ELECTRON-STATES OF A STACKING-FAULT RIBBON IN SILICON

The electronic structure of a bounded intrinsic stacking fault in silicon is calculated. The method used is an LCAO-scheme (Linear Combinations of Atomic Orbitals) taking ten atomic orbitals of s-, p-, and d-type into account. The levels in the band gap are extracted using Lanczos' algorithm and a continued fraction representation of the local density of states. We find occupied states located up to 0.3 eV above the valence band maximum (E(v)). This significantly differs from the result obtained for the ideal infinite fault for which the interface state is located at E(v)+ 0.1 eV.

ELECTRONIC AND MAGNETIC-STRUCTURE OF THE TERNARY COMPOUND ND2FE17N

The electronic and the magnetic structure of the Nd2Fe17N1 phase in the family of Nd-Fe-N ternary compounds have been calculated using the first-principles, spin-polarized orthogonalized linear-combination-of-atomic-orbitals method. Results are presented in the form of site-decomposed and spin-projected partial density of states. The occupation sites of the three N atoms are determined by an average radial distribution of all possible N site configurations. Both cases of N occupying the 3b and the 18g sites are studied. The results indicate that the 6c Fe sites have the maximum and the 18h Fe sites have the minimum local moments. This is in good agreement with experiment. It is concluded that the influence on the local moment due to lattice expansion is less important compared to that due to interatomic interaction between the N atom and its neighbors. The results also show the important role of N atoms in raising the Curie temperature of this compound.

Ranking Spatial and Temporal Hotspots for Road Safety Interventions Using a Nonlinear Aggregation Approach

In recent years, the concept of a composite performance index, brought from economic and business statistics, has gained popularity in the field of road safety. The construction of the Composite Safety Performance Index (CSPI) involves the following key steps: the selection of the most appropriate indicators to be aggregated and the method used to aggregate them.

Over the last decade, various aggregation methods for estimating the CSPI have been suggested in the literature. However, recent studies indicates that most of these methods suffer from many deficiencies at both the theoretical and operational level; these include the correlation and compensability between indicators, as well as their high “degree of freedom” which enables one to readily manipulate them to produce desired outcomes.

The purpose of this study is to introduce an alternative aggregation method for the estimation of the CSPI, which is free from the aforementioned deficiencies. In contrast with the current aggregation methods, which generally use linear combinations of road safety indicators to estimate a CSPI, the approach advocated in this study is based on non-linear combinations of indicators and can be summarized into the following two main steps: the pairwise comparison of road safety indicators and the development of marginal and composite road safety performance functions. The introduced method has been successfully applied to identify and rank temporal and spatial hotspots for Northern Ireland, using road traffic collision data recorded in the UK STATs19 database. The obtained results highlight the promising features of the proposed approach including its stability and consistency, which enables significantly reduced deficiencies associated with the current aggregation methods. Progressively, the introduced method could evolve into an intelligent support system for road safety assessment.

Efficient estimation using the characteristic function : theory and applications with high frequency data

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Utilisation de splines monotones afin de condenser des tables de mortalité dans un contexte bayésien

Dans ce mémoire, nous cherchons à modéliser des tables à deux entrées monotones en lignes et/ou en colonnes, pour une éventuelle application sur les tables de mortalité. Nous adoptons une approche bayésienne non paramétrique et représentons la forme fonctionnelle des données par splines bidimensionnelles. L’objectif consiste à condenser une table de mortalité, c’est-à-dire de réduire l’espace d’entreposage de la table en minimisant la perte d’information. De même, nous désirons étudier le temps nécessaire pour reconstituer la table. L’approximation doit conserver les mêmes propriétés que la table de référence, en particulier la monotonie des données. Nous travaillons avec une base de fonctions splines monotones afin d’imposer plus facilement la monotonie au modèle. En effet, la structure flexible des splines et leurs dérivées faciles à manipuler favorisent l’imposition de contraintes sur le modèle désiré. Après un rappel sur la modélisation unidimensionnelle de fonctions monotones, nous généralisons l’approche au cas bidimensionnel. Nous décrivons l’intégration des contraintes de monotonie dans le modèle a priori sous l’approche hiérarchique bayésienne. Ensuite, nous indiquons comment obtenir un estimateur a posteriori à l’aide des méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov. Finalement, nous étudions le comportement de notre estimateur en modélisant une table de la loi normale ainsi qu’une table t de distribution de Student. L’estimation de nos données d’intérêt, soit la table de mortalité, s’ensuit afin d’évaluer l’amélioration de leur accessibilité.

