Loop transformations: convexity, pruning, and optimization

High-level loop transformations are a key instrument in mapping computational kernels to effectively exploit the resources in modern processor architectures. Nevertheless, selecting required compositions of loop transformations to achieve this remains a significantly challenging task; current compilers may be off by orders of magnitude in performance compared to hand-optimized programs. To address this fundamental challenge, we first present a convex characterization of all distinct, semantics-preserving, multidimensional affine transformations. We then bring together algebraic, algorithmic, and performance analysis results to design a tractable optimization algorithm over this highly expressive space. Our framework has been implemented and validated experimentally on a representative set of benchmarks running on state-of-the-art multi-core platforms.

Between photocatalysis and photosynthesis: Synchrotron spectroscopy methods on molecules and materials for solar hydrogen generation

Energy research is to a large extent materials research, encompassing the physics and chemistry of materials, including their synthesis, processing toward components and design toward architectures, allowing for their functionality as energy devices, extending toward their operation parameters and environment, including also their degradation, limited life, ultimate failure and potential recycling. In all these stages, X-ray and electron spectroscopy are helpful methods for analysis, characterization and diagnostics for the engineer and for the researcher working in basic science.This paper gives a short overview of experiments with X-ray and electron spectroscopy for solar energy and water splitting materials and addresses also the issue of solar fuel, a relatively new topic in energy research. The featured systems are iron oxide and tungsten oxide as photoanodes, and hydrogenases as molecular systems. We present surface and subsurface studies with ambient pressure XPS and hard X-ray XPS, resonant photoemission, light induced effects in resonant photoemission experiments and a photo-electrochemical in situ/operando NEXAFS experiment in a liquid cell, and nuclear resonant vibrational spectroscopy (NRVS). (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Directed Nonabelian Sandpile Models on Trees

We define two general classes of nonabelian sandpile models on directed trees (or arborescences), as models of nonequilibrium statistical physics. Unlike usual applications of the well-known abelian sandpile model, these models have the property that sand grains can enter only through specified reservoirs. In the Trickle-down sandpile model, sand grains are allowed to move one at a time. For this model, we show that the stationary distribution is of product form. In the Landslide sandpile model, all the grains at a vertex topple at once, and here we prove formulas for all eigenvalues, their multiplicities, and the rate of convergence to stationarity. The proofs use wreath products and the representation theory of monoids.

Markov chains, R-trivial monoids and representation theory

We develop a general theory of Markov chains realizable as random walks on R-trivial monoids. It provides explicit and simple formulas for the eigenvalues of the transition matrix, for multiplicities of the eigenvalues via Mobius inversion along a lattice, a condition for diagonalizability of the transition matrix and some techniques for bounding the mixing time. In addition, we discuss several examples, such as Toom-Tsetlin models, an exchange walk for finite Coxeter groups, as well as examples previously studied by the authors, such as nonabelian sandpile models and the promotion Markov chain on posets. Many of these examples can be viewed as random walks on quotients of free tree monoids, a new class of monoids whose combinatorics we develop.

Broadcast Control Mechanism for Positional Consensus in Multiagent Systems

In this paper, a strategy for controlling a group of agents to achieve positional consensus is presented. The problem is constrained by the requirement that every agent must be given the same control input through a broadcast communication mechanism. Although the control command is computed using state information in a global framework, the control input is implemented by the agents in a local coordinate frame. We propose a novel linear programming (LP) formulation that is computationally less intensive than earlier proposed methods. Moreover, a random perturbation input in the control command that helps the agents to come close to each other even for a large number of agents, which was not possible with an existing strategy in the literature, is introduced. The method is extended to achieve positional consensus at a prespecified location. The effectiveness of the approach is illustrated through simulation results. A comparison between the LP approach and the existing second-order cone programming-based approach is also presented. The algorithm was successfully implemented on a robotic platform with three robots.

Creating a specialist protein resource network: a meeting report for the protein bioinformatics and community resources retreat

During 11-12 August 2014, a Protein Bioinformatics and Community Resources Retreat was held at the Wellcome Trust Genome Campus in Hinxton, UK. This meeting brought together the principal investigators of several specialized protein resources (such as CAZy, TCDB and MEROPS) as well as those from protein databases from the large Bioinformatics centres (including UniProt and RefSeq). The retreat was divided into five sessions: (1) key challenges, (2) the databases represented, (3) best practices for maintenance and curation, (4) information flow to and from large data centers and (5) communication and funding. An important outcome of this meeting was the creation of a Specialist Protein Resource Network that we believe will improve coordination of the activities of its member resources. We invite further protein database resources to join the network and continue the dialogue.

