Novel Statistical Methods in Quantitative Genetics : Modeling Genetic Variance for Quantitative Trait Loci Mapping and Genomic Evaluation

This thesis develops and evaluates statistical methods for different types of genetic analyses, including quantitative trait loci (QTL) analysis, genome-wide association study (GWAS), and genomic evaluation. The main contribution of the thesis is to provide novel insights in modeling genetic variance, especially via random effects models. In variance component QTL analysis, a full likelihood model accounting for uncertainty in the identity-by-descent (IBD) matrix was developed. It was found to be able to correctly adjust the bias in genetic variance component estimation and gain power in QTL mapping in terms of precision.  Double hierarchical generalized linear models, and a non-iterative simplified version, were implemented and applied to fit data of an entire genome. These whole genome models were shown to have good performance in both QTL mapping and genomic prediction. A re-analysis of a publicly available GWAS data set identified significant loci in Arabidopsis that control phenotypic variance instead of mean, which validated the idea of variance-controlling genes.  The works in the thesis are accompanied by R packages available online, including a general statistical tool for fitting random effects models (hglm), an efficient generalized ridge regression for high-dimensional data (bigRR), a double-layer mixed model for genomic data analysis (iQTL), a stochastic IBD matrix calculator (MCIBD), a computational interface for QTL mapping (qtl.outbred), and a GWAS analysis tool for mapping variance-controlling loci (vGWAS).

Elevers läsvanor : En kvalitativ studie av fyra fordonselevers läsvanor

The following study was conducted at an upper secondary school in Sweden and attempts to explore the question of what influences male pupils’ reading habits. Many quantitative international studies, including PISA, PIRLS and IEA Reading Literacy, have sought to answer this question, but only partially succeeded due to the limitations of their methods. Therefore, this study seeks to explore this question in more depth using qualitative methods, including interviews and classroom observations, but also minor tests. Two facts which the previously mentioned international studies have found is that boys and particularly immigrant boys tend to have worse reading results than their counterparts. It is therefore the aim of this study to study four male students in upper secondary school; of which two are native Swedes and the other two are unaccompanied refugee children; one from Afghanistan and the other from Morocco. The findings of this study are as follows. Firstly, necessity was found to be the single most important factor for the reading habits of these four pupils; especially the two refugees. Both refugees learnt to read under harsh circumstances in madrassas in their respective home countries. Moreover, the Moroccan pupil learnt to speak and read Spanish fluently during his seven years as a homeless child. Furthermore, in the absence of necessity, interest was found to be decisive in determining the pupils’ reading habits. In addition to this, the study theorizes that an interest in reading generally arises before the ability to read and not vice versa. However, teachers can in fact affect their pupils’ reading habits even in upper secondary school.

Developing a Model for Pedestrian Route Selection at Colby

Millions of unconscious calculations are made daily by pedestrians walking through the Colby College campus. I used ArcGIS to make a predictive spatial model that chose paths similar to those that are actually used by people on a regular basis. To make a viable model of how most travelers choose their way, I considered both the distance required and the type of traveling surface. I used an iterative process to develop a scheme for weighting travel costs which resulted in accurate least-cost paths to be predicted by ArcMap. The accuracy was confirmed when the calculated routes were compared to satellite photography and were found to overlap well-worn “shortcuts” taken between the paved paths throughout campus.

Diagramas momento-curvatura para elementos estruturais de concreto armado submetidos a carregamento monotonico ou cíclico

Este trabalho tem por objetivo desenvolver e implementar, computacionalmente, procedimentos numéricos eficientes, aplicados à determinacão do diagrama momento-curvatura, correspondentes à: -uma seção tipica, em vigas de concreto armado, submetida à carga monotônica ou cíclica de curta duração; - um ponto genérico da superficie média em placas de concreto armado, submetidas à carga monotônica de curta duração. Ainda à luz dos resultados obtidos, visa também propôr um modelo simplificado em termos de resultantes de tensões e deformações generalizadas. Inicialmente, é descrito um modelo laminar para vigas, no qual a carga é aplicada de forma incremental sendo que para cada etapa, as equaçães de equilibrio não-lineares são resolvidas de maneira iterativa. Como consequência é proposta uma relação momento-curvatura em termos de resultantes. A fim de verificar a validade e aplicabilidade dos métodos e dos algorítmos estudados e comparar-se os resultados com dados experimentais e respostas obtidas por outros pesquisadores, é apresentada uma série de exemplos numéricos. A continuação, é aplicado o procedimento anterior para modelos de laje, livres de solicitações de membrana. Finalmente através de um estudo paramétrico dos diversos fatores que afetam o diagrama momento-curvatura, propõe-se uma relação simplificada.

