Integro-difference equations for interacting species and the Neolithic transition

We introduce a set of sequential integro-difference equations to analyze the dynamics of two interacting species. Firstly, we derive the speed of the fronts when a species invades a space previously occupied by a second species, and check its validity by means of numerical random-walk simulations. As an example, we consider the Neolithic transition: the predictions of the model are consistent with the archaeological data for the front speed, provided that the interaction parameter is low enough. Secondly, an equation for the coexistence time between the invasive and the invaded populations is obtained for the first time. It agrees well with the simulations, is consistent with observations of the Neolithic transition, and makes it possible to estimate the value of the interaction parameter between the incoming and the indigenous populations

Random regression models to estimate genetic parameters for milk production of Guzerat cows using orthogonal Legendre polynomials

The objective of this work was to compare random regression models for the estimation of genetic parameters for Guzerat milk production, using orthogonal Legendre polynomials. Records (20,524) of test-day milk yield (TDMY) from 2,816 first-lactation Guzerat cows were used. TDMY grouped into 10-monthly classes were analyzed for additive genetic effect and for environmental and residual permanent effects (random effects), whereas the contemporary group, calving age (linear and quadratic effects) and mean lactation curve were analized as fixed effects. Trajectories for the additive genetic and permanent environmental effects were modeled by means of a covariance function employing orthogonal Legendre polynomials ranging from the second to the fifth order. Residual variances were considered in one, four, six, or ten variance classes. The best model had six residual variance classes. The heritability estimates for the TDMY records varied from 0.19 to 0.32. The random regression model that used a second-order Legendre polynomial for the additive genetic effect, and a fifth-order polynomial for the permanent environmental effect is adequate for comparison by the main employed criteria. The model with a second-order Legendre polynomial for the additive genetic effect, and that with a fourth-order for the permanent environmental effect could also be employed in these analyses.

Modélisation par automate cellulaire des phénomènes diagénétiques des plateformes carbonatées : calibration et paramétrage à partir de deux cas d'études : l'Urgonien du Vercors (Crétacé inférieur, SE France) et les Calcaires Gris du Mont Compomolon (Lias, NE Italie)

Une fois déposé, un sédiment est affecté au cours de son enfouissement par un ensemble de processus, regroupé sous le terme diagenèse, le transformant parfois légèrement ou bien suffisamment pour le rendre méconnaissable. Ces modifications ont des conséquences sur les propriétés pétrophysiques qui peuvent être positives ou négatives, c'est-à-dire les améliorer ou bien les détériorer. Une voie alternative de représentation numérique des processus, affranchie de l'utilisation des réactions physico-chimiques, a été adoptée et développée en mimant le déplacement du ou des fluides diagénétiques. Cette méthode s'appuie sur le principe d'un automate cellulaire et permet de simplifier les phénomènes sans sacrifier le résultat et permet de représenter les phénomènes diagénétiques à une échelle fine. Les paramètres sont essentiellement numériques ou mathématiques et nécessitent d'être mieux compris et renseignés à partir de données réelles issues d'études d'affleurements et du travail analytique effectué. La représentation des phénomènes de dolomitisation de faible profondeur suivie d'une phase de dédolomitisation a été dans un premier temps effectuée. Le secteur concerne une portion de la série carbonatée de l'Urgonien (Barrémien-Aptien), localisée dans le massif du Vercors en France. Ce travail a été réalisé à l'échelle de la section afin de reproduire les géométries complexes associées aux phénomènes diagénétiques et de respecter les proportions mesurées en dolomite. De plus, la dolomitisation a été simulée selon trois modèles d'écoulement. En effet, la dédolomitisation étant omniprésente, plusieurs hypothèses sur le mécanisme de dolomitisation ont été énoncées et testées. Plusieurs phases de dolomitisation per ascensum ont été également simulées sur des séries du Lias appartenant aux formations du groupe des Calcaire Gris, localisées au nord-est de l'Italie. Ces fluides diagénétiques empruntent le réseau de fracturation comme vecteur et affectent préférentiellement les lithologies les plus micritisées. Cette étude a permis de mettre en évidence la propagation des phénomènes à l'échelle de l'affleurement. - Once deposited, sediment is affected by diagenetic processes during their burial history. These diagenetic processes are able to affect the petrophysical properties of the sedimentary rocks and also improve as such their reservoir capacity. The modelling of diagenetic processes in carbonate reservoirs is still a challenge as far as neither stochastic nor physicochemical simulations can correctly reproduce the complexity of features and the reservoir heterogeneity generated by these processes. An alternative way to reach this objective deals with process-like methods, which simplify the algorithms while preserving all geological concepts in the modelling process. The aim of the methodology is to conceive a consistent and realistic 3D model of diagenetic overprints on initial facies resulting in petrophysical properties at a reservoir scale. The principle of the method used here is related to a lattice gas automata used to mimic diagenetic fluid flows and to reproduce the diagenetic effects through the evolution of mineralogical composition and petrophysical properties. This method developed in a research group is well adapted to handle dolomite reservoirs through the propagation of dolomitising fluids and has been applied on two case studies. The first study concerns a mid-Cretaceous rudist and granular platform of carbonate succession (Urgonian Fm., Les Gorges du Nan, Vercors, SE France), in which several main diagenetic stages have been identified. The modelling in 2D is focused on dolomitisation followed by a dédolomitisation stage. For the second study, data collected from outcrops on the Venetian platform (Lias, Mont Compomolon NE Italy), in which several diagenetic stages have been identified. The main one is related to per ascensum dolomitisation along fractures. In both examples, the evolution of the effects of the mimetic diagenetic fluid on mineralogical composition can be followed through space and numerical time and help to understand the heterogeneity in reservoir properties. Carbonates, dolomitisation, dédolomitisation, process-like modelling, lattice gas automata, random walk, memory effect.