Morphological and functional characterisation of the burrow systems of six earthworm species (Lumbricidae)

Earthworm burrow systems are generally described based on postulated behaviours associated with the three ecological types. In this study, we used X-ray tomography to obtain 3D information on the burrowing behaviour of six very common anecic (Aporrectodea nocturna and Lumbricus terrestris) and endogeic (Aporrectodea rosea, Allolobophora chlorotica, Aporrectodea caliginosa, Aporrectodea icterica) earthworm species, introduced into repacked soil cores for 6 weeks. A simple water infiltration test, the Beerkan method, was also used to assess some functional properties of these burrow systems. Endogeic worms make larger burrow systems, which are more highly branched, less continuous and of smaller diameter, than those of anecic worms. Among the anecic species, L. terrestris burrow systems are shorter (9.2 vs 21.2 m) with a higher number (14.5 vs 23.5) of less branched burrows (12.2 vs 20.2 branches m(-1)), which are also wider (7.78 vs 5.16 mm) than those of A. nocturna. In comparison, the burrow systems made by endogeic species appeared similar to each other. However, A. rosea burrows were short and narrow, whereas A. icterica had a longer burrow system (15.7 m), more intense bioturbation intensity (refilled macropores or soil lateral compaction around them) and thus a greater number of burrows. Regarding water infiltration, anecic burrow systems were far more efficient due to open burrows linking the top and bottom of the cores. For endogeic species, we observed a linear relationship between burrow length and the water infiltration rate (R (2) = 0.49, p < 0.01). Overall, the three main characteristics significantly influencing water infiltration were burrow length, burrow number and bioturbation volume. This last characteristic highlighted the effect of burrow refilling by casts.

ASYMPTOTIC PRESERVING SCHEME FOR A KINETIC MODEL DESCRIBING IN COMPRESSIBLE FLUIDS

The kinetic theory of fluid turbulence modeling developed by Degond and Lemou in 7] is considered for further study, analysis and simulation. Starting with the Boltzmann like equation representation for turbulence modeling, a relaxation type collision term is introduced for isotropic turbulence. In order to describe some important turbulence phenomenology, the relaxation time incorporates a dependency on the turbulent microscopic energy and this makes difficult the construction of efficient numerical methods. To investigate this problem, we focus here on a multi-dimensional prototype model and first propose an appropriate change of frame that makes the numerical study simpler. Then, a numerical strategy to tackle the stiff relaxation source term is introduced in the spirit of Asymptotic Preserving Schemes. Numerical tests are performed in a one-dimensional framework on the basis of the developed strategy to confirm its efficiency.

Fully 3D refraction correction dosimetry system

The irradiation of selective regions in a polymer gel dosimeter results in an increase in optical density and refractive index (RI) at those regions. An optical tomography-based dosimeter depends on rayline path through the dosimeter to estimate and reconstruct the dose distribution. The refraction of light passing through a dose region results in artefacts in the reconstructed images. These refraction errors are dependant on the scanning geometry and collection optics. We developed a fully 3D image reconstruction algorithm, algebraic reconstruction technique-refraction correction (ART-rc) that corrects for the refractive index mismatches present in a gel dosimeter scanner not only at the boundary, but also for any rayline refraction due to multiple dose regions inside the dosimeter. In this study, simulation and experimental studies have been carried out to reconstruct a 3D dose volume using 2D CCD measurements taken for various views. The study also focuses on the effectiveness of using different refractive-index matching media surrounding the gel dosimeter. Since the optical density is assumed to be low for a dosimeter, the filtered backprojection is routinely used for reconstruction. We carry out the reconstructions using conventional algebraic reconstruction (ART) and refractive index corrected ART (ART-rc) algorithms. The reconstructions based on FDK algorithm for cone-beam tomography has also been carried out for comparison. Line scanners and point detectors, are used to obtain reconstructions plane by plane. The rays passing through dose region with a RI mismatch does not reach the detector in the same plane depending on the angle of incidence and RI. In the fully 3D scanning setup using 2D array detectors, light rays that undergo refraction are still collected and hence can still be accounted for in the reconstruction algorithm. It is found that, for the central region of the dosimeter, the usable radius using ART-rc algorithm with water as RI matched medium is 71.8%, an increase of 6.4% compared to that achieved using conventional ART algorithm. Smaller diameter dosimeters are scanned with dry air scanning by using a wide-angle lens that collects refracted light. The images reconstructed using cone beam geometry is seen to deteriorate in some planes as those regions are not scanned. Refraction correction is important and needs to be taken in to consideration to achieve quantitatively accurate dose reconstructions. Refraction modeling is crucial in array based scanners as it is not possible to identify refracted rays in the sinogram space.

