Échantillonnage des distributions continues non uniformes en précision arbitraire et protocole pour l'échantillonnage exact distribué des distributions discrètes quantiques

La thèse est divisée principalement en deux parties. La première partie regroupe les chapitres 2 et 3. La deuxième partie regroupe les chapitres 4 et 5. La première partie concerne l'échantillonnage de distributions continues non uniformes garantissant un niveau fixe de précision. Knuth et Yao démontrèrent en 1976 comment échantillonner exactement n'importe quelle distribution discrète en n'ayant recours qu'à une source de bits non biaisés indépendants et identiquement distribués. La première partie de cette thèse généralise en quelque sorte la théorie de Knuth et Yao aux distributions continues non uniformes, une fois la précision fixée. Une borne inférieure ainsi que des bornes supérieures pour des algorithmes génériques comme l'inversion et la discrétisation figurent parmi les résultats de cette première partie. De plus, une nouvelle preuve simple du résultat principal de l'article original de Knuth et Yao figure parmi les résultats de cette thèse. La deuxième partie concerne la résolution d'un problème en théorie de la complexité de la communication, un problème qui naquit avec l'avènement de l'informatique quantique. Étant donné une distribution discrète paramétrée par un vecteur réel de dimension N et un réseau de N ordinateurs ayant accès à une source de bits non biaisés indépendants et identiquement distribués où chaque ordinateur possède un et un seul des N paramètres, un protocole distribué est établi afin d'échantillonner exactement ladite distribution.

Inférence robuste à la présence des valeurs aberrantes dans les enquêtes

Cette thèse comporte trois articles dont un est publié et deux en préparation. Le sujet central de la thèse porte sur le traitement des valeurs aberrantes représentatives dans deux aspects importants des enquêtes que sont : l’estimation des petits domaines et l’imputation en présence de non-réponse partielle. En ce qui concerne les petits domaines, les estimateurs robustes dans le cadre des modèles au niveau des unités ont été étudiés. Sinha & Rao (2009) proposent une version robuste du meilleur prédicteur linéaire sans biais empirique pour la moyenne des petits domaines. Leur estimateur robuste est de type «plugin», et à la lumière des travaux de Chambers (1986), cet estimateur peut être biaisé dans certaines situations. Chambers et al. (2014) proposent un estimateur corrigé du biais. En outre, un estimateur de l’erreur quadratique moyenne a été associé à ces estimateurs ponctuels. Sinha & Rao (2009) proposent une procédure bootstrap paramétrique pour estimer l’erreur quadratique moyenne. Des méthodes analytiques sont proposées dans Chambers et al. (2014). Cependant, leur validité théorique n’a pas été établie et leurs performances empiriques ne sont pas pleinement satisfaisantes. Ici, nous examinons deux nouvelles approches pour obtenir une version robuste du meilleur prédicteur linéaire sans biais empirique : la première est fondée sur les travaux de Chambers (1986), et la deuxième est basée sur le concept de biais conditionnel comme mesure de l’influence d’une unité de la population. Ces deux classes d’estimateurs robustes des petits domaines incluent également un terme de correction pour le biais. Cependant, ils utilisent tous les deux l’information disponible dans tous les domaines contrairement à celui de Chambers et al. (2014) qui utilise uniquement l’information disponible dans le domaine d’intérêt. Dans certaines situations, un biais non négligeable est possible pour l’estimateur de Sinha & Rao (2009), alors que les estimateurs proposés exhibent un faible biais pour un choix approprié de la fonction d’influence et de la constante de robustesse. Les simulations Monte Carlo sont effectuées, et les comparaisons sont faites entre les estimateurs proposés et ceux de Sinha & Rao (2009) et de Chambers et al. (2014). Les résultats montrent que les estimateurs de Sinha & Rao (2009) et de Chambers et al. (2014) peuvent avoir un biais important, alors que les estimateurs proposés ont une meilleure performance en termes de biais et d’erreur quadratique moyenne. En outre, nous proposons une nouvelle procédure bootstrap pour l’estimation de l’erreur quadratique moyenne des estimateurs robustes des petits domaines. Contrairement aux procédures existantes, nous montrons formellement la validité asymptotique de la méthode bootstrap proposée. Par ailleurs, la méthode proposée est semi-paramétrique, c’est-à-dire, elle n’est pas assujettie à une hypothèse sur les distributions des erreurs ou des effets aléatoires. Ainsi, elle est particulièrement attrayante et plus largement applicable. Nous examinons les performances de notre procédure bootstrap avec les simulations Monte Carlo. Les résultats montrent que notre procédure performe bien et surtout performe mieux que tous les compétiteurs étudiés. Une application de la méthode proposée est illustrée en analysant les données réelles contenant des valeurs aberrantes de Battese, Harter & Fuller (1988). S’agissant de l’imputation en présence de non-réponse partielle, certaines formes d’imputation simple ont été étudiées. L’imputation par la régression déterministe entre les classes, qui inclut l’imputation par le ratio et l’imputation par la moyenne sont souvent utilisées dans les enquêtes. Ces méthodes d’imputation peuvent conduire à des estimateurs imputés biaisés si le modèle d’imputation ou le modèle de non-réponse n’est pas correctement spécifié. Des estimateurs doublement robustes ont été développés dans les années récentes. Ces estimateurs sont sans biais si l’un au moins des modèles d’imputation ou de non-réponse est bien spécifié. Cependant, en présence des valeurs aberrantes, les estimateurs imputés doublement robustes peuvent être très instables. En utilisant le concept de biais conditionnel, nous proposons une version robuste aux valeurs aberrantes de l’estimateur doublement robuste. Les résultats des études par simulations montrent que l’estimateur proposé performe bien pour un choix approprié de la constante de robustesse.