Análise não linear física e geométrica de pórticos espaciais

Apresenta-se uma formulação do tipo incrementaliterativa destinada a análise não linear de pórticos espaciais. Considera-se os efeitos não lineares introduzidos pelas mudanças de configuração geométrica da estrutura e também pela combinação destes efeitos com aqueles inerentes ao comportamento plástico exibido pelo material. As relações cinemáticas empregadas permitem a consideração de deslocamentos arbitrariamente grandes, acompanhadas de pequenas deformações . A modelagem do comportamento plástico do material é efetuada através do conceito de rótula plástica, estabelecido a partir de um critério de plastificação generalizado. Adota-se uma matriz de rigidez geométrica de barra baseada em momentos semitangenciais. Para elementos com extremos plastificados, é deduzida uma matriz de rigidez elasto-plástica. Emprega-se um método numérico do tipo incremental-iterativo, que utiliza como condição básica de controle da análise a constância do trabalho realizado pelos incrementos de cargas, em cada passo incremental (Método de Controle por Trabalho).A formulação permite uma descricão completa do desempenho mecânico da estrutura, inclusive em estágio de deformação pós-crítico em que ocorre regressão do carregamento com aumento de deslocamentos, ou vice-versa. A formulação foi implementada em um programa computacional elaborado em linguagem FORTRAN. Vários exemplos numéricos são apresentados para mostrar a eficiência das procedimentos propostos.

Análise de barragens de gravidade de concreto considerando a fase construtiva e a interação dinâmica barragem-reservatório-fundação

o objetivo deste trabalho é a análise de barragens de gravidade de concreto desde a faseda sua construção até sua completa entrada em serviço. Inicialmente é feita a análise da fase construtiva, onde o problema fundamental é devido às tensões térmicas decorrentes do calor de hidratação. O método dos elementos finitos é empregado para a solução dos problemasde transferência de calor e de tensões. A influência da construção em camadas é introduzidaatravés da redefinição da malha de elementos finitos, logo após o lançamento de cadacamada de concreto. Uma atenção especial é dada ao problema de fissuração em estruturas de concreto simples.Algunsmodelos usuais são apresentados, discutindo-se a eficiência dos mesmos. Os modelosde fissuração distribuída têm sido preferidos, em virtude dos vários inconvenientes apresentados pelas formulações discretas. Esses modelos, entretanto, fornecem resultados dependentesda malha de elementos finitos e alguma consideração adicional deve ser feita para corrigiressas distorções. Normalmente, tenta-se corrigir esse problema através da adoção de umaresistênciaà tração minorada que é definida em função da energia de fratura do material. Neste trabalho, é demonstrado que esse procedimento não é satisfatório e é proposta uma novaformulaçãopara a análise de grandes estruturas de concreto. A análise das tensões na etapa de construção da barragem é feita com o emprego de um modelo constitutivo viscoelástico com envelhecimento para o concreto. Em virtude do envelhecimento,a matriz de rigidez da estrutura é variável no tempo, devendo ser redefinida e triangularizadaem cada instante. Isto leva a um grande esforço computacional, sobretudo, quandoa barragem é construída em muitas camadas. Para evitar esse inconveniente, adota-se um procedimento iterativo que permite que a matriz de rigidez seja redefinida em poucas idadesde referência. Numa segunda etapa da análise, a barragem é submetida à pressão hidrostática e a uma excitação sísmica. A análise dinâmica é realizada considerando-se o movimento do sistema acoplado barragem-reservatório-fundação. O sismo é considerado um processo estocásticonão estacionário e a segurança da estrutura é determinada em relação aos principais modos de falha