Estudio preliminar de la utilizacion del aceite y resina de Neem (Azadirachta indica A. Juss) en el tratamiento de la sarna Psoroptica equina en la comarca Pilar del municipio de Santo Domingo, departamento de Chontales

El presente estudio se realizó en la finca "El Porvenir" ubicada en los 12°15' de latitud norte y 85"04' de longitud oeste, en el municipio de Santo Domingo departamento de Chontales, el clima es de sabana tropical con temperaturas entre 25 a 27"C. La duración del experimento fue de 18 días a partir de la selección e identificación de los animales bajo los tratamientos evaluados. Con el objetivo de comparar el efecto del aceite y resina de Neem al 40 % versus lvermectina pasta al 1% en el control de la sama Psoróptica equina. Se utilizó un Diseño Completamente al Azar (D.C.A.). Se seleccionaron 21 equinos con edades promedios de 1O a l 5 años, estos se dividieron en 3 grupos, cada grupo formado por 7 equinos por tratamiento, Tratamiento P: Ivermectina pasta 1% a razón de lg por cada 100 kg de peso vivo, vía oral. Tratamiento A:aceite de Neem acaricida tópico botánico a base de aceite de Neem, se aplicó vía tópica un promedio de 20 mi por cada animal. Tratamiento R: resina de Neem, acaricida tópico botánico a base de resina de Neem, se aplicó vía tópica, un promedio de 20 mi por cada equino. A los equinos se les realizó un examen clinico al inicio del ensayo y a los 14 días post aplicación, se utilizó el diagnóstico clínico y sintomatológico para evaluar el comportamiento de los tratamientos. Para cuantificar las reducciones de las lesiones se utilizaron tres variables: detención, reducción y control de las lesiones. Los tratamientos con Neem aceite y resina al 400/o arrojaron los siguientes resultados: Aceite 40% logró alcanzar un 100% del control de las lesiones y la resina alcanzó 86%. La Ivermectina pasta 1% sólo alcanzó la reducción de las lesiones en un 100%. Entre los tres tratamientos, el que dio mejores resultados fue el aceite de Neem al 40% con un porcentaje de eficiencia en el control de la sama equina en un 100%.

Caracterización y evaluación preliminar de quince cultivares de maíz (Zea mays L.)

El presente trabajo consistió en la caracterización y evaluación preliminar de 15 cultivares de maíz (Zea mays L.). El germoplasma fue colectado por el programa de Recursos Genéticos Nicaragüenses (REGEN) en diferentes zonas del país, exceptuando al testigo (NB-12) que es una variedad comercial producto de un programa de mejoramiento por parte del MIDINRA y la accesión 2313 que es una introducción de california (U.S.A.). Asimismo el ensayo se realizó en los meses de Junio a Octubre de 1989, en los terrenos del REGEN, ubicados en el Km. 12 ½ carretera norte. El diseño utilizado fue un Bloque Completo al Azar (BCA) con tres repeticiones. Se utilizaron 46 descriptores, tanto cualitativos como cuantitativos; además de incluirse la Distancia Apical como otra variable para caracterizar germoplasma de maíz. Asimismo se determinó un análisis bromatológico de todas las accesiones para evaluar algunos factores nutricionales tales como materia seca, proteína, grasa, fibra bruta y cenizas, obteniéndose resultados de proteína entre el 9% y 12%; grasa entre 3.2 y 4.9% (Tabla 16). Las accesiones caracterizadas demostraron poseer variabilidad genética significativa para la mayor parte de los caracteres considerados. Tal variabilidad puede ser utilizada para programas de selección y mejoramiento o aprovechada directamente para la producción del maíz en Nicaragua.