Suivi longitudinal de la densité osseuse et du statut en vitamine D chez des enfants prépubères avec une allergie au lait de vache non résolue.

Problématique : L'allergie au lait de vache (ALV) est reconnue comme une condition transitoire qui disparaît chez la majorité des enfants avant l’âge de 3-5 ans, mais des données récentes révèlent une persistance de l’ALV. Les enfants souffrant d’une ALV sont à risque d’apports insuffisants en calcium et en vitamine D, deux nutriments impliqués dans la santé osseuse. Une première étude transversale portant sur la santé osseuse d’enfants prépubères ALV a observé que la densité osseuse (DMO) lombaire était significativement inférieure à celle d’enfants sans allergie au lait de vache (SALV). Objectifs : Sur la base de ces résultats, nous désirons documenter l’évolution longitudinale de la santé osseuse, du statut en vitamine D, des apports en calcium et en vitamine D et de l’adhérence à la supplémentation des enfants ALV (n=36) et de comparer ces données aux enfants SALV (n=19). Résultats : Le gain annualisé de la DMO lombaire est similaire entre les enfants ALV et SALV. Bien qu’il n’y ait pas de différence significative entre les deux groupes, la DMO lombaire des enfants ALV demeure cependant inférieure à celle des témoins. Qui plus est, le score-Z de la DMO du corps entier tend à être inférieur chez les enfants-cas comparé aux témoins. Au suivi, la concentration de 25OHD et le taux d’insuffisance en vitamine D sont similaires entre les deux groupes tout comme les apports en calcium et en vitamine D. Davantage d’enfants ALV prennent un supplément de calcium au suivi comparativement au temps initial (42% vs. 49%, p<0,05), mais le taux d’adhérence à la supplémentation a diminué à 4 jours/semaine. Conclusion : Une évaluation plus précoce ainsi qu’une prise en charge de la santé osseuse des enfants ALV pourraient être indiquées afin de modifier l’évolution naturelle de leur santé osseuse. Les résultats justifient aussi le suivi étroit des apports en calcium et vitamine D par une nutritionniste et la nécessité d'intégrer la supplémentation dans le plan de traitement de ces enfants et d’assurer une surveillance de l’adhérence à la supplémentation.

Invariant density for a class of initial distributions under quadratic mapping

For the discrete-time quadratic map xt+1=4xt(1-xt) the evolution equation for a class of non-uniform initial densities is obtained. It is shown that in the t to infinity limit all of them approach the invariant density for the map.

