This thesis focuses on fractal analysis of economic time series. Chapter One introduces fractal analysis as a method of exploring time series and gathers information about progress and current state of understanding in this field. Chapter Two focuses on design and development of computer software, which will calculate selected fractal indices. Chapter Three is experimental and shows the results and discussion of economic time series (popular stock market indexes and currency exchange rate) analysis that have been obtained from the software developed in Chapter Two.

Submitted by Michele Mologni (mologni@unoeste.br) on 2018-08-17T13:30:36Z No. of bitstreams: 1 Danielle Alves Silva.pdf: 1187936 bytes, checksum: 4436228a6d8425a8ba13dd03636f218a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T13:30:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Danielle Alves Silva.pdf: 1187936 bytes, checksum: 4436228a6d8425a8ba13dd03636f218a (MD5) Previous issue date: 2018-03-21 / The objective of this study was to compare the efficacy of two omega 3 oral formulations with different ratios of EPA, DHA and antioxidants, as an adjuvant in the treatment of dogs affected by KCS and to evaluate by fractal analysis the palpebral conjunctiva of the treated dogs. Forty-five dogs with KCS were evaluated monthly for 6 months by the Schirmer Tear Test (TLS), Fluorescein Test (TF), Tear Film Break-up Time (TBUT), Lissamine Green Test (LGT), cytology of the conjunctiva at the beginning, middle and end of the study, biopsy and fractal analysis of the conjunctiva at the beginning and end of the study. The dogs were randomly assigned into 3 groups (n = 15): T group (tacrolimus 0.03% topical), TO group (tacrolimus + omegas EPA/DHA) and TOA group (tacrolimus + omegas EPA/DHA + Antioxidants). The result demonstrated that there was a significant improvement in clinical signs in both groups. In TBUT, all groups presented increase during the treatment, and the TO group presented the best result at all times when compared to the other groups. At the end of the experiment, the groups T, TO and TOA presented cytological analysis, reduction of lymphocytes, neutrophils, metaplastic and squamous cells, and histopathological analysis, reduction of lymphocytes and neutrophils and increase of goblet cells highlighting the best performance at TO. In the fractal analysis, at the end of the experiment, the TO group presented the best result and the values close to the values found in the fractals of healthy eyes. The difference between the TO group and the other groups is in the higher EPA concentration, being a natural anti-inflammatory, which may be one of the causes of its better performance. We concluded that oral omega 3, which contains a higher proportion of EPA than DHA, has shown greater benefit in terms of the improvement of clinical signs and the inflammatory process in the treatment of KCS in dogs. / O objetivo deste estudo foi comparar a eficácia de duas formulações de ômega 3 por via oral, com diferentes proporções de EPA, DHA e antioxidantes, como adjuvante no tratamento de cães acometidos por CCS e avaliar por meio da análise fractal a conjuntiva palpebral dos cães tratados. Quarenta e cinco cães atendidos no HV da UNOESTE portadores de CCS foram avaliados mensalmente por 6 meses pelo Teste Lacrimal de Schirmer (TLS), Teste de Fluoresceína (TF), Tempo de Ruptura do Filme Lacrimal (TRFL), Teste de Rosa Bengala, citologia da conjuntiva no início, meio e fim do projeto, biopsia e análise fractal da conjuntiva no início e final do projeto. Os cães foram distribuídos aleatoriamente em 3 grupos (n=15): grupo T (tacrolimus 0.03% tópico), grupo TO (tacrolimus + ômegas EPA/DHA oral) e grupo TOA (tacrolimus + ômegas EPA/DHA + antioxidantes oral). Os resultados demonstraram que houve uma melhora significativa nos sinais clínicos em ambos os grupos. No TRFL todos os grupos apresentaram aumento no decorrer do tratamento, sendo que o grupo TO foi o que apresentou melhor resultado em todos momentos quando comparado aos demais grupos. Ao final do experimento, os grupos T, TO e TOA apresentaram na análise citológica, diminuição de linfócitos, neutrófilos, células metaplásicas e escamosas, e na análise histopatológica, diminuição de linfócitos e neutrófilos e aumento das células caliciformes, ressaltando o melhor desempenho ao TO. Na análise fractal, ao final do experimento, o grupo TO que apresentou melhor resultado e os valores próximos aos valores encontrados nos parâmetros fractais de olhos sadios. A diferença entre o grupo TO e os demais grupos está na concentração de EPA maior, sendo um anti-inflamatório natural, o que pode ser uma das causas de seu melhor desempenho. Concluímos que o ômega 3 oral que contém maior proporção de EPA do que DHA trouxe maior benefício quanto a melhora dos sinais clínicos e do processo inflamatório no tratamento de CCS em cães.

