Practical algorithms for a family of waterfilling solutions

Many engineering problems that can be formulatedas constrained optimization problems result in solutionsgiven by a waterfilling structure; the classical example is thecapacity-achieving solution for a frequency-selective channel.For simple waterfilling solutions with a single waterlevel and asingle constraint (typically, a power constraint), some algorithmshave been proposed in the literature to compute the solutionsnumerically. However, some other optimization problems result insignificantly more complicated waterfilling solutions that includemultiple waterlevels and multiple constraints. For such cases, itmay still be possible to obtain practical algorithms to evaluate thesolutions numerically but only after a painstaking inspection ofthe specific waterfilling structure. In addition, a unified view ofthe different types of waterfilling solutions and the correspondingpractical algorithms is missing.The purpose of this paper is twofold. On the one hand, itoverviews the waterfilling results existing in the literature from aunified viewpoint. On the other hand, it bridges the gap betweena wide family of waterfilling solutions and their efficient implementationin practice; to be more precise, it provides a practicalalgorithm to evaluate numerically a general waterfilling solution,which includes the currently existing waterfilling solutions andothers that may possibly appear in future problems.

Interactive quantum information theory

La théorie de l'information quantique s'est développée à une vitesse fulgurante au cours des vingt dernières années, avec des analogues et extensions des théorèmes de codage de source et de codage sur canal bruité pour la communication unidirectionnelle. Pour la communication interactive, un analogue quantique de la complexité de la communication a été développé, pour lequel les protocoles quantiques peuvent performer exponentiellement mieux que les meilleurs protocoles classiques pour certaines tâches classiques. Cependant, l'information quantique est beaucoup plus sensible au bruit que l'information classique. Il est donc impératif d'utiliser les ressources quantiques à leur plein potentiel. Dans cette thèse, nous étudions les protocoles quantiques interactifs du point de vue de la théorie de l'information et étudions les analogues du codage de source et du codage sur canal bruité. Le cadre considéré est celui de la complexité de la communication: Alice et Bob veulent faire un calcul quantique biparti tout en minimisant la quantité de communication échangée, sans égard au coût des calculs locaux. Nos résultats sont séparés en trois chapitres distincts, qui sont organisés de sorte à ce que chacun puisse être lu indépendamment. Étant donné le rôle central qu'elle occupe dans le contexte de la compression interactive, un chapitre est dédié à l'étude de la tâche de la redistribution d'état quantique. Nous prouvons des bornes inférieures sur les coûts de communication nécessaires dans un contexte interactif. Nous prouvons également des bornes atteignables avec un seul message, dans un contexte d'usage unique. Dans un chapitre subséquent, nous définissons une nouvelle notion de complexité de l'information quantique. Celle-ci caractérise la quantité d'information, plutôt que de communication, qu'Alice et Bob doivent échanger pour calculer une tâche bipartie. Nous prouvons beaucoup de propriétés structurelles pour cette quantité, et nous lui donnons une interprétation opérationnelle en tant que complexité de la communication quantique amortie. Dans le cas particulier d'entrées classiques, nous donnons une autre caractérisation permettant de quantifier le coût encouru par un protocole quantique qui oublie de l'information classique. Deux applications sont présentées: le premier résultat général de somme directe pour la complexité de la communication quantique à plus d'une ronde, ainsi qu'une borne optimale, à un terme polylogarithmique près, pour la complexité de la communication quantique avec un nombre de rondes limité pour la fonction « ensembles disjoints ». Dans un chapitre final, nous initions l'étude de la capacité interactive quantique pour les canaux bruités. Étant donné que les techniques pour distribuer de l'intrication sont bien étudiées, nous nous concentrons sur un modèle avec intrication préalable parfaite et communication classique bruitée. Nous démontrons que dans le cadre plus ardu des erreurs adversarielles, nous pouvons tolérer un taux d'erreur maximal de une demie moins epsilon, avec epsilon plus grand que zéro arbitrairement petit, et ce avec un taux de communication positif. Il s'ensuit que les canaux avec bruit aléatoire ayant une capacité positive pour la transmission unidirectionnelle ont une capacité positive pour la communication interactive quantique. Nous concluons avec une discussion de nos résultats et des directions futures pour ce programme de recherche sur une théorie de l'information quantique interactive.

Information theory analysis of regenerative channels

In this paper we summarize our recently proposed work on the information theory analysis of regenerative channels. We discuss how the design and the transfer function properties of the regenerator affect the noise statistics and enable Shannon capacities higher than that of the corresponding linear channels (in the absence of regeneration).