ARMA modeling of time series based on rational approximation of spectral density function

This study is concerned with Autoregressive Moving Average (ARMA) models of time series. ARMA models form a subclass of the class of general linear models which represents stationary time series, a phenomenon encountered most often in practice by engineers, scientists and economists. It is always desirable to employ models which use parameters parsimoniously. Parsimony will be achieved by ARMA models because it has only finite number of parameters. Even though the discussion is primarily concerned with stationary time series, later we will take up the case of homogeneous non stationary time series which can be transformed to stationary time series. Time series models, obtained with the help of the present and past data is used for forecasting future values. Physical science as well as social science take benefits of forecasting models. The role of forecasting cuts across all fields of management-—finance, marketing, production, business economics, as also in signal process, communication engineering, chemical processes, electronics etc. This high applicability of time series is the motivation to this study.

Stringed bed suspended bioreactors (SBSBR)for in situ nitrification in penaeid and non-penaeid hatchery systems

For establishing nitrification in prawn (non-penaeid, salinity 10–15 ppt) and shrimp (penaeid, salinity 30–35 ppt) larval production systems, a stringed bed suspended bioreactor (SBSBR) was designed, fabricated, and validated. It was fabricated with 5 mm polystyrene and low density polyethylene beads as the substrata for ammonia and nitrite oxidizing bacterial consortia, respectively, with an overall surface area of 684 cm2. The reactors were activated in a prototype activator and were transported in polythene bags to the site of testing. Performance of the reactors activated with the nitrifying bacterial consortia AMONPCU-1 (ammonia oxidizers for non-penaeid culture) and NIONPCU-1 (nitrite oxidizers for non-penaeid culture) was evaluated in a Macrobrachium rosenbergii larval rearing system and those activated with AMOPCU-1 (ammonia oxidizers for penaeid culture) and NIOPCU-1 (nitrite oxidizers for penaeid culture) in a Penaeus monodon seed production system. Rapid setting up of nitrification could be observed in both the static systems which resulted in a higher relative per cent survival of larvae

Efficient Watermarking Schemes for Speaker Verification Guaranteeing Non-repudiation

Presently different audio watermarking methods are available; most of them inclined towards copyright protection and copy protection. This is the key motive for the notion to develop a speaker verification scheme that guar- antees non-repudiation services and the thesis is its outcome. The research presented in this thesis scrutinizes the field of audio water- marking and the outcome is a speaker verification scheme that is proficient in addressing issues allied to non-repudiation to a great extent. This work aimed in developing novel audio watermarking schemes utilizing the fun- damental ideas of Fast-Fourier Transform (FFT) or Fast Walsh-Hadamard Transform (FWHT). The Mel-Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) the best parametric representation of the acoustic signals along with few other key acoustic characteristics is employed in crafting of new schemes. The au- dio watermark created is entirely dependent to the acoustic features, hence named as FeatureMark and is crucial in this work. In any watermarking scheme, the quality of the extracted watermark de- pends exclusively on the pre-processing action and in this work framing and windowing techniques are involved. The theme non-repudiation provides immense significance in the audio watermarking schemes proposed in this work. Modification of the signal spectrum is achieved in a variety of ways by selecting appropriate FFT/FWHT coefficients and the watermarking schemes were evaluated for imperceptibility, robustness and capacity char- acteristics. The proposed schemes are unequivocally effective in terms of maintaining the sound quality, retrieving the embedded FeatureMark and in terms of the capacity to hold the mark bits. Robust nature of these marking schemes is achieved with the help of syn- chronization codes such as Barker Code with FFT based FeatureMarking scheme and Walsh Code with FWHT based FeatureMarking scheme. An- other important feature associated with this scheme is the employment of an encryption scheme towards the preparation of its FeatureMark that scrambles the signal features that helps to keep the signal features unreve- laed. A comparative study with the existing watermarking schemes and the ex- periments to evaluate imperceptibility, robustness and capacity tests guar- antee that the proposed schemes can be baselined as efficient audio water- marking schemes. The four new digital audio watermarking algorithms in terms of their performance are remarkable thereby opening more opportu- nities for further research.