Analysis of Temperature and Pressure Changes in Liquefied Natural Gas (LNG) Cryogenic Tanks

Liquefied natural gas (LNG) is being developed as a transportation fuel for heavy vehicles such as trucks and transit buses, to lessen the dependency on oil and to reduce greenhouse gas emissions. The LNG stations are properly designed to prevent the venting of natural gas (NG) from LNG tanks, which can cause evaporative greenhouse gas emissions and result in fluctuations of fuel flow and changes of fuel composition. Boil-off is caused by the heat added into the LNG fuel during the storage and fueling. Heat can leak into the LNG fuel through the shell of tank during the storage and through hoses and dispensers during the fueling. Gas from tanks onboard vehicles, when returned to LNG tanks, can add additional heat into the LNG fuel. A thermodynamic and heat transfer model has been developed to analyze different mechanisms of heat leak into the LNG fuel. The evolving of properties and compositions of LNG fuel inside LNG tanks is simulated. The effect of a number of buses fueled each day on the possible total fuel loss rate has been analyzed. It is found that by increasing the number of buses, fueled each day, the total fuel loss rate can be reduced significantly. It is proposed that an electric generator be used to consume the boil-off gas or a liquefier be used to re-liquefy the boiloff gas to reduce the tank pressure and eliminate fuel losses. These approaches can prevent boil-off of natural gas emissions, and reduce the costs of LNG as transportation fuel.

Estudio de cinco leguminosas en la fertilización y métodos de manejo de malezas en el cultivo de la Pitahaya (Hylocereus undatus Britt y Rose)

En el mes de junio de 1996, se estableció un experimento de campo en la empresa Frutas Tropicales Ltda, localizada en la comarca de Guanacastillo, departamento de Masaya, con el propósito de evaluar la influencia de cinco leguminosas de cobertura asociadas con el cultivo de la pitahaya (Hylocereus undatus Britt & Rose), como manejo de las malas hierbas y aporte de nutrientes a partir de la materia orgánica incorporada. Al estudio se le aplicó el diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones.Los tratamientos evaluados fueron: Vigna radiata (L.) Wilczek, Mucuna pruriens (L.) DC., Vigna unguiculata (L.) Walp., Canavalia ensiformis (L.) DC., Lablab purpureus (L.) Sweet y el tratamiento Testigo, el cual representa el manejo tradicional en el control de las malezas de parte del productor. Los resultados indican que el mayor peso seco acumulado lo presentó C. ensiformis al registrar 7 401 kg/ha. En tanto, V. radiata con 2 331.66 kg/ha presentó el menor valor de peso seco. En el comportamiento del peso seco de las malezas se registró mas alto en M. pruriens con 1 600 kg/ha. En tanto, L. purpureus con 545 kg/ha fue el más bajo.Para medir el aporte de nutrientes a partir de la materia orgánica se hizo un análisis de suelo previo a la siembra de las leguminosas. Un segundo y tercer análisis de suelo se efectuaron 3 meses y 11 meses después de realizado el primer análisis. En nitrógeno el mejor resultado se obtuvo en V. unguiculata al ubicarse como mejor aportador en el primer análisis con 149.60 kg/ha y segundo mejor aportador en el segundo análisis con 113.28 kg/ha.Superado levemente en este caso por el tratamiento testigo con 113.40 kg/ha. En ambos análisis el menor aportador de nitrógeno fue C. ensiformis con 122.40 kg/ha y 103.32 kg/ha para el primer y segundo análisis respectivamente.En cuanto a fósforo, V. radiata se ubicó como mejor aportador en el primer análisis con 16.80 kg/ha, mientras que en el segundo análisis se ubicó como tercero con 26.49 kg/ha, superado por C. ensiformis y V. unguiculata con 40.66 kg/ha y 31.32 kg/ha respectivamente. En cambio M. pruriens se ubicó como el aportador más bajo de fósforo con 6.60 kg/ha en el primer análisis y 3.98 kg/ha en el segundo.En relación al potasio, el mejor resultado se obtuvo en M. pruriens con 567.73 kg/ha y 694.42 hg/ha en el primer y segundo muestreo respectivamente. Mientras que L. purpureus fue el menor aportador con 384.74 kg/ha y 273.70 kg/ha en el primer y segundo muestreo respectivamente.Con respecto a la influencia sobre la dinámica de las malezas el mejor resultado se presentó en M. pruriens, al eliminar por completo la presencia de malezas a los 95 días de establecido el ensayo. Similar comportamiento tuvo C. ensiformis con la diferencia que fue en un período más prolongado. Mayor abundancia de malezas presentaron los tratamiento L. purpureus, V. radiata y V. unguiculata, en los cuales hubo necesidad de acompañarlos con controles mecánicos. Por último, se ubicó el tratamiento Testigo el cual siempre necesito de control mecánico. En relación al mayor número de brotes por planta, los tratamientos implementados no tuvieron diferencias significativas entre ellos, pero en términos numéricos los que presentaron mayor número de brotes fueron V. radiata y Testigo con 4,856 y 4,417 respectivamente, seguidos de V. unguiculata y C. ensiformis con 3,933 y 3,922 respectivamente. Por último se ubicaron M. pruriens y L. purpureus con 3,267 y 3,034 respetivamente.De acuerdo a los resultados obtenidos en cobertura de suelo, diversidad y abundancia de malezas, biomasa y aporte de nutrientes a partir de residuos vegetales, excepto en fósforo, se recomienda el uso de la leguminosa Mucuna pruriens (L.) DC. En asocio con el cultivo de la pitahaya.