The decoupling approach to quantum information theory

La théorie de l'information quantique étudie les limites fondamentales qu'imposent les lois de la physique sur les tâches de traitement de données comme la compression et la transmission de données sur un canal bruité. Cette thèse présente des techniques générales permettant de résoudre plusieurs problèmes fondamentaux de la théorie de l'information quantique dans un seul et même cadre. Le théorème central de cette thèse énonce l'existence d'un protocole permettant de transmettre des données quantiques que le receveur connaît déjà partiellement à l'aide d'une seule utilisation d'un canal quantique bruité. Ce théorème a de plus comme corollaires immédiats plusieurs théorèmes centraux de la théorie de l'information quantique. Les chapitres suivants utilisent ce théorème pour prouver l'existence de nouveaux protocoles pour deux autres types de canaux quantiques, soit les canaux de diffusion quantiques et les canaux quantiques avec information supplémentaire fournie au transmetteur. Ces protocoles traitent aussi de la transmission de données quantiques partiellement connues du receveur à l'aide d'une seule utilisation du canal, et ont comme corollaires des versions asymptotiques avec et sans intrication auxiliaire. Les versions asymptotiques avec intrication auxiliaire peuvent, dans les deux cas, être considérées comme des versions quantiques des meilleurs théorèmes de codage connus pour les versions classiques de ces problèmes. Le dernier chapitre traite d'un phénomène purement quantique appelé verrouillage: il est possible d'encoder un message classique dans un état quantique de sorte qu'en lui enlevant un sous-système de taille logarithmique par rapport à sa taille totale, on puisse s'assurer qu'aucune mesure ne puisse avoir de corrélation significative avec le message. Le message se trouve donc «verrouillé» par une clé de taille logarithmique. Cette thèse présente le premier protocole de verrouillage dont le critère de succès est que la distance trace entre la distribution jointe du message et du résultat de la mesure et le produit de leur marginales soit suffisamment petite.

Signal or Noise? Information Theory and the Novel

In the context of a hostile funding environment, universities are increasingly asked to justify their output in narrowly defined economic terms, and this can be difficult in Humanities or Arts faculties where productivity is rarely reducible to a simple financial indicator. This can lead to a number of immediate consequences that I have no need to rehearse here, but can also result in some interesting tensions within the academic community itself. First is that which has become known as the ‘Science Wars’: the increasingly acrimonious exchanges between scientists and scientific academics and cultural critics or theorists about who has the right to describe the world. Much has already been said—and much remains to be said—about this issue, but it is not my intention to discuss it here. Rather, I will look at a second area of contestation: the incorporation of scientific theory into literary or cultural criticism. Much of this work comes from a genuine commitment to interdisciplinarity, and an appreciation of insights that a fresh perspective can bring to a familiar object. However, some can be seen as cynical attempts to lend literary studies the sort of empirical legitimacy of the sciences. In particular, I want to look at a number of critics who have applied information theory to the literary work. In this paper, I will examine several instances of this sort of criticism, and then, through an analysis of a novel by American author Richard Powers, Three Farmers on Their Way to a Dance, show how this sort of criticism merely reduces the meaningful analysis of a complex literary text.

Information-theory analysis of skewed coding for suppression of pattern-dependent errors in digital communications

We present information-theory analysis of the tradeoff between bit-error rate improvement and the data-rate loss using skewed channel coding to suppress pattern-dependent errors in digital communications. Without loss of generality, we apply developed general theory to the particular example of a high-speed fiber communication system with a strong patterning effect. © 2007 IEEE.

The art of building trust via e-communication channels: Post-acquisition integration as a special context