Estimators and Tests based on Likelihood-Depth with Application to Weibull Distribution, Gaussian and Gumbel Copula

In dieser Arbeit werden mithilfe der Likelihood-Tiefen, eingeführt von Mizera und Müller (2004), (ausreißer-)robuste Schätzfunktionen und Tests für den unbekannten Parameter einer stetigen Dichtefunktion entwickelt. Die entwickelten Verfahren werden dann auf drei verschiedene Verteilungen angewandt. Für eindimensionale Parameter wird die Likelihood-Tiefe eines Parameters im Datensatz als das Minimum aus dem Anteil der Daten, für die die Ableitung der Loglikelihood-Funktion nach dem Parameter nicht negativ ist, und dem Anteil der Daten, für die diese Ableitung nicht positiv ist, berechnet. Damit hat der Parameter die größte Tiefe, für den beide Anzahlen gleich groß sind. Dieser wird zunächst als Schätzer gewählt, da die Likelihood-Tiefe ein Maß dafür sein soll, wie gut ein Parameter zum Datensatz passt. Asymptotisch hat der Parameter die größte Tiefe, für den die Wahrscheinlichkeit, dass für eine Beobachtung die Ableitung der Loglikelihood-Funktion nach dem Parameter nicht negativ ist, gleich einhalb ist. Wenn dies für den zu Grunde liegenden Parameter nicht der Fall ist, ist der Schätzer basierend auf der Likelihood-Tiefe verfälscht. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie diese Verfälschung korrigiert werden kann sodass die korrigierten Schätzer konsistente Schätzungen bilden. Zur Entwicklung von Tests für den Parameter, wird die von Müller (2005) entwickelte Simplex Likelihood-Tiefe, die eine U-Statistik ist, benutzt. Es zeigt sich, dass für dieselben Verteilungen, für die die Likelihood-Tiefe verfälschte Schätzer liefert, die Simplex Likelihood-Tiefe eine unverfälschte U-Statistik ist. Damit ist insbesondere die asymptotische Verteilung bekannt und es lassen sich Tests für verschiedene Hypothesen formulieren. Die Verschiebung in der Tiefe führt aber für einige Hypothesen zu einer schlechten Güte des zugehörigen Tests. Es werden daher korrigierte Tests eingeführt und Voraussetzungen angegeben, unter denen diese dann konsistent sind. Die Arbeit besteht aus zwei Teilen. Im ersten Teil der Arbeit wird die allgemeine Theorie über die Schätzfunktionen und Tests dargestellt und zudem deren jeweiligen Konsistenz gezeigt. Im zweiten Teil wird die Theorie auf drei verschiedene Verteilungen angewandt: Die Weibull-Verteilung, die Gauß- und die Gumbel-Copula. Damit wird gezeigt, wie die Verfahren des ersten Teils genutzt werden können, um (robuste) konsistente Schätzfunktionen und Tests für den unbekannten Parameter der Verteilung herzuleiten. Insgesamt zeigt sich, dass für die drei Verteilungen mithilfe der Likelihood-Tiefen robuste Schätzfunktionen und Tests gefunden werden können. In unverfälschten Daten sind vorhandene Standardmethoden zum Teil überlegen, jedoch zeigt sich der Vorteil der neuen Methoden in kontaminierten Daten und Daten mit Ausreißern.

First-principles electronic theory of non-collinear magnetic order in transition-metal nanowires

