Factorisation de la fonction de partition du modèle d'Ising en deux dimensions défini sur deux régions contiguës

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Un calcul algébrique détaillé de la fonction de partition du modèle d'Ising bidimensionnel

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La structure de Jordan des matrices de transfert des modèles de boucles et la relation avec les hamiltoniens XXZ

Les modèles sur réseau comme ceux de la percolation, d’Ising et de Potts servent à décrire les transitions de phase en deux dimensions. La recherche de leur solution analytique passe par le calcul de la fonction de partition et la diagonalisation de matrices de transfert. Au point critique, ces modèles statistiques bidimensionnels sont invariants sous les transformations conformes et la construction de théories des champs conformes rationnelles, limites continues des modèles statistiques, permet un calcul de la fonction de partition au point critique. Plusieurs chercheurs pensent cependant que le paradigme des théories des champs conformes rationnelles peut être élargi pour inclure les modèles statistiques avec des matrices de transfert non diagonalisables. Ces modèles seraient alors décrits, dans la limite d’échelle, par des théories des champs logarithmiques et les représentations de l’algèbre de Virasoro intervenant dans la description des observables physiques seraient indécomposables. La matrice de transfert de boucles D_N(λ, u), un élément de l’algèbre de Temperley- Lieb, se manifeste dans les théories physiques à l’aide des représentations de connectivités ρ (link modules). L’espace vectoriel sur lequel agit cette représentation se décompose en secteurs étiquetés par un paramètre physique, le nombre d de défauts. L’action de cette représentation ne peut que diminuer ce nombre ou le laisser constant. La thèse est consacrée à l’identification de la structure de Jordan de D_N(λ, u) dans ces représentations. Le paramètre β = 2 cos λ = −(q + 1/q) fixe la théorie : β = 1 pour la percolation et √2 pour le modèle d’Ising, par exemple. Sur la géométrie du ruban, nous montrons que D_N(λ, u) possède les mêmes blocs de Jordan que F_N, son plus haut coefficient de Fourier. Nous étudions la non diagonalisabilité de F_N à l’aide des divergences de certaines composantes de ses vecteurs propres, qui apparaissent aux valeurs critiques de λ. Nous prouvons dans ρ(D_N(λ, u)) l’existence de cellules de Jordan intersectorielles, de rang 2 et couplant des secteurs d, d′ lorsque certaines contraintes sur λ, d, d′ et N sont satisfaites. Pour le modèle de polymères denses critique (β = 0) sur le ruban, les valeurs propres de ρ(D_N(λ, u)) étaient connues, mais les dégénérescences conjecturées. En construisant un isomorphisme entre les modules de connectivités et un sous-espace des modules de spins du modèle XXZ en q = i, nous prouvons cette conjecture. Nous montrons aussi que la restriction de l’hamiltonien de boucles à un secteur donné est diagonalisable et trouvons la forme de Jordan exacte de l’hamiltonien XX, non triviale pour N pair seulement. Enfin nous étudions la structure de Jordan de la matrice de transfert T_N(λ, ν) pour des conditions aux frontières périodiques. La matrice T_N(λ, ν) a des blocs de Jordan intrasectoriels et intersectoriels lorsque λ = πa/b, et a, b ∈ Z×. L’approche par F_N admet une généralisation qui permet de diagnostiquer des cellules intersectorielles dont le rang excède 2 dans certains cas et peut croître indéfiniment avec N. Pour les blocs de Jordan intrasectoriels, nous montrons que les représentations de connectivités sur le cylindre et celles du modèle XXZ sont isomorphes sauf pour certaines valeurs précises de q et du paramètre de torsion v. En utilisant le comportement de la transformation i_N^d dans un voisinage des valeurs critiques (q_c, v_c), nous construisons explicitement des vecteurs généralisés de Jordan de rang 2 et discutons l’existence de blocs de Jordan intrasectoriels de plus haut rang.

