New statistical methods to assess the effect of time-dependent exposures in case-control studies

Contexte. Les études cas-témoins sont très fréquemment utilisées par les épidémiologistes pour évaluer l’impact de certaines expositions sur une maladie particulière. Ces expositions peuvent être représentées par plusieurs variables dépendant du temps, et de nouvelles méthodes sont nécessaires pour estimer de manière précise leurs effets. En effet, la régression logistique qui est la méthode conventionnelle pour analyser les données cas-témoins ne tient pas directement compte des changements de valeurs des covariables au cours du temps. Par opposition, les méthodes d’analyse des données de survie telles que le modèle de Cox à risques instantanés proportionnels peuvent directement incorporer des covariables dépendant du temps représentant les histoires individuelles d’exposition. Cependant, cela nécessite de manipuler les ensembles de sujets à risque avec précaution à cause du sur-échantillonnage des cas, en comparaison avec les témoins, dans les études cas-témoins. Comme montré dans une étude de simulation précédente, la définition optimale des ensembles de sujets à risque pour l’analyse des données cas-témoins reste encore à être élucidée, et à être étudiée dans le cas des variables dépendant du temps. Objectif: L’objectif général est de proposer et d’étudier de nouvelles versions du modèle de Cox pour estimer l’impact d’expositions variant dans le temps dans les études cas-témoins, et de les appliquer à des données réelles cas-témoins sur le cancer du poumon et le tabac. Méthodes. J’ai identifié de nouvelles définitions d’ensemble de sujets à risque, potentiellement optimales (le Weighted Cox model and le Simple weighted Cox model), dans lesquelles différentes pondérations ont été affectées aux cas et aux témoins, afin de refléter les proportions de cas et de non cas dans la population source. Les propriétés des estimateurs des effets d’exposition ont été étudiées par simulation. Différents aspects d’exposition ont été générés (intensité, durée, valeur cumulée d’exposition). Les données cas-témoins générées ont été ensuite analysées avec différentes versions du modèle de Cox, incluant les définitions anciennes et nouvelles des ensembles de sujets à risque, ainsi qu’avec la régression logistique conventionnelle, à des fins de comparaison. Les différents modèles de régression ont ensuite été appliqués sur des données réelles cas-témoins sur le cancer du poumon. Les estimations des effets de différentes variables de tabac, obtenues avec les différentes méthodes, ont été comparées entre elles, et comparées aux résultats des simulations. Résultats. Les résultats des simulations montrent que les estimations des nouveaux modèles de Cox pondérés proposés, surtout celles du Weighted Cox model, sont bien moins biaisées que les estimations des modèles de Cox existants qui incluent ou excluent simplement les futurs cas de chaque ensemble de sujets à risque. De plus, les estimations du Weighted Cox model étaient légèrement, mais systématiquement, moins biaisées que celles de la régression logistique. L’application aux données réelles montre de plus grandes différences entre les estimations de la régression logistique et des modèles de Cox pondérés, pour quelques variables de tabac dépendant du temps. Conclusions. Les résultats suggèrent que le nouveau modèle de Cox pondéré propose pourrait être une alternative intéressante au modèle de régression logistique, pour estimer les effets d’expositions dépendant du temps dans les études cas-témoins

The relationship between product design and business models in the context of sustainability