Factor models, VARMA processes and parameter instability with applications in macroeconomics

Avec les avancements de la technologie de l'information, les données temporelles économiques et financières sont de plus en plus disponibles. Par contre, si les techniques standard de l'analyse des séries temporelles sont utilisées, une grande quantité d'information est accompagnée du problème de dimensionnalité. Puisque la majorité des séries d'intérêt sont hautement corrélées, leur dimension peut être réduite en utilisant l'analyse factorielle. Cette technique est de plus en plus populaire en sciences économiques depuis les années 90. Étant donnée la disponibilité des données et des avancements computationnels, plusieurs nouvelles questions se posent. Quels sont les effets et la transmission des chocs structurels dans un environnement riche en données? Est-ce que l'information contenue dans un grand ensemble d'indicateurs économiques peut aider à mieux identifier les chocs de politique monétaire, à l'égard des problèmes rencontrés dans les applications utilisant des modèles standards? Peut-on identifier les chocs financiers et mesurer leurs effets sur l'économie réelle? Peut-on améliorer la méthode factorielle existante et y incorporer une autre technique de réduction de dimension comme l'analyse VARMA? Est-ce que cela produit de meilleures prévisions des grands agrégats macroéconomiques et aide au niveau de l'analyse par fonctions de réponse impulsionnelles? Finalement, est-ce qu'on peut appliquer l'analyse factorielle au niveau des paramètres aléatoires? Par exemple, est-ce qu'il existe seulement un petit nombre de sources de l'instabilité temporelle des coefficients dans les modèles macroéconomiques empiriques? Ma thèse, en utilisant l'analyse factorielle structurelle et la modélisation VARMA, répond à ces questions à travers cinq articles. Les deux premiers chapitres étudient les effets des chocs monétaire et financier dans un environnement riche en données. Le troisième article propose une nouvelle méthode en combinant les modèles à facteurs et VARMA. Cette approche est appliquée dans le quatrième article pour mesurer les effets des chocs de crédit au Canada. La contribution du dernier chapitre est d'imposer la structure à facteurs sur les paramètres variant dans le temps et de montrer qu'il existe un petit nombre de sources de cette instabilité. Le premier article analyse la transmission de la politique monétaire au Canada en utilisant le modèle vectoriel autorégressif augmenté par facteurs (FAVAR). Les études antérieures basées sur les modèles VAR ont trouvé plusieurs anomalies empiriques suite à un choc de la politique monétaire. Nous estimons le modèle FAVAR en utilisant un grand nombre de séries macroéconomiques mensuelles et trimestrielles. Nous trouvons que l'information contenue dans les facteurs est importante pour bien identifier la transmission de la politique monétaire et elle aide à corriger les anomalies empiriques standards. Finalement, le cadre d'analyse FAVAR permet d'obtenir les fonctions de réponse impulsionnelles pour tous les indicateurs dans l'ensemble de données, produisant ainsi l'analyse la plus complète à ce jour des effets de la politique monétaire au Canada. Motivée par la dernière crise économique, la recherche sur le rôle du secteur financier a repris de l'importance. Dans le deuxième article nous examinons les effets et la propagation des chocs de crédit sur l'économie réelle en utilisant un grand ensemble d'indicateurs économiques et financiers dans le cadre d'un modèle à facteurs structurel. Nous trouvons qu'un choc de crédit augmente immédiatement les diffusions de crédit (credit spreads), diminue la valeur des bons de Trésor et cause une récession. Ces chocs ont un effet important sur des mesures d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et financiers. Contrairement aux autres études, notre procédure d'identification du choc structurel ne requiert pas de restrictions temporelles entre facteurs financiers et macroéconomiques. De plus, elle donne une interprétation des facteurs sans restreindre l'estimation de ceux-ci. Dans le troisième article nous étudions la relation entre les représentations VARMA et factorielle des processus vectoriels stochastiques, et proposons