Formulação LTSn para problemas de transporte sem simetria azimutal e problemas dependentes do tempo

Neste trabalho, estendemos, de forma analítica, a formulação LTSN à problemas de transporte unidimensionais sem simetria azimutal. Para este problema, também apresentamos a solução com dependência contínua na variável angular, a partir da qual é estabelecido um método iterativo de solução da equação de transporte unidimensional. Também discutimos como a formulação LTSN é aplicada na resolução de problemas de transporte unidimensionais dependentes do tempo, tanto de forma aproximada pela inversão numérica do fluxo transformado na variável tempo, bem como analiticamente, pela aplicação do método LTSNnas equações nodais. Simulações numéricas e comparações com resultados disponíveis na literatura são apresentadas.

Um modelo numerico para analise de estruturas de materiais compostos considerando efeitos viscoelasticos e falhas progressivas

Neste trabalho apresentam-se pocedimentos para análise não linear de estruturas de materiais compostos laminados reforçados por fibras. A formulação é baseada em uma descrição cinemática incremental Lagrangeana Total, que permite o tratamento de deslocamentos arbitrariamente grandes com pequenas deformações, utilizando elementos finitos tridimensionais degenerados deduzidos para a análise de cascas. As estruturas são consideradas como submetidas a cargas mecânicas e a ações de temperatura e de umidade. O material é suposto elástico linear com propriedades dependentes, ou não, dos valores da temperatura e da concentração de umidade, ou viscoelástico linear com uma relação constitutiva em integral hereditária , e com comportamento higrotermo-reologicamente simples. As lâminas são consideradas como sujeitas a falhas, as quais são detectadas através de critérios macroscópicos, baseados em tensões ou em deformações. As equações não lineares de equilíbrio são resolvidas através de procedimentos iterativos e as deformações dependentes do tempo são avaliadas pelo método das variáveis de estado. Diversos exemplos numéricos de estruturas submetidas à flexão, flambagem elástica e viscoelástica e falhas são apresentados.

Study of the audio coding algorithm of the MPEG-4 AAC standard and comparison among implementations of modules of the algorithm

Audio coding is used to compress digital audio signals, thereby reducing the amount of bits needed to transmit or to store an audio signal. This is useful when network bandwidth or storage capacity is very limited. Audio compression algorithms are based on an encoding and decoding process. In the encoding step, the uncompressed audio signal is transformed into a coded representation, thereby compressing the audio signal. Thereafter, the coded audio signal eventually needs to be restored (e.g. for playing back) through decoding of the coded audio signal. The decoder receives the bitstream and reconverts it into an uncompressed signal. ISO-MPEG is a standard for high-quality, low bit-rate video and audio coding. The audio part of the standard is composed by algorithms for high-quality low-bit-rate audio coding, i.e. algorithms that reduce the original bit-rate, while guaranteeing high quality of the audio signal. The audio coding algorithms consists of MPEG-1 (with three different layers), MPEG-2, MPEG-2 AAC, and MPEG-4. This work presents a study of the MPEG-4 AAC audio coding algorithm. Besides, it presents the implementation of the AAC algorithm on different platforms, and comparisons among implementations. The implementations are in C language, in Assembly of Intel Pentium, in C-language using DSP processor, and in HDL. Since each implementation has its own application niche, each one is valid as a final solution. Moreover, another purpose of this work is the comparison among these implementations, considering estimated costs, execution time, and advantages and disadvantages of each one.

Data mining por meio de análise de redes, no contexto de filtro colaborativo

Tendo como motivação o desenvolvimento de uma representação gráfica de redes com grande número de vértices, útil para aplicações de filtro colaborativo, este trabalho propõe a utilização de superfícies de coesão sobre uma base temática multidimensionalmente escalonada. Para isso, utiliza uma combinação de escalonamento multidimensional clássico e análise de procrustes, em algoritmo iterativo que encaminha soluções parciais, depois combinadas numa solução global. Aplicado a um exemplo de transações de empréstimo de livros pela Biblioteca Karl A. Boedecker, o algoritmo proposto produz saídas interpretáveis e coerentes tematicamente, e apresenta um stress menor que a solução por escalonamento clássico.

