Modélisation du carnet d'ordres limites et prévision de séries temporelles

Le contenu de cette thèse est divisé de la façon suivante. Après un premier chapitre d’introduction, le Chapitre 2 est consacré à introduire aussi simplement que possible certaines des théories qui seront utilisées dans les deux premiers articles. Dans un premier temps, nous discuterons des points importants pour la construction de l’intégrale stochastique par rapport aux semimartingales avec paramètre spatial. Ensuite, nous décrirons les principaux résultats de la théorie de l’évaluation en monde neutre au risque et, finalement, nous donnerons une brève description d’une méthode d’optimisation connue sous le nom de dualité. Les Chapitres 3 et 4 traitent de la modélisation de l’illiquidité et font l’objet de deux articles. Le premier propose un modèle en temps continu pour la structure et le comportement du carnet d’ordres limites. Le comportement du portefeuille d’un investisseur utilisant des ordres de marché est déduit et des conditions permettant d’éliminer les possibilités d’arbitrages sont données. Grâce à la formule d’Itô généralisée il est aussi possible d’écrire la valeur du portefeuille comme une équation différentielle stochastique. Un exemple complet de modèle de marché est présenté de même qu’une méthode de calibrage. Dans le deuxième article, écrit en collaboration avec Bruno Rémillard, nous proposons un modèle similaire mais cette fois-ci en temps discret. La question de tarification des produits dérivés est étudiée et des solutions pour le prix des options européennes de vente et d’achat sont données sous forme explicite. Des conditions spécifiques à ce modèle qui permettent d’éliminer l’arbitrage sont aussi données. Grâce à la méthode duale, nous montrons qu’il est aussi possible d’écrire le prix des options européennes comme un problème d’optimisation d’une espérance sur en ensemble de mesures de probabilité. Le Chapitre 5 contient le troisième article de la thèse et porte sur un sujet différent. Dans cet article, aussi écrit en collaboration avec Bruno Rémillard, nous proposons une méthode de prévision des séries temporelles basée sur les copules multivariées. Afin de mieux comprendre le gain en performance que donne cette méthode, nous étudions à l’aide d’expériences numériques l’effet de la force et la structure de dépendance sur les prévisions. Puisque les copules permettent d’isoler la structure de dépendance et les distributions marginales, nous étudions l’impact de différentes distributions marginales sur la performance des prévisions. Finalement, nous étudions aussi l’effet des erreurs d’estimation sur la performance des prévisions. Dans tous les cas, nous comparons la performance des prévisions en utilisant des prévisions provenant d’une série bivariée et d’une série univariée, ce qui permet d’illustrer l’avantage de cette méthode. Dans un intérêt plus pratique, nous présentons une application complète sur des données financières.

Sur un modèle d'érythropoïèse comportant un taux de mortalité dynamique

Ce mémoire concerne la modélisation mathématique de l’érythropoïèse, à savoir le processus de production des érythrocytes (ou globules rouges) et sa régulation par l’érythropoïétine, une hormone de contrôle. Nous proposons une extension d’un modèle d’érythropoïèse tenant compte du vieillissement des cellules matures. D’abord, nous considérons un modèle structuré en maturité avec condition limite mouvante, dont la dynamique est capturée par des équations d’advection. Biologiquement, la condition limite mouvante signifie que la durée de vie maximale varie afin qu’il y ait toujours un flux constant de cellules éliminées. Par la suite, des hypothèses sur la biologie sont introduites pour simplifier ce modèle et le ramener à un système de trois équations différentielles à retard pour la population totale, la concentration d’hormones ainsi que la durée de vie maximale. Un système alternatif composé de deux équations avec deux retards constants est obtenu en supposant que la durée de vie maximale soit fixe. Enfin, un nouveau modèle est introduit, lequel comporte un taux de mortalité augmentant exponentiellement en fonction du niveau de maturité des érythrocytes. Une analyse de stabilité linéaire permet de détecter des bifurcations de Hopf simple et double émergeant des variations du gain dans la boucle de feedback et de paramètres associés à la fonction de survie. Des simulations numériques suggèrent aussi une perte de stabilité causée par des interactions entre deux modes linéaires et l’existence d’un tore de dimension deux dans l’espace de phase autour de la solution stationnaire.

The berth allocation problem at port terminals : a column generation framework

Le problème d'allocation de postes d'amarrage (PAPA) est l'un des principaux problèmes de décision aux terminaux portuaires qui a été largement étudié. Dans des recherches antérieures, le PAPA a été reformulé comme étant un problème de partitionnement généralisé (PPG) et résolu en utilisant un solveur standard. Les affectations (colonnes) ont été générées a priori de manière statique et fournies comme entrée au modèle %d'optimisation. Cette méthode est capable de fournir une solution optimale au problème pour des instances de tailles moyennes. Cependant, son inconvénient principal est l'explosion du nombre d'affectations avec l'augmentation de la taille du problème, qui fait en sorte que le solveur d'optimisation se trouve à court de mémoire. Dans ce mémoire, nous nous intéressons aux limites de la reformulation PPG. Nous présentons un cadre de génération de colonnes où les affectations sont générées de manière dynamique pour résoudre les grandes instances du PAPA. Nous proposons un algorithme de génération de colonnes qui peut être facilement adapté pour résoudre toutes les variantes du PAPA en se basant sur différents attributs spatiaux et temporels. Nous avons testé notre méthode sur un modèle d'allocation dans lequel les postes d'amarrage sont considérés discrets, l'arrivée des navires est dynamique et finalement les temps de manutention dépendent des postes d'amarrage où les bateaux vont être amarrés. Les résultats expérimentaux des tests sur un ensemble d'instances artificielles indiquent que la méthode proposée permet de fournir une solution optimale ou proche de l'optimalité même pour des problème de très grandes tailles en seulement quelques minutes.

Identification des corrélats neuronaux associés à la clôture perceptive des objets : une étude en potentiels évoqués

La capacité du système visuel humain à compléter une image partiellement dévoilée et à en dériver une forme globale à partir de ses fragments visibles incomplets est un phénomène qui suscite, jusqu’à nos jours, l’intérêt de nombreux scientifiques œuvrant dans différents milieux de recherche tels que l’informatique, l’ingénierie en intelligence artificielle, la perception et les neurosciences. Dans le cadre de la présente thèse, nous nous sommes intéressés spécifiquement sur les substrats neuronaux associés à ce phénomène de clôture perceptive. La thèse actuelle a donc pour objectif général d’explorer le décours spatio-temporel des corrélats neuronaux associés à la clôture perceptive au cours d’une tâche d’identification d’objets. Dans un premier temps, le premier article visera à caractériser la signature électrophysiologique liée à la clôture perceptive chez des personnes à développement typique dans le but de déterminer si les processus de clôture perceptive reflèteraient l’interaction itérative entre les mécanismes de bas et de haut-niveau et si ceux-ci seraient sollicités à une étape précoce ou tardive lors du traitement visuel de l’information. Dans un deuxième temps, le second article a pour objectif d’explorer le décours spatio-temporel des mécanismes neuronaux sous-tendant la clôture perceptive dans le but de déterminer si les processus de clôture perceptive des personnes présentant un trouble autistique se caractérisent par une signature idiosyncrasique des changements d’amplitude des potentiels évoqués (PÉs). En d’autres termes, nous cherchons à déterminer si la clôture perceptive en autisme est atypique et nécessiterait davantage la contribution des mécanismes de bas-niveau et/ou de haut-niveau. Les résultats du premier article indiquent que le phénomène de clôture perceptive est associé temporellement à l’occurrence de la composante de PÉs N80 et P160 tel que révélé par des différences significatives claires entre des objets et des versions méconnaissables brouillées. Nous proposons enfin que la clôture perceptive s’avère un processus de transition reflétant les interactions proactives entre les mécanismes neuronaux œuvrant à apparier l’input sensoriel fragmenté à une représentation d’objets en mémoire plausible. Les résultats du second article révèlent des effets précoces de fragmentation et d’identification obtenus au niveau de composantes de potentiels évoqués N80 et P160 et ce, en toute absence d’effets au niveau des composantes tardives pour les individus avec autisme de haut niveau et avec syndrome d’Asperger. Pour ces deux groupes du trouble du spectre autistique, les données électrophysiologiques suggèrent qu’il n’y aurait pas de pré-activation graduelle de l’activité des régions corticales, entre autres frontales, aux moments précédant et menant vers l’identification d’objets fragmentés. Pour les participants autistes et avec syndrome d’Asperger, les analyses statistiques démontrent d’ailleurs une plus importante activation au niveau des régions postérieures alors que les individus à développement typique démontrent une activation plus élevée au niveau antérieur. Ces résultats pourraient suggérer que les personnes du spectre autistique se fient davantage aux processus perceptifs de bas-niveau pour parvenir à compléter les images d’objets fragmentés. Ainsi, lorsque confrontés aux images d’objets partiellement visibles pouvant sembler ambiguës, les individus avec autisme pourraient démontrer plus de difficultés à générer de multiples prédictions au sujet de l’identité d’un objet qu’ils perçoivent. Les implications théoriques et cliniques, les limites et perspectives futures de ces résultats sont discutées.

Liquidity traps, capital flows

This paper explores the role of capital flows and exchange rate dynamics in shaping the global economy's adjustment in a liquidity trap. Using a multi-country model with nominal rigidities, we shed light on the global adjustment since the Great Recession, a period where many advanced economies were pushed to the zero bound on interest rates. We establish three main results: (i) When the North hits the zero bound, downstream capital flows alleviate the recession by reallocating demand to the South and switching expenditure toward North goods. (ii) A free capital flow regime falls short of supporting efficient demand and expenditure reallocations and induces too little downstream (upstream) flows during (after) the liquidity trap. (iii) When it comes to capital flow management, individual countries' incentives to manage their terms of trade conflict with aggregate demand stabilization and global efficiency. This underscores the importance of international policy coordination in liquidity trap episodes.

Monte Carlo simulation of interface alloying

An Ising-like model, with interactions ranging up to next-nearest-neighbor pairs, is used to simulate the process of interface alloying. Interactions are chosen to stabilize an intermediate "antiferromagnetic" ordered structure. The dynamics proceeds exclusively by atom-vacancy exchanges. In order to characterize the process, the time evolution of the width of the intermediate ordered region and the diffusion length is studied. Both lengths are found to follow a power-law evolution with exponents depending on the characteristic features of the model.

Dissipation in quasistatically driven disordered systems

This work presents an analysis of hysteresis and dissipation in quasistatically driven disordered systems. The study is based on the random field Ising model with fluctuationless dynamics. It enables us to sort out the fraction of the energy input by the driving field stored in the system and the fraction dissipated in every step of the transformation. The dissipation is directly related to the occurrence of avalanches, and does not scale with the size of Barkhausen magnetization jumps. In addition, the change in magnetic field between avalanches provides a measure of the energy barriers between consecutive metastable states

Stochastic Inventory with/without Service Time, Reneging and Retrial of Customers

This thesis Entitled Stochastic modelling and analysis.This thesis is divided into six chapters including this introductory chapter. In second chapter, we consider an (s,S) inventory model with service, reneging of customers and finite shortage of items.In the third chapter, we consider an (s,S) inventoiy system with retrial of customers. Arrival of customers forms a Poisson process with rate. When the inventory level depletes to s due to demands, an order for replenishment is placed.In Chapter 4, we analyze and compare three (s,S) inventory systems with positive service time and retrial of customers. In all these systems, arrivals of customers form a Poisson process and service times are exponentially distributed. In chapter 5, we analyze and compare three production inventory systems with positive service time and retrial of customers. In all these systems, arrivals of customers form a Poisson process and service times are exponentially distributed.In chapter 6, we consider a PH /PH /l inventory model with reneging of customers and finite shortage of items.

ON (s,S) inventory policy with/without retrial and interruption of services/production

In this thesis we have developed a few inventory models in which items are served to the customers after a processing time. This leads to a queue of demand even when items are available. In chapter two we have discussed a problem involving search of orbital customers for providing inventory. Retrial of orbital customers was also considered in that chapter; in chapter 5 also we discussed retrial inventory model which is sans orbital search of customers. In the remaining chapters (3, 4 and 6) we did not consider retrial of customers, rather we assumed the waiting room capacity of the system to be arbitrarily large. Though the models in chapters 3 and 4 differ only in that in the former we consider positive lead time for replenishment of inventory and in the latter the same is assumed to be negligible, we arrived at sharper results in chapter 4. In chapter 6 we considered a production inventory model with production time distribution for a single item and that of service time of a customer following distinct Erlang distributions. We also introduced protection of production and service stages and investigated the optimal values of the number of stages to be protected.

Queues with Customer Induced Interruption

In this thesis we have introduced and studied the notion of self interruption of service by customers. Service interruption in queueing systems have been extensively discussed in literature (see, Krishnamoorthy, Pramod and Chakravarthy [38]) for the most recent survey. So far all work reported deal with cases in which service interruptions are generated by sources other than customers. However, there are situations where interruptions are due to the customers rather than the system. Such situations are especially arise at doctors clinic, banks, reservation counter etc. Our attempt is to quantify a few of such problems. Systematically we have proceed from single server queue (in Chapter 2) to multi-server queues (Chapter 3). In Chapte 4, we have studied a very general multiserver queueing model with service interruption and protection of service phases. We also introduced customer interruption in a retrial setup (in Chapter 5). All models (from Chapter 2 to Chapter 4) that were analyzed involve 'non-preemptive priority' for interrupted customers where as in the model discussed in Chapter 5 interruption of service by customers is not encouraged. So the interrupted customers cannot access the server as long as there are primary customers in the system. In Chapter 5 we have obtained an explicit expression for the stability condition of the system. In all models analyzed in this thesis, we have assumed that no more than one interruption is allowed for a customer while in service. Since the models are not analytically tractable, a large number of numerical illustrations were given in each chapter it illustrate the working of the systems. We can extend the models discussed in this thesis to several directions. For example some of the models can be analyzed with both server induced and customer induced interruptions the results for which are not available till date. Another possible extension of work is to the case where there is no bound on the number of interruptions a customer is permitted to have before service completion. More complex is the case where a customer is permitted to have a nite number (K ≥ 2) of We can extend the models discussed in this thesis to several directions.

Queueing Models with Vacations and Working Vacations

The thesis entitled “Queueing Models with Vacations and Working Vacations" consists of seven chapters including the introductory chapter. In chapters 2 to 7 we analyze different queueing models highlighting the role played by vacations and working vacations. The duration of vacation is exponentially distributed in all these models and multiple vacation policy is followed.In chapter 2 we discuss an M/M/2 queueing system with heterogeneous servers, one of which is always available while the other goes on vacation in the absence of customers waiting for service. Conditional stochastic decomposition of queue length is derived. An illustrative example is provided to study the effect of the input parameters on the system performance measures. Chapter 3 considers a similar setup as chapter 2. The model is analyzed in essentially the same way as in chapter 2 and a numerical example is provided to bring out the qualitative nature of the model. The MAP is a tractable class of point process which is in general nonrenewal. In spite of its versatility it is highly tractable as well. Phase type distributions are ideally suited for applying matrix analytic methods. In all the remaining chapters we assume the arrival process to be MAP and service process to be phase type. In chapter 4 we consider a MAP/PH/1 queue with working vacations. At a departure epoch, the server finding the system empty, takes a vacation. A customer arriving during a vacation will be served but at a lower rate.Chapter 5 discusses a MAP/PH/1 retrial queueing system with working vacations.In chapter 6 the setup of the model is similar to that of chapter 5. The signicant dierence in this model is that there is a nite buer for arrivals.Chapter 7 considers an MMAP(2)/PH/1 queueing model with a nite retrial group

Asymmetric Little spin-Glass model

We study the static properties of the Little model with asymmetric couplings. We show that the thermodynamics of this model coincides with that of the Sherrington-Kirkpatrick model, and we compute the main finite-size corrections to the difference of the free energy between these two models and to some clarifying order parameters. Our results agree with numerical simulations. Numerical results are presented for the symmetric Little model, which show that the same conclusions are also valid in this case.

Analysis of Some Stochastic Inventory Models with Pooling/ Retrial of Customers

In this thesis we have presented several inventory models of utility. Of these inventory with retrial of unsatisfied demands and inventory with postponed work are quite recently introduced concepts, the latt~~ being introduced for the first time. Inventory with service time is relatively new with a handful of research work reported. The di lficuity encoLlntered in inventory with service, unlike the queueing process, is that even the simplest case needs a 2-dimensional process for its description. Only in certain specific cases we can introduce generating function • to solve for the system state distribution. However numerical procedures can be developed for solving these problem.

Individual Decision-Making and Inflation Persistence

The traditional task of a central bank is to preserve price stability and, in doing so, not to impair the real economy more than necessary. To meet this challenge, it is of great relevance whether inflation is only driven by inflation expectations and the current output gap or whether it is, in addition, influenced by past inflation. In the former case, as described by the New Keynesian Phillips curve, the central bank can immediately and simultaneously achieve price stability and equilibrium output, the so-called ‘divine coincidence’ (Blanchard and Galí 2007). In the latter case, the achievement of price stability is costly in terms of output and will be pursued over several periods. Similarly, it is important to distinguish this latter case, which describes ‘intrinsic’ inflation persistence, from that of ‘extrinsic’ inflation persistence, where the sluggishness of inflation is not a ‘structural’ feature of the economy but merely ‘inherited’ from the sluggishness of the other driving forces, inflation expectations and output. ‘Extrinsic’ inflation persistence is usually considered to be the less challenging case, as policy-makers are supposed to fight against the persistence in the driving forces, especially to reduce the stickiness of inflation expectations by a credible monetary policy, in order to reestablish the ‘divine coincidence’. The scope of this dissertation is to contribute to the vast literature and ongoing discussion on inflation persistence: Chapter 1 describes the policy consequences of inflation persistence and summarizes the empirical and theoretical literature. Chapter 2 compares two models of staggered price setting, one with a fixed two-period duration and the other with a stochastic duration of prices. I show that in an economy with a timeless optimizing central bank the model with the two-period alternating price-setting (for most parameter values) leads to more persistent inflation than the model with stochastic price duration. This result amends earlier work by Kiley (2002) who found that the model with stochastic price duration generates more persistent inflation in response to an exogenous monetary shock. Chapter 3 extends the two-period alternating price-setting model to the case of 3- and 4-period price durations. This results in a more complex Phillips curve with a negative impact of past inflation on current inflation. As simulations show, this multi-period Phillips curve generates a too low degree of autocorrelation and too early turnings points of inflation and is outperformed by a simple Hybrid Phillips curve. Chapter 4 starts from the critique of Driscoll and Holden (2003) on the relative real-wage model of Fuhrer and Moore (1995). While taking the critique seriously that Fuhrer and Moore’s model will collapse to a much simpler one without intrinsic inflation persistence if one takes their arguments literally, I extend the model by a term for inequality aversion. This model extension is not only in line with experimental evidence but results in a Hybrid Phillips curve with inflation persistence that is observably equivalent to that presented by Fuhrer and Moore (1995). In chapter 5, I present a model that especially allows to study the relationship between fairness attitudes and time preference (impatience). In the model, two individuals take decisions in two subsequent periods. In period 1, both individuals are endowed with resources and are able to donate a share of their resources to the other individual. In period 2, the two individuals might join in a common production after having bargained on the split of its output. The size of the production output depends on the relative share of resources at the end of period 1 as the human capital of the individuals, which is built by means of their resources, cannot fully be substituted one against each other. Therefore, it might be rational for a well-endowed individual in period 1 to act in a seemingly ‘fair’ manner and to donate own resources to its poorer counterpart. This decision also depends on the individuals’ impatience which is induced by the small but positive probability that production is not possible in period 2. As a general result, the individuals in the model economy are more likely to behave in a ‘fair’ manner, i.e., to donate resources to the other individual, the lower their own impatience and the higher the productivity of the other individual. As the (seemingly) ‘fair’ behavior is modelled as an endogenous outcome and as it is related to the aspect of time preference, the presented framework might help to further integrate behavioral economics and macroeconomics.

ADAM: A Decentralized Parallel Computer Architecture Featuring Fast Thread and Data Migration and a Uniform Hardware Abstraction

The furious pace of Moore's Law is driving computer architecture into a realm where the the speed of light is the dominant factor in system latencies. The number of clock cycles to span a chip are increasing, while the number of bits that can be accessed within a clock cycle is decreasing. Hence, it is becoming more difficult to hide latency. One alternative solution is to reduce latency by migrating threads and data, but the overhead of existing implementations has previously made migration an unserviceable solution so far. I present an architecture, implementation, and mechanisms that reduces the overhead of migration to the point where migration is a viable supplement to other latency hiding mechanisms, such as multithreading. The architecture is abstract, and presents programmers with a simple, uniform fine-grained multithreaded parallel programming model with implicit memory management. In other words, the spatial nature and implementation details (such as the number of processors) of a parallel machine are entirely hidden from the programmer. Compiler writers are encouraged to devise programming languages for the machine that guide a programmer to express their ideas in terms of objects, since objects exhibit an inherent physical locality of data and code. The machine implementation can then leverage this locality to automatically distribute data and threads across the physical machine by using a set of high performance migration mechanisms. An implementation of this architecture could migrate a null thread in 66 cycles -- over a factor of 1000 improvement over previous work. Performance also scales well; the time required to move a typical thread is only 4 to 5 times that of a null thread. Data migration performance is similar, and scales linearly with data block size. Since the performance of the migration mechanism is on par with that of an L2 cache, the implementation simulated in my work has no data caches and relies instead on multithreading and the migration mechanism to hide and reduce access latencies.