Dans les sphères du développement durable, des modèles d’affaires et du design de produit, certains leviers rendent le croisement de ces trois sphères de plus en plus pertinent. Au croisement de ces trois sphères se trouve une opportunité de comprendre les relations existantes entre le design de produit et les modèles d’affaires afin d’aider les décideurs à développer des solutions davantage durables. L’approche méthodologique de cette recherche utilise un système complexe et est basée sur un paradigme pragmatique. En vue de répondre à la question « Dans quelle mesure des modèles d’affaires et le design de produit sont liés dans un contexte de développement durable? », cette recherche a soigneusement analysé trois cas: Better Place, une compagnie californienne ayant développé une infrastructure permettant le chargement des voitures électriques; Interface Inc., un manufacturier mondial de tuiles de tapis commerciales établi à Atlanta; et Métacycle, un concept d’entreprise développé par une équipe de chercheurs en design à Montréal. Chaque cas a été analysé en corrélant des aspects du design de produit à des éléments de leur modèle d’affaires. Les résultats montrent que dans le contexte du développement durable, le design de produit et les modèles d’affaires sont interdépendants. Les résultats peuvent être résumés en six points: il existe des relations applicables universellement; les innovations de design substantielles jouent un rôle important dans le développement durable; la « durabilité » peut être une qualité émergente d’un modèle d’affaires; les partenariats peuvent être vitaux pour l’intégration des systèmes; un modèle de services a des bénéfices et des limitations considérables; le design peut agir comme levier à l’utilisation d’énergies renouvelables. Pratiquer simultanément l’innovation du modèle d’affaires et du produit peut apporter une valeur ajoutée, susciter des opportunités et augmenter l’efficience sur plusieurs facettes. Toutefois, les risques et les coûts de tels procédés sont souvent très élevés. En aidant à comprendre et définir comment les trois sphères mentionnées plus tôt sont interdépendantes, cette recherche pourrait idéalement inspirer des recherches supplémentaires sur le sujet. L’application par des organisations de la méthodologie et des apprentissages résultant de cette recherche peut permettre à d’autres d’utiliser le croisement entre l’innovation de produit et l’innovation du modèle d’affaires afin de résoudre des enjeux sociaux et environnementaux complexes.

Bootstrap for panel data models with an application to the evaluation of public policies

Le but de cette thèse est d étendre la théorie du bootstrap aux modèles de données de panel. Les données de panel s obtiennent en observant plusieurs unités statistiques sur plusieurs périodes de temps. Leur double dimension individuelle et temporelle permet de contrôler l 'hétérogénéité non observable entre individus et entre les périodes de temps et donc de faire des études plus riches que les séries chronologiques ou les données en coupe instantanée. L 'avantage du bootstrap est de permettre d obtenir une inférence plus précise que celle avec la théorie asymptotique classique ou une inférence impossible en cas de paramètre de nuisance. La méthode consiste à tirer des échantillons aléatoires qui ressemblent le plus possible à l échantillon d analyse. L 'objet statitstique d intérêt est estimé sur chacun de ses échantillons aléatoires et on utilise l ensemble des valeurs estimées pour faire de l inférence. Il existe dans la littérature certaines application du bootstrap aux données de panels sans justi cation théorique rigoureuse ou sous de fortes hypothèses. Cette thèse propose une méthode de bootstrap plus appropriée aux données de panels. Les trois chapitres analysent sa validité et son application. Le premier chapitre postule un modèle simple avec un seul paramètre et s 'attaque aux propriétés théoriques de l estimateur de la moyenne. Nous montrons que le double rééchantillonnage que nous proposons et qui tient compte à la fois de la dimension individuelle et la dimension temporelle est valide avec ces modèles. Le rééchantillonnage seulement dans la dimension individuelle n est pas valide en présence d hétérogénéité temporelle. Le ré-échantillonnage dans la dimension temporelle n est pas valide en présence d'hétérogénéité individuelle. Le deuxième chapitre étend le précédent au modèle panel de régression. linéaire. Trois types de régresseurs sont considérés : les caractéristiques individuelles, les caractéristiques temporelles et les régresseurs qui évoluent dans le temps et par individu. En utilisant un modèle à erreurs composées doubles, l'estimateur des moindres carrés ordinaires et la méthode de bootstrap des résidus, on montre que le rééchantillonnage dans la seule dimension individuelle est valide pour l'inférence sur les coe¢ cients associés aux régresseurs qui changent uniquement par individu. Le rééchantillonnage dans la dimen- sion temporelle est valide seulement pour le sous vecteur des paramètres associés aux régresseurs qui évoluent uniquement dans le temps. Le double rééchantillonnage est quand à lui est valide pour faire de l inférence pour tout le vecteur des paramètres. Le troisième chapitre re-examine l exercice de l estimateur de différence en di¤érence de Bertrand, Duflo et Mullainathan (2004). Cet estimateur est couramment utilisé dans la littérature pour évaluer l impact de certaines poli- tiques publiques. L exercice empirique utilise des données de panel provenant du Current Population Survey sur le salaire des femmes dans les 50 états des Etats-Unis d Amérique de 1979 à 1999. Des variables de pseudo-interventions publiques au niveau des états sont générées et on s attend à ce que les tests arrivent à la conclusion qu il n y a pas d e¤et de ces politiques placebos sur le salaire des femmes. Bertrand, Du o et Mullainathan (2004) montre que la non-prise en compte de l hétérogénéité et de la dépendance temporelle entraîne d importantes distorsions de niveau de test lorsqu'on évalue l'impact de politiques publiques en utilisant des données de panel. Une des solutions préconisées est d utiliser la méthode de bootstrap. La méthode de double ré-échantillonnage développée dans cette thèse permet de corriger le problème de niveau de test et donc d'évaluer correctement l'impact des politiques publiques.

Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

Essays on oil price fluctuations and macroeconomic activity

Dans cette thèse, je me suis intéressé aux effets des fluctuations du prix de pétrole sur l'activité macroéconomique selon la cause sous-jacente ces fluctuations. Les modèles économiques utilisés dans cette thèse sont principalement les modèles d'équilibre général dynamique stochastique (de l'anglais Dynamic Stochastic General Equilibrium, DSGE) et les modèles Vecteurs Autorégressifs, VAR. Plusieurs études ont examiné les effets des fluctuations du prix de pétrole sur les principaux variables macroéconomiques, mais très peu d'entre elles ont fait spécifiquement le lien entre les effets des fluctuations du prix du pétrole et la l'origine de ces fluctuations. Pourtant, il est largement admis dans les études plus récentes que les augmentations du prix du pétrole peuvent avoir des effets très différents en fonction de la cause sous-jacente de cette augmentation. Ma thèse, structurée en trois chapitres, porte une attention particulière aux sources de fluctuations du prix de pétrole et leurs impacts sur l'activité macroéconomique en général, et en particulier sur l'économie du Canada. Le premier chapitre examine comment les chocs d'offre de pétrole, de demande agrégée, et de demande de précaution de pétrole affectent l'économie du Canada, dans un Modèle d'équilibre Général Dynamique Stochastique estimé. L'estimation est réalisée par la méthode Bayésienne, en utilisant des données trimestrielles canadiennes sur la période 1983Q1 à 2010Q4. Les résultats montrent que les effets dynamiques des fluctuations du prix du pétrole sur les principaux agrégats macro-économiques canadiens varient en fonction de leurs sources. En particulier, une augmentation de 10% du prix réel du pétrole causée par des chocs positifs sur la demande globale étrangère a un effet positif significatif de l'ordre de 0,4% sur le PIB réel du Canada au moment de l'impact et l'effet reste positif sur tous les horizons. En revanche, une augmentation du prix réel du pétrole causée par des chocs négatifs sur l'offre de pétrole ou par des chocs positifs de la demande de pétrole de précaution a un effet négligeable sur le PIB réel du Canada au moment de l'impact, mais provoque une baisse légèrement significative après l'impact. En outre, parmi les chocs pétroliers identifiés, les chocs sur la demande globale étrangère ont été relativement plus important pour expliquer la fluctuation des principaux agrégats macroéconomiques du Canada au cours de la période d'estimation. Le deuxième chapitre utilise un modèle Structurel VAR en Panel pour examiner les liens entre les chocs de demande et d'offre de pétrole et les ajustements de la demande de travail et des salaires dans les industries manufacturières au Canada. Le modèle est estimé sur des données annuelles désagrégées au niveau industriel sur la période de 1975 à 2008. Les principaux résultats suggèrent qu'un choc positif de demande globale a un effet positif sur la demande de travail et les salaires, à court terme et à long terme. Un choc négatif sur l'offre de pétrole a un effet négatif relativement faible au moment de l'impact, mais l'effet devient positif après la première année. En revanche, un choc positif sur la demande précaution de pétrole a un impact négatif à tous les horizons. Les estimations industrie-par-industrie confirment les précédents résultats en panel. En outre, le papier examine comment les effets des différents chocs pétroliers sur la demande travail et les salaires varient en fonction du degré d'exposition commerciale et de l'intensité en énergie dans la production. Il ressort que les industries fortement exposées au commerce international et les industries fortement intensives en énergie sont plus vulnérables aux fluctuations du prix du pétrole causées par des chocs d'offre de pétrole ou des chocs de demande globale. Le dernier chapitre examine les implications en terme de bien-être social de l'introduction des inventaires en pétrole sur le marché mondial à l'aide d'un modèle DSGE de trois pays dont deux pays importateurs de pétrole et un pays exportateur de pétrole. Les gains de bien-être sont mesurés par la variation compensatoire de la consommation sous deux règles de politique monétaire. Les principaux résultats montrent que l'introduction des inventaires en pétrole a des effets négatifs sur le bien-être des consommateurs dans chacun des deux pays importateurs de pétrole, alors qu'il a des effets positifs sur le bien-être des consommateurs dans le pays exportateur de pétrole, quelle que soit la règle de politique monétaire. Par ailleurs, l'inclusion de la dépréciation du taux de change dans les règles de politique monétaire permet de réduire les coûts sociaux pour les pays importateurs de pétrole. Enfin, l'ampleur des effets de bien-être dépend du niveau d'inventaire en pétrole à l'état stationnaire et est principalement expliquée par les chocs sur les inventaires en pétrole.

