Advancements in the field of biotechnology are expanding the scientific horizon and a promising era is envisioned with personalized medicine for improved health. The amount of genetic data is growing at an ever-escalating pace due to the availability of novel technologies that allow massively parallel sequencing and whole-genome genotyping, that are supported by the advancements in computer science and information technologies. As the amount of information stored in databases throughout the world is growing and our knowledge deepens, genetic signatures with significant importance are discovered. The surface of such a set in the data mining process may include causative- or marker single nucleotide polymorphisms (SNPs), revealing predisposition to disease, or gene expression signatures, profiling a pathological state. When targeting a reduced set of signatures in a large number of samples for diagnostic- or fine-mapping purposes, efficient interrogation and scoring require appropriate preparations. These needs are met by miniaturized and parallelized platforms that allow a low sample and template consumption. This doctoral thesis describes an attempt to tackle some of these challenges by the design and implementation of a novel assay denoted Trinucleotide Threading (TnT). The method permits multiplex amplification of a medium size set of specific loci and was adapted to genotyping, gene expression profiling and digital allelotyping. Utilizing a reduced number of nucleotides permits specific amplification of targeted loci while preventing the generation of spurious amplification products. This method was applied to genotype 96 individuals for 75 SNPs. In addition, the accuracy of genotyping from minute amounts of genomic DNA was confirmed. This procedure was performed using a robotic workstation running custom-made scripts and a software tool was implemented to facilitate the assay design. Furthermore, a statistical model was derived from the molecular principles of the genotyping assay and an Expectation-Maximization algorithm was chosen to automatically call the generated genotypes. The TnT approach was also adapted to profiling signature gene sets for the Swedish Human Protein Atlas Program. Here 18 protein epitope signature tags (PrESTs) were targeted in eight different cell lines employed in the program and the results demonstrated high concordance rates with real-time PCR approaches. Finally, an assay for digital estimation of allele frequencies in large cohorts was set up by combining the TnT approach with a second-generation sequencing system. Allelotyping was performed by targeting 147 polymorphic loci in a genomic pool of 462 individuals. Subsequent interrogation was carried out on a state-of-the-art massively parallelized Pyrosequencing instrument. The experiment generated more than 200,000 reads and with bioinformatic support, clonally amplified fragments and the corresponding sequence reads were converted to a precise set of allele frequencies. / QC 20100813

La violence contre les policiers a des répercussions importantes à la fois chez les policiers et pour les administrateurs de la police. En 2005, le taux canadien de voies de fait contre la police a atteint son plus haut sommet en plusieurs décennies, faisant état d’une situation préoccupante. Plusieurs provinces canadiennes connaissent d’ailleurs une hausse marquée de la violence contre leurs policiers depuis plusieurs années. Cette étude vise donc à examiner et à comprendre l’évolution du phénomène de violence contre les policiers au Canada par l’identification de facteurs qui pourraient expliquer les variations du taux de voies de fait contre les policiers. La méthode d’analyse privilégiée dans le cadre de cette étude est une analyse transversale de séries chronologiques regroupées (pooled time series) qui traite des données portant sur les dix provinces canadiennes pour une période allant de 1986 à 2006. Les résultats indiquent que plusieurs facteurs ont un impact sur la violence dont sont victimes les policiers : la proportion de la population âgée entre 15 et 24 ans, la proportion d’hommes de 15 ans et plus, la proportion de la population vivant dans une région urbaine, la proportion de gens divorcés, les taux résiduels de crimes de violence et de crimes rattachés aux drogues, et le nombre d’évasions et de personnes en liberté sans excuse. La présence croissante de policières, qui fait encore l’objet de débats, semble quant à elle réduire le nombre de voies de fait contre la police, quoique l’impact de ce facteur soit de faible portée. Au Québec, la une hausse importante du taux de voies de fait contre les policiers pourrait s’expliquer par la hausse de plusieurs facteurs identifiés comme jouant un rôle dans le phénomène, bien qu’il ne faille pas écarter qu’un changement dans la reportabilité puisse entrer en ligne de compte. / Violence against police officers has important implications both for police officers and police administration. In 2005, the Canadian rate of assault against police officers rose to its highest in decades, showing a worrying situation. Moreover, several Canadian provinces are experiencing a marked increase in violence against their police officers for several years. This study aims to examine and understand the trend of violence against the police officers in Canada by identifying factors affecting the rate of assaults against police officers. In order to do so, a pooled time series analysis, which processes data on the ten Canadian provinces for the period from 1986 to 2006, was performed. Findings indicate that several factors have an impact on the violence against the police: the proportion of young people aged 15-24, the proportion of males aged 15 and more, the proportion of population living in urban areas, the proportion of divorced people, the residual rates of violent crimes and drug crimes, and the number of people who escaped custody and prisoners unlawfully at large. The growing presence of women police officers, which is still debated, appears to reduce the number of assaults against police officers, although the impact of this factor is of limited scope. In Quebec, the continual increase in the rate of assaults against the police officers can possibly be explained by the increase of several factors identified as playing a role in the phenomenon, although a change in crime reporting can also be taken into account.