Desordem ou vácuo institucional?: uma análise dos discursos presentes na educação superior peruana

This thesis is about change, discontinuity, instability. The theoretical perspective used to analyses the changing process was Institutional Theory, which argues that institutions has a long-term time. The institutional change has always be seen as a structural process and a incremental one, but this research aimed rescue the dynamic side of institutional change, understanding that as a result of deinstitutionalization and institutionalization processes. In order to understand the deinstitutionalization and institutionalization processes, we try to understand the concepts of interactive and iterative. So, it was possible understand that these process are interdependent and has to be understood as both side of institutional change. Nevertheless, it couldn¿t have an institutional vacuum, but a hybrid order or plural one, where a set of institutional forces would find its legitimacy. The Discourses Analysis supports this research, which was developed in Peru. A group of University professors was interviewed and we noticed that there are a lot of practices that act as micro institutional rules. In that way, we can admit that there is no vacuum, but a plural institutional order.

Um modelo analítico e computacional para consideração de efeitos de envelhecimento em estruturas de material compósito

Os materiais compósitos reforçados por fibras apresentam vantagens quando comparados aos materiais de construção mais tradicionais como concreto e aço. Por outro lado, devido ao fato destes materiais serem relativamente recentes no mercado, questões a respeito de sua durabilidade são ainda objeto de discussão e faz-se necessária intensa pesquisa sobre o envelhecimento dos compósitos. Como conseqüência, recentemente têm surgido inúmeros trabalhos à respeito da degradação dos compósitos considerando efeitos como temperatura, oxidação, radiação UV, condições de carregamento, etc. A maioria destas pesquisas, no entanto, são realizadas a nível de material e não são diretamente aplicáveis à situações de projeto. Desta forma, existe grande demanda por novos estudos e dados compatíveis com aplicações estruturais. Neste trabalho apresenta-se um modelo analítico-numérico adequado para, interpretação e aplicação destes dados experimentais em análise e projeto de estrutural. A formulação proposta inclui relações constitutivas elásticas anisotrópicas com envelhecimento, relações constitutivas viscoelásticas anisotrópicas com envelhecimento em termos de variáveis de estado, análise de falhas com critério de degradação ajustado à idade do material e considera-se grandes deslocamentos e pequenas deformações. As diferenças essenciais entre os processos de envelhecimento em endurecimento e amolecimento são descritos juntamente com as relações constitutivas para cada caso. Estas equações são deduzidas na forma adequada para análise numérica via método dos elementos finitos usando uma solução incremental-iterativa com consideração de efeitos pos-críticos. Vários exemplos são apresentados, incluindo análises elásticas, viscoelásticas e de falha com envelhecimento.

The Capm and Fama-French models in Brazil: a comparative study

This paper confronts the Capital Asset Pricing Model - CAPM - and the 3-Factor Fama-French - FF - model using both Brazilian and US stock market data for the same Sample period (1999-2007). The US data will serve only as a benchmark for comparative purposes. We use two competing econometric methods, the Generalized Method of Moments (GMM) by (Hansen, 1982) and the Iterative Nonlinear Seemingly Unrelated Regression Estimation (ITNLSUR) by Burmeister and McElroy (1988). Both methods nest other options based on the procedure by Fama-MacBeth (1973). The estimations show that the FF model fits the Brazilian data better than CAPM, however it is imprecise compared with the US analog. We argue that this is a consequence of an absence of clear-cut anomalies in Brazilian data, specially those related to firm size. The tests on the efficiency of the models - nullity of intercepts and fitting of the cross-sectional regressions - presented mixed conclusions. The tests on intercept failed to rejected the CAPM when Brazilian value-premium-wise portfolios were used, contrasting with US data, a very well documented conclusion. The ITNLSUR has estimated an economically reasonable and statistically significant market risk premium for Brazil around 6.5% per year without resorting to any particular data set aggregation. However, we could not find the same for the US data during identical period or even using a larger data set. Este estudo procura contribuir com a literatura empírica brasileira de modelos de apreçamento de ativos. Dois dos principais modelos de apreçamento são Infrontados, os modelos Capital Asset Pricing Model (CAPM)e de 3 fatores de Fama-French. São aplicadas ferramentas econométricas pouco exploradas na literatura nacional na estimação de equações de apreçamento: os métodos de GMM e ITNLSUR. Comparam-se as estimativas com as obtidas de dados americanos para o mesmo período e conclui-se que no Brasil o sucesso do modelo de Fama e French é limitado. Como subproduto da análise, (i) testa-se a presença das chamadas anomalias nos retornos, e (ii) calcula-se o prêmio de risco implícito nos retornos das ações. Os dados revelam a presença de um prêmio de valor, porém não de um prêmio de tamanho. Utilizando o método de ITNLSUR, o prêmio de risco de mercado é positivo e significativo, ao redor de 6,5% ao ano.