The structural, electronic and magnetic properties of one-dimensional 3d transition-metal (TM) monoatomic chains having linear, zigzag and ladder geometries are investigated in the frame-work of first-principles density-functional theory. The stability of long-range magnetic order along the nanowires is determined by computing the corresponding frozen-magnon dispersion relations as a function of the 'spin-wave' vector q. First, we show that the ground-state magnetic orders of V, Mn and Fe linear chains at the equilibrium interatomic distances are non-collinear (NC) spin-density waves (SDWs) with characteristic equilibrium wave vectors q that depend on the composition and interatomic distance. The electronic and magnetic properties of these novel spin-spiral structures are discussed from a local perspective by analyzing the spin-polarized electronic densities of states, the local magnetic moments and the spin-density distributions for representative values q. Second, we investigate the stability of NC spin arrangements in Fe zigzag chains and ladders. We find that the non-collinear SDWs are remarkably stable in the biatomic chains (square ladder), whereas ferromagnetic order (q =0) dominates in zigzag chains (triangular ladders). The different magnetic structures are interpreted in terms of the corresponding effective exchange interactions J(ij) between the local magnetic moments μ(i) and μ(j) at atoms i and j. The effective couplings are derived by fitting a classical Heisenberg model to the ab initio magnon dispersion relations. In addition they are analyzed in the framework of general magnetic phase diagrams having arbitrary first, second, and third nearest-neighbor (NN) interactions J(ij). The effect of external electric fields (EFs) on the stability of NC magnetic order has been quantified for representative monoatomic free-standing and deposited chains. We find that an external EF, which is applied perpendicular to the chains, favors non-collinear order in V chains, whereas it stabilizes the ferromagnetic (FM) order in Fe chains. Moreover, our calculations reveal a change in the magnetic order of V chains deposited on the Cu(110) surface in the presence of external EFs. In this case the NC spiral order, which was unstable in the absence of EF, becomes the most favorable one when perpendicular fields of the order of 0.1 V/Å are applied. As a final application of the theory we study the magnetic interactions within monoatomic TM chains deposited on graphene sheets. One observes that even weak chain substrate hybridizations can modify the magnetic order. Mn and Fe chains show incommensurable NC spin configurations. Remarkably, V chains show a transition from a spiral magnetic order in the freestanding geometry to FM order when they are deposited on a graphene sheet. Some TM-terminated zigzag graphene-nanoribbons, for example V and Fe terminated nanoribbons, also show NC spin configurations. Finally, the magnetic anisotropy energies (MAEs) of TM chains on graphene are investigated. It is shown that Co and Fe chains exhibit significant MAEs and orbital magnetic moments with in-plane easy magnetization axis. The remarkable changes in the magnetic properties of chains on graphene are correlated to charge transfers from the TMs to NN carbon atoms. Goals and limitations of this study and the resulting perspectives of future investigations are discussed.

Dissociated Dipoles: Image representation via non-local comparisons

A fundamental question in visual neuroscience is how to represent image structure. The most common representational schemes rely on differential operators that compare adjacent image regions. While well-suited to encoding local relationships, such operators have significant drawbacks. Specifically, each filter's span is confounded with the size of its sub-fields, making it difficult to compare small regions across large distances. We find that such long-distance comparisons are more tolerant to common image transformations than purely local ones, suggesting they may provide a useful vocabulary for image encoding. . We introduce the "Dissociated Dipole," or "Sticks" operator, for encoding non-local image relationships. This operator de-couples filter span from sub-field size, enabling parametric movement between edge and region-based representation modes. We report on the perceptual plausibility of the operator, and the computational advantages of non-local encoding. Our results suggest that non-local encoding may be an effective scheme for representing image structure.

A comparison of the alr and ilr transformations for kernel density estimation of compositional data

In a seminal paper, Aitchison and Lauder (1985) introduced classical kernel density estimation techniques in the context of compositional data analysis. Indeed, they gave two options for the choice of the kernel to be used in the kernel estimator. One of these kernels is based on the use the alr transformation on the simplex SD jointly with the normal distribution on RD-1. However, these authors themselves recognized that this method has some deficiencies. A method for overcoming these dificulties based on recent developments for compositional data analysis and multivariate kernel estimation theory, combining the ilr transformation with the use of the normal density with a full bandwidth matrix, was recently proposed in Martín-Fernández, Chacón and Mateu- Figueras (2006). Here we present an extensive simulation study that compares both methods in practice, thus exploring the finite-sample behaviour of both estimators

Parametric pension reform and the intensive margin of labor supply, evidence from Colombia

We analyze the effect of a parametric reform of the fully-funded pension regime in Colombia on the intensive margin of the labor supply. We take advantage of a threshold defined by law in order to identify the causal effect using a regression discontinuity design. We find that a pension system that increases retirement age and the minimum weeks during which workers must contribute to claim pension benefits causes an increase of around 2 hours on the number of weekly worked hours; this corresponds to 4% of the average number of weekly worked hours or around 14% of a standard deviation of weekly worked hours. The effect is robust to different specifications, polynomial orders and sample sizes.

