Equal opportunity networks, distance-balanced graphs, and Wiener game

Given a graph G and a set X ⊆ V(G), the relative Wiener index of X in G is defined as WX (G) = {u,v}∈X 2  dG(u, v) . The graphs G (of even order) in which for every partition V(G) = V1 +V2 of the vertex set V(G) such that |V1| = |V2| we haveWV1 (G) = WV2 (G) are called equal opportunity graphs. In this note we prove that a graph G of even order is an equal opportunity graph if and only if it is a distance-balanced graph. The latter graphs are known by several characteristic properties, for instance, they are precisely the graphs G in which all vertices u ∈ V(G) have the same total distance DG(u) = v∈V(G) dG(u, v). Some related problems are posed along the way, and the so-called Wiener game is introduced.

How do different densities in a network affect the optimal location of service centers?

The p-median problem is often used to locate p service centers by minimizing their distances to a geographically distributed demand (n). The optimal locations are sensitive to geographical context such as road network and demand points especially when they are asymmetrically distributed in the plane. Most studies focus on evaluating performances of the p-median model when p and n vary. To our knowledge this is not a very well-studied problem when the road network is alternated especially when it is applied in a real world context. The aim in this study is to analyze how the optimal location solutions vary, using the p-median model, when the density in the road network is alternated. The investigation is conducted by the means of a case study in a region in Sweden with an asymmetrically distributed population (15,000 weighted demand points), Dalecarlia. To locate 5 to 50 service centers we use the national transport administrations official road network (NVDB). The road network consists of 1.5 million nodes. To find the optimal location we start with 500 candidate nodes in the network and increase the number of candidate nodes in steps up to 67,000. To find the optimal solution we use a simulated annealing algorithm with adaptive tuning of the temperature. The results show that there is a limited improvement in the optimal solutions when nodes in the road network increase and p is low. When p is high the improvements are larger. The results also show that choice of the best network depends on p. The larger p the larger density of the network is needed. 

Distance measure and the p-median problem in rural areas

The p-median model is used to locate P facilities to serve a geographically distributed population. Conventionally, it is assumed that the population patronize the nearest facility and that the distance between the resident and the facility may be measured by the Euclidean distance. Carling, Han, and Håkansson (2012) compared two network distances with the Euclidean in a rural region witha sparse, heterogeneous network and a non-symmetric distribution of thepopulation. For a coarse network and P small, they found, in contrast to the literature, the Euclidean distance to be problematic. In this paper we extend their work by use of a refined network and study systematically the case when P is of varying size (2-100 facilities). We find that the network distance give as gooda solution as the travel-time network. The Euclidean distance gives solutions some 2-7 per cent worse than the network distances, and the solutions deteriorate with increasing P. Our conclusions extend to intra-urban location problems.

On administrative borders and accessibility to public services: : The case of hospitals in Sweden.

An administrative border might hinder the optimal allocation of a given set of resources by restricting the flow of goods, services, and people. In this paper we address the question: Do administrative borders lead to poor accessibility to public service such as hospitals? In answering the question, we have examined the case of Sweden and its regional borders. We have used detailed data on the Swedish road network, its hospitals, and its geo-coded population. We have assessed the population’s spatial accessibility to Swedish hospitals by computing the inhabitants’ distance to the nearest hospital. We have also elaborated several scenarios ranging from strongly confining regional borders to no confinements of borders and recomputed the accessibility. Our findings imply that administrative borders are only marginally worsening the accessibility.

Planejamento da recomposição florestal pela análise multicriterial na sub-bacia do córrego do descalvado visando a conservação de recursos hídricos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Surface k-NN query processing

A k-NN query finds the k nearest-neighbors of a given point from a point database. When it is sufficient to measure object distance using the Euclidian distance, the key to efficient k-NN query processing is to fetch and check the distances of a minimum number of points from the database. For many applications, such as vehicle movement along road networks or rover and animal movement along terrain surfaces, the distance is only meaningful when it is along a valid movement path. For this type of k-NN queries, the focus of efficient query processing is to minimize the cost of computing distances using the environment data (such as the road network data and the terrain data), which can be several orders of magnitude larger than that of the point data. Efficient processing of k-NN queries based on the Euclidian distance or the road network distance has been investigated extensively in the past. In this paper, we investigate the problem of surface k-NN query processing, where the distance is calculated from the shortest path along a terrain surface. This problem is very challenging, as the terrain data can be very large and the computational cost of finding shortest paths is very high. We propose an efficient solution based on multiresolution terrain models. Our approach eliminates the need of costly process of finding shortest paths by ranking objects using estimated lower and upper bounds of distance on multiresolution terrain models.

Tactile perception - Perception of tactile distance changes with body site: a neural network modelling study.

La distorsione della percezione della distanza tra due stimoli puntuali applicati sulla superfice della pelle di diverse regioni corporee è conosciuta come Illusione di Weber. Questa illusione è stata osservata, e verificata, in molti esperimenti in cui ai soggetti era chiesto di giudicare la distanza tra due stimoli applicati sulla superficie della pelle di differenti parti corporee. Da tali esperimenti si è dedotto che una stessa distanza tra gli stimoli è giudicata differentemente per diverse regioni corporee. Il concetto secondo cui la distanza sulla pelle è spesso percepita in maniera alterata è ampiamente condiviso, ma i meccanismi neurali che manovrano questa illusione sono, allo stesso tempo, ancora ampiamente sconosciuti. In particolare, non è ancora chiaro come sia interpretata la distanza tra due stimoli puntuali simultanei, e quali aree celebrali siano coinvolte in questa elaborazione. L’illusione di Weber può essere spiegata, in parte, considerando la differenza in termini di densità meccano-recettoriale delle differenti regioni corporee, e l’immagine distorta del nostro corpo che risiede nella Corteccia Primaria Somato-Sensoriale (homunculus). Tuttavia, questi meccanismi sembrano non sufficienti a spiegare il fenomeno osservato: infatti, secondo i risultati derivanti da 100 anni di sperimentazioni, le distorsioni effettive nel giudizio delle distanze sono molto più piccole rispetto alle distorsioni che la Corteccia Primaria suggerisce. In altre parole, l’illusione osservata negli esperimenti tattili è molto più piccola rispetto all’effetto prodotto dalla differente densità recettoriale che affligge le diverse parti del corpo, o dall’estensione corticale. Ciò, ha portato a ipotizzare che la percezione della distanza tattile richieda la presenza di un’ulteriore area celebrale, e di ulteriori meccanismi che operino allo scopo di ridimensionare – almeno parzialmente – le informazioni derivanti dalla corteccia primaria, in modo da mantenere una certa costanza nella percezione della distanza tattile lungo la superfice corporea. E’ stata così proposta la presenza di una sorta di “processo di ridimensionamento”, chiamato “Rescaling Process” che opera per ridurre questa illusione verso una percezione più verosimile. Il verificarsi di questo processo è sostenuto da molti ricercatori in ambito neuro scientifico; in particolare, dal Dr. Matthew Longo, neuro scienziato del Department of Psychological Sciences (Birkbeck University of London), le cui ricerche sulla percezione della distanza tattile e sulla rappresentazione corporea sembrano confermare questa ipotesi. Tuttavia, i meccanismi neurali, e i circuiti che stanno alla base di questo potenziale “Rescaling Process” sono ancora ampiamente sconosciuti. Lo scopo di questa tesi è stato quello di chiarire la possibile organizzazione della rete, e i meccanismi neurali che scatenano l’illusione di Weber e il “Rescaling Process”, usando un modello di rete neurale. La maggior parte del lavoro è stata svolta nel Dipartimento di Scienze Psicologiche della Birkbeck University of London, sotto la supervisione del Dott. M. Longo, il quale ha contribuito principalmente all’interpretazione dei risultati del modello, dando suggerimenti sull’elaborazione dei risultati in modo da ottenere un’informazione più chiara; inoltre egli ha fornito utili direttive per la validazione dei risultati durante l’implementazione di test statistici. Per replicare l’illusione di Weber ed il “Rescaling Proess”, la rete neurale è stata organizzata con due strati principali di neuroni corrispondenti a due differenti aree funzionali corticali: • Primo strato di neuroni (il quale dà il via ad una prima elaborazione degli stimoli esterni): questo strato può essere pensato come parte della Corteccia Primaria Somato-Sensoriale affetta da Magnificazione Corticale (homunculus). • Secondo strato di neuroni (successiva elaborazione delle informazioni provenienti dal primo strato): questo strato può rappresentare un’Area Corticale più elevata coinvolta nell’implementazione del “Rescaling Process”. Le reti neurali sono state costruite includendo connessioni sinaptiche all’interno di ogni strato (Sinapsi Laterali), e connessioni sinaptiche tra i due strati neurali (Sinapsi Feed-Forward), assumendo inoltre che l’attività di ogni neurone dipenda dal suo input attraverso una relazione sigmoidale statica, cosi come da una dinamica del primo ordine. In particolare, usando la struttura appena descritta, sono state implementate due differenti reti neurali, per due differenti regioni corporee (per esempio, Mano e Braccio), caratterizzate da differente risoluzione tattile e differente Magnificazione Corticale, in modo da replicare l’Illusione di Weber ed il “Rescaling Process”. Questi modelli possono aiutare a comprendere il meccanismo dell’illusione di Weber e dare così una possibile spiegazione al “Rescaling Process”. Inoltre, le reti neurali implementate forniscono un valido contributo per la comprensione della strategia adottata dal cervello nell’interpretazione della distanza sulla superficie della pelle. Oltre allo scopo di comprensione, tali modelli potrebbero essere impiegati altresì per formulare predizioni che potranno poi essere verificate in seguito, in vivo, su soggetti reali attraverso esperimenti di percezione tattile. E’ importante sottolineare che i modelli implementati sono da considerarsi prettamente come modelli funzionali e non intendono replicare dettagli fisiologici ed anatomici. I principali risultati ottenuti tramite questi modelli sono la riproduzione del fenomeno della “Weber’s Illusion” per due differenti regioni corporee, Mano e Braccio, come riportato nei tanti articoli riguardanti le illusioni tattili (per esempio “The perception of distance and location for dual tactile pressures” di Barry G. Green). L’illusione di Weber è stata registrata attraverso l’output delle reti neurali, e poi rappresentata graficamente, cercando di spiegare le ragioni di tali risultati.

Tactile Perception - Perception of tactile distance on a single skin surface changes with stimulus orientation: a neuronal network modelling study

L’interazione che abbiamo con l’ambiente che ci circonda dipende sia da diverse tipologie di stimoli esterni che percepiamo (tattili, visivi, acustici, ecc.) sia dalla loro elaborazione per opera del nostro sistema nervoso. A volte però, l’integrazione e l’elaborazione di tali input possono causare effetti d’illusione. Ciò si presenta, ad esempio, nella percezione tattile. Infatti, la percezione di distanze tattili varia al variare della regione corporea considerata. Il concetto che distanze sulla cute siano frequentemente erroneamente percepite, è stato scoperto circa un secolo fa da Weber. In particolare, una determinata distanza fisica, è percepita maggiore su parti del corpo che presentano una più alta densità di meccanocettori rispetto a distanze applicate su parti del corpo con inferiore densità. Oltre a questa illusione, un importante fenomeno osservato in vivo è rappresentato dal fatto che la percezione della distanza tattile dipende dall’orientazione degli stimoli applicati sulla cute. In sostanza, la distanza percepita su una regione cutanea varia al variare dell’orientazione degli stimoli applicati. Recentemente, Longo e Haggard (Longo & Haggard, J.Exp.Psychol. Hum Percept Perform 37: 720-726, 2011), allo scopo di investigare come sia rappresentato il nostro corpo all’interno del nostro cervello, hanno messo a confronto distanze tattili a diverse orientazioni sulla mano deducendo che la distanza fra due stimoli puntuali è percepita maggiore se applicata trasversalmente sulla mano anziché longitudinalmente. Tale illusione è nota con il nome di Illusione Tattile Orientazione-Dipendente e diversi risultati riportati in letteratura dimostrano che tale illusione dipende dalla distanza che intercorre fra i due stimoli puntuali sulla cute. Infatti, Green riporta in un suo articolo (Green, Percpept Pshycophys 31, 315-323, 1982) il fatto che maggiore sia la distanza applicata e maggiore risulterà l’effetto illusivo che si presenta. L’illusione di Weber e l’illusione tattile orientazione-dipendente sono spiegate in letteratura considerando differenze riguardanti la densità di recettori, gli effetti di magnificazione corticale a livello della corteccia primaria somatosensoriale (regioni della corteccia somatosensoriale, di dimensioni differenti, sono adibite a diverse regioni corporee) e differenze nella dimensione e forma dei campi recettivi. Tuttavia tali effetti di illusione risultano molto meno rilevanti rispetto a quelli che ci si aspetta semplicemente considerando i meccanismi fisiologici, elencati in precedenza, che li causano. Ciò suggerisce che l’informazione tattile elaborata a livello della corteccia primaria somatosensoriale, riceva successivi step di elaborazione in aree corticali di più alto livello. Esse agiscono allo scopo di ridurre il divario fra distanza percepita trasversalmente e distanza percepita longitudinalmente, rendendole più simili tra loro. Tale processo assume il nome di “Rescaling Process”. I meccanismi neurali che operano nel cervello allo scopo di garantire Rescaling Process restano ancora largamente sconosciuti. Perciò, lo scopo del mio progetto di tesi è stato quello di realizzare un modello di rete neurale che simulasse gli aspetti riguardanti la percezione tattile, l’illusione orientazione-dipendente e il processo di rescaling avanzando possibili ipotesi circa i meccanismi neurali che concorrono alla loro realizzazione. Il modello computazionale si compone di due diversi layers neurali che processano l’informazione tattile. Uno di questi rappresenta un’area corticale di più basso livello (chiamata Area1) nella quale una prima e distorta rappresentazione tattile è realizzata. Per questo, tale layer potrebbe rappresentare un’area della corteccia primaria somatosensoriale, dove la rappresentazione della distanza tattile è significativamente distorta a causa dell’anisotropia dei campi recettivi e della magnificazione corticale. Il secondo layer (chiamato Area2) rappresenta un’area di più alto livello che riceve le informazioni tattili dal primo e ne riduce la loro distorsione mediante Rescaling Process. Questo layer potrebbe rappresentare aree corticali superiori (ad esempio la corteccia parietale o quella temporale) adibite anch’esse alla percezione di distanze tattili ed implicate nel Rescaling Process. Nel modello, i neuroni in Area1 ricevono informazioni dagli stimoli esterni (applicati sulla cute) inviando quindi informazioni ai neuroni in Area2 mediante sinapsi Feed-forward eccitatorie. Di fatto, neuroni appartenenti ad uno stesso layer comunicano fra loro attraverso sinapsi laterali aventi una forma a cappello Messicano. E’ importante affermare che la rete neurale implementata è principalmente un modello concettuale che non si preme di fornire un’accurata riproduzione delle strutture fisiologiche ed anatomiche. Per questo occorre considerare un livello astratto di implementazione senza specificare un’esatta corrispondenza tra layers nel modello e regioni anatomiche presenti nel cervello. Tuttavia, i meccanismi inclusi nel modello sono biologicamente plausibili. Dunque la rete neurale può essere utile per una migliore comprensione dei molteplici meccanismi agenti nel nostro cervello, allo scopo di elaborare diversi input tattili. Infatti, il modello è in grado di riprodurre diversi risultati riportati negli articoli di Green e Longo & Haggard.

Electrical Power Fluctuations in a Network of DC/AC inverters in a Large PV Plant: relationship between correlation, distance and time scale

This paper analyzes the correlation between the fluctuations of the electrical power generated by the ensemble of 70 DC/AC inverters from a 45.6 MW PV plant. The use of real electrical power time series from a large collection of photovoltaic inverters of a same plant is an impor- tant contribution in the context of models built upon simplified assumptions to overcome the absence of such data. This data set is divided into three different fluctuation categories with a clustering proce- dure which performs correctly with the clearness index and the wavelet variances. Afterwards, the time dependent correlation between the electrical power time series of the inverters is esti- mated with the wavelet transform. The wavelet correlation depends on the distance between the inverters, the wavelet time scales and the daily fluctuation level. Correlation values for time scales below one minute are low without dependence on the daily fluctuation level. For time scales above 20 minutes, positive high correlation values are obtained, and the decay rate with the distance depends on the daily fluctuation level. At intermediate time scales the correlation depends strongly on the daily fluctuation level. The proposed methods have been implemented using free software. Source code is available as supplementary material.

Exploring three approaches to offer distance learning courses through a social network of health researchers in three African countries

The Institute of Tropical Medicine in Antwerp hereby presents the results of two pilot distance learning training programmes, developed under the umbrella of the AFRICA BUILD project (FP7). The two courses focused on evidence-based medicine (EBM): with the aim of enhancing research and education, via novel approaches and to identify research needs emanating from the field. These pilot experiences, which were run both in English-speaking (Ghana), and French-speaking (Mali and Cameroon) partner institutions, produced targeted courses for the strengthening of research methodology and policy. The courses and related study materials are in the public domain and available through the AFRICA BUILD Portal (http://www.africabuild.eu/taxonomy/term/37); the training modules were delivered live via Dudal webcasts. This paper assesses the success and difficulties of transferring EBM skills with these two specific training programmes, offered through three different approaches: fully online facultative courses, fully online tutor supported courses or through a blended approach with both online and face-to-face sessions. Key factors affecting the selection of participants, the accessibility of the courses, how the learning resources are offered, and how interactive online communities are formed, are evaluated and discussed.

Folliculostellate cell network: A route for long-distance communication in the anterior pituitary

All higher life forms critically depend on hormones being rhythmically released by the anterior pituitary. The proper functioning of this master gland is dynamically controlled by a complex set of regulatory mechanisms that ultimately determine the fine tuning of the excitable endocrine cells, all of them heterogeneously distributed throughout the gland. Here, we provide evidence for an intrapituitary communication system by which information is transferred via the network of nonendocrine folliculostellate (FS) cells. Local electrical stimulation of FS cells in acute pituitary slices triggered cytosolic calcium waves, which propagated to other FS cells by signaling through gap junctions. Calcium wave initiation was because of the membrane excitability of FS cells, hitherto classified as silent cells. FS cell coupling could relay information between opposite regions of the gland. Because FS cells respond to central and peripheral stimuli and dialogue with endocrine cells, the form of large-scale intrapituitary communication described here may provide an efficient mechanism that orchestrates anterior pituitary functioning in response to physiological needs.

Transmission lines distance protection using artificial neural networks

This work presents the development and implementation of an artificial neural network based algorithm for transmission lines distance protection. This algorithm was developed to be used in any transmission line regardless of its configuration or voltage level. The described ANN-based algorithm does not need any topology adaptation or ANN parameters adjustment when applied to different electrical systems. This feature makes this solution unique since all ANN-based solutions presented until now were developed for particular transmission lines, which means that those solutions cannot be implemented in commercial relays. (c) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Outermost european regions of the atlantic area network

This paper is part of the results from the project "Implementation Strategies and Development of an Open and Distance Education System for the University of the Azores" funded by the European Social Fund. http://hdl.handle.net/10400.3/2327