework where demand shifts stochastically between three different states, each with different rates of drift and volatility. In our setting the shifts are governed by a three-state Markov switching model with constant transition probabilities. The magnitude of the link between cyclical uncertainty and investment is quantified using simulations of the model. The chief implication of the model is that recessions and financial turmoil are important catalysts for waiting. In other words, our model shows that macroeconomic risk acts as an important deterrent to investments.

Multidimensional Deprivation in Contemporary Switzerland Across Social Groups and Time

We have investigated the phenomenon of deprivation in contemporary Switzerland through the adoption of a multidimensional, dynamic approach. By applying Self Organizing Maps (SOM) to a set of 33 non-monetary indicators from the 2009 wave of the Swiss Household Panel (SHP), we identified 13 prototypical forms (or clusters) of well-being, financial vulnerability, psycho-physiological fragility and deprivation within a topological dimensional space. Then new data from the previous waves (2003 to 2008) were classified by the SOM model, making it possible to estimate the weight of the different clusters in time and reconstruct the dynamics of stability and mobility of individuals within the map. Looking at the transition probabilities between year t and year t+1, we observed that the paths of mobility which catalyze the largest number of observations are those connecting clusters that are adjacent on the topological space.

Mapping financial stability

The ongoing global financial crisis has demonstrated the importance of a systemwide, or macroprudential, approach to safeguarding financial stability. An essential part of macroprudential oversight concerns the tasks of early identification and assessment of risks and vulnerabilities that eventually may lead to a systemic financial crisis. Thriving tools are crucial as they allow early policy actions to decrease or prevent further build-up of risks or to otherwise enhance the shock absorption capacity of the financial system. In the literature, three types of systemic risk can be identified: i ) build-up of widespread imbalances, ii ) exogenous aggregate shocks, and iii ) contagion. Accordingly, the systemic risks are matched by three categories of analytical methods for decision support: i ) early-warning, ii ) macro stress-testing, and iii ) contagion models. Stimulated by the prolonged global financial crisis, today's toolbox of analytical methods includes a wide range of innovative solutions to the two tasks of risk identification and risk assessment. Yet, the literature lacks a focus on the task of risk communication. This thesis discusses macroprudential oversight from the viewpoint of all three tasks: Within analytical tools for risk identification and risk assessment, the focus concerns a tight integration of means for risk communication. Data and dimension reduction methods, and their combinations, hold promise for representing multivariate data structures in easily understandable formats. The overall task of this thesis is to represent high-dimensional data concerning financial entities on lowdimensional displays. The low-dimensional representations have two subtasks: i ) to function as a display for individual data concerning entities and their time series, and ii ) to use the display as a basis to which additional information can be linked. The final nuance of the task is, however, set by the needs of the domain, data and methods. The following ve questions comprise subsequent steps addressed in the process of this thesis: 1. What are the needs for macroprudential oversight? 2. What form do macroprudential data take? 3. Which data and dimension reduction methods hold most promise for the task? 4. How should the methods be extended and enhanced for the task? 5. How should the methods and their extensions be applied to the task? Based upon the Self-Organizing Map (SOM), this thesis not only creates the Self-Organizing Financial Stability Map (SOFSM), but also lays out a general framework for mapping the state of financial stability. This thesis also introduces three extensions to the standard SOM for enhancing the visualization and extraction of information: i ) fuzzifications, ii ) transition probabilities, and iii ) network analysis. Thus, the SOFSM functions as a display for risk identification, on top of which risk assessments can be illustrated. In addition, this thesis puts forward the Self-Organizing Time Map (SOTM) to provide means for visual dynamic clustering, which in the context of macroprudential oversight concerns the identification of cross-sectional changes in risks and vulnerabilities over time. Rather than automated analysis, the aim of visual means for identifying and assessing risks is to support disciplined and structured judgmental analysis based upon policymakers' experience and domain intelligence, as well as external risk communication.