La sécurité et le confort dans une tâche de conduite automobile sont des facteurs clés qui intéressent plusieurs acteurs (constructeurs, urbanistes, départements de transport), en particulier dans le contexte actuel d’urbanisation croissante. Il devient dès lors crucial d'évaluer l'état affectif du conducteur lors de la conduite, en particulier son niveau de stress qui influe sur sa prise de décision et donc sur ses performances de conduite. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'étude des changements de niveau de stress ressenti durant une expérience de conduite réelle qui alterne ville, autoroute et repos. Les méthodes classiques sont basées sur des descripteurs proposés par des experts, appliquées sur des signaux physiologiques. Ces signaux sont prétraités, les descripteurs ad-hoc sont extraits et sont fusionnés par la suite pour reconnaître le niveau de stress. Dans ce travail, nous avons adapté une méthode de sélection de variables fonctionnelles, basée sur les forêts aléatoires, avec élimination récursive des descripteurs (RF-RFE). En effet, les biosignaux, considérés comme variables fonctionnelles, sont tout d’abord projetés sur une base d’ondelettes. L’algorithme RF-RFE est ensuite utilisé pour sélectionner les groupes d’ondelettes, correspondant aux variables fonctionnelles, selon un score d’endurance. Le choix final de ces variables est basé sur ce score proposé afin de quantifier la capacité d’une variable à être sélectionnée et dans les premiers rangs. Dans une première étape, nous avons analysé la fréquence cardiaque (HR), électromyogramme (EMG), fréquence respiratoire (BR) et activité électrodermale (EDA), issus de 10 expériences de conduite menées à Boston, de la base de données du MIT, drivedb. Dans une seconde étape, nous avons conduit 13 expériences in-vivo similaires, en alternant conduite dans la ville et sur autoroute dans la région de Grand Tunis. La base de données résultante, AffectiveROAD contient -comme dans drivedb- les biosignaux tels que le HR, BR, EDA mais aussi la posture. Le prototype de plateforme de réseau de capteurs développé, a permis de collecter des données environnementales à l’intérieur du véhicule (température, humidité, pression, niveau sonore et GPS) qui sont également inclues dans AffectiveROAD. Une métrique subjective de stress, basée sur l’annotation d’un observateur et validée a posteriori par le conducteur au vu des enregistrements vidéo acquis lors de l’expérience de conduite, complète cette base de données. Nous définissons ici la notion de stress par ce qui résume excitation, attention, charge mentale, perception de complexité de l'environnement par le conducteur. La sélection de variables fonctionnelles dans le cas de drivedb a révélé que l'EDA mesurée au pied est l'indicateur le plus révélateur du niveau de stress du conducteur, suivi de la fréquence respiratoire. La méthode RF-RFE associée à des descripteurs non experts, conduit à des performances comparables à celles obtenues par la méthode basée sur les descripteurs sélectionnés par les experts. En analysant les données d’AffectiveROAD, la posture et l’EDA mesurée sur le poignet droit du conducteur ont émergé comme les variables les plus pertinentes. Une analyse plus approfondie de l'EDA a par la suite été menée car ce signal a été retenu, pour les deux bases de données, parmi les variables fonctionnelles sélectionnées pour la reconnaissance du niveau de stress. Ceci est cohérent avec diverses études sur la physiologie humaine qui voient l’EDA comme un indicateur clé des émotions. Nous avons ainsi exploré le caractère fractal de ce biosignal à travers une analyse d'auto-similarité et une estimation de l'exposant de Hurst basée sur les ondelettes. L'analyse montre un comportement d’auto-similarité des enregistrements de l'EDA pour les deux bases de