Bank capital has a critical role in banking business the world over. Capital is a principal aspect of regulation and will determine how long a bank remains in business from a regulatory point of view. Its cost and the regulatory amount have an impact on the competitiveness of an institution and will influence the rate of expansion of a bank. The contribution of capital to the profitability and survival of a commercial bank remain an unresolved empirical issue. Prior research on the relationship between capital and profitability has largely focused on developed economies, especially the USA, and Europe. However, the results have been inconclusive. There is no evidence of such kind of a research done to date that focuses on an emerging economy such as South Africa. The seemingly conflicting finding coupled with regulations imposing equity capital adequacy from the Basel 11 Accord present an opportune platform for further research on the relationship between capital and profitability. Using South Africa as a unit of analysis and using the Generalised Methods of Moments (GMM), and Panel Two Stage Least Squares (2SLS) or Pooled IV method as the estimation techniques, this study tested the hypothesis that there is a positive and statistically significant relationship between bank capital and profitability. The results from the study provide evidence of a positive relationship between capital ratio (CAR), return on equity (ROE) and return on assets (ROA) and supported the generally held notion that there is a positive relationship between bank capital and profitability. This research output provided new insights into the long-run impact of bank capital on profitability and survival. From a bank specific strategic decision-making perspective, this would assist financial institutions and investors in tailoring investment decisions in response to policy decisions that relate to bank capital. From the public policy perspective, this would assist both governments and regulators in formulating better- informed policy decisions regarding the importance of bank capital. / Business Management / D. Com. (Business Management)

This thesis describes extensions to state machines in the Umple model-oriented programming language to offer queued state machines (QSM), pooled state machines (PSM) and handing of the arrival of unexpected events. These features allow for modeling the behavior of a system or protocol in a more accurate way in Umple because they enable detecting and fixing common design errors such as unspecified receptions. In addition, they simplify the communication between communicating state machines by allowing for asynchronous calls of events and passing of messages between state machines. Also, a pooled state machine (PSM) has been developed to provide a different policy of handling events that avoid unspecified receptions. This mechanism has similar semantics as a queued state machine, but it differs in the way of detecting unspecified receptions because it helps handling these errors. Another mechanism has been designed to use the keyword ‘unspecified’ in whatever state of a state machine the user wants to detect these errors. In this thesis, the test-driven development (TDD) process has been followed to first modify the Umple syntax to add ‘queued,’ ‘pooled,’ and ‘unspecified’ keywords to Umple state machine’s grammar; and second, to make a change to the Umple semantics in order to implement these extensions in Umple. Then, additional modifications have been made to allow for Java code generation from those types of state machines. Finally, more test cases have been written to ensure that these models are syntactically and semantically correct. In order to show the usefulness and usability of these new features, an example is shown as a case study that is modeled using the queued state machine (QSM) besides other small tests cases.

This master's thesis deals with virtual currency called Bitcoin. It describes the functioning of the currency of technical perspective especially the implementation of the transaction, the way of its validation and ensuring the integrity by using cryptographic functions. Furthermore, it describes the principle of the Bitcoin creation, particularly mining method called pooled mining. The thesis also describes the communication protocols and design of architecture to acceleration of the bitcoin mining. Finally, there are described tests, assessment and proposals for the continuation of work.