This study discusses the importance of establishing trust in post-acquisition integration context and how the use of e-channels facilitates or inhibits this process. The objective of this study is to analyze how the use of electronic communication channels influences the post-acquisition integration process in terms of trust establishment and overall integration efficiency, developing a framework as a result. Three sub-objectives are introduced: to find out the building blocks of trust in M&A’s, to analyse how the use of e-channels influence the process of trust establishment in post-acquisition integration context, and to define the consequences trust and use of e-channels have for the process. The theoretical background of the study includes literature and theories relating to trust establishment in post-acquisition integration context and how the use of e-channels influences the process of trust development on a general level. The empirical research is conducted as a single case study, based on key informant interviews. The interview data was collected between October 2015 and January 2016. Altogether nine interviews were realised; six with representatives from the acquiring firm and three with target firm members. Thematic analysis was selected as the main method for analysing and processing the qualitative data. This study finds that trust has an essential role in post-acquisition integration context, facilitating the integration process in various different ways. Hence, identifying the different building blocks of trust is important in order for members of the organisations to be better able establish and maintain trust. In today’s international business, the role of electronic communication channels has also increased in importance significantly and it was confirmed that these pose both challenges and possibilities for the development of interpersonal trust. One of the most important underlying factors influencing the trust levels via e-communication channels is the level of user’s comfort in using the different e-channels. Without sufficient and meaningful training, the communication conducted via these channels in inhibited in a number of ways. Hence, understanding the defining characteristics of e-communication together with the risks and opportunities related to the use of these can have far-reaching consequences for the post-acquisition integration process as a whole. The framework based on the findings and existing theory introduces the most central factors influencing the trust establishment together with the positive and negative consequences these have for the integration process. Moreover, organizational level consistency and the existence of shared guidelines on appropriate selection of communication channels according to the nature of the task at hand are seen as important

Parental altruism under imperfect information: Theory and evidence

Can we reconcile the predictions of the altruism model of the familywith the evidence on intervivos transfers in the US? This paper expandsthe altruism model by introducing e ?ort of the child and by relaxingthe assumption of perfect information of the parent about the labormarket opportunities of the child. First, I solve and simulate a modelof altruism under imperfect information. Second, I use cross-sectionaldata to test a prediction of the model: Are parental transfers especiallyresponsive to the income variations of children who are very attached tothe labor market? The results suggest that imperfect information accountsfor several patterns of intergenerational transfers in the US.

Parental altruism under imperfect information: Theory and evidence

Can we reconcile the predictions of the altruism model of the family withthe evidence on parental monetary transfers in the US? This paper providesa new assessment of this question. I expand the altruism model by introducingeffort of the child and by relaxing the assumption of perfect informationof the parent about the labor market opportunities of the child. First,I solve and simulate a model of altruism and labor supply under imperfectinformation. Second, I use cross-sectional data to test the following prediction of the model: Are parental transfers especially responsive tothe income variations of children who are very attached to the labor market? The results of the analysis suggest that imperfect informationaccounts for many of the patterns of intergenerational transfers in theUS.

Quality coding by neural populations in the early olfactory pathway: analysis using information theory

In this article, we analyze the ability of the early olfactory system to detect and discriminate different odors by means of information theory measurements applied to olfactory bulb activity images. We have studied the role that the diversity and number of receptor neuron types play in encoding chemical information. Our results show that the olfactory receptors of the biological system are low correlated and present good coverage of the input space. The coding capacity of ensembles of olfactory receptors with the same receptive range is maximized when the receptors cover half of the odor input space - a configuration that corresponds to receptors that are not particularly selective. However, the ensemble's performance slightly increases when mixing uncorrelated receptors of different receptive ranges. Our results confirm that the low correlation between sensors could be more significant than the sensor selectivity for general purpose chemo-sensory systems, whether these are biological or biomimetic.

View-dependent information theory quality measures for pixel sampling and scene discretization in flatland

In this paper, we present view-dependent information theory quality measures for pixel sampling and scene discretization in flatland. The measures are based on a definition for the mutual information of a line, and have a purely geometrical basis. Several algorithms exploiting them are presented and compare well with an existing one based on depth differences

Complexité de la communication sur un canal avec délai

Nous introduisons un nouveau modèle de la communication à deux parties dans lequel nous nous intéressons au temps que prennent deux participants à effectuer une tâche à travers un canal avec délai d. Nous établissons quelques bornes supérieures et inférieures et comparons ce nouveau modèle aux modèles de communication classiques et quantiques étudiés dans la littérature. Nous montrons que la complexité de la communication d’une fonction sur un canal avec délai est bornée supérieurement par sa complexité de la communication modulo un facteur multiplicatif d/ lg d. Nous présentons ensuite quelques exemples de fonctions pour lesquelles une stratégie astucieuse se servant du temps mort confère un avantage sur une implémentation naïve d’un protocole de communication optimal en terme de complexité de la communication. Finalement, nous montrons qu’un canal avec délai permet de réaliser un échange de bit cryptographique, mais que, par lui-même, est insuffisant pour réaliser la primitive cryptographique de transfert équivoque.