Air-earth current density measurements at Lerwick; implications for seasonality in the global electric circuit

Atmospheric electricity measurements were made at Lerwick Observatory in the Shetland Isles (60°09′N, 1°08′W) during most of the 20th century. The Potential Gradient (PG) was measured from 1926 to 84 and the air-earth conduction current (Jc) was measured during the final decade of the PG measurements. Daily Jc values (1978–1984) observed at 15 UT are presented here for the first time, with independently-obtained PG measurements used to select valid data. The 15 UT Jc (1978–1984) spans 0.5–9.5 pA/m2, with median 2.5 pA/m2; the columnar resistance at Lerwick is estimated as 70 PΩm2. Smoke measurements confirm the low pollution properties of the site. Analysis of the monthly variation of Lerwick Jc data shows that winter (DJF) Jc is significantly greater than the summer (JJA) Jc by 20%. The Lerwick atmospheric electricity seasonality differs from the global lightning seasonality, but Jc has a similar seasonal phasing to that observed in Nimbostratus clouds globally, suggesting a role for non-thunderstorm rain clouds in the seasonality of the global circuit.

Aggregation of parasitism risk in an aphid-parasitoid system: Effects of plant patch size and aphid density

Few studies have linked density dependence of parasitism and the tritrophic environment within which a parasitoid forages. In the non-crop plant-aphid, Centaurea nigra-Uroleucon jaceae system, mixed patterns of density-dependent parasitism by the parasitoids Aphidius funebris and Trioxys centaureae were observed in a survey of a natural population. Breakdown of density-dependent parasitism revealed that density dependence was inverse in smaller colonies but direct in large colonies (>20 aphids), suggesting there is a threshold effect in parasitoid response to aphid density. The CV2 of searching parasitoids was estimated from parasitism data using a hierarchical generalized linear model, and CV2>1 for A. funebris between plant patches, while for T. centaureae CV2>1 within plant patches. In both cases, density independent heterogeneity was more important than density-dependent heterogeneity in parasitism. Parasitism by T. centaureae increased with increasing plant patch size. Manipulation of aphid colony size and plant patch size revealed that parasitism by A. funebris was directly density dependent at the range of colony sizes tested (50-200 initial aphids), and had a strong positive relationship with plant patch size. The effects of plant patch size detected for both species indicate that the tritrophic environment provides a source of host density independent heterogeneity in parasitism, and can modify density-dependent responses. (c) 2007 Gessellschaft fur Okologie. Published by Elsevier GmbH. All rights reserved.

A parametric model for the interval censored survival times of Acacia mangium plantation in a spacing trial

Survival times for the Acacia mangium plantation in the Segaliud Lokan Project, Sabah, East Malaysia were analysed based on 20 permanent sample plots (PSPs) established in 1988 as a spacing experiment. The PSPs were established following a complete randomized block design with five levels of spacing randomly assigned to units within four blocks at different sites. The survival times of trees in years are of interest. Since the inventories were only conducted annually, the actual survival time for each tree was not observed. Hence, the data set comprises censored survival times. Initial analysis of the survival of the Acacia mangium plantation suggested there is block by spacing interaction; a Weibull model gives a reasonable fit to the replicate survival times within each PSP; but a standard Weibull regression model is inappropriate because the shape parameter differs between PSPs. In this paper we investigate the form of the non-constant Weibull shape parameter. Parsimonious models for the Weibull survival times have been derived using maximum likelihood methods. The factor selection for the parameters is based on a backward elimination procedure. The models are compared using likelihood ratio statistics. The results suggest that both Weibull parameters depend on spacing and block.