The informal sector has emerged as an important sector in Africa where many countries are striving to attain Sustainable Development Goal (SDG) number 8 on decent work and economic growth. The presence of a growing number of individuals and firms in the informal sector in Africa and the need to attain SDG 8 through formalisation have reignited the debate on informality and its possible causes and effects on the growth trajectory of African economies. Empirical questions on the determinants of informality are still not adequately answered. One question which continues to generate a lot of debate and contrasting results is the relationship between the informal sector and corruption. Both informality and corruption have emerged as ‘twin challenges’ in Africa, with a far reaching impact on economic development. The relationship between the informal sector and corruption has been an inconclusive and a polemical issue in both academic and developmental discourse. From a theoretical perspective, the two can be substitutes or complements, but the exact nature of the relationship is not clear. The main objective of this study is to empirically investigate the relationship between the informal sector, corruption and economic development in Africa, over the period 2005 to 2015. The objective of the study was answered through two ways: theoretical and empirical methodology. In the theoretical methodology, a classical approach was applied. The classical theory suggests that in the presence of a market for corruption, corruption control can reduce the size of the informal sector through reducing the supply of corruption, thereby raising the price of corruption. The negative relationship between corruption control and the size of the informal sector is supported by the described empirical data for Africa. The results from descriptive statistics, in particular the scatter plots, demonstrate that control of corruption, government effectiveness and economic development as measured by the Human Development Index (HDI) are negatively associated with the size of the informal sector. The negative association between the control of corruption and the size of the informal sector entails that corruption increases the size of the informal sector. With regards to the empirical solution, the total population of 54 African countries was considered for the study. However, a panel of 46 countries was analyzed as the other eight countries, although considered together with the rest, were scientifically isolated from the panel due to data challenges. Robustness checks were carried out to check if estimates are not sensitive to sample size or region. Further, for purposes of this study, the sample was also divided into Southern and Eastern Africa, and Northern and Western Africa. Panel data was applied in order to account for both time and country-specific heterogeneity. The use of panel data allows one to study variability through comparability of the level of informality in countries such as Zimbabwe where the economy has remained largely informalised. Four panel estimators, namely, the Pooled Effects, Fixed Effects or Within Effects, Random Effects or GLS, and Dynamic Panel Model (Arrelano-Bond), were applied. Model specification tests identified the Fixed Effect Model as the most appropriate model. Hence, the discussed results are largely from the Fixed Effects Model. On measurement of informality, the study relied on the shadow economy estimates constructed by Medina and Schneider (2018) for 158 countries from 1991 to 2015. On corruption, the study used the Control of Corruption Index (COCO) published by the World Bank, in the Governance Index Report. Unlike previous studies which used GDP per capita only as a proxy for economic development, this study went a step further and used Human Development Index (𝐻𝐷𝐼) as a proxy for economic development. Profit tax as a percentage of GDP was also tested as a potential determinant of informality. The endogeneity of the corruption variable was corrected using an instrumental variable. The findings show that an improvement in the control of corruption or government effectiveness reduces the level of informality in Africa while, an increasing informal sector is a breeding ground for corruption. The two variables are complements or jointly determined. Countries with large underground economies possess high levels of corruption, and countries with high levels of corruption are associated with large underground economies. The complementarity of corruption and the size of underground economy implies that policies that target one of the two will also help in tackling the other. In addition, the results show that economic development reduces the magnitude of informality, while a larger informal sector today implies a bigger informal sector in the future. One of the findings of this study is that previous studies which applied GDP per capita as a measure of economic development largely underestimated the impact of economic development on the size of the informal sector. The findings of the study show that the negative association between the control of corruption and the size of the informal sector holds for both the Northern and Southern regions of Africa. The impact is however bigger in the Northern Region, as a marginal improvement in corruption control has a bigger impact in reducing the size of the informal sector compared to the Southern Region. The results from the study also show that the level of informality in a country has a memory. A bigger informal sector today is likely to propel the level of the informal sector in the future. The findings show that a growth of the informal sector by one percentage point today will increase the informal sector by about 0.185 percentage points in the following year. The results from time dummies also indicate that the size of the informal sector in Africa started to grow significantly during the financial crisis period in 2009. The main implication of these findings is that African countries can target one of the two in order to reduce both the size of the underground economy and corruption. The other implication is that a policy that targets curing one of the problems will have positive external effects in curing the other unintended problem. Furthermore, the findings imply that African countries with large underground economies may continue to experience growing informal economies due to lack of regulatory capacity and weak enforcement. Solving the two problems is a double hurdle for African countries. / Economics / D. Com. (Economics)