données, sur une large gamme d’échelles. Ceci en fait un indicateur potentiel temps réel du stress du conducteur durant une expérience de conduite réelle. / The safety and comfort in a driving task are key factors of interest to several actors (vehicle manufacturers, urban space designers, and transportation service providers), especially in a context of an increasing urbanization. It is thus crucial to assess the driver’s affective state while driving, in particular his state of stress which impacts the decision making and thus driving task performance. In this thesis, we focus on the study of stress level changes, during real-world driving, experienced in city versus highway areas. Classical methods are based on features selected by experts, applied to physiological signals. These signals are preprocessed using specific tools for each signal, then ad-hoc features are extracted and finally a data fusion for stress-level recognition is performed. In this work, we adapted a functional variable selection method, based on Random Forests Recursive Feature Elimination (RF-RFE). In fact, the biosignals considered as functional variables, are first decomposed using wavelet basis. The RF-RFE algorithms are then used to select groups of wavelets coefficients, corresponding to the functional variables, according to an endurance score. The final choice of the selected variables relies on this proposed score that allows to quantify the ability of a variable to be selected and this, in first ranges. At a first stage, we analyzed physiological signals such as: Heart Rate (HR), Electromyogram (EMG), Breathing Rate (BR), and the Electrodermal Activity (EDA), related to 10 driving experiments, extracted from the open database of MIT: drivedb, carried out in Boston area. At a second stage, we have designed and conducted similar city and highway driving experiments in the greater Tunis area. The resulting database, AffectiveROAD, includes, as in drivedb, biosignals as HR, BR and EDA and additional measurement of the driver posture. The developed prototype of the sensors network platform allowed also to gather data characterizing the vehicle internal environment (temperature, humidity, pressure, sound level, and geographical coordinates) which are included in AffectiveROAD database. A subjective stress metric, based on driver video-based validation of the observer’s annotation, is included in AffectiveROAD database. We define here the term stress as the human affective state, including affect arousal, attention, mental workload, and the driver’s perception of the environment complexity. The functional variable selection, applied to drivedb, revealed that the EDA captured on foot followed by the BR, are relevant in the driver’s stress level classification. The RF-RFE method along with non-expert based features offered comparable performances to those obtained by the classical method. When analyzing the AffectiveROAD data, the posture and the EDA captured on the driver’s right wrist emerged as the most enduring variables. For both databases, the placement of the EDA sensor came out as an important consideration in the stress level assessment. A deeper analysis of the EDA was carried out since its emergence as a key indicator in stress level recognition, for the two databases. This is consistent with various human physiology studies reporting that the EDA is a key indicator of emotions. For that, we investigated the fractal properties of this biosignal using a self-similarity analysis of EDA measurements based on Hurst exponent (H) estimated using wavelet-based method. Such study shows that EDA recordings exhibits self-similar behavior for large scales, for the both databases. This proposes that it can be considered as a potential real-time indicator of stress in real-world driving experience.