une nouvelle classe de modèles VARMA augmentés par facteurs (FAVARMA). Notre point de départ est de constater qu'en général les séries multivariées et facteurs associés ne peuvent simultanément suivre un processus VAR d'ordre fini. Nous montrons que le processus dynamique des facteurs, extraits comme combinaison linéaire des variables observées, est en général un VARMA et non pas un VAR comme c'est supposé ailleurs dans la littérature. Deuxièmement, nous montrons que même si les facteurs suivent un VAR d'ordre fini, cela implique une représentation VARMA pour les séries observées. Alors, nous proposons le cadre d'analyse FAVARMA combinant ces deux méthodes de réduction du nombre de paramètres. Le modèle est appliqué dans deux exercices de prévision en utilisant des données américaines et canadiennes de Boivin, Giannoni et Stevanovic (2010, 2009) respectivement. Les résultats montrent que la partie VARMA aide à mieux prévoir les importants agrégats macroéconomiques relativement aux modèles standards. Finalement, nous estimons les effets de choc monétaire en utilisant les données et le schéma d'identification de Bernanke, Boivin et Eliasz (2005). Notre modèle FAVARMA(2,1) avec six facteurs donne les résultats cohérents et précis des effets et de la transmission monétaire aux États-Unis. Contrairement au modèle FAVAR employé dans l'étude ultérieure où 510 coefficients VAR devaient être estimés, nous produisons les résultats semblables avec seulement 84 paramètres du processus dynamique des facteurs. L'objectif du quatrième article est d'identifier et mesurer les effets des chocs de crédit au Canada dans un environnement riche en données et en utilisant le modèle FAVARMA structurel. Dans le cadre théorique de l'accélérateur financier développé par Bernanke, Gertler et Gilchrist (1999), nous approximons la prime de financement extérieur par les credit spreads. D'un côté, nous trouvons qu'une augmentation non-anticipée de la prime de financement extérieur aux États-Unis génère une récession significative et persistante au Canada, accompagnée d'une hausse immédiate des credit spreads et taux d'intérêt canadiens. La composante commune semble capturer les dimensions importantes des fluctuations cycliques de l'économie canadienne. L'analyse par décomposition de la variance révèle que ce choc de crédit a un effet important sur différents secteurs d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et credit spreads. De l'autre côté, une hausse inattendue de la prime canadienne de financement extérieur ne cause pas d'effet significatif au Canada. Nous montrons que les effets des chocs de crédit au Canada sont essentiellement causés par les conditions globales, approximées ici par le marché américain. Finalement, étant donnée la procédure d'identification des chocs structurels, nous trouvons des facteurs interprétables économiquement. Le comportement des agents et de l'environnement économiques peut varier à travers le temps (ex. changements de stratégies de la politique monétaire, volatilité de chocs) induisant de l'instabilité des paramètres dans les modèles en forme réduite. Les modèles à paramètres variant dans le temps (TVP) standards supposent traditionnellement les processus stochastiques indépendants pour tous les TVPs. Dans cet article nous montrons que le nombre de sources de variabilité temporelle des coefficients est probablement très petit, et nous produisons la première évidence empirique connue dans les modèles macroéconomiques empiriques. L'approche Factor-TVP, proposée dans Stevanovic (2010), est appliquée dans le cadre d'un modèle VAR standard avec coefficients aléatoires (TVP-VAR). Nous trouvons qu'un seul facteur explique la majorité de la variabilité des coefficients VAR, tandis que les paramètres de la volatilité des chocs varient d'une façon indépendante. Le facteur commun est positivement corrélé avec le taux de chômage. La même analyse est faite avec les données incluant la récente crise financière. La procédure suggère maintenant deux facteurs et le comportement des coefficients présente un changement important depuis 2007. Finalement, la méthode est appliquée à un modèle TVP-FAVAR. Nous trouvons que seulement 5 facteurs dynamiques gouvernent l'instabilité temporelle dans presque 700 coefficients.

Algorithmen für q-holonome Funktionen und q-hypergeometrische Reihen

Die q-Analysis ist eine spezielle Diskretisierung der Analysis auf einem Gitter, welches eine geometrische Folge darstellt, und findet insbesondere in der Quantenphysik eine breite Anwendung, ist aber auch in der Theorie der q-orthogonalen Polynome und speziellen Funktionen von großer Bedeutung. Die betrachteten mathematischen Objekte aus der q-Welt weisen meist eine recht komplizierte Struktur auf und es liegt daher nahe, sie mit Computeralgebrasystemen zu behandeln. In der vorliegenden Dissertation werden Algorithmen für q-holonome Funktionen und q-hypergeometrische Reihen vorgestellt. Alle Algorithmen sind in dem Maple-Package qFPS, welches integraler Bestandteil der Arbeit ist, implementiert. Nachdem in den ersten beiden Kapiteln Grundlagen geschaffen werden, werden im dritten Kapitel Algorithmen präsentiert, mit denen man zu einer q-holonomen Funktion q-holonome Rekursionsgleichungen durch Kenntnis derer q-Shifts aufstellen kann. Operationen mit q-holonomen Rekursionen werden ebenfalls behandelt. Im vierten Kapitel werden effiziente Methoden zur Bestimmung polynomialer, rationaler und q-hypergeometrischer Lösungen von q-holonomen Rekursionen beschrieben. Das fünfte Kapitel beschäftigt sich mit q-hypergeometrischen Potenzreihen bzgl. spezieller Polynombasen. Wir formulieren einen neuen Algorithmus, der zu einer q-holonomen Rekursionsgleichung einer q-hypergeometrischen Reihe mit nichttrivialem Entwicklungspunkt die entsprechende q-holonome Rekursionsgleichung für die Koeffizienten ermittelt. Ferner können wir einen neuen Algorithmus angeben, der umgekehrt zu einer q-holonomen Rekursionsgleichung für die Koeffizienten eine q-holonome Rekursionsgleichung der Reihe bestimmt und der nützlich ist, um q-holonome Rekursionen für bestimmte verallgemeinerte q-hypergeometrische Funktionen aufzustellen. Mit Formulierung des q-Taylorsatzes haben wir schließlich alle Zutaten zusammen, um das Hauptergebnis dieser Arbeit, das q-Analogon des FPS-Algorithmus zu erhalten. Wolfram Koepfs FPS-Algorithmus aus dem Jahre 1992 bestimmt zu einer gegebenen holonomen Funktion die entsprechende hypergeometrische Reihe. Wir erweitern den Algorithmus dahingehend, dass sogar Linearkombinationen q-hypergeometrischer Potenzreihen bestimmt werden können. ________________________________________________________________________________________________________________

Modulsymbole und Bruhat-Tits-Gebäude der PGL(3) über Funktionenkörpern

Thema der vorliegenden Arbeit ist die Bestimmung von Basen von Räumen spezieller harmonischer 2-Koketten auf Bruhat-Tits-Gebäuden der PGL(3) über Funktionenkörpern. Hierzu wird der Raum der speziellen harmonischen 2-Koketten auf dem Bruhat-Tits-Gebäude der PGL(3) zunächst mit gewissen komplexen Linearkombinationen von 2-Simplizes des Quotientenkomplexes, sogenannten geschlossenen Flächen, identifiziert und anschließend durch verallgemeinerte Modulsymbole beschrieben. Die Darstellung der Gruppe der Modulsymbole durch Erzeuger und Relationen ermöglicht die Bestimmung einer endlichen Basis des Raums der speziellen harmonischen 2-Koketten. Die so gewonnenen Erkenntnisse können zur Untersuchung von Hecke-Operatoren auf speziellen harmonischen 2-Koketten genutzt werden. Mithilfe des hergeleiteten Isomorphismus zwischen dem Raum der speziellen harmonischen 2-Koketten und dem Raum der geschlossenen Flächen wird die Theorie der Hecke-Operatoren auf den Raum der geschlossenen Flächen übertragen. Dies ermöglicht die Berechnung von Abbildungsmatrizen der Hecke-Operatoren auf dem Raum der harmonischen 2-Koketten durch die Auswertung auf den geschlossenen Flächen.

Dynamic graphics of parametrically linked multivariate methods used in compositional data analysis

Many multivariate methods that are apparently distinct can be linked by introducing one or more parameters in their definition. Methods that can be linked in this way are correspondence analysis, unweighted or weighted logratio analysis (the latter also known as "spectral mapping"), nonsymmetric correspondence analysis, principal component analysis (with and without logarithmic transformation of the data) and multidimensional scaling. In this presentation I will show how several of these methods, which are frequently used in compositional data analysis, may be linked through parametrizations such as power transformations, linear transformations and convex linear combinations. Since the methods of interest here all lead to visual maps of data, a "movie" can be made where where the linking parameter is allowed to vary in small steps: the results are recalculated "frame by frame" and one can see the smooth change from one method to another. Several of these "movies" will be shown, giving a deeper insight into the similarities and differences between these methods

Plane wave approximation of homogeneous Helmholtz solutions

In this paper, we study the approximation of solutions of the homogeneous Helmholtz equation Δu + ω 2 u = 0 by linear combinations of plane waves with different directions. We combine approximation estimates for homogeneous Helmholtz solutions by generalized harmonic polynomials, obtained from Vekua’s theory, with estimates for the approximation of generalized harmonic polynomials by plane waves. The latter is the focus of this paper. We establish best approximation error estimates in Sobolev norms, which are explicit in terms of the degree of the generalized polynomial to be approximated, the domain size, and the number of plane waves used in the approximations.

FunFOLDQA: a quality assessment tool for protein-ligand binding site residue predictions

The estimation of prediction quality is important because without quality measures, it is difficult to determine the usefulness of a prediction. Currently, methods for ligand binding site residue predictions are assessed in the function prediction category of the biennial Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction (CASP) experiment, utilizing the Matthews Correlation Coefficient (MCC) and Binding-site Distance Test (BDT) metrics. However, the assessment of ligand binding site predictions using such metrics requires the availability of solved structures with bound ligands. Thus, we have developed a ligand binding site quality assessment tool, FunFOLDQA, which utilizes protein feature analysis to predict ligand binding site quality prior to the experimental solution of the protein structures and their ligand interactions. The FunFOLDQA feature scores were combined using: simple linear combinations, multiple linear regression and a neural network. The neural network produced significantly better results for correlations to both the MCC and BDT scores, according to Kendall’s τ, Spearman’s ρ and Pearson’s r correlation coefficients, when tested on both the CASP8 and CASP9 datasets. The neural network also produced the largest Area Under the Curve score (AUC) when Receiver Operator Characteristic (ROC) analysis was undertaken for the CASP8 dataset. Furthermore, the FunFOLDQA algorithm incorporating the neural network, is shown to add value to FunFOLD, when both methods are employed in combination. This results in a statistically significant improvement over all of the best server methods, the FunFOLD method (6.43%), and one of the top manual groups (FN293) tested on the CASP8 dataset. The FunFOLDQA method was also found to be competitive with the top server methods when tested on the CASP9 dataset. To the best of our knowledge, FunFOLDQA is the first attempt to develop a method that can be used to assess ligand binding site prediction quality, in the absence of experimental data.

Predicting random effects with an expanded finite population mixed model

Prediction of random effects is an important problem with expanding applications. In the simplest context, the problem corresponds to prediction of the latent value (the mean) of a realized cluster selected via two-stage sampling. Recently, Stanek and Singer [Predicting random effects from finite population clustered samples with response error. J. Amer. Statist. Assoc. 99, 119-130] developed best linear unbiased predictors (BLUP) under a finite population mixed model that outperform BLUPs from mixed models and superpopulation models. Their setup, however, does not allow for unequally sized clusters. To overcome this drawback, we consider an expanded finite population mixed model based on a larger set of random variables that span a higher dimensional space than those typically applied to such problems. We show that BLUPs for linear combinations of the realized cluster means derived under such a model have considerably smaller mean squared error (MSE) than those obtained from mixed models, superpopulation models, and finite population mixed models. We motivate our general approach by an example developed for two-stage cluster sampling and show that it faithfully captures the stochastic aspects of sampling in the problem. We also consider simulation studies to illustrate the increased accuracy of the BLUP obtained under the expanded finite population mixed model. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Adolescents’ physical activity : competition between perceived neighborhood sport facilities and home media resources

Objective. To examine the independent, competing, and interactive effects of perceived availability of specific types of media in the home and neighborhood sport facilities on adolescents’ leisure-time physical activity (PA).

Methods. Survey data from 34 369 students in 42 Hong Kong secondary schools were collected (2006–07). Respondents reported moderate-to-vigorous leisure-time PA, presence of sport facilities in the neighborhood and of media equipment in the home. Being sufficiently physically active was defined as engaging in at least 30 minutes of non-school leisure-time PA on a daily basis. Logistic regression and post-estimation linear combinations of regression coefficients were used to examine the independent and competing effects of sport facilities and media equipment on leisure-time PA.

Results. Perceived availability of sport facilities was positively (ORboys = 1.17; ORgirls = 1.26), and that of computer/Internet negatively (ORboys = 0.48; ORgirls = 0.41), associated with being sufficiently active. A significant positive association between video game console and being sufficiently active was found in girls (ORgirls = 1.19) but not in boys. Compared with adolescents without sport facilities and media equipment, those who reported sport facilities only were more likely to be physically active (ORboys = 1.26; ORgirls = 1.34), while those who additionally reported computer/Internet were less likely to be physically active (ORboys = 0.60; ORgirls = 0.54).

Conclusions. Perceived availability of sport facilities in the neighborhood may positively impact on adolescents’ level of physical activity. However, having computer/Internet may cancel out the effects of active opportunities in the neighborhood. This suggests that physical activity programs for adolescents need to consider limiting the access to computer-mediated communication as an important intervention component.

A estrutura a termo da taxa de juros no Brasil: testando relações de codependência de ordem zero

Este trabalho testa a existência de relações de codependência de ordem zero em spreads formados a partir da estrutura a termo da taxa de juros no Brasil. O objetivo é verificar se existem combinações lineares dos spreads que geram um processo ruído branco contemporâneo. Essas combinações lineares poderiam ser utilizadas para a previsão de taxas de juros futuras dado que desvios destas relações estáveis implicariam em um movimento futuro das taxas de juros no sentido de restabelecer o equilíbrio. O modelo de Nelson e Siegel (1987) serve de base teórica para os testes empíricos. Ao verificar a hipótese de codependência de ordem zero é possível também analisar premissas quanto aos parâmetros do modelo em relação à estrutura a termo da taxa de juros no Brasil. As evidências obtidas a partir dos resultados empíricos apontam na rejeição da hipótese de codependência de ordem zero e, consequentemente, na impossibilidade de definir as combinações lineares mencionadas. Esta constatação pode estar relacionada aos períodos de instabilidade presentes na amostra ou na existência de codependência de ordem superior a zero.

Wannier-function approach to electron states in superlattices under an electric field

Electron quasi-stationary states in a periodic semiconductor superlattice are calculated, as linear combinations of Wannier-Kohn functions, for different values of an electric field applied along the heterostructure. A comparison with an alternative approach, which is based on the localization of quasi-stationary states, is performed. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.