Cette thèse étudie comment le taux de change effectif réel (TCER) et ses mesures associées (volatilité du TCER et désalignement du TCER) affectent la croissance de la productivité totale des facteurs (CPTF). Elle analyse également les canaux par lesquels le TCER et ses mesures associées agissent sur la productivité totale des facteurs (PTF). La première partie étudie comment le TCER lui-Même, d'une part, et la volatilité du TCER, d'autre part, influencent la productivité. Une analyse du lien entre le niveau du TCER et la PTF dans le chapitre 1 indique qu'une appréciation de taux de change cause une augmentation de la PTF. Mais cet impact est également non- inéaire: en-Dessous du seuil, le TCER influence négativement la productivité tandis qu'au-Dessus du seuil il agit positivement. Les résultats du chapitre 2 illustrent que la volatilité du TCER affecte négativement la CPTF. Nous avons également constaté que la volatilité du TCER agit sur PTF selon le niveau du développement financier. Pour les pays modérément financièrement développés, la volatilité du TCER réagit négativement sur la productivité et n'a aucun effet sur la productivité pour les niveaux très bas et très élevés du développement financier. La deuxième partie examine les canaux par lesquels le TCER et ses mesures associées influencent la productivité. Les résultats du chapitre 3 illustrent que la volatilité du TCER a un impact négatif élevé sur l'investissement. Ces résultats sont robustes dans les pays à faible revenu et les pays à revenu moyens, et en employant une mesure alternative de volatilité du TCER. Le chapitre 4 montre que le désalignement du taux de change réel et la volatilité du taux de change réel affectent négativement les exportations. Il démontre également que la volatilité du taux de change réel est plus nocive aux exportations que le désalignement. Ces résultats sont corroborés par des résultats sur des sous-Échantillons de pays à bas revenu et à revenu moyen. / This dissertation investigates how the real effective exchange rate (REER) and its associated asurements (REER volatility and REER misalignment) affect total factor productivity growth (TFPG). It also analyzes the channels through which the REER and its associated measurements act on total factor productivity (TFP). The first part studies how the REER itself, on the one hand, and the REER volatility, on the other hand, influence productivity. An analysis of the link between the level of REER and TFP in chapter 1 reveals that an exchange rate appreciation causes an increase of TFP. But this impact is also nonlinear: below the threshold, real exchange rate influences negatively productivity while above the threshold it acts positively. The results of chapter 2 illustrate that REER volatility affects negatively TFPG. We also found that REER volatility acts on TFP according to the level of financial development. For moderately financially developed countries, REER volatility reacts negatively on productivity and has no effect on productivity for very low and very high levels of financial development. The second part examines the channels through which the REER and its associated measurements influence productivity. The results of chapter 3 illustrate that the exchange rate volatility has a strong negative impact on investment. This outcome is robust in low income and middle income countries, and by using an alternative measurement of exchange rate volatility. Chapter 4 show that both real exchange rate misalignment and real exchange rate volatility affect negatively exports. It also demonstrates that real exchange rate volatility is more harmful to exports than misalignment. These outcomes are corroborated by estimations on subsamples of Low- ncome and Middle-Income countries

Cette thèse étudie comment le taux de change effectif réel (TCER) et ses mesures associées (volatilité du TCER et désalignement du TCER) affectent la croissance de la productivité totale des facteurs (CPTF). Elle analyse également les canaux par lesquels le TCER et ses mesures associées agissent sur la productivité totale des facteurs (PTF). La première partie étudie comment le TCER lui-même, d'une part, et la volatilité du TCER, d'autre part, influencent la productivité. Une analyse du lien entre le niveau du TCER et la PTF dans le chapitre 1 indique qu'une appréciation de taux de change cause une augmentation de la PTF. Mais cet impact est également non-linéaire: en-dessous du seuil, le TCER influence négativement la productivité tandis qu'au-dessus du seuil il agit positivement. Les résultats du chapitre 2 illustrent que la volatilité du TCER affecte négativement la CPTF. Nous avons également constaté que la volatilité du TCER agit sur PTF selon le niveau du développement financier. Pour les pays modérément financièrement développés, la volatilité du TCER réagit négativement sur la productivité et n'a aucun effet sur la productivité pour les niveaux très bas et très élevés du développement financier. La deuxième partie examine les canaux par lesquels le TCER et ses mesures associées influencent la productivité. Les résultats du chapitre 3 illustrent que la volatilité du TCER a un impact négatif élevé sur l'investissement. Ces résultats sont robustes dans les pays à faible revenu et les pays à revenu moyens, et en employant une mesure alternative de volatilité du TCER. Le chapitre 4 montre que le désalignement du taux de change réel et la volatilité du taux de change réel affectent négativement les exportations. Il démontre également que la volatilité du taux de change réel est plus nocive aux exportations que le désalignement. Ces résultats sont corroborés par des résultats sur des sous-échantillons de pays à bas revenu et à revenu moyen.

共變數的值會隨著時間而改變時，我們稱之為時間相依之共變數。時間相依之共變數往往具有重複測量的特性，也是長期資料裡最常見到的一種共變數形態；在對時間相依之共變數進行重複測量時，可以考慮每次測量的間隔時間相同或是間隔時間不同兩種情形。在間隔時間相同的情形下，我們可以忽略間隔時間所產生的效應，利用分組的Cox模式或是合併的羅吉斯迴歸模式來分析，而合併的羅吉斯迴歸是一種把資料視為“對象 時間單位”形態的分析方法；此外，分組的Cox模式和合併的羅吉斯迴歸模式也都可以用來預測存活機率。在某些條件滿足下，D’Agostino等六人在1990年已經證明出這兩個模式所得到的結果會很接近。 當間隔時間為不同時，我們可以用計數過程下的Cox模式來分析，在計數過程下的Cox模式中，資料是以“對象 區間”的形態來分析。2001年Bruijne等人則是建議把間隔時間也視為一個時間相依之共變數，並將其以B-spline函數加至模式中分析；在我們論文的實證分析裡也顯示間隔時間在延伸的Cox模式中的確是個很顯著的時間相依之共變數。延伸的Cox模式為間隔時間不同下的時間相依之共變數提供了另一個分析方法。至於在時間相依之共變數的預測方面，我們是以指數趨勢平滑法來預測其未來時間點的數值；利用預測出來的時間相依之共變數值再搭配延伸的Cox模式即可預測未來的存活機率。 / It is so called “time-dependent covariates” that the values of covariates change over time. Time-dependent covariates are measured repeatedly and often appear in the longitudinal data. Time-dependent covariates can be regularly or irregularly measured. In the regular case, we can ignore the TEL(time elapsed since last observation) effect and the grouped Cox model or the pooled logistic regression model is employed to anlalyze. The pooled logistic regression is an analytic method using the“person-period”approach. The grouped Cox model and the pooled logistic regression model also can be used to predict survival probablity. D’Agostino et al. (1990) had proved that pooled logistic regression model is asymptotically equivalent to the grouped Cox model. If time-dependent covariates are observed irregularly, Cox model under counting process may be taken into account. Before making the prediction we must turn the original data into“person-interval”form, and this data form is also suitable for the prediction of grouped Cox model in regular measurements. de Bruijne et al.(2001) first considered TEL as a time-dependent covariate and used B-spline function to model it in their proposed extended Cox model. We also show that TEL is a very significant time-dependent covariate in our paper. The extended Cox model provided an alternative for the irregularly measured time-dependent covariates. On the other hand, we use exponential smoothing with trend to predict the future value of time-dependent covariates. Using the predicted values with the extended Cox model then we can predict survival probablity.