Improving sampling, optimization and feature extraction in Boltzmann machines

L’apprentissage supervisé de réseaux hiérarchiques à grande échelle connaît présentement un succès fulgurant. Malgré cette effervescence, l’apprentissage non-supervisé représente toujours, selon plusieurs chercheurs, un élément clé de l’Intelligence Artificielle, où les agents doivent apprendre à partir d’un nombre potentiellement limité de données. Cette thèse s’inscrit dans cette pensée et aborde divers sujets de recherche liés au problème d’estimation de densité par l’entremise des machines de Boltzmann (BM), modèles graphiques probabilistes au coeur de l’apprentissage profond. Nos contributions touchent les domaines de l’échantillonnage, l’estimation de fonctions de partition, l’optimisation ainsi que l’apprentissage de représentations invariantes. Cette thèse débute par l’exposition d’un nouvel algorithme d'échantillonnage adaptatif, qui ajuste (de fa ̧con automatique) la température des chaînes de Markov sous simulation, afin de maintenir une vitesse de convergence élevée tout au long de l’apprentissage. Lorsqu’utilisé dans le contexte de l’apprentissage par maximum de vraisemblance stochastique (SML), notre algorithme engendre une robustesse accrue face à la sélection du taux d’apprentissage, ainsi qu’une meilleure vitesse de convergence. Nos résultats sont présent ́es dans le domaine des BMs, mais la méthode est générale et applicable à l’apprentissage de tout modèle probabiliste exploitant l’échantillonnage par chaînes de Markov. Tandis que le gradient du maximum de vraisemblance peut-être approximé par échantillonnage, l’évaluation de la log-vraisemblance nécessite un estimé de la fonction de partition. Contrairement aux approches traditionnelles qui considèrent un modèle donné comme une boîte noire, nous proposons plutôt d’exploiter la dynamique de l’apprentissage en estimant les changements successifs de log-partition encourus à chaque mise à jour des paramètres. Le problème d’estimation est reformulé comme un problème d’inférence similaire au filtre de Kalman, mais sur un graphe bi-dimensionnel, où les dimensions correspondent aux axes du temps et au paramètre de température. Sur le thème de l’optimisation, nous présentons également un algorithme permettant d’appliquer, de manière efficace, le gradient naturel à des machines de Boltzmann comportant des milliers d’unités. Jusqu’à présent, son adoption était limitée par son haut coût computationel ainsi que sa demande en mémoire. Notre algorithme, Metric-Free Natural Gradient (MFNG), permet d’éviter le calcul explicite de la matrice d’information de Fisher (et son inverse) en exploitant un solveur linéaire combiné à un produit matrice-vecteur efficace. L’algorithme est prometteur: en terme du nombre d’évaluations de fonctions, MFNG converge plus rapidement que SML. Son implémentation demeure malheureusement inefficace en temps de calcul. Ces travaux explorent également les mécanismes sous-jacents à l’apprentissage de représentations invariantes. À cette fin, nous utilisons la famille de machines de Boltzmann restreintes “spike & slab” (ssRBM), que nous modifions afin de pouvoir modéliser des distributions binaires et parcimonieuses. Les variables latentes binaires de la ssRBM peuvent être rendues invariantes à un sous-espace vectoriel, en associant à chacune d’elles, un vecteur de variables latentes continues (dénommées “slabs”). Ceci se traduit par une invariance accrue au niveau de la représentation et un meilleur taux de classification lorsque peu de données étiquetées sont disponibles. Nous terminons cette thèse sur un sujet ambitieux: l’apprentissage de représentations pouvant séparer les facteurs de variations présents dans le signal d’entrée. Nous proposons une solution à base de ssRBM bilinéaire (avec deux groupes de facteurs latents) et formulons le problème comme l’un de “pooling” dans des sous-espaces vectoriels complémentaires.