Participation in leisure and physical activity among children and adolescents with juvenile idiopathic arthritis

Contexte: L’arthrite juvénile idiopathique (AJI) est l’une des maladies chroniques auto-immune les plus répandues chez les enfants et est caractérisée par des enflures articulaires (maladie active), de la douleur, de la fatigue et des raideurs matinales pouvant restreindre leur niveau de participation aux activités quotidiennes (par exemple: les loisirs, l’activité physique, la mobilité et les soins personnels) à la maison comme à l’école. Participer aux activités de loisirs et à l’activité physique a des bienfaits au niveau de la santé et du développement de tous les enfants et démontrent aussi des effets positifs qui réduisent les symptômes des maladies chroniques telle l’AJI. Malgré ces bienfaits la participation aux loisirs chez les jeunes avec l’AJI demeure largement sous-étudiée. Objectifs: Cette étude vise à évaluer le niveau de participation aux loisirs et à l’activité physique chez les enfants et les adolescents atteints d’AJI, ainsi qu’à identifier les facteurs liés à la maladie, la personne et l’environnement. Méthodes : L’évaluation du niveau de participation et l’exploration des facteurs associés aux loisirs et à l’activité physique ont été complétés par l’entremise d’une revue systématique de la littérature, l’analyse de données d’un échantillon national représentatif d’enfants canadiens atteints d’arthrite âgés entre 5 et 14 ans (npondéré = 4350), ainsi que l’analyse standardisée du niveau de participation aux loisirs à l’aide du Children’s Assessment of Participation and Enjoyment (n=107) et la mesure objective de l’activité physique par accéléromètre (n=76) auprès d’un échantillon d’enfants (âgés entre 8 et 11 ans ) et d’adolescents (âgés entre 12 et 17 ans) suivis en clinique de rhumatologie à l’hôpital de Montréal pour enfants, Centre Universitaire de Santé McGill. Les résultats cliniques ont été comparés à des données normatives, ainsi qu’à un groupe contrôle sans AJI. Nous avons exploré les facteurs associés avec le niveau de participation aux loisirs et à l’activité physique en utilisant les modèles de régression linéaire multiple et l’analyse hiérarchique. Résultats : Les enfants et les adolescents atteints d’AJI participent à une multitude d’activités de loisirs; cependant ils sont moins souvent impliqués dans des activités physiques et de raffinement en comparaison aux autres types d’activités de loisirs. Ceux avec l’AJI étaient en général moins actifs que leurs pairs sans arthrite et la plupart n’atteignaient pas les recommandations nationales d’activité physique. Les garçons avec l’AJI participent plus souvent à des activités physiques et moins aux activités sociales, de raffinement et de développement de soi en comparaison avec les filles ayant l’AJI. En général, être un garçon, être plus âgé, avoir une meilleure motivation pour participer aux activités de motricité globale, avoir un statut socio-économique plus élevé et être d’origine culturelle canadienne sont associés à un niveau de participation plus élevé aux activités physiques. La préférence pour les activités de raffinement, un niveau d’éducation maternelle plus élevé et être une fille étaient associés à un niveau de participation plus élevé aux activités de raffinement. Conclusion: La participation aux loisirs et à l’activité physique en AJI est un concept complexe et semble surtout être expliqué par des facteurs personnels et environnementaux. L’identification des facteurs associés aux loisirs et à l’activité physique est très importante en AJI puisqu’elle peut permettre aux professionnels de la santé de développer des interventions significatives basées sur les activités préférées des enfants, améliorer l’observance au traitement et promouvoir des habitudes de vie saine.