This thesis addresses the identification of stochastic systems operating under different conditions, based on data records corresponding to a sample of such operating conditions. This topic is very important, as systems operating under different, though constant conditions at different occasions (time intervals) are often encountered in practice. Typical examples include mechanical, aerospace or civil structures that operate under different environmental conditions (temperature or humidity, for instance) on different occasions (period of day, and so on). Such different operating conditions may affect the system characteristics, and therefore its dynamics. Given a set of data records corresponding to distinct operating conditions, it is most desirable to establish a single global model capable of describing the system throughout the entire range of admissible operating conditions. In the present thesis this problem is treated via a novel stochastic Functional Pooling (FP) identification framework which introduces functional dependencies (in terms of the operating condition) in the postulated model structure. The FP framework offers significant advantages over other methods providing global models by interpolating a set of conventional models (one for each operating condition), as it: (i) treats data records corresponding to different operating conditions simultaneously, and fully takes cross-dependencies into account thus yielding models with optimal statistical accuracy, (ii) uses a highly parsimonious representation which provides precise information about the system dynamics at any specified operating condition without resorting to customary interpolation schemes, (iii) allows for the determination of modeling uncertainty at any specified operating condition via formal interval estimates. To date, all research efforts on the FP framework have concentrated in identifying univariate (single excitation-single response) stochastic models. The present thesis aims at (i) properly formulating and extending the FP framework to the case of multivariate stochastic systems operating under multiple operating conditions, and (ii) introducing an approach based on multivariate FP modeling and statistical hypothesis testing for damage detection under different operating conditions. The case of multivariate modeling is more challenging compared to its univariate counterpart as the couplings between the corresponding signals lead to more complicated model structures, whereas their nontrivial parametrization raises issues on model identifiability. The main focus of this thesis is on models of the Functionally Pooled Vector AutoRegressive with eXogenous excitation (FP-VARX) form, and Vector AutoRegressive Moving Average (FP-VARMA) form. These models may be thought of as generalizations of their conventional VARX/VARMA counterparts with the important distinction being that the model parameters are explicit functions of the operating condition. Initially, the identification of FP-VARX models is addressed. Least Squares (LS) and conditional Maximum Likelihood (ML) type estimators are formulated, and their consistency along with their asymptotic normality is established. Conditions ensuring FP-VARX identifiability are postulated, whereas model structure specification is based upon proper forms of information criteria. The performance characteristics of the identification approach are assessed via Monte Carlo studies, which also demonstrate the effectiveness of the proposed framework and its advantages over conventional identification approaches based on VARX modeling. Subsequently, an experimental study aiming at identifying the temperature effects on the dynamics of a smart composite beam via conventional model and novel global model approaches is presented. The conventional model approaches are based on non-parametric and parametric VARX representations, whereas the global model approaches are based on parametric Constant Coefficient Pooled (CCP) and Functionally Pooled (FP) VARX representations. Although the obtained conventional model and global representations are in rough overall agreement, the latter simultaneously use all available data records and offer