Impact de la taille de la partition de l'espace-paramètre sur les résultats des tests d'hypothèses multiples sous différentes fonctions de perte

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Impact de la taille de la partition de l'espace-paramètre sur les résultats des tests d'hypothèses multiples sous différentes fonctions de perte

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

PartSS : An efficient partition-based filtering for edit distance constraints

This paper introduces PartSS, a new partition-based fil- tering for tasks performing string comparisons under edit distance constraints. PartSS offers improvements over the state-of-the-art method NGPP with the implementation of a new partitioning scheme and also improves filtering abil- ities by exploiting theoretical results on shifting and scaling ranges, thus accelerating the rate of calculating edit distance between strings. PartSS filtering has been implemented within two major tasks of data integration: similarity join and approximate membership extraction under edit distance constraints. The evaluation on an extensive range of real-world datasets demonstrates major gain in efficiency over NGPP and QGrams approaches.

Transient air flow and heat transfer in a triangular enclosure with a conducting partition

Numerical investigation is carried out for natural convection heat transfer in an isosceles triangular enclosure partitioned in the centre by a vertical wall with infinite conductivity. A sudden temperature difference between two zones of the enclosure has been imposed to trigger the natural convection. As a result, heat is transferred between both sides of the enclosure through the conducting vertical wall with natural convection boundary layers forming adjacent to the middle partition and two inclined surfaces. The Finite Volume based software, Ansys 14.5 (Fluent) is used for the numerical simulations. The numerical results are obtained for different values of aspect ratio, A (0.2, 0.5 and 1.0) and Rayleigh number, Ra (10^5 <= Ra <= 10^8) for a fixed Prandtl number, Pr = 0.72 of air. It is anticipated from the numerical simulations that the coupled thermal boundary layers development adjacent to the partition undergoes several distinct stages including an initial stage, a transitional stage and a steady stage. Time dependent features of the coupled thermal boundary layers as well as the overall natural convection flow in the partitioned enclosure have been discussed in this study.

Measurement of Partition Coefficients of Substituted Benzoic Acids between Two Immiscible Solvents by Hyper-Rayleigh Scattering

We demonstrate that the hyper-Rayleigh scattering technique can be employed to measure the partition coefficient (k(p)) of a solute in a mixture of two immiscible solvents. Specifically, partition coefficients of six substituted benzoic acids in water/toluene (1:1 v/v) and water/chloroform (1:1 v/v) systems have been measured. Our values compare well with the k(p) values measured earlier by other techniques, The advantages offered by this technique are also discussed.

Application of partition method to vibration problems of plates

The “partition method” or “sub-domain method” consists of expressing the solution of a governing differential equation, partial or ordinary, in terms of functions which satisfy the boundary conditions and setting to zero the error in the differential equation integrated over each of the sub-domains into which the given domain is partitioned. In this paper, the use of this method in eigenvalue problems with particular reference to vibration of plates is investigated. The deflection of the plate is expressed in terms of polynomials satisfying the boundary conditions completely. Setting the integrated error in each of the subdomains to zero results in a set of simultaneous, linear, homogeneous, algebraic equations in the undetermined coefficients of the deflection series. The algebraic eigenvalue problem is then solved for eigenvalues and eigenvectors. Convergence is examined in a few typical cases and is found to be satisfactory. The results obtained are compared with existing results based on other methods and are found to be in very good agreement.

Application of partition method to vibration problems of plates

The “partition method” or “sub-domain method” consists of expressing the solution of a governing differential equation, partial or ordinary, in terms of functions which satisfy the boundary conditions and setting to zero the error in the differential equation integrated over each of the sub-domains into which the given domain is partitioned. In this paper, the use of this method in eigenvalue problems with particular reference to vibration of plates is investigated. The deflection of the plate is expressed in terms of polynomials satisfying the boundary conditions completely. Setting the integrated error in each of the subdomains to zero results in a set of simultaneous, linear, homogeneous, algebraic equations in the undetermined coefficients of the deflection series. The algebraic eigenvalue problem is then solved for eigenvalues and eigenvectors. Convergence is examined in a few typical cases and is found to be satisfactory. The results obtained are compared with existing results based on other methods and are found to be in very good agreement.