Modeling and Analysis of Some Heavy Tailed Time Series

The thesis has covered various aspects of modeling and analysis of finite mean time series with symmetric stable distributed innovations. Time series analysis based on Box and Jenkins methods are the most popular approaches where the models are linear and errors are Gaussian. We highlighted the limitations of classical time series analysis tools and explored some generalized tools and organized the approach parallel to the classical set up. In the present thesis we mainly studied the estimation and prediction of signal plus noise model. Here we assumed the signal and noise follow some models with symmetric stable innovations.We start the thesis with some motivating examples and application areas of alpha stable time series models. Classical time series analysis and corresponding theories based on finite variance models are extensively discussed in second chapter. We also surveyed the existing theories and methods correspond to infinite variance models in the same chapter. We present a linear filtering method for computing the filter weights assigned to the observation for estimating unobserved signal under general noisy environment in third chapter. Here we consider both the signal and the noise as stationary processes with infinite variance innovations. We derived semi infinite, double infinite and asymmetric signal extraction filters based on minimum dispersion criteria. Finite length filters based on Kalman-Levy filters are developed and identified the pattern of the filter weights. Simulation studies show that the proposed methods are competent enough in signal extraction for processes with infinite variance.Parameter estimation of autoregressive signals observed in a symmetric stable noise environment is discussed in fourth chapter. Here we used higher order Yule-Walker type estimation using auto-covariation function and exemplify the methods by simulation and application to Sea surface temperature data. We increased the number of Yule-Walker equations and proposed a ordinary least square estimate to the autoregressive parameters. Singularity problem of the auto-covariation matrix is addressed and derived a modified version of the Generalized Yule-Walker method using singular value decomposition.In fifth chapter of the thesis we introduced partial covariation function as a tool for stable time series analysis where covariance or partial covariance is ill defined. Asymptotic results of the partial auto-covariation is studied and its application in model identification of stable auto-regressive models are discussed. We generalize the Durbin-Levinson algorithm to include infinite variance models in terms of partial auto-covariation function and introduce a new information criteria for consistent order estimation of stable autoregressive model.In chapter six we explore the application of the techniques discussed in the previous chapter in signal processing. Frequency estimation of sinusoidal signal observed in symmetric stable noisy environment is discussed in this context. Here we introduced a parametric spectrum analysis and frequency estimate using power transfer function. Estimate of the power transfer function is obtained using the modified generalized Yule-Walker approach. Another important problem in statistical signal processing is to identify the number of sinusoidal components in an observed signal. We used a modified version of the proposed information criteria for this purpose.

Some bivariate life time models in discrete time"

The term reliability of an equipment or device is often meant to indicate the probability that it carries out the functions expected of it adequately or without failure and within specified performance limits at a given age for a desired mission time when put to use under the designated application and operating environmental stress. A broad classification of the approaches employed in relation to reliability studies can be made as probabilistic and deterministic, where the main interest in the former is to device tools and methods to identify the random mechanism governing the failure process through a proper statistical frame work, while the latter addresses the question of finding the causes of failure and steps to reduce individual failures thereby enhancing reliability. In the probabilistic attitude to which the present study subscribes to, the concept of life distribution, a mathematical idealisation that describes the failure times, is fundamental and a basic question a reliability analyst has to settle is the form of the life distribution. It is for no other reason that a major share of the literature on the mathematical theory of reliability is focussed on methods of arriving at reasonable models of failure times and in showing the failure patterns that induce such models. The application of the methodology of life time distributions is not confined to the assesment of endurance of equipments and systems only, but ranges over a wide variety of scientific investigations where the word life time may not refer to the length of life in the literal sense, but can be concieved in its most general form as a non-negative random variable. Thus the tools developed in connection with modelling life time data have found applications in other areas of research such as actuarial science, engineering, biomedical sciences, economics, extreme value theory etc.