Modeling Energy Futures Returns With Markov Regime Switching Model

Financial time series have a tendency of abruptly changing their behavior and maintain this behavior for several consecutive periods, and commodity futures returns are not an exception. This quality proposes that nonlinear models, as opposed to linear models, can more accurately describe returns and volatility. Markov regime switching models are able to match this behavior and have become a popular way to model financial time series. This study uses Markov regime switching model to describe the behavior of energy futures returns on a commodity level, because studies show that commodity futures are a heterogeneous asset class. The purpose of this thesis is twofold. First, determine how many regimes characterize individual energy commodities’ returns in different return frequencies. Second, study the characteristics of these regimes. We extent the previous studies on the subject in two ways: We allow for the possibility that the number of regimes may exceed two, as well as conduct the research on individual commodities rather than on commodity indices or subgroups of these indices. We use daily, weekly and monthly time series of Brent crude oil, WTI crude oil, natural gas, heating oil and gasoil futures returns over 1994–2014, where available, to carry out the study. We apply the likelihood ratio test to determine the sufficient number of regimes for each commodity and data frequency. Then the time series are modeled with Markov regime switching model to obtain the return distribution characteristics of each regime, as well as the transition probabilities of moving between regimes. The results for the number of regimes suggest that daily energy futures return series consist of three to six regimes, whereas weekly and monthly returns for all energy commodities display only two regimes. When the number of regimes exceeds two, there is a tendency for the time series of energy commodities to form groups of regimes. These groups are usually quite persistent as a whole because probability of a regime switch inside the group is high. However, individual regimes in these groups are not persistent and the process oscillates between these regimes frequently. Regimes that are not part of any group are generally persistent, but show low ergodic probability, i.e. rarely prevail in the market. This study also suggests that energy futures return series characterized with two regimes do not necessarily display persistent bull and bear regimes. In fact, for the majority of time series, bearish regime is considerably less persistent. Rahoituksen aikasarjoilla on taipumus arvaamattomasti muuttaa käyttäytymistään ja jatkaa tätä uutta käyttäytymistä useiden periodien ajan, eivätkä hyödykefutuurien tuotot tee tähän poikkeusta. Tämän ominaisuuden johdosta lineaaristen mallien sijasta epälineaariset mallit pystyvät tarkemmin kuvailemaan esimerkiksi tuottojen jakauman parametreja. Markov regiiminvaihtomallit pystyvät vangitsemaan tämän ominaisuuden ja siksi niistä on tullut suosittuja rahoituksen aikasarjojen mallintamisessa. Tämä tutkimus käyttää Markov regiiminvaihtomallia kuvaamaan yksittäisten energiafutuurien tuottojen käyttäytymistä, sillä tutkimukset osoittavat hyödykefutuurien olevan hyvin heterogeeninen omaisuusluokka. Tutkimuksen tarkoitus on selvittää, kuinka monta regiimiä tarvitaan kuvaamaan energiafutuurien tuottoja eri tuottofrekvensseillä ja mitkä ovat näiden regiimien ominaisuudet. Aiempaa tutkimusta aiheesta laajennetaan määrittämällä regiimien lukumäärä tilastotieteellisen testauksen menetelmin sekä tutkimalla energiafutuureja yksittäin; ei indeksi- tai alaindeksitasolla. Tutkimuksessa käytetään päivä-, viikko- ja kuukausiaikasarjoja Brent-raakaöljyn, WTI-raakaöljyn, maakaasun, lämmitysöljyn ja polttoöljyn tuotoista aikaväliltä 1994–2014, siltä osin kuin aineistoa on saatavilla. Likelihood ratio -testin avulla estimoidaan kaikille aikasarjoille regiimien määrä,jonka jälkeen Markov regiiminvaihtomallia hyödyntäen määritetään yksittäisten regiimientuottojakaumien ominaisuudet sekä regiimien välinen transitiomatriisi. Tulokset regiimien lukumäärän osalta osoittavat, että energiafutuurien päiväkohtaisten tuottojen aikasarjoissa regiimien lukumäärä vaihtelee kolmen ja kuuden välillä. Viikko- ja kuukausituottojen kohdalla kaikkien energiafutuurien prosesseissa regiimien lukumäärä on kaksi. Kun regiimejä on enemmän kuin kaksi, on prosessilla taipumus muodostaa regiimeistä koostuvia ryhmiä. Prosessi pysyy ryhmän sisällä yleensä pitkään, koska todennäköisyys siirtyä ryhmään kuuluvien regiimien välillä on suuri. Yksittäiset regiimit ryhmän sisällä eivät kuitenkaan ole kovin pysyviä. Näin ollen prosessi vaihtelee ryhmän sisäisten regiimien välillä tiuhaan. Regiimit, jotka eivät kuulu ryhmään, ovat yleensä pysyviä, mutta prosessi ajautuu niihin vain harvoin, sillä todennäköisyys siirtyä muista regiimeistä niihin on pieni. Tutkimuksen tulokset osoittavat myös, että prosesseissa, joita ohjaa kaksi regiimiä, nämä regiimit eivät välttämättä ole pysyvät bull- ja bear-markkinatilanteet. Tulokset osoittavat sen sijaan, että bear-markkinatilanne on energiafutuureissa selvästi vähemmän pysyvä.