improved accuracy and compactness. The CCP-VARX representations provide an ``averaged'' description of the structural dynamics over temperature, whereas their FP-VARX counterparts allow for the explicit, analytical modeling of temperature dependence, and attain improved estimation accuracy. In addition, the identification of FP-VARMA models is addressed. Two-Stage Least Squares (2SLS) and conditional ML type estimators are formulated, and their consistency and asymptotic normality are established. Furthermore, an effective method for 2SLS model estimation featuring a simplified procedure for obtaining residuals in the first stage is introduced. Conditions ensuring FP-VARMA model identifiability are also postulated. Model structure specification is based upon a novel two-step approach using Canonical Correlation Analysis (CCA) and proper forms of information criteria, thus avoiding the use of exhaustive search procedures. The performance characteristics of the identification approach are assessed via a Monte Carlo study, which also demonstrates the effectiveness of the proposed framework over conventional identification approaches based on VARMA modeling. An approach based on the novel FP models and statistical hypothesis testing for damage detection under different operating conditions is also proposed. It includes two versions: the first version is based upon the obtained modal parameters, whereas the second version is based upon the discrete-time model parameters. In an effort to streamline damage detection, procedures for compressing the information carried by the modal or the discrete-time model parameters via Principal Component Analysis (PCA) are also employed. The effectiveness of the proposed damage detection approach is assessed on a smart composite beam with hundreds of experiments corresponding to different temperatures. In its present form, the approach relies upon response (output-only) vibration data, although excitation-response data may be also used. FP-VAR modeling is used identify the temperature dependent structural dynamics, whereas a new scheme for model structure selection is introduced which avoids the use of exhaustive search procedures. The experimental results verify the capability of both versions of the approach to infer reliable damage detection under different temperatures. Furthermore, alternative methods attempting removal of the temperature effects from the damage sensitive features are also employed, allowing for a detailed and concise comparison. Finally, some special topics on global VARX modeling are treated. The focus is on the identification of the Pooled (P) and Constant Coefficient Pooled (CCP) VARX model classes. Although both model classes are of limited scope, they are useful tools for global model identification. In analogy to the FP-VARX/VARMA model case, the LS and conditional ML type estimators are studied for both model classes, whereas conditions ensuring model identifiability are also postulated. The relationships interconnecting the P-VARX and CCP-VARX models to the FP-VARX models in terms of compactness and achievable accuracy are studied, whereas their association to the conventional VARX models is also addressed. The effectiveness and performance characteristics of the novel global modeling approaches are finally assessed via Monte Carlo studies. / Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την αναγνώριση πολυμεταβλητών στοχαστικών συστημάτων που παρουσιάζουν πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας, βασιζόμενοι σε δεδομένα που αντιστοιχούν σε ένα δείγμα ενδεικτικών συνθηκών λειτουργίας. Η σπουδαιότητα του προβλήματος είναι μεγάλη, καθώς στην πράξη συναντώνται πολύ συχνά συστήματα όπου οι επιμέρους συνθήκες λειτουργίας παραμένουν σταθερές ανά χρονικά διαστήματα. Τυπικά παραδείγματα περιλαμβάνουν μηχανολογικές, αεροναυτικές και δομικές κατασκευές που λειτουργούν κάτω από διαφορετικές συνθήκες (π.χ. θερμοκρασίας και/ή υγρασίας) σε διαφορετικές συνθήκες (π.