Some Results on Reciprocal Subtangent in the Context of Weighted Models

Recently, reciprocal subtangent has been used as a useful tool to describe the behaviour of a density curve. Motivated by this, in the present article we extend the concept to the weighted models. Characterization results are proved for models viz. gamma, Rayleigh, equilibrium, residual lifetime, and proportional hazards. An identity under weighted distribution is also obtained when the reciprocal subtangent takes the form of a general class of distributions. Finally, an extension of reciprocal subtangent for the weighted models in the bivariate and multivariate cases are introduced and proved some useful results

Characterizations of Bivariate Models Using Some Dynamic Conditional Information Divergence Measures

In this article, we study some relevant information divergence measures viz. Renyi divergence and Kerridge’s inaccuracy measures. These measures are extended to conditionally specifiedmodels and they are used to characterize some bivariate distributions using the concepts of weighted and proportional hazard rate models. Moreover, some bounds are obtained for these measures using the likelihood ratio order

Product autoregressive models for non-negative variables

When variables in time series context are non-negative, such as for volatility, survival time or wave heights, a multiplicative autoregressive model of the type Xt = Xα t−1Vt , 0 ≤ α < 1, t = 1, 2, . . . may give the preferred dependent structure. In this paper, we study the properties of such models and propose methods for parameter estimation. Explicit solutions of the model are obtained in the case of gamma marginal distribution

Design, implementation and application of a generic framework for integrated regional land-use modeling

Land use is a crucial link between human activities and the natural environment and one of the main driving forces of global environmental change. Large parts of the terrestrial land surface are used for agriculture, forestry, settlements and infrastructure. Given the importance of land use, it is essential to understand the multitude of influential factors and resulting land use patterns. An essential methodology to study and quantify such interactions is provided by the adoption of land-use models. By the application of land-use models, it is possible to analyze the complex structure of linkages and feedbacks and to also determine the relevance of driving forces. Modeling land use and land use changes has a long-term tradition. In particular on the regional scale, a variety of models for different regions and research questions has been created. Modeling capabilities grow with steady advances in computer technology, which on the one hand are driven by increasing computing power on the other hand by new methods in software development, e.g. object- and component-oriented architectures. In this thesis, SITE (Simulation of Terrestrial Environments), a novel framework for integrated regional sland-use modeling, will be introduced and discussed. Particular features of SITE are the notably extended capability to integrate models and the strict separation of application and implementation. These features enable efficient development, test and usage of integrated land-use models. On its system side, SITE provides generic data structures (grid, grid cells, attributes etc.) and takes over the responsibility for their administration. By means of a scripting language (Python) that has been extended by language features specific for land-use modeling, these data structures can be utilized and manipulated by modeling applications. The scripting language interpreter is embedded in SITE. The integration of sub models can be achieved via the scripting language or by usage of a generic interface provided by SITE. Furthermore, functionalities important for land-use modeling like model calibration, model tests and analysis support of simulation results have been integrated into the generic framework. During the implementation of SITE, specific emphasis was laid on expandability, maintainability and usability. Along with the modeling framework a land use model for the analysis of the stability of tropical rainforest margins was developed in the context of the collaborative research project STORMA (SFB 552). In a research area in Central Sulawesi, Indonesia, socio-environmental impacts of land-use changes were examined. SITE was used to simulate land-use dynamics in the historical period of 1981 to 2002. Analogous to that, a scenario that did not consider migration in the population dynamics, was analyzed. For the calculation of crop yields and trace gas emissions, the DAYCENT agro-ecosystem model was integrated. In this case study, it could be shown that land-use changes in the Indonesian research area could mainly be characterized by the expansion of agricultural areas at the expense of natural forest. For this reason, the situation had to be interpreted as unsustainable even though increased agricultural use implied economic improvements and higher farmers' incomes. Due to the importance of model calibration, it was explicitly addressed in the SITE architecture through the introduction of a specific component. The calibration functionality can be used by all SITE applications and enables largely automated model calibration. Calibration in SITE is understood as a process that finds an optimal or at least adequate solution for a set of arbitrarily selectable model parameters with respect to an objective function. In SITE, an objective function typically is a map comparison algorithm capable of comparing a simulation result to a reference map. Several map optimization and map comparison methodologies are available and can be combined. The STORMA land-use model was calibrated using a genetic algorithm for optimization and the figure of merit map comparison measure as objective function. The time period for the calibration ranged from 1981 to 2002. For this period, respective reference land-use maps were compiled. It could be shown, that an efficient automated model calibration with SITE is possible. Nevertheless, the selection of the calibration parameters required detailed knowledge about the underlying land-use model and cannot be automated. In another case study decreases in crop yields and resulting losses in income from coffee cultivation were analyzed and quantified under the assumption of four different deforestation scenarios. For this task, an empirical model, describing the dependence of bee pollination and resulting coffee fruit set from the distance to the closest natural forest, was integrated. Land-use simulations showed, that depending on the magnitude and location of ongoing forest conversion, pollination services are expected to decline continuously. This results in a reduction of coffee yields of up to 18% and a loss of net revenues per hectare of up to 14%. However, the study also showed that ecological and economic values can be preserved if patches of natural vegetation are conservated in the agricultural landscape. -----------------------------------------------------------------------