Extracciones de nutrientes por el cultivo del frijol común (Phaseolus vulgaris L.), inoculado y sin inocular y comparación del rendimiento en diferentes sistemas de labranza después de tres años de barbecho

El presente trabajo consistió en un estudio comparativo de rendimientos en el cultivo de frijol común (Phaseo/us vulgaris, L), estableciendo dos experimentos en la Estación Experimental "La Compañía", Carazo. El primer experimento se estableció en el período de postrera (octubre 96-enero 97), con el propósito de determinar el efecto de diferentes sistemas de labranza y la inoculación de la bacteria Rhizobium tropici UMR 1899 sobre el rendimiento del cultivo del frijol, así también sobre las concentraciones y extracciones de nitrógeno, fósforo y potasio en tos diferentes tejido de la planta (grano, follaje y raíz). La variedad evaluada fue OOR-364. El diseño utilizado fue un bloque completo al azar (BCA), con seis tratamientos y cuatro repeticiones. Los datos se analizaron por medio de ANDEVA y prueba de rangos múltiples de Tukey al 5 %. Se realizó una fertilización fosfórica y nitrogenada, esta última aplicada en dos momentos, a la siembra 45 kglha y 15 dds 45 kglha. Las variables evaluadas fueron peso seco de las malezas, peso seco del follaje, número de nódulos por planta, peso de nódulo por planta, peso seco de raíz y rendimiento del grano. El mayor rendimiento de grano se obtuvo en labranza cero más rastrojo, en el follaje las mayores concentraciones de nitrógeno y potasio fueron en labranza cero más rastrojo y de fósforo en labranza convencional, las mayores extracciones de estos tres elementos se dieron en labranza convencional. Las mayores concentraciones de fósforo y potasio en la raíz de frijol se encontraron en labranza cero más rastrojo más subsoleo y de nitrógeno en labranza mínima; en el mismo tejido las mayores extracciones de nitrógeno se presentaron en labranza convencional más rastrojo más subsoleo, de fósforo en labranza cero más rastrojo más subsoleo y de potasio en labranza mínima más rastrojo. Respecto al inoculante no se encontraron diferencias significativas en las concentraciones de nitrógeno, fósforo y potasio en la raíz, pero sí hubo diferencias significativas en las extracciones de estos tres elementos en el mismo tejido. No hubo efecto significativo del inoculante en el número de nódulo por planta, pero sí hubo efecto significativo en el peso del nódulo,. El segundo experimento se estableció en el periodo de postrera (octubre 2000- enero 2001). El propósito del experimento fue determinar el efecto de los sistemas de labranza y rastrojo sobre el crecimiento y rendimiento del cultivo después de tres años de barbecho. Se utilizó la misma variedad, el ensayo se estableció en bloque completamente al azar (BCA), con seis tratamientos y cuatro repeticiones. La fertilización consistió en 2.5 qqlmz de la fórmula 18-46-00 al momento de la siembra. Las variables evaluadas fueron altura de la planta, número de ramas por planta, área foliar, altura de inserción a la primera vaina, número de vainas por planta, número de granos por vaina, peso de cien granos y rendimiento. El mayor rendimiento de grano se presentó en labranza convencional más rastrojo, luego en labranza cero. La mayor altura de planta se presentó en labranza mínima más rastrojo, en el área foliar se notaron diferencias significativas a los 49 y 56 dds y altamente significativas a los 42 dds. En cuanto a la altura de inserción a la primera vaina no hubo diferencias significativas. Los sistemas de labranza mostraron efecto significativo en el número de vainas por planta, número de granos por vaina y peso de cien granos.