χ. περίοδος της ημέρας). Οι διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας ενδέχεται να επηρεάσουν ένα σύστημα και ως εκ τούτου τα δυναμικά χαρακτηριστικά του. Λαμβάνοντας υπόψη ένα σύνολο δεδομένων που αντιστοιχούν σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, είναι επιθυμητή η εύρεση ενός "γενικευμένου" μοντέλου ικανού να περιγράψει το σύστημα σε όλο το φάσμα των αποδεκτών συνθηκών λειτουργίας. Στην παρούσα διατριβή το πρόβλημα αυτό αντιμετωπίζεται μέσω ενός καινοτόμου πλαισίου αναγνώρισης στοχαστικών μοντέλων Συναρτησιακής Σώρευσης (stochastic Functional Pooling Framework), το οποίο εισάγει συναρτησιακές εξαρτήσεις (αναφορικά με την κατάσταση λειτουργίας) στην δομή του μοντέλου. Το συγκεκριμένο πλαίσιο Συναρτησιακής Σώρευσης προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους εύρεσης γενικευμένων μοντέλων που χρησιμοποιούν μεθόδους παρεμβολής (interpolation) σε ένα σύνολο συμβατικών μοντέλων (ένα για κάθε συνθήκη λειτουργίας), όπως: (i) Η ταυτόχρονη διαχείριση δεδομένων που αντιστοιχούν σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, καθώς και η διευθέτηση των αλληλοεξαρτήσεων μεταξύ δεδομένων που ανήκουν σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας παρέχοντας με τον τρόπο αυτό μοντέλα με βέλτιστη στατιστική ακρίβεια, (ii) η χρήση συμπτυγμένων μοντέλων τα οποία περιγράφουν με ακρίβεια τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος σε κάθε κατάσταση λειτουργίας, αποφεύγοντας έτσι την χρήση συμβατικών μεθόδων παρεμβολής, (iii) ο προσδιορισμός των αβεβαιοτήτων στη μοντελοποίηση κάθε κατάστασης λειτουργίας μέσω εκτίμησης κατάλληλων διαστημάτων εμπιστοσύνης. Μέχρι στιγμής, η έρευνα πάνω στο πλαίσιο Συναρτησιακής Σώρευσης έχει επικεντρωθεί στα βαθμωτά στοχαστικά μοντέλα. Η παρούσα διατριβή σαν στόχο έχει (i) την κατάλληλη διαμόρφωση και επέκταση του πλαισίου Συναρτησιακής Σώρευσης για την περίπτωση πολυμεταβλητών στοχαστικών συστημάτων που λειτουργούν με πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας , και (ii) την εισαγωγή μιας καινοτόμου μεθοδολογίας ανίχνευσης βλαβών για συστήματα που παρουσιάζουν πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας βασιζόμενη σε πολυμεταβλητά μοντέλα Συναρτησιακής Σώρευσης και στον στατιστικό έλεγχο υποθέσεων. Η περίπτωση των πολυμεταβλητών μοντέλων παρουσιάζει τεχνικές δυσκολίες που δεν συναντώνται στα βαθμωτά μοντέλα, καθώς η δομή των μοντέλων είναι πιο περίπλοκη ενώ η παραμετροποίησή τους είναι μη-τετριμμένη θέτοντας έτσι ζητήματα αναγνωρισιμότητας (model identifiability). Η παρούσα διατριβή εστιάζει σε Συναρτησιακά Σωρευμένα Διανυσματικά μοντέλα ΑυτοΠαλινδρόμησης με εΞωγενή είσοδο (Functionally Pooled Vector AutoRegressive with eXogenous excitation; FP-VARX), και σε Διανυσματικά μοντέλα ΑυτοΠαλινδρόμησης με Κινητό Μέσο Όρο (Functionally Pooled AutoRegressive with Moving Average; FP-VARMA). Τα μοντέλα αυτά μπορεί να θεωρηθούν ως γενικεύσεις των συμβατικών μοντέλων VARX/VARMA με την σημαντική διαφοροποίηση ότι οι παράμετροι του μοντέλου είναι συναρτήσεις της συνθήκης λειτουργίας. Το πρώτο κεφάλαιο της διατριβής επικεντρώνεται στην αναγνώριση μοντέλων FP-VARX. Αναπτύσσονται εκτιμήτριες βασισμένες στις μεθόδους των Ελαχίστων Τετραγώνων (Least Squares; LS) και της Μέγιστης Πιθανοφάνειας (Maximum Likelihood; ML), ενώ στη συνέχεια μελετώνται η συνέπεια (consistency) και η ασυμπτωτική κατανομή (asymptotic distribution)τους. Επιπλέον, καθορίζονται συνθήκες που εξασφαλίζουν την αναγνωρισιμότητα (identifiability) των FP-VARX μοντέλων, ενώ ο προσδιορισμός της δομής τους βασίζεται σε κατάλληλα τροποποιημένα κριτήρια πληροφορίας (information criteria). Η αποτίμηση της μοντελοποίησης με FP-VARX, καθώς επίσης και η αποτελεσματικότητά τους έναντι των συμβατικών μοντέλων VARX εξακριβώνεται μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo. Στο δεύτερο κεφάλαιο διερευνάται η αναγνώριση των θερμοκρασιακών επιρροών στα δυναμικά χαρακτηριστικά μιας ευφυούς δοκού από σύνθετο υλικό. Το πρόβλημα μελετάται χρησιμοποιώντας συμβατικά μοντέλα καθώς και "γενικευμένα" μοντέλα. Η συμβατική μοντελοποίηση περιλαμβάνει μη-παραμετρικές παραστάσεις που βασίζονται στην μέθοδο Welch (ανάλυση στο πεδίο συχνοτήτων), καθώς και παραμετρικές παραστάσεις βασισμένες στα μοντέλα VARX (ανάλυση στο πεδίο χρόνου). H "γενικευμένη" μοντελοποίηση περιλαμβάνει παραστάσεις Σώρευσης με Σταθερές Παραμέτρους (Constant Coefficient Pooled VARX; CCP-VARX), καθώς και VARX παραστάσεις Συναρτησιακής Σώρευσης (Functionally Pooled VARX; FP-VARX). Η ανάλυση υποδεικνύει ότι τα χαρακτηριστικά των "γενικευμένων" και των συμβατικών μοντέλων βρίσκονται σε γενική συμφωνία μεταξύ τους. Ωστόσο, τα "γενικευμένα" μοντέλα περιγράφουν τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος με μικρότερο αριθμό παραμέτρων, γεγονός που προσδίδει μεγαλύτερη ακρίβεια στην εκτίμησή τους. Το μοντέλο CCP-VARX τείνει να σταθμίσει τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος σε κάποιον "μέσο όρο" με σχετική ακρίβεια. Απεναντίας το μοντέλο FP-VARX υπερέχει σε ακρίβεια, καθώς επιδεικνύει μια εξομαλυμένη καθοριστική εξάρτηση των δυναμικών χαρακτηριστικών του συστήματος με την θερμοκρασία, γεγονός που είναι συμβατό με την φυσική του προβλήματος. Το τρίτο κεφάλαιο επικεντρώνεται στην αναγνώριση μοντέλων FP-VARMA. Αναπτύσσονται εκτιμήτριες βασισμένες στις μεθόδους των Ελαχίστων Τετραγώνων Δύο Σταδίων (Two Stage Least Squares; 2SLS) και της Μέγιστης Πιθανοφάνειας (Maximum Likelihood; ML), ενώ στην συνέχεια μελετώνται η συνέπεια και η ασυμπτωτική κατανομή τους. Επιπλέον, εισάγεται μια νέα μέθοδος για την εκτίμηση 2SLS που απλοποιεί σημαντικά την διαδικασία εξαγωγής υπολοίπων (residuals) από το πρώτο στάδιο. Επίσης, καθορίζονται οι συνθήκες που εξασφαλίζουν αναγνωρισιμότητα στα μοντέλα FP-VARMA. Ο προσδιορισμός της δομής των μοντέλων FP-VARMA πραγματοποιείται χάρη σε μια μεθοδολογία δύο σταδίων που βασίζεται στην Ανάλυση Κανονικοποιημένων Συσχετίσεων (Canonical Correlation Analysis; CCA) και κριτηρίων πληροφορίας, αποφεύγοντας έτσι την εκτεταμένη χρήση αλγορίθμων αναζήτησης. Η αποτίμηση της μοντελοποίησης με FP-VARMA, καθώς επίσης και η αποτελεσματικότητά τους έναντι των συμβατικών VARMA εξακριβώνεται μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo. Το τέταρτο κεφάλαιο πραγματεύεται την ανίχνευση βλαβών σε συστήματα που παρουσιάζουν πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας. Προτείνεται μια νέα μεθοδολογία που βασίζεται σε καινοτόμα μοντέλα Συναρτησιακής Σώρευσης και στον στατιστικό έλεγχο υποθέσεων. Παρουσιάζονται δυο εκδόσεις της μεθοδολογίας: η πρώτη βασίζεται στα μορφικά χαρακτηριστικά του μοντέλου ενώ η δεύτερη στις παραμέτρους του μοντέλου. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται μέθοδοι συμπίεσης της πληροφορίας που περιέχουν τα μορφικά χαρακτηριστικά ή οι παράμετροι του μοντέλου μέσω της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (Principal Component Analysis; PCA) σε μια προσπάθεια απλοποίησης της διαδικασίας ανίχνευσης βλαβών. Η αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας επαληθεύεται πειραματικά σε μια "ευφυή" δοκό από σύνθετο υλικό, η οποία ταλαντώνεται σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Στην παρούσα μορφή της η μεθοδολογία χρησιμοποιεί δεδομένα απόκρισης ταλάντωσης, ωστόσο δεδομένα διέγερσης-απόκρισης μπορούν να χρησιμοποιηθούν εφόσον κριθεί σκόπιμο. Η εξάρτηση των δυναμικών χαρακτηριστικών της δοκού με την θερμοκρασία περιγράφεται με τη χρήση μοντέλων FP-VAR, ενώ εισάγεται μια νέα μέθοδος καθορισμού της δομής του μοντέλου που αποφεύγει την χρήση αλγορίθμων αναζήτησης. Πλήθος πειραμάτων που καλύπτουν ένα ευρύ θερμοκρασιακό πεδίο, καθώς και συγκρίσεις με άλλες μεθοδολογίες ανίχνευσης βλαβών, πιστοποιούν την ικανότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας να διαγνώσει την κατάσταση της δοκού σε διάφορες θερμοκρασίες. Το πέμπτο κεφάλαιο ασχολείται με ειδικά θέματα μοντελοποίησης των "γενικευμένων" VARX . Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην μελέτη Σωρευμένων VARX (P-VARX) και CCP-VARX μοντέλων. Σε αντιστοιχία με τα μοντέλα FP, αναπτύσσονται εκτιμήτριες LS και ML, ενώ στην συνέχεια μελετώνται οι ιδιότητές τους. Επιπλέον, καθορίζονται οι συνθήκες που εξασφαλίζουν την αναγνωρισιμότητα των μοντέλων P-VARX και CCP-VARX. Μελετώνται επίσης και οι σχέσεις που συνδέουν τις δομές των μοντέλων P-VARX και CCP-VARX με τα FP-VARX ως προς την παραμετροποίησή τους και την ακρίβεια που επιτυγχάνουν. Επιπλέον, μελετάται και η σχέση των παραπάνω μοντέλων με τα συμβατικά VARX. Η αποτίμηση των γενικευμένων μοντέλων VARX αναφορικά με το πλήθος των εκτιμώμενων παραμέτρων και την ακρίβεια που επιτυγχάνουν εξακριβώνεται μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo.