Desarrollo de Algoritmos Numéricos para el Estudio de la Propagación no Lineal de Ondas en Aplicaciones Aeroespaciales y Astrofísicas. Develop to Numerical Algorithms to Study non-Linear Waves Propagation in Aerospace and Astrophysics Applications.

En este proyecto se desarrollarán algoritmos numéricos para sistemas no lineales hiperbólicos-parabólicos de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Dichos sistemas tienen aplicación en propagación de ondas en ámbitos aeroespaciales y astrofísicos.Objetivos generales: 1)Desarrollo y mejora de algoritmos numéricos con la finalidad de incrementar la calidad en la simulación de propagación e interacción de ondas gasdinámicas y magnetogasdinámicas no lineales. 2)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos gasdinámicos de elevada entalpía incluyendo cambios químicos, efectos dispersivos y difusivos.3)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos magnetogasdinámicos ideales y reales.4)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la solución del flujo aerotermodinámico alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera terrestre. 5)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la simulación del comportamiento dinámico no lineal de arcos magnéticos en la corona solar. 6)Desarrollo de nuevos modelos para describir el comportamiento no lineal de arcos magnéticos en la corona solar.Este proyecto presenta como objetivo principal la introducción de mejoras en algoritmos numéricos para simular la propagación e interacción de ondas no lineales en dos medios gaseosos: aquellos que no poseen carga eléctrica libre (flujos gasdinámicos) y aquellos que tienen carga eléctrica libre (flujos magnetogasdinámicos). Al mismo tiempo se desarrollarán códigos computacionales que implementen las mejoras de las técnicas numéricas.Los algoritmos numéricos se aplicarán con la finalidad de incrementar el conocimiento en tópicos de interés en la ingeniería aeroespacial como es el cálculo del flujo de calor y fuerzas aerotermodinámicas que soportan objetos que ingresan a la atmósfera terrestre y en temas de astrofísica como la propagación e interacción de ondas, tanto para la transferencia de energía como para la generación de inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar. Estos dos temas poseen en común las técnicas y algoritmos numéricos con los que serán tratados. Las ecuaciones gasdinámicas y magnetogasdinámicas ideales conforman sistemas hiperbólicos de ecuaciones diferenciales y pueden ser solucionados utilizando "Riemann solvers" junto con el método de volúmenes finitos (Toro 1999; Udrea 1999; LeVeque 1992 y 2005). La inclusión de efectos difusivos genera que los sistemas de ecuaciones resulten hiperbólicos-parabólicos. La contribución parabólica puede ser considerada como términos fuentes y tratada adicionalmente tanto en forma explícita como implícita (Udrea 1999; LeVeque 2005).Para analizar el flujo alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera se utilizarán las ecuaciones de Navier-Stokes químicamente activas, mientras la temperatura no supere los 6000K. Para mayores temperaturas es necesario considerar efectos de ionización (Anderson, 1989). Tanto los efectos difusivos como los cambios químicos serán considerados como términos fuentes en las ecuaciones de Euler. Para tratar la propagación de ondas, transferencia de energía e inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar se utilizarán las ecuaciones de la magnetogasdinámica ideal y real. En este caso será también conveniente implementar términos fuente para el tratamiento de fenómenos de transporte como el flujo de calor y el de radiación. Los códigos utilizarán la técnica de volúmenes finitos, junto con esquemas "Total Variation Disminishing - TVD" sobre mallas estructuradas y no estructuradas.

Optimización en el cómputos de algoritmos de cuadratura para funciones especiales. Optimization of quadrature algorithms for special functions.

En nuestro proyecto anterior aproximamos el cálculo de una integral definida con integrandos de grandes variaciones funcionales. Nuestra aproximación paraleliza el algoritmo de cómputo de un método adaptivo de cuadratura, basado en reglas de Newton-Cote. Los primeros resultados obtenidos fueron comunicados en distintos congresos nacionales e internacionales; ellos nos permintieron comenzar con una tipificación de las reglas de cuadratura existentes y una clasificación de algunas funciones utilizadas como funciones de prueba. Estas tareas de clasificación y tipificación no las hemos finalizado, por lo que pretendemos darle continuidad a fin de poder informar sobre la conveniencia o no de utilizar nuestra técnica. Para llevar adelante esta tarea se buscará una base de funciones de prueba y se ampliará el espectro de reglas de cuadraturas a utilizar. Además, nos proponemos re-estructurar el cálculo de algunas rutinas que intervienen en el cómputo de la mínima energía de una molécula. Este programa ya existe en su versión secuencial y está modelizado utilizando la aproximación LCAO. El mismo obtiene resultados exitosos en cuanto a precisión, comparado con otras publicaciones internacionales similares, pero requiere de un tiempo de cálculo significativamente alto. Nuestra propuesta es paralelizar el algoritmo mencionado abordándolo al menos en dos niveles: 1- decidir si conviene distribuir el cálculo de una integral entre varios procesadores o si será mejor distribuir distintas integrales entre diferentes procesadores. Debemos recordar que en los entornos de arquitecturas paralelas basadas en redes (típicamente redes de área local, LAN) el tiempo que ocupa el envío de mensajes entre los procesadores es muy significativo medido en cantidad de operaciones de cálculo que un procesador puede completar. 2- de ser necesario, paralelizar el cálculo de integrales dobles y/o triples. Para el desarrollo de nuestra propuesta se desarrollarán heurísticas para verificar y construir modelos en los casos mencionados tendientes a mejorar las rutinas de cálculo ya conocidas. A la vez que se testearán los algoritmos con casos de prueba. La metodología a utilizar es la habitual en Cálculo Numérico. Con cada propuesta se requiere: a) Implementar un algoritmo de cálculo tratando de lograr versiones superadoras de las ya existentes. b) Realizar los ejercicios de comparación con las rutinas existentes para confirmar o desechar una mejor perfomance numérica. c) Realizar estudios teóricos de error vinculados al método y a la implementación. Se conformó un equipo interdisciplinario integrado por investigadores tanto de Ciencias de la Computación como de Matemática. Metas a alcanzar Se espera obtener una caracterización de las reglas de cuadratura según su efectividad, con funciones de comportamiento oscilatorio y con decaimiento exponencial, y desarrollar implementaciones computacionales adecuadas, optimizadas y basadas en arquitecturas paralelas.

Automating the testing process of image processing algorithms

As digital imaging processing techniques become increasingly used in a broad range of consumer applications, the critical need to evaluate algorithm performance has become recognised by developers as an area of vital importance. With digital image processing algorithms now playing a greater role in security and protection applications, it is of crucial importance that we are able to empirically study their performance. Apart from the field of biometrics little emphasis has been put on algorithm performance evaluation until now and where evaluation has taken place, it has been carried out in a somewhat cumbersome and unsystematic fashion, without any standardised approach. This paper presents a comprehensive testing methodology and framework aimed towards automating the evaluation of image processing algorithms. Ultimately, the test framework aims to shorten the algorithm development life cycle by helping to identify algorithm performance problems quickly and more efficiently.

Efficient similarity-based operations for data integration

Similarity-based operations, similarity join, similarity grouping, data integration

Approximations of the Fisher information for the construction of efficient experimental designs in nonlinear mixed effects models

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Diss., 2012

Representations of lattice point sets : theory, algorithms, applications

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Habil.-Schr., 2006

Development-oriented refugee assistance : sustainable, efficient and gender-sensitive? ; theoretical and practical analyses based on a case study of the Rhino camp in Uganda

Magdeburg, Univ., Fak. für Humanwiss., Diss., 2012

AvBandTest – a Testing Tool for Implementations of Available Band width Estimation Algorithms

This work describes a test tool that allows to make performance tests of different end-to-end available bandwidth estimation algorithms along with their different implementations. The goal of such tests is to find the best-performing algorithm and its implementation and use it in congestion control mechanism for high-performance reliable transport protocols. The main idea of this paper is to describe the options which provide available bandwidth estimation mechanism for highspeed data transport protocols and to develop basic functionality of such test tool with which it will be possible to manage entities of test application on all involved testing hosts, aided by some middleware.

Efficiency Comparison of DFT/IDFT Algorithms by Evaluating Diverse Hardware Implementations

In this paper we investigate various algorithms for performing Fast Fourier Transformation (FFT)/Inverse Fast Fourier Transformation (IFFT), and proper techniques for maximizing the FFT/IFFT execution speed, such as pipelining or parallel processing, and use of memory structures with pre-computed values (look up tables -LUT) or other dedicated hardware components (usually multipliers). Furthermore, we discuss the optimal hardware architectures that best apply to various FFT/IFFT algorithms, along with their abilities to exploit parallel processing with minimal data dependences of the FFT/IFFT calculations. An interesting approach that is also considered in this paper is the application of the integrated processing-in-memory Intelligent RAM (IRAM) chip to high speed FFT/IFFT computing. The results of the assessment study emphasize that the execution speed of the FFT/IFFT algorithms is tightly connected to the capabilities of the FFT/IFFT hardware to support the provided parallelism of the given algorithm. Therefore, we suggest that the basic Discrete Fourier Transform (DFT)/Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) can also provide high performances, by utilizing a specialized FFT/IFFT hardware architecture that can exploit the provided parallelism of the DFT/IDF operations. The proposed improvements include simplified multiplications over symbols given in polar coordinate system, using sinе and cosine look up tables, and an approach for performing parallel addition of N input symbols.

Efficiency Comparison of DFT/IDFT Algorithms by Evaluating Diverse Hardware : Implementations,Parallelization Prospectsand Possible Improvements

In this paper we investigate various algorithms for performing Fast Fourier Transformation (FFT)/Inverse Fast Fourier Transformation (IFFT), and proper techniquesfor maximizing the FFT/IFFT execution speed, such as pipelining or parallel processing, and use of memory structures with pre-computed values (look up tables -LUT) or other dedicated hardware components (usually multipliers). Furthermore, we discuss the optimal hardware architectures that best apply to various FFT/IFFT algorithms, along with their abilities to exploit parallel processing with minimal data dependences of the FFT/IFFT calculations. An interesting approach that is also considered in this paper is the application of the integrated processing-in-memory Intelligent RAM (IRAM) chip to high speed FFT/IFFT computing. The results of the assessment study emphasize that the execution speed of the FFT/IFFT algorithms is tightly connected to the capabilities of the FFT/IFFT hardware to support the provided parallelism of the given algorithm. Therefore, we suggest that the basic Discrete Fourier Transform (DFT)/Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) can also provide high performances, by utilizing a specialized FFT/IFFT hardware architecture that can exploit the provided parallelism of the DFT/IDF operations. The proposed improvements include simplified multiplications over symbols given in polar coordinate system, using sinе and cosine look up tables,and an approach for performing parallel addition of N input symbols.

Practical Aspects of Genetic Algorithms’ Implementation in Life Cycle Management of Electrotechnical Equipment

Some practical aspects of Genetic algorithms’ implementation regarding to life cycle management of electrotechnical equipment are considered.

Efficient query processing in co-processor-accelerated databases

...Diese Dissertation zeigt, wie wir Datenbankmanagementsysteme bauen können, die heterogene Prozessoren effizient und zuverlässig zur Beschleunigung der Anfrageverarbeitung nutzen können. Daher untersuchen wir typische Entwurfsentscheidungen von coprozessorbeschleunigten Datenbankmanagementsystemen und leiten darauf aufbauend eine generische Architektur für solche Systeme ab. Unsere Untersuchungen zeigen, dass eines der wichtigsten Probleme für solche Datenbankmanagementsysteme die Entscheidung ist, welche Operatoren einer Anfrage auf welchem Prozessor ausgeführt werden sollen...

Efficient bidding with externalities

We implement a family of efficient proposals to share benefits generated in environments with externalities. These proposals extend the Shapley value to games with externalities and are parametrized through the method by which the externalities are averaged. We construct two slightly different mechanisms: one for environments with negative externalities and the other for positive externalities. We show that the subgame perfect equilibrium outcomes of these mechanisms coincide with the sharing proposals.

Fair and efficient student placement with couples

We study situations of allocating positions or jobs to students or workers based on priorities. An example is the assignment of medical students to hospital residencies on the basis of one or several entrance exams. For markets without couples, e.g., for ``undergraduate student placement,'' acyclicity is a necessary and sufficient condition for the existence of a fair and efficient placement mechanism (Ergin, 2002). We show that in the presence of couples, which introduces complementarities into the students' preferences, acyclicity is still necessary, but not sufficient (Theorem 4.1). A second necessary condition (Theorem 4.2) is ``priority-togetherness'' of couples. A priority structure that satisfies both necessary conditions is called pt-acyclic. For student placement problems where all quotas are equal to one we characterize pt-acyclicity (Lemma 5.1) and show that it is a sufficient condition for the existence of a fair and efficient placement mechanism (Theorem 5.1). If in addition to pt-acyclicity we require ``reallocation-'' and ``vacancy-fairness'' for couples, the so-called dictator-bidictator placement mechanism is the unique fair and efficient placement mechanism (Theorem 5.2). Finally, for general student placement problems, we show that pt-acyclicity may not be sufficient for the existence of a fair and efficient placement mechanism (Examples 5.4, 5.5, and 5.6). We identify a sufficient condition such that the so-called sequential placement mechanism produces a fair and efficient allocation (Theorem 5.3).

Sharing the surplus: a just and efficient proposal for environments with externalities

Economic activities, both on the macro and micro level, often entail wide-spread externalities. This in turn leads to disputes regarding the compensation levels to the various parties affected. We propose a general, yet simple, method of deciding upon the distribution of the gains (costs) of cooperation in the presence of externalities. This method is shown to be the unique one satisfying several desirable properties. Furthermore, we illustrate the use of this method to resolve the sharing of benefits generated by international climate control agreements.