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Les broncho-pneumopathies chroniques obstructives (BPCO) constituent un groupe de maladies des poumons caractérisées par le blocage du passage de l’air, rendant la respiration de plus en plus difficile. L’emphysème et la bronchite chronique sont les deux principales affections parmi les BPCO, mais les BPCO peuvent également être provoquées par les dégâts causés par des bronchites chroniques asthmatiques. L’emphysème pulmonaire est une maladie pulmonaire caractérisée par l’élargissement des espaces aériens distaux en amont des bronchioles terminales non respiratoires, accompagné de la destruction des parois alvéolaires. Ces modifications du parenchyme pulmonaire sont pathognomoniques de l’emphysème. La bronchite chronique est une forme de bronchite caractérisée par une production excessive d’expectoration, entraînant l’apparition d’une toux chronique et l’obstruction des voies respiratoires. Dans toutes ces affections, les dégâts causés aux voies respiratoires finissent par affecter les échanges gazeux dans les poumons. L’emphysème est généralement diagnostiqué de façon indirecte, sur la base d’un examen clinique, d’explorations de la fonction respiratoire (EFR), et d’une évaluation visuelle subjective des scanners des tomodensitogrammes. Ces tests présentent une valeur limitée dans les cas d’emphysème léger ou modéré. La présente étude aborde la possibilité d’appliquer une démarche d’analyse non linéaire à la répartition de la densité de l’air au sein de l’arbre des voies respiratoires des poumons à un quelconque niveau des ramifications. Les images sources de tomodensitométrie (TDM) du poumon sont traitées en deux phases, afin de produire un coefficient fractal de répartition de la densité de l’air. Au cours de la première phase, les valeurs brutes de pixel des images sources correspondant à toutes les densités d’air possibles sont traitées par un outil logiciel, mis au point pour construire une image cible. On y parvient par suppression en cascade des éléments indésirables (SCEI) : une étape de prétraitement dans l’analyse de l’image source. Celle-ci permet d’identifier les valeurs de densité d’air au sein de l’arbre des voies respiratoires, tout en éliminant toutes les valeurs non relatives à la densité de l’air. La seconde phase consiste en une réduction itérative de la résolution (RIR). Chaque réduction de la résolution produit un nouvel histogramme. Chaque histogramme ainsi produit comporte un certain nombre de pics, chacun d’entre eux correspondant à un ensemble de densités d’air. La courbe mettant en relation chaque réduction de la résolution avec le nombre de pics correspondant, obtenus à la résolution concernée, est tracée. Ceci permet de calculer la dimension fractale par une régression linéaire sur un graphique log – log. / Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) refers to a group of lung diseases that block airflow and make it increasingly difficult for you to breathe. Emphysema and chronic bronchitis are the two main conditions that make up COPD, but COPD can also refer to damage caused by chronic asthmatic bronchitis. Pulmonary emphysema is defined as a lung disease characterized by “abnormal enlargement of the air spaces distal to the terminal, non-respiratory bronchiole, accompanied by destructive changes of the alveolar walls”. These lung parenchymal changes are pathognomonic for emphysema. Chronic bronchitis is a form of bronchitis characterized by excess production of sputum leading to a chronic cough and obstruction of air flow. In all cases, damage to your airways eventually interferes with the exchange of oxygen and carbon dioxide in your lungs. Habitual techniques of emphysema’s diagnosis are based on indirect features, such as clinical examination; Pulmonary Function Tests (PFT) and subjective visual evaluation of CT scans. These tests are of limited value in assessing mild to moderate emphysema. The presented work discusses the possibility of applying a nonlinear analysis approach on air density distribution within lung airways tree at any level of branching. Computed Tomography (CT) source images of the lung are subjected to two phases of treatment in order to produce a fractal coefficient of the air density distribution. In the first phase, raw pixel values from source images, corresponding to all possible air densities, are processed by a software tool, developed in order to, construct a product image. This is done through Cascading Elimination of Unwanted Elements (CEUE): a preprocessing analysis step of the source image. It identifies values of air density within the airways tree, while eliminating all non-air-density values. Then, during the second phase, in an iterative manner, a process of Resolution Diminution Iterations (RDI) takes place. Every resolution reduction produces a new resultant histogram. A resultant histogram is composed of a number of peaks, each of which corresponding to a cluster of air densities. A curve is plotted for each resolution reduction versus the number of peaks counted at this particular resolution. It permits the calculation of the fractal dimension from the regression slope of log-log power law plot.

Cette thèse est consacrée à des questions d'analyse en amont de la modélisation de structures arborescentes, comme le poumon humain. Plus particulièrement, nous portons notre intérêt sur une classe de domaines ramifiés du plan, dont la frontière comporte une partie fractale auto-similaire. Nous commençons par une étude d'espaces de fonctions dans cette classe de domaines. Nous étudions d'abord la régularité Sobolev de la trace sur la partie fractale de la frontière de fonctions appartenant à des espaces de Sobolev dans les domaines considérés. Nous étudions ensuite l'existence d'opérateurs de prolongement sur la classe de domaines ramifiés. Nous comparons finalement la notion de trace auto-similaire sur la partie fractale du bord à des définitions plus classiques de trace. Nous nous intéressons enfin à un problème de transmission mixte entre le domaine ramifié et le domaine extérieur. L'interface du problème est la partie fractale du bord du domaine. Nous proposons ici une approche numérique, en approchant l'interface fractale par une interface préfractale. La stratégie proposée ici est basée sur le couplage d'une méthode auto-similaire pour la résolution du problème intérieur et d'une méthode intégrale pour la résolution du problème extérieur. / We study some questions of analysis in view of the modeling of tree-like structures, such as the human lungs. More particularly, we focus on a class of planar ramified domains whose boundary contains a fractal self-similar part. We start by studying some function spaces defined for this class of domains. We first study the Sobolev regularity of the traces on the fractal part of the boundary of functions in some Sobolev spaces of the ramified domains. Then, we study the existence of Sobolev extension operators for the ramified domains we consider. Finally, we compare the notion of self-similar trace on the fractal part of the boundary with more classical definitions of trace. In the last part, we focus on a mixed transmission problem between the ramified domain and the exterior domain. The fractal part of the boundary is the interface of the problem. We propose a numerical approach where we approximate the self-similar interface by a prefractal interface. The proposed strategy is based on a self-similar method for the resolution of the inner problem coupled with an integral method for the resolution of the outer problem.

L’activité de recherche a eu lieu alternativement dans le cadre de l‟École doctorale le Simion Mehedinți”, Faculté de Géographie, Université de Bucarest et au laboratoire „PAVE- Profession, Architecture, Ville, Environnement”, École Nationale Supérieure d‟Architecture et du Paysage de Bordeaux, France. Durant la réalisation de cette thèse on a suivi également des stages de formation et perfectionnement au laboratoire de recherche „ThèMA”, Université de Franche Comté, France, ESRI Roumanie et dans le cadre de l'Unité Régionale de Formation à l'Information Scientifique et Technique, URFIST de Bordeaux, France. / The research period took place alternatively to the Doctoral School “Simion Mehedinţi”, Bucharest University, Geography Department and to the PAVE Research Laboratory (ENSAP Bordeaux), member of the Emile Durkheim Research Center (UMR5116). During the realization of this PhD work we have also was also carried out training courses to the research laboratory „ThèMA”, University of Franche-Comté, France, ESRI Romania and to the Regional Training Unit for Scientific and Technical Information, URFIST de Bordeaux, France.

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Předkládaná dizertační práce se zabývá využitím techniky vysoce rozlišovací ultrazvukové spektroskopie (HRUS) při analýze huminových látek, za účelem získání hlubšího vhledu do problematiky vztahu mezi jejich primárními charakteristikami (elementární složení a rozložení uhlíku ve funkčních skupinách) a agregačními vlastnostmi. V literární rešerši jsou shrnuty nejnovější poznatky z oblasti studia huminových látek a představeny základní principy HRUS. Dále jsou uvedeny základní informace z oblasti fraktální analýzy a její aplikace na data získaná pomocí různých metod při studiu huminových látek. První úkol experimentální části je zaměřen na výhodné využití HRUS pro výzkum huminových látek, zde reprezentovaných standardy Mezinárodní společnosti pro huminové látky (IHSS) a to sodnými solemi huminových a fulvinových kyselin. Fulvinové kyseliny v jejich protonované formě byly taktéž zkoumány a to z důvodu objasnění vlivu sodného kationu. Pro popis chování vzorků byla použita mocninná funkce, jejíž empirické parametry byly korelovány s primárními charakteristikami. Byla vytvořena metoda fraktální analýzy a následně byla aplikována na data získána ultrazvukovou spektroskopií. Data získaná pomocí ultrazvukové spektroskopie byla zpracována i alternativní metodou. Ta spočívala v globálním pohledu na závislost ultrazvukové rychlosti na koncentraci a využití lineární regrese. Druhým z cílů práce je získání informací o vlivu teploty na stabilitu agregátů HS (IHSS standardy). Byl zkoumán vliv teplotních gradientů na chování agregátů při čtyřech různých koncentracích. V třetí části práce pak byly zkoumány koncentrační závislosti u vzorků pocházejících především z lokalit příliš nezasažených lidskou činností. HRUS data byla proložena mocninnou funkcí a zkoumána pomocí fraktální analýzy. Takto získané parametry byly korelovány s primárními vlastnostmi. Ze znalosti hustoty při dané koncentraci mohly být stanoveny velikosti hydratačních obálek. Jak se v současné době ukazuje, informace o agregačním chování huminových biomolekul mohou být v budoucnu velmi důležité pro navrhování průmyslových aplikací huminových látek, zejména v zemědělství a v ochraně životního prostředí, ale také například v medicíně.

Additive Manufacturing (AM) is on the verge of causing a downfall to conventional manufacturing with its huge potential in part manufacture. With an increase in demand for customized product, on-demand production and sustainable manufacturing, AM is gaining a great deal of attention from different industries in recent years. AM is redefining product design by revolutionizing how products are made. AM is extensively utilized in automotive, aerospace, medical and dental applications for its ability to produce intricate and lightweight structures. Despite their popularity, AM has not fully replaced traditional methods with one of the many reasons being inferior surface quality. Surface texture plays a crucial role in the functionality of a component and can cause serious problems to the manufactured parts if left untreated. Therefore, it is necessary to fully understand the surface behavior concerning the factors affecting it to establish control over the surface quality. The challenge with AM is that it generates surfaces that are different compared to conventional manufacturing techniques and varies with respect to different materials, geometries and process parameters. Therefore, AM surfaces often require novel characterization approaches to fully explain the manufacturing process. Most of the previously published work has been broadly based on two-dimensional parametric measurements. Some researchers have already addressed the AM surfaces with areal surface texture parameters but mostly used average parameters for characterization which is still distant from a full surface and functional interpretation. There has been a continual effort in improving the characterization of AM surfaces using different methods and one such effort is presented in this thesis. The primary focus of this thesis is to get a better understanding of AM surfaces to facilitate process control and optimization. For this purpose, the surface texture of Fused Deposition Modeling (FDM) and Laser-based Powder Bed Fusion of Metals (PBF-LB/M) have been characterized using various tools such as Power Spectral Density (PSD), Scale-sensitive fractal analysis based on area-scale relations, feature-based characterization and quantitative characterization by both profile and areal surface texture parameters. A methodology was developed using a Linear multiple regression and a combination of the above-mentioned characterization techniques to identify the most significant parameters for discriminating different surfaces and also to understand the manufacturing process. The results suggest that the developed approaches can be used as a guideline for AM users who are looking to optimize the process for gaining better surface quality and component functionality, as it works effectively in finding the significant parameters representing the unique signatures of the manufacturing process. Future work involves improving the accuracy of the results by implementing improved statistical models and testing other characterization methods to enhance the quality and function of the parts produced by the AM process.