Estudi de mètodes de classificació borrosa i la seva aplicació a l'agrupació de zones geogràfiques en base a diverses característiques incertes

Aquesta memòria està estructurada en sis capítols amb l'objectiu final de fonamentar i desenvolupar les eines matemàtiques necessàries per a la classificació de conjunts de subconjunts borrosos. El nucli teòric del treball el formen els capítols 3, 4 i 5; els dos primers són dos capítols de caire més general, i l'últim és una aplicació dels anteriors a la classificació dels països de la Unió Europea en funció de determinades característiques borroses. En el capítol 1 s'analitzen les diferents connectives borroses posant una especial atenció en aquells aspectes que en altres capítols tindran una aplicació específica. És per aquest motiu que s'estudien les ordenacions de famílies de t-normes, donada la seva importància en la transitivitat de les relacions borroses. La verificació del principi del terç exclòs és necessària per assegurar que un conjunt significatiu de mesures borroses generalitzades, introduïdes en el capítol 3, siguin reflexives. Estudiem per a quines t-normes es verifica aquesta propietat i introduïm un nou conjunt de t-normes que verifiquen aquest principi. En el capítol 2 es fa un recorregut general per les relacions borroses centrant-nos en l'estudi de la clausura transitiva per a qualsevol t-norma, el càlcul de la qual és en molts casos fonamental per portar a terme el procés de classificació. Al final del capítol s'exposa un procediment pràctic per al càlcul d'una relació borrosa amb l'ajuda d'experts i de sèries estadístiques. El capítol 3 és un monogràfic sobre mesures borroses. El primer objectiu és relacionar les mesures (o distàncies) usualment utilitzades en les aplicacions borroses amb les mesures conjuntistes crisp. Es tracta d'un enfocament diferent del tradicional enfocament geomètric. El principal resultat és la introducció d'una família parametritzada de mesures que verifiquen unes propietats de caràcter conjuntista prou satisfactòries. L'estudi de la verificació del principi del terç exclòs té aquí la seva aplicació sobre la reflexivitat d'aquestes mesures, que són estudiades amb una certa profunditat en alguns casos particulars. El capítol 4 és, d'entrada, un repàs dels principals resultats i mètodes borrosos per a la classificació dels elements d'un mateix conjunt de subconjunts borrosos. És aquí on s'apliquen els resultats sobre les ordenacions de les famílies de t-normes i t-conormes estudiades en el capítol 1. S'introdueix un nou mètode de clusterització, canviant la matriu de la relació borrosa cada vegada que s'obté un nou clúster. Aquest mètode permet homogeneïtzar la metodologia del càlcul de la relació borrosa amb el mètode de clusterització. El capítol 5 tracta sobre l'agrupació d'objectes de diferent naturalesa; és a dir, subconjunts borrosos que pertanyen a diferents conjunts. Aquesta teoria ja ha estat desenvolupada en el cas binari; aquí, el que es presenta és la seva generalització al cas n-ari. Més endavant s'estudien certs aspectes de les projeccions de la relació sobre un cert espai i el recíproc, l'estudi de cilindres de relacions predeterminades. Una aplicació sobre l'agrupació de les comarques gironines en funció de certes variables borroses es presenta al final del capítol. L'últim capítol és eminentment pràctic, ja que s'aplica allò estudiat principalment en els capítols 3 i 4 a la classificació dels països de la Unió Europea en funció de determinades característiques borroses. Per tal de fer previsions per a anys venidors s'han utilitzat sèries temporals i xarxes neuronals. S'han emprat diverses mesures i mètodes de clusterització per tal de poder comparar els diversos dendogrames que resulten del procés de clusterització. Finalment, als annexos es poden consultar les sèries estadístiques utilitzades, la seva extrapolació, els càlculs per a la construcció de les matrius de les relacions borroses, les matrius de mesura i les seves clausures.