Model selection, estimation and forecasting in VAR models with short-run and long-run restrictions

We study the joint determination of the lag length, the dimension of the cointegrating space and the rank of the matrix of short-run parameters of a vector autoregressive (VAR) model using model selection criteria. We consider model selection criteria which have data-dependent penalties for a lack of parsimony, as well as the traditional ones. We suggest a new procedure which is a hybrid of traditional criteria and criteria with data-dependant penalties. In order to compute the fit of each model, we propose an iterative procedure to compute the maximum likelihood estimates of parameters of a VAR model with short-run and long-run restrictions. Our Monte Carlo simulations measure the improvements in forecasting accuracy that can arise from the joint determination of lag-length and rank, relative to the commonly used procedure of selecting the lag-length only and then testing for cointegration.

Duas vertentes da ontogênese da linguagem no desenvolvimento cognitivo

Este estudo pretende trazer uma contribuição à discussão da relação linguagem-cognição, através do exame de um aspecto restrito do problema: a hipótese de uma base cognitiva para aquisição de linguagem. O modelo teórico piagetiano é analisado em sua explicação da ontogenese da linguagem como resultante das construções da inteligência sensório-motora. Alguns de seus aspectos são questionados, a possibilidade de sua explicitação em forma de hipótese verificável é examinada e a literatura é analisada em busca de evidências relevantes. A principal lacuna constatada é a visão de linguagem restrita a aspectos de desempenho, sendo levado em conta apenas o começo da emissão de palavras na quase totalidade das pesquisas. Ainda dentro de uma perspectiva construtivista, o esboço de um novo modelo teórico é proposto, incluindo a discussão da ontogenese da compreensão de linguagem. Hipóteses decorrentes da proposta teórica, especialmente a de início da possibilidade de tratar o signo linguístico antes do estágio VI, são formuladas e verificadas por pesquisa empírica. Esta inclui um estudo longitudinal e outro transversal do desenvolvimento linguístico e cognitivo de 45 crianças entre 8 e 18 meses. O desenvolvimento da compreensão é comparado em diversos aspectos ao da produção ou fala. Verifica-se que o primeiro começa mais cedo, é mais rápido e atinge um vocabulário maior e um nível mais complexo na faixa etária estudada. Há evidências ainda de diferenças no papel da imitação na construção do vocabulário nas duas vertentes. Observa-se um início de resposta mais generalizada e sistemática à linguagem a partir de nove meses, ocasião em que a criança se mostra capaz de coordenação de reações circulares secundárias e quando consegue reconstruir mentalmente um objeto invisível a partir de uma fração visível. Considera-se que esta resposta já envolve a decodificação de signos e a diferenciação significante-significado, numa etapa preliminar de um processo evolutivo que se entrelaça com a formação de conceitos. Os dados nao permitem a identificação de prê-requisitos cognitivos para aquisição de liguagem, mas dois aspectos podem ser destacados como correlatos do início do processo de compartilhar o signo linguístico: a possibilidade da criança compreender que tem um nome e responder a ele e uma intencionalidade primitiva. Os resultados apoiam as hipóteses formuladas e sugerem que as construções finais do período sensório-motor não são condições necessárias para aquisição de linguagem e que esta não ê consequência direta do desenvolvimento cognitivo. Novos estudos são necessários para suprir as limitações desta pesquisa e verificação das implicações decorrentes dos resultados obtidos.