Évolution des profils d'état de santé et utilisation des services sociosanitaires chez les personnes âgées

Réalisé en cotutelle avec l'Université de Paris-Sud

Algorithmes de recommandation musicale

Ce mémoire est composé de trois articles qui s’unissent sous le thème de la recommandation musicale à grande échelle. Nous présentons d’abord une méthode pour effectuer des recommandations musicales en récoltant des étiquettes (tags) décrivant les items et en utilisant cette aura textuelle pour déterminer leur similarité. En plus d’effectuer des recommandations qui sont transparentes et personnalisables, notre méthode, basée sur le contenu, n’est pas victime des problèmes dont souffrent les systèmes de filtrage collaboratif, comme le problème du démarrage à froid (cold start problem). Nous présentons ensuite un algorithme d’apprentissage automatique qui applique des étiquettes à des chansons à partir d’attributs extraits de leur fichier audio. L’ensemble de données que nous utilisons est construit à partir d’une très grande quantité de données sociales provenant du site Last.fm. Nous présentons finalement un algorithme de génération automatique de liste d’écoute personnalisable qui apprend un espace de similarité musical à partir d’attributs audio extraits de chansons jouées dans des listes d’écoute de stations de radio commerciale. En plus d’utiliser cet espace de similarité, notre système prend aussi en compte un nuage d’étiquettes que l’utilisateur est en mesure de manipuler, ce qui lui permet de décrire de manière abstraite la sorte de musique qu’il désire écouter.

Évaluation de l'impact clinique et économique du développement d'un traitement pour la schizophrénie