Funcions densitat i semblança molecular quàntica: nous desenvolupaments i aplicacions

La present tesi, tot i que emmarcada dins de la teoria de les Mesures Semblança Molecular Quántica (MQSM), es deriva en tres àmbits clarament definits: - La creació de Contorns Moleculars de IsoDensitat Electrònica (MIDCOs, de l'anglès Molecular IsoDensity COntours) a partir de densitats electròniques ajustades. - El desenvolupament d'un mètode de sobreposició molecular, alternatiu a la regla de la màxima semblança. - Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR, de l'anglès Quantitative Structure-Activity Relationships). L'objectiu en el camp dels MIDCOs és l'aplicació de funcions densitat ajustades, ideades inicialment per a abaratir els càlculs de MQSM, per a l'obtenció de MIDCOs. Així, es realitza un estudi gràfic comparatiu entre diferents funcions densitat ajustades a diferents bases amb densitats obtingudes de càlculs duts a terme a nivells ab initio. D'aquesta manera, l'analogia visual entre les funcions ajustades i les ab initio obtinguda en el ventall de representacions de densitat obtingudes, i juntament amb els valors de les mesures de semblança obtinguts prèviament, totalment comparables, fonamenta l'ús d'aquestes funcions ajustades. Més enllà del propòsit inicial, es van realitzar dos estudis complementaris a la simple representació de densitats, i són l'anàlisi de curvatura i l'extensió a macromolècules. La primera observació correspon a comprovar no només la semblança dels MIDCOs, sinó la coherència del seu comportament a nivell de curvatura, podent-se així observar punts d'inflexió en la representació de densitats i veure gràficament aquelles zones on la densitat és còncava o convexa. Aquest primer estudi revela que tant les densitats ajustades com les calculades a nivell ab initio es comporten de manera totalment anàloga. En la segona part d'aquest treball es va poder estendre el mètode a molècules més grans, de fins uns 2500 àtoms. Finalment, s'aplica part de la filosofia del MEDLA. Sabent que la densitat electrònica decau ràpidament al allunyar-se dels nuclis, el càlcul d'aquesta pot ser obviat a distàncies grans d'aquests. D'aquesta manera es va proposar particionar l'espai, i calcular tan sols les funcions ajustades de cada àtom tan sols en una regió petita, envoltant l'àtom en qüestió. Duent a terme aquest procés, es disminueix el temps de càlcul i el procés esdevé lineal amb nombre d'àtoms presents en la molècula tractada. En el tema dedicat a la sobreposició molecular es tracta la creació d'un algorisme, així com la seva implementació en forma de programa, batejat Topo-Geometrical Superposition Algorithm (TGSA), d'un mètode que proporcionés aquells alineaments que coincideixen amb la intuïció química. El resultat és un programa informàtic, codificat en Fortran 90, el qual alinea les molècules per parelles considerant tan sols nombres i distàncies atòmiques. La total absència de paràmetres teòrics permet desenvolupar un mètode de sobreposició molecular general, que proporcioni una sobreposició intuïtiva, i també de forma rellevant, de manera ràpida i amb poca intervenció de l'usuari. L'ús màxim del TGSA s'ha dedicat a calcular semblances per al seu ús posterior en QSAR, les quals majoritàriament no corresponen al valor que s'obtindria d'emprar la regla de la màxima semblança, sobretot si hi ha àtoms pesats en joc. Finalment, en l'últim tema, dedicat a la Semblança Quàntica en el marc del QSAR, es tracten tres aspectes diferents: - Ús de matrius de semblança. Aquí intervé l'anomenada matriu de semblança, calculada a partir de les semblances per parelles d'entre un conjunt de molècules. Aquesta matriu és emprada posteriorment, degudament tractada, com a font de descriptors moleculars per a estudis QSAR. Dins d'aquest àmbit s'han fet diversos estudis de correlació d'interès farmacològic, toxicològic, així com de diverses propietats físiques. - Aplicació de l'energia d'interacció electró-electró, assimilat com a una forma d'autosemblança. Aquesta modesta contribució consisteix breument en prendre el valor d'aquesta magnitud, i per analogia amb la notació de l'autosemblança molecular quàntica, assimilar-la com a cas particular de d'aquesta mesura. Aquesta energia d'interacció s'obté fàcilment a partir de programari mecanoquàntic, i esdevé ideal per a fer un primer estudi preliminar de correlació, on s'utilitza aquesta magnitud com a únic descriptor. - Càlcul d'autosemblances, on la densitat ha estat modificada per a augmentar el paper d'un substituent. Treballs previs amb densitats de fragments, tot i donar molt bons resultats, manquen de cert rigor conceptual en aïllar un fragment, suposadament responsable de l'activitat molecular, de la totalitat de l'estructura molecular, tot i que les densitats associades a aquest fragment ja difereixen degut a pertànyer a esquelets amb diferents substitucions. Un procediment per a omplir aquest buit que deixa la simple separació del fragment, considerant així la totalitat de la molècula (calcular-ne l'autosemblança), però evitant al mateix temps valors d'autosemblança no desitjats provocats per àtoms pesats, és l'ús de densitats de Forats de fermi, els quals es troben definits al voltant del fragment d'interès. Aquest procediment modifica la densitat de manera que es troba majoritàriament concentrada a la regió d'interès, però alhora permet obtenir una funció densitat, la qual es comporta matemàticament igual que la densitat electrònica regular, podent-se així incorporar dins del marc de la semblança molecular. Les autosemblances calculades amb aquesta metodologia han portat a bones correlacions amb àcids aromàtics substituïts, podent així donar una explicació al seu comportament. Des d'un altre punt de vista, també s'han fet contribucions conceptuals. S'ha implementat una nova mesura de semblança, la d'energia cinètica, la qual consisteix en prendre la recentment desenvolupada funció densitat d'energia cinètica, la qual al comportar-se matemàticament igual a les densitats electròniques regulars, s'ha incorporat en el marc de la semblança. A partir d'aquesta mesura s'han obtingut models QSAR satisfactoris per diferents conjunts moleculars. Dins de l'aspecte del tractament de les matrius de semblança s'ha implementat l'anomenada transformació estocàstica com a alternativa a l'ús de l'índex Carbó. Aquesta transformació de la matriu de semblança permet obtenir una nova matriu no simètrica, la qual pot ser posteriorment tractada per a construir models QSAR.