Comparison of different methods in estimating potential evapotranspiration at Muda Irrigation Scheme of Malaysia

Evapotranspiration (ET) is a complex process in the hydrological cycle that influences the quantity of runoff and thus the irrigation water requirements. Numerous methods have been developed to estimate potential evapotranspiration (PET). Unfortunately, most of the reliable PET methods are parameter rich models and therefore, not feasible for application in data scarce regions. On the other hand, accuracy and reliability of simple PET models vary widely according to regional climate conditions. The objective of the present study was to evaluate the performance of three temperature-based and three radiation-based simple ET methods in estimating historical ET and projecting future ET at Muda Irrigation Scheme at Kedah, Malaysia. The performance was measured by comparing those methods with the parameter intensive Penman-Monteith Method. It was found that radiation based methods gave better performance compared to temperature-based methods in estimation of ET in the study area. Future ET simulated from projected climate data obtained through statistical downscaling technique also showed that radiation-based methods can project closer ET values to that projected by Penman-Monteith Method. It is expected that the study will guide in selecting suitable methods for estimating and projecting ET in accordance to availability of meteorological data.

Modeling, Estimation, and Control of Robot-Soil Interactions

This thesis presents the development of hardware, theory, and experimental methods to enable a robotic manipulator arm to interact with soils and estimate soil properties from interaction forces. Unlike the majority of robotic systems interacting with soil, our objective is parameter estimation, not excavation. To this end, we design our manipulator with a flat plate for easy modeling of interactions. By using a flat plate, we take advantage of the wealth of research on the similar problem of earth pressure on retaining walls. There are a number of existing earth pressure models. These models typically provide estimates of force which are in uncertain relation to the true force. A recent technique, known as numerical limit analysis, provides upper and lower bounds on the true force. Predictions from the numerical limit analysis technique are shown to be in good agreement with other accepted models. Experimental methods for plate insertion, soil-tool interface friction estimation, and control of applied forces on the soil are presented. In addition, a novel graphical technique for inverting the soil models is developed, which is an improvement over standard nonlinear optimization. This graphical technique utilizes the uncertainties associated with each set of force measurements to obtain all possible parameters which could have produced the measured forces. The system is tested on three cohesionless soils, two in a loose state and one in a loose and dense state. The results are compared with friction angles obtained from direct shear tests. The results highlight a number of key points. Common assumptions are made in soil modeling. Most notably, the Mohr-Coulomb failure law and perfectly plastic behavior. In the direct shear tests, a marked dependence of friction angle on the normal stress at low stresses is found. This has ramifications for any study of friction done at low stresses. In addition, gradual failures are often observed for vertical tools and tools inclined away from the direction of motion. After accounting for the change in friction angle at low stresses, the results show good agreement with the direct shear values.

Option pricing in market models driven by telegraph processes with jumps

Esta tesis está dividida en dos partes: en la primera parte se presentan y estudian los procesos telegráficos, los procesos de Poisson con compensador telegráfico y los procesos telegráficos con saltos. El estudio presentado en esta primera parte incluye el cálculo de las distribuciones de cada proceso, las medias y varianzas, así como las funciones generadoras de momentos entre otras propiedades. Utilizando estas propiedades en la segunda parte se estudian los modelos de valoración de opciones basados en procesos telegráficos con saltos. En esta parte se da una descripción de cómo calcular las medidas neutrales al riesgo, se encuentra la condición de no arbitraje en este tipo de modelos y por último se calcula el precio de las opciones Europeas de compra y venta.