Contexte : Les stratégies pharmacologiques pour traiter la schizophrénie reçoivent une attention croissante due au développement de nouvelles pharmacothérapies plus efficaces, mieux tolérées mais plus coûteuses. La schizophrénie est une maladie chronique présentant différents états spécifiques et définis par leur sévérité. Objectifs : Ce programme de recherche vise à: 1) Évaluer les facteurs associés au risque d'être dans un état spécifique de la schizophrénie, afin de construire les fonctions de risque de la modélisation du cours naturel de la schizophrénie; 2) Développer et valider un modèle de Markov avec microsimulations de Monte-Carlo, afin de simuler l'évolution naturelle des patients qui sont nouvellement diagnostiqués pour la schizophrénie, en fonction du profil individuel des facteurs de risque; 3) Estimer le coût direct de la schizophrénie (pour les soins de santé et autres non reliés aux soins de santé) dans la perspective gouvernementale et simuler l’impact clinique et économique du développement d’un traitement dans une cohorte de patients nouvellement diagnostiqués avec la schizophrénie, suivis pendant les cinq premières années post-diagnostic. Méthode : Pour le premier objectif de ce programme de recherche, un total de 14 320 patients nouvellement diagnostiqués avec la schizophrénie ont été identifiés dans les bases de données de la RAMQ et de Med-Echo. Les six états spécifiques de la schizophrénie ont été définis : le premier épisode (FE), l'état de dépendance faible (LDS), l’état de dépendance élevée (HDS), l’état stable (Stable), l’état de bien-être (Well) et l'état de décès (Death). Pour évaluer les facteurs associés au risque de se trouver dans chacun des états spécifiques de la schizophrénie, nous avons construit 4 fonctions de risque en se basant sur l'analyse de risque proportionnel de Cox pour des risques compétitifs. Pour le deuxième objectif, nous avons élaboré et validé un modèle de Markov avec microsimulations de Monte-Carlo intégrant les six états spécifiques de la schizophrénie. Dans le modèle, chaque sujet avait ses propres probabilités de transition entre les états spécifiques de la schizophrénie. Ces probabilités ont été estimées en utilisant la méthode de la fonction d'incidence cumulée. Pour le troisième objectif, nous avons utilisé le modèle de Markov développé précédemment. Ce modèle inclut les coûts directs de soins de santé, estimés en utilisant les bases de données de la Régie de l'assurance maladie du Québec et Med-Echo, et les coûts directs autres que pour les soins de santé, estimés à partir des enquêtes et publications de Statistique Canada. Résultats : Un total de 14 320 personnes nouvellement diagnostiquées avec la schizophrénie ont été identifiées dans la cohorte à l'étude. Le suivi moyen des sujets était de 4,4 (± 2,6) ans. Parmi les facteurs associés à l’évolution de la schizophrénie, on peut énumérer l’âge, le sexe, le traitement pour la schizophrénie et les comorbidités. Après une période de cinq ans, nos résultats montrent que 41% des patients seront considérés guéris, 13% seront dans un état stable et 3,4% seront décédés. Au cours des 5 premières années après le diagnostic de schizophrénie, le coût direct moyen de soins de santé et autres que les soins de santé a été estimé à 36 701 $ canadiens (CAN) (95% CI: 36 264-37 138). Le coût des soins de santé a représenté 56,2% du coût direct, le coût de l'aide sociale 34,6% et le coût associé à l’institutionnalisation dans les établissements de soins de longue durée 9,2%. Si un nouveau traitement était disponible et offrait une augmentation de 20% de l'efficacité thérapeutique, le coût direct des soins de santé et autres que les soins de santé pourrait être réduit jusqu’à 14,2%. Conclusion : Nous avons identifié des facteurs associés à l’évolution de la schizophrénie. Le modèle de Markov que nous avons développé est le premier modèle canadien intégrant des probabilités de transition ajustées pour le profil individuel des facteurs de risque, en utilisant des données réelles. Le modèle montre une bonne validité interne et externe. Nos résultats indiquent qu’un nouveau traitement pourrait éventuellement réduire les hospitalisations et le coût associé aux établissements de soins de longue durée, augmenter les chances des patients de retourner sur le marché du travail et ainsi contribuer à la réduction du coût de l'aide sociale.

Modélisation de l'espérance de vie des clients en assurance

Dans ce mémoire, nous proposons une méthodologie statistique permettant d’obtenir un estimateur de l’espérance de vie des clients en assurance. Les prédictions effectuées tiennent compte des caractéristiques individuelles des clients, notamment du fait qu’ils peuvent détenir différents types de produits d’assurance (automobile, résidentielle ou les deux). Trois approches sont comparées. La première approche est le modèle de Markov simple, qui suppose à la fois l’homogénéité et la stationnarité des probabilités de transition. L’autre modèle – qui a été implémenté par deux approches, soit une approche directe et une approche par simulations – tient compte de l’hétérogénéité des probabilités de transition, ce qui permet d’effectuer des prédictions qui évoluent avec les caractéristiques des individus dans le temps. Les probabilités de transition de ce modèle sont estimées par des régressions logistiques multinomiales.