Nous complexos mono- i dinuclears de ruteni amb lligands polipiridílics i de tipus fosfina. Síntesi, caracterització i aplicacions catalítiques

La Tesi descriu de manera completa una sèrie de complexos de ruteni amb lligands polipiridílics i lligands auxiliars de tipus fosfina, dmso, nitril o aquo. Es descriuen estudis d'isomerització (cis/trans o coordinació meridional/facial) en complexos mononuclears, a partir de tècniques espectroscòpiques. Els resultats experimentals es corroboren a partir de càlculs DFT. S'han fet també estudis d'activitat catalítica en transferència d'hidrogen per als complexos Ru-fosfina. S'han sintetitzat també complexos dinuclears de ruteni amb el lligand tetradentat Hbpp i s'ha avaluat llur activitat en la catàlisi d'oxidació d'aigua, determinant la importància de la correcta orientació relativa dels centres actius Ru=O. L'heterogeneïtzació dels complexos sobre suports conductors permet avaluar llur activitat en fase heterogènia, millorant respecte el corresponent procés en dissolució. La co-polimerització dels catalitzadors amb espècies de tipus metalocarborà, amb major dilució del catalitzador i minimització de la sobreoxidació, millora notablement els resultats, permetent diverses reutilitzacions.

Visual Object Recognition Using Deformable Models of Vehicles

This workshop paper reports recent developments to a vision system for traffic interpretation which relies extensively on the use of geometrical and scene context. Firstly, a new approach to pose refinement is reported, based on forces derived from prominent image derivatives found close to an initial hypothesis. Secondly, a parameterised vehicle model is reported, able to represent different vehicle classes. This general vehicle model has been fitted to sample data, and subjected to a Principal Component Analysis to create a deformable model of common car types having 6 parameters. We show that the new pose recovery technique is also able to operate on the PCA model, to allow the structure of an initial vehicle hypothesis to be adapted to fit the prevailing context. We report initial experiments with the model, which demonstrate significant improvements to pose recovery.

Pose and Structure Recovery using Active Models

A new formulation of a pose refinement technique using ``active'' models is described. An error term derived from the detection of image derivatives close to an initial object hypothesis is linearised and solved by least squares. The method is particularly well suited to problems involving external geometrical constraints (such as the ground-plane constraint). We show that the method is able to recover both the pose of a rigid model, and the structure of a deformable model. We report an initial assessment of the performance and cost of pose and structure recovery using the active model in comparison with our previously reported ``passive'' model-based techniques in the context of traffic surveillance. The new method is more stable, and requires fewer iterations, especially when the number of free parameters increases, but shows somewhat poorer convergence.