Self-avoiding random walks and Olbers' paradox

In this paper, we prove that a self-avoiding walk of infinite length provides a structure that would resolve Olbers' paradox. That is, if the stars of a universe were distributed like the vertices of an infinite random walk with each segment length of about a parsec, then the night sky could be as dark as actually observed on the Earth. Self-avoiding random walk structure can therefore resolve the Olbers' paradox even in a static universe.

Renewal equations for option pricing

In this paper we will develop a methodology for obtaining pricing expressions for financial instruments whose underlying asset can be described through a simple continuous-time random walk (CTRW) market model. Our approach is very natural to the issue because it is based in the use of renewal equations, and therefore it enhances the potential use of CTRW techniques in finance. We solve these equations for typical contract specifications, in a particular but exemplifying case. We also show how a formal general solution can be found for more exotic derivatives, and we compare prices for alternative models of the underlying. Finally, we recover the celebrated results for the Wiener process under certain limits.

The information content of Canadian implied volatility indexes

For predicting future volatility, empirical studies find mixed results regarding two issues: (1) whether model free implied volatility has more information content than Black-Scholes model-based implied volatility; (2) whether implied volatility outperforms historical volatilities. In this thesis, we address these two issues using the Canadian financial data. First, we examine the information content and forecasting power between VIXC - a model free implied volatility, and MVX - a model-based implied volatility. The GARCH in-sample test indicates that VIXC subsumes all information that is reflected in MVX. The out-of-sample examination indicates that VIXC is superior to MVX for predicting the next 1-, 5-, 10-, and 22-trading days' realized volatility. Second, we investigate the predictive power between VIXC and alternative volatility forecasts derived from historical index prices. We find that for time horizons lesser than 10-trading days, VIXC provides more accurate forecasts. However, for longer time horizons, the historical volatilities, particularly the random walk, provide better forecasts. We conclude that VIXC cannot incorporate all information contained in historical index prices for predicting future volatility.

Étude des maxima de champs gaussiens corrélés.

Ce mémoire porte sur l’étude des maxima de champs gaussiens. Plus précisément, l’étude portera sur la convergence en loi, la convergence du premier ordre et la convergence du deuxième ordre du maximum d’une collection de variables aléatoires gaussiennes. Les modèles de champs gaussiens présentés sont le modèle i.i.d., le modèle hiérarchique et le champ libre gaussien. Ces champs gaussiens diffèrent par le degré de corrélation entre les variables aléatoires. Le résultat principal de ce mémoire sera que la convergence en probabilité du premier ordre du maximum est la même pour les trois modèles. Quelques résultats de simulations seront présentés afin de corroborer les résultats théoriques obtenus.