Discovering hidden structures in molecular data using a Bayesian partition model approach

Advancements in the analysis techniques have led to a rapid accumulation of biological data in databases. Such data often are in the form of sequences of observations, examples including DNA sequences and amino acid sequences of proteins. The scale and quality of the data give promises of answering various biologically relevant questions in more detail than what has been possible before. For example, one may wish to identify areas in an amino acid sequence, which are important for the function of the corresponding protein, or investigate how characteristics on the level of DNA sequence affect the adaptation of a bacterial species to its environment. Many of the interesting questions are intimately associated with the understanding of the evolutionary relationships among the items under consideration. The aim of this work is to develop novel statistical models and computational techniques to meet with the challenge of deriving meaning from the increasing amounts of data. Our main concern is on modeling the evolutionary relationships based on the observed molecular data. We operate within a Bayesian statistical framework, which allows a probabilistic quantification of the uncertainties related to a particular solution. As the basis of our modeling approach we utilize a partition model, which is used to describe the structure of data by appropriately dividing the data items into clusters of related items. Generalizations and modifications of the partition model are developed and applied to various problems. Large-scale data sets provide also a computational challenge. The models used to describe the data must be realistic enough to capture the essential features of the current modeling task but, at the same time, simple enough to make it possible to carry out the inference in practice. The partition model fulfills these two requirements. The problem-specific features can be taken into account by modifying the prior probability distributions of the model parameters. The computational efficiency stems from the ability to integrate out the parameters of the partition model analytically, which enables the use of efficient stochastic search algorithms.

Phosphorus Partition between Liquid Steel and CaO-SiO2-P2O5-MgO Slag Containing Low FeO

CaO-SiO2-FeOx-P2O5-MgO bearing slags are typical in the basic oxygen steelmaking (BOS) process. The partition ratio of phosphorus between slag and steel is an index of the phosphorus holding capacity of the slag, which determines the phosphorus content achievable in the finished steel. The influences of FeO concentration and basicity on the equilibrium phosphorus partition ratios were experimentally determined at temperatures of 1873 and 1923 K, for conditions of MgO saturation. The partition ratio initially increased with basicity but attained a constant value beyond basicity of 2.5. An increase in FeO concentration up to approximately 13 to 14 mass pet was beneficial for phosphorus partition.

The mixed black hole partition function for the STU model

We evaluate the mixed partition function for dyonic BPS black holes using the recently proposed degeneracy formula for the STU model. The result factorizes into the OSV mixed partition function times a proportionality factor. The latter is in agreement with the measure factor that was recently conjectured for a class of N = 2 black holes that contains the STU model.

The partition of unity finite element method for elastic wave propagation in Reissner-Mindlin plates

This paper reports a numerical method for modelling the elastic wave propagation in plates. The method is based on the partition of unity approach, in which the approximate spectral properties of the infinite dimensional system are embedded within the space of a conventional finite element method through a consistent technique of waveform enrichment. The technique is general, such that it can be applied to the Lagrangian family of finite elements with specific waveform enrichment schemes, depending on the dominant modes of wave propagation in the physical system. A four-noded element for the Reissner-indlin plate is derived in this paper, which is free of shear locking. Such a locking-free property is achieved by removing the transverse displacement degrees of freedom from the element nodal variables and by recovering the same through a line integral and a weak constraint in the frequency domain. As a result, the frequency-dependent stiffness matrix and the mass matrix are obtained, which capture the higher frequency response with even coarse meshes, accurately. The steps involved in the numerical implementation of such element are discussed in details. Numerical studies on the performance of the proposed element are reported by considering a number of cases, which show very good accuracy and low computational cost. Copyright (C)006 John Wiley & Sons, Ltd.