On the Meridional Structure of Annular Modes

Using a simple stochastic model, the authors illustrate that the occurrence of a meridional dipole in the first empirical orthogonal function (EOF) of a time-dependent zonal jet is a simple consequence of the north–south excursion of the jet center, and this geometrical fact can be understood without appealing to fluid dynamical principles. From this it follows that one ought not, perhaps, be surprised at the fact that such dipoles, commonly referred to as the Arctic Oscillation (AO) or the Northern Annular Mode (NAM), have robustly been identified in many observational studies and appear to be ubiquitous in atmospheric models across a wide range of complexity.

View-based approaches to spatial representation in human vision

In an immersive virtual environment, observers fail to notice the expansion of a room around them and consequently make gross errors when comparing the size of objects. This result is difficult to explain if the visual system continuously generates a 3-D model of the scene based on known baseline information from interocular separation or proprioception as the observer walks. An alternative is that observers use view-based methods to guide their actions and to represent the spatial layout of the scene. In this case, they may have an expectation of the images they will receive but be insensitive to the rate at which images arrive as they walk. We describe the way in which the eye movement strategy of animals simplifies motion processing if their goal is to move towards a desired image and discuss dorsal and ventral stream processing of moving images in that context. Although many questions about view-based approaches to scene representation remain unanswered, the solutions are likely to be highly relevant to understanding biological 3-D vision.

Causes of the apparent scale independence of fractal indices associated with forest fragmentation in Bolivia

In a recent investigation, Landsat TM and ETM+ data were used to simulate different resolutions of remotely-sensed images (from 30 to 1100 m) and to analyze the effect of resolution on a range of landscape metrics associated with spatial patterns of forest fragmentation in Chapare, Bolivia since the mid-1980s. Whereas most metrics were found to be highly dependent on pixel size, several fractal metrics (DLFD, MPFD, and AWMPFD) were apparently independent of image resolution, in contradiction with a sizeable body of literature indicating that fractal dimensions of natural objects depend strongly on image characteristics. The present re-analysis of the Chapare images, using two alternative algorithms routinely used for the evaluation of fractal dimensions, shows that the values of the box-counting and information fractal dimensions are systematically larger, sometimes by as much as 85%, than the "fractal" indices DLFD, MPFD, and AWMFD for the same images. In addition, the geometrical fractal features of the forest and non-forest patches in the Chapare region strongly depend on the resolution of images used in the analysis. The largest dependency on resolution occurs for the box-counting fractal dimension in the case of the non-forest patches in 1993, where the difference between the 30 and I 100 m-resolution images corresponds to 24% of the full theoretical range (1.0 to 2.0) of the mass fractal dimension. The observation that the indices DLFD, MPFD, and AWMPFD, unlike the classical fractal dimensions, appear relatively unaffected by resolution in the case of the Chapare images seems due essentially to the fact that these indices are based on a heuristic, "non-geometric" approach to fractals. Because of their lack of a foundation in fractal geometry, nothing guarantees that these indices will be resolution-independent in general. (C) 2006 International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Inc. (ISPRS). Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Flavour characterization of fresh and processed pennywort (Centella asiatica L.) juices

The flavour characteristics of fresh and processed pennywort juices treated by pasteurization, sterilization and high pressure processing (HPP) were investigated by using solid-phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry. Sesquiterpene hydrocarbons comprised the major class of volatile components present and the juices had a characteristic smell due to the presence of volatile compounds including β-caryophyllene, humulene, E-β-farnesene, α-copaene, alloaromadendrene and β-elemene. All processing operations caused a reduction in the total volatile concentration, but HPP caused more volatile acyclic alcohols, aldehydes and oxygenated monoterpenoids to be retained than pasteurization and sterilization. Ketones were not present in fresh pennywort juice, but 2-butanone and 3-nonen-2-one were generated in all processed juices, and 2-nonanone and 2-hexanone were present in pasteurized and sterilized juices. Other chemical changes including isomerization were also reduced by HPP compared to pasteurization, and sterilization.

High-resolution, unstructured meshes for hydrodynamic models of the Great Barrier Reef, Australia

Accuracy and mesh generation are key issues for the high-resolution hydrodynamic modelling of the whole Great Barrier Reef. Our objective is to generate suitable unstructured grids that can resolve topological and dynamical features like tidal jets and recirculation eddies in the wake of islands. A new strategy is suggested to refine the mesh in areas of interest taking into account the bathymetric field and an approximated distance to islands and reefs. Such a distance is obtained by solving an elliptic differential operator, with specific boundary conditions. Meshes produced illustrate both the validity and the efficiency of the adaptive strategy. Selection of refinement and geometrical parameters is discussed. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ab initio and tight-binding calculations of noncollinear magnetism in manganese clusters

Combining ab initio and tight-binding calculations, we have studied the noncollinear magnetism in manganese clusters. The oscillations in the per-atom moments observed experimentally are reproduced theoretically. The tendency of antiferromagnetic coupling between near neighbors leads to noncollinear coupling between atoms within the clusters. For clusters containing 12, 13, 15, 19, and 23 atoms, the geometrical structures were optimized from ab initio calculations with collinear coupled spin moments among different atomic sites. For larger clusters such as Mn-36 and Mn-55, the geometries are taken as portions of an fcc structure. Although the local atomic moments have high values close to 4 mu(B), the net moments lie in the range of 0.4-1.2 mu(B)/atom. Taking the noncollinear coupling into account brings the calculated magnetic moments much closer to the experimental results.

Predictions of the arrival time of coronal mass ejections at 1AU: an analysis of the causes of errors

Three existing models of Interplanetary Coronal Mass Ejection (ICME) transit between the Sun and the Earth are compared to coronagraph and in situ observations: all three models are found to perform with a similar level of accuracy (i.e. an average error between observed and predicted 1AU transit times of approximately 11 h). To improve long-term space weather prediction, factors influencing CME transit are investigated. Both the removal of the plane of sky projection (as suffered by coronagraph derived speeds of Earth directed CMEs) and the use of observed values of solar wind speed, fail to significantly improve transit time prediction. However, a correlation is found to exist between the late/early arrival of an ICME and the width of the preceding sheath region, suggesting that the error is a geometrical effect that can only be removed by a more accurate determination of a CME trajectory and expansion. The correlation between magnetic field intensity and speed of ejecta at 1AU is also investigated. It is found to be weak in the body of the ICME, but strong in the sheath, if the upstream solar wind conditions are taken into account.

Dynamic load balancing in parallel KD-tree k-means

One among the most influential and popular data mining methods is the k-Means algorithm for cluster analysis. Techniques for improving the efficiency of k-Means have been largely explored in two main directions. The amount of computation can be significantly reduced by adopting geometrical constraints and an efficient data structure, notably a multidimensional binary search tree (KD-Tree). These techniques allow to reduce the number of distance computations the algorithm performs at each iteration. A second direction is parallel processing, where data and computation loads are distributed over many processing nodes. However, little work has been done to provide a parallel formulation of the efficient sequential techniques based on KD-Trees. Such approaches are expected to have an irregular distribution of computation load and can suffer from load imbalance. This issue has so far limited the adoption of these efficient k-Means variants in parallel computing environments. In this work, we provide a parallel formulation of the KD-Tree based k-Means algorithm for distributed memory systems and address its load balancing issue. Three solutions have been developed and tested. Two approaches are based on a static partitioning of the data set and a third solution incorporates a dynamic load balancing policy.

Vibration-rotation bands of diazomethane

Some absorption bands of diazomethane vapour between 1950-3500 cm-1 have been measured with very high resolving power. The rotational structure of two parallel bands and of one perpendicular band has been resolved, and approximate values have been determined for the rotational constants. The results are consistent with the geometrical structure usually accepted for this molecule. A peculiarity in the results for the band near 2100 cm-1, together with other facts, leads to the suggestion that a tautomeric form of this molecule exists, HCN=NH, being an isoelectronic analogue of hydrazoic acid.

C---H local modes in cyclobutene, part I: FTIR studies, 600 to 10000 cm–1

The vibrational structure of C---H stretching states in gas-phase cyclobutene was studied using FTIR spectroscopy in the range 700–9000 cm−1. The structure was modelled using two effective vibrational Hamiltonians, one for each type of C---H bond present, consisting of local mode basis functions subject to coupling with symmetrically equivalent bonds and to Fermi resonances with suitable low frequency vibrations. Best-fit model parameters were determined using least-squares routines and the model predictions are compared to the observed band positions and intensities. Some discussion is given of the relevance of the observed couplings to intramolecular vibrational redistribution (IVR) which results in the observation of statistical behaviour in cyclobutene isomerization induced by excitation of C---H stretching overtones in the visible region.