Temps de Branchement du Mouvement Brownien Branchant Inhomogène

Ce mémoire étudie le comportement des particules dont la position est maximale au temps t dans la marche aléatoire branchante et le mouvement brownien branchant sur R, pour des valeurs de t grandes. Plus exactement, on regarde le comportement du maximum d’une marche aléatoire branchante dans un environnement inhomogène en temps, au sens où la loi des accroissements varie en fonction du temps. On compare avec des modèles connus ou simplifiés, en particulier le modèle i.i.d., où l’on observe des marches aléatoires indépendantes et le modèle de la marche aléatoire homogène. On s’intéresse par la suite aux corrélations entre les particules maximales d’un mouvement brownien branchant. Plus précisément, on étudie le temps de branchement entre deux particules maximales. Finalement, on applique les méthodes et les résultats des premiers chapitres afin d’étudier les corrélations dans un mouvement brownien branchant dans un environnement inhomogène. Le résultat principal du mémoire stipule qu’il y a existence de temps de branchement au centre de l’intervalle [0, t] dans le mouvement brownien branchant inhomogène, ce qui n’est pas le cas pour le mouvement brownien branchant standard. On présentera également certaines simulations numériques afin de corroborer les résultats numériques et pour établir des hypothèses pour une recherche future.

Modélisation de l'évolution du réseau magnétique au cours du cycle solaire

Le réseau magnétique consiste en un ensemble de petites concentrations de flux magnétique sur la photosphère solaire. Vu sa petite échelle de taille et de flux, à la limite de détection, son comportement n'est connu que depuis récemment. Les interactions du réseau sont pourtant cruciales afin de comprendre la dynamo et l'irradiance solaires, car beaucoup de caractérisques du réseau dépendent de ces interactions. De plus, le réseau est la principale contribution magnétique surfacique à l'irradiance solaire. Les modèles existants du réseau ne tenaient jusqu'à maintenant pas compte des interactions du réseau. Nous avons tenté de combler cette lacune avec notre modèle. Nos simulations impliquent une marche aléatoire en 2D de tubes de flux magnétiques sur la photosphère solaire. Les tubes de flux sont injectés puis soumis à des règles de déplacement et d'interaction. L'injection se fait à deux échelles, respectivement la plus petite et la plus grande observables: les tubes de flux élémentaires et les taches solaires. Des processus de surface imitant ceux observés sont inclus, et consistent en l'émergence, la coalescence, l'annulation et la submergence de flux. La fragmentation des concentrations n'est présente que pour les taches, sous forme de désintégration libérant des tubes de flux. Le modèle est appliqué au cycle solaire 21 (1976-1986, le mieux documenté en termes de caractéristiques de taches solaires. Il en résulte des réponses à deux questions importantes en physique solaire. La première est: l'injection de flux magnétique à deux échelles très distinctes peut-elle conduire à une distribution de flux en loi de puissance comme on l'observe, si l'on inclut des processus de surface qui retraitent le flux? Cette question est étroitement liée à l'origine de la dynamo solaire, qui pourrait produire ladite distribution. Nous trouvons qu'on peut effectivement produire une telle distribution avec ce type d'injection et ce type de processus de surface. Cela implique que la distribution de flux observée ne peut servir à déterminer quel type de dynamo opère dans le Soleil. La deuxième question à laquelle nous avons apporté un élément de réponse est celle à savoir combien de temps il faut au réseau pour retrouver son état d'activité de base. Cet état a été observé lors du minimum de Maunder en 1645-1715 et touche de près la question de l'influence de l'activité solaire sur le climat terrestre. Le récent minimum d'activité est considéré par certains comme ayant atteint cet état. Nous trouvons plutôt que ça n'a pas été le cas. En effet, le temps de relaxation du réseau que nous avons calculé est supérieur au temps écoulé entre la fin du dernier cycle solaire d'activité et celui de l'amorce du présent cycle.

Étude du maximum et des hauts points de la marche aléatoire branchante inhomogène et du champ libre gaussien inhomogène

Voir la bibliographie du mémoire pour les références du résumé. See the thesis`s bibliography for the references in the summary.

Agent Based Simulation of Street Robbery

Routine activity theory introduced by Cohen& Felson in 1979 states that criminal acts are caused due to the presenceof criminals, vic-timsand the absence of guardians in time and place. As the number of collision of these elements in place and time increases, criminal acts will also increase even if the number of criminals or civilians remains the same within the vicinity of a city. Street robbery is a typical example of routine ac-tivity theory and the occurrence of which can be predicted using routine activity theory. Agent-based models allow simulation of diversity among individuals. Therefore agent based simulation of street robbery can be used to visualize how chronological aspects of human activity influence the incidence of street robbery.The conceptual model identifies three classes of people-criminals, civilians and police with certain activity areas for each. Police exist only as agents of formal guardianship. Criminals with a tendency for crime will be in the search for their victims. Civilians without criminal tendencycan be either victims or guardians. In addition to criminal tendency, each civilian in the model has a unique set of characteristicslike wealth, employment status, ability for guardianship etc. These agents are subjected to random walk through a street environment guided by a Q –learning module and the possible outcomes are analyzed

Microstructure and random magnetic anisotropy in Fe–Ni based nanocrystalline thin films

Nanocrystalline Fe–Ni thin films were prepared by partial crystallization of vapour deposited amorphous precursors. The microstructure was controlled by annealing the films at different temperatures. X-ray diffraction, transmission electron microscopy and energy dispersive x-ray spectroscopy investigations showed that the nanocrystalline phase was that of Fe–Ni. Grain growth was observed with an increase in the annealing temperature. X-ray photoelectron spectroscopy observations showed the presence of a native oxide layer on the surface of the films. Scanning tunnelling microscopy investigations support the biphasic nature of the nanocrystalline microstructure that consists of a crystalline phase along with an amorphous phase. Magnetic studies using a vibrating sample magnetometer show that coercivity has a strong dependence on grain size. This is attributed to the random magnetic anisotropy characteristic of the system. The observed coercivity dependence on the grain size is explained using a modified random anisotropy model

Effect of thermal annealing on Fe40Ni38B18Mo4 thin films: modified Herzer model for magnetic evolution

Magnetic properties of nano-crystalline soft magnetic alloys have usually been correlated to structural evolution with heat treatment. However, literature reports pertaining to the study of nano-crystalline thin films are less abundant. Thin films of Fe40Ni38B18Mo4 were deposited on glass substrates under a high vacuum of ≈ 10−6 Torr by employing resistive heating. They were annealed at various temperatures ranging from 373 to 773K based on differential scanning calorimetric studies carried out on the ribbons. The magnetic characteristics were investigated using vibrating sample magnetometry. Morphological characterizations were carried out using atomic force microscopy (AFM), and magnetic force microscopy (MFM) imaging is used to study the domain characteristics. The variation of magnetic properties with thermal annealing is also investigated. From AFM and MFM images it can be inferred that the crystallization temperature of the as-prepared films are lower than their bulk counterparts. Also there is a progressive evolution of coercivity up to 573 K, which is an indication of the lowering of nano-crystallization temperature in thin films. The variation of coercivity with the structural evolution of the thin films with annealing is discussed and a plausible explanation is provided using the modified random anisotropy model

Integro-difference equations for interacting species and the Neolithic transition

We introduce a set of sequential integro-difference equations to analyze the dynamics of two interacting species. Firstly, we derive the speed of the fronts when a species invades a space previously occupied by a second species, and check its validity by means of numerical random-walk simulations. As an example, we consider the Neolithic transition: the predictions of the model are consistent with the archaeological data for the front speed, provided that the interaction parameter is low enough. Secondly, an equation for the coexistence time between the invasive and the invaded populations is obtained for the first time. It agrees well with the simulations, is consistent with observations of the Neolithic transition, and makes it possible to estimate the value of the interaction parameter between the incoming and the indigenous populations

Time patterns in UK demand for alcohol and tobacco: an application of the EM algorithm

Capturing the pattern of structural change is a relevant task in applied demand analysis, as consumer preferences may vary significantly over time. Filtering and smoothing techniques have recently played an increasingly relevant role. A dynamic Almost Ideal Demand System with random walk parameters is estimated in order to detect modifications in consumer habits and preferences, as well as changes in the behavioural response to prices and income. Systemwise estimation, consistent with the underlying constraints from economic theory, is achieved through the EM algorithm. The proposed model is applied to UK aggregate consumption of alcohol and tobacco, using quarterly data from 1963 to 2003. Increased alcohol consumption is explained by a preference shift, addictive behaviour and a lower price elasticity. The dynamic and time-varying specification is consistent with the theoretical requirements imposed at each sample point. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.