Molts processos geofísics presenten comportament emergent. Aquest sovint es manifesta com a regularitats estadístiques de gran escala com les distribucions de lleis de potències de certs observables dels corresponents sistemes. En aquesta tesi investiguem l’aparició d' aquestes regularitats, desenvolupant tècniques estadístiques per fer estimacions acurades dels paràmetres de les distribucions de lleis de potencies. El nostre mètode proporciona un criteri objectiu per escollir el domini on la distribució segueix una llei de potencies. L' apliquem per investigar temps de vida mitja d’elements radioactius, el moment sísmic de terratrèmols, l’energia dels ciclons tropicals, els incendis forestals, i els temps d’espera entre terratrèmols. En el cas de la pluja també s'han observat, per mesures a latituds mitjanes, lleis de potències per les mides dels esdeveniments. En aquest estudi, apliquem el mètode per investigar si aquestes observacions es poden reproduir per dades de diversos climes diferents. Els resultats són positius i constitueixen un indici més de què la convecció atmosfèrica i les precipitacions podrien ser un exemple, al món real, de la Criticalitat Auto-Organitzada (Self-Organised Criticality o SOC en anglès; un mecanisme que explica l'aparició de lleis de potències a la natura). També fem un anàlisi d'escala per tal d’observar el col·lapse de les distribucions. Tanmateix, el mètode no serveix per comprovar la presència d’universalitat, que és quelcom que s'espera observar en un sistema SOC. Per tant, hem desenvolupat un mètode basat en un test de permutació per tal de determinar si els exponents estimats són estadísticament compatibles. El nostre test permutacional alternatiu dóna resultats clars: tot i el fet que les diferències entre els exponents són més aviat petites, la presència d’universalitat queda descartada. El fet que la hipòtesi d’universalitat quedi rebutjada en aquests tests, no implica però que s’hagi de descartar l’existència d’un mecanisme universal per la convecció atmosfèrica, ja que les dades recol·lectades podrien presentar errors sistemàtics no controlats. Finalment, estudiem les conseqüències dels resultats anteriors en la predicció de fenòmens atmosfèrics. Analitzem l'efecte de posar llindars d'observació en models SOC i dades de pluja. La predictibilitat de fenòmens extrems i intensitats extremes s’estudia mitjançant una variable de decisió sensible a la tendència a formar “clusters” o a repel·lir-se dels esdeveniments. Avaluem la qualitat d'aquestes prediccions mitjançant el mètode anomenat Característica Operativa del Receptor. En l’escala d’esdeveniments (gran escala), els temps entre esdeveniments de pluja renormalitzen a un procés de puntual trivial, i llavors la predictibilitat decreix quan el llindar creix. El mateix comportament s'observa per series temporals de models SOC en els quals s'ha aplicat un llindar de detecció d'intensitats, però s'observa el comportament contrari quan aquest no s'aplica. En l'escala de les intensitats (curta escala), la predicció no es veu afectada pel llindar, donat que els processos roman gairebé inalterat (així també els exponents crítics corresponents) fins que llindars significativament elevats s’assoleixen. / Many geophysical phenomena present emergent behaviour, which manifested as large-scale statistical regularities such as power-law distributions for the coarse-grained observables of the corresponding systems. In this thesis we investigate the appearance of power-law distributions in geophysical phenomena. We develop a statistical technique for making accurate estimations of the parameters of power-law distributions. The method introduced, which gives an objective criteria to decide the power-law domain of the distribution, is applied to investigate the half-lives of radioactive elements, the seismic moment of earthquakes, the energy of tropical cyclones, the area burnt in forest fires and the waiting time between earthquakes. In addition, the method is applied for investigating the reproducibility of the observation of scale-free rain event avalanche distributions using data across diverse climates and for looking for signs of universality in the associated fitted exponents. Scaling techniques are also applied in order to see the collapse of the distributions. This study contributes to a recent array of statistical measures that give support to the hypothesis that atmospheric convection and precipitation may be a real-world example of Self-Organised Criticality (SOC, a mechanism able to reproduce the observed power laws). Another expectation of the SOC paradigm is universality, but the fitting method is not enough for checking this hypothesis. Therefore, a method based on a permutation test is developed in order to determine if the estimated exponents are statistically compatible. Our alternative permutational tests give clear results: despite the fact that the differences between the exponents are rather small, the universality hypothesis is rejected. However, the fact that the universality hypothesis is rejected in the tests does not mean that one has to rule out the existence of a universal mechanism for atmospheric convection, as uncontrolled systematic errors can be present in the collection of data. Finally, we study the consequences of the previous results for the prediction of atmospheric phenomena by analysing the effect of applying thresholds on SOC models and rainfall time series. The predictability of extreme events and extreme intensities is studied by means of a decision variable sensitive to the tendency to cluster or repulse between them and the quality of the predictions is evaluated by the receiver operating characteristics method. On the events scale (large scale), times between events for rainfall data and models renormalise to a trivial point process, and then the predictability decreases when the threshold increases. In the intensity picture (short scale), the prediction is not affected by the threshold, as the process remains mostly unchanged (also their critical corresponding exponents) until very high thresholds are reached.

To measure quantum features in a classical world constrains us to extend the classical technology to the limit, inventing and discovering new schemes to use the classical devices, while reducing and filtering the sources of noise. Balanced detectors, e.g. when measuring a low- noise laser, have become an exceptional tool to attain the shot-noise level, i.e., the standard quantum limit for measuring light. To detect light pulses at this level requires to decreasing and also to filtering all other sources of noise, namely electronic and technical noise. The aim of this work is to provide a new tool for filtering technical and electronic noises present in the pulses of light. It is especially relevant for signal processing methods in quantum optics experiments, as a means to achieve shot-noise level and reduce strong technical noise by means of a pattern function. We thus present the theoretical model for the pattern-function filtering, starting with a theoretical model of a balanced detector. Next, we indicate how to recover the signal from the output of the balanced detector and a noise model is proposed for the sources of noise and the conditions that should satisfy the filtering algorithm. Finally, the problem is solved and the pattern function is obtained, the one which solves the problem of filtering technical and electronic noises. Once the pattern function is obtained, we design an experimental setup to test and demonstrate this model-based technique. To accomplish this, we produce pulses of light using acousto-optics modulators, such light pulses are precisely characterized together with the detection system. The data are then analyzed using an oscilloscope which gathers all data in the time domain. The frequency-domain representation is calculated using mathematical functions. In this way, it is proved that our detector is shot-noise limited for continuous-wave light. Next, it is shown how the technical noise is produced in a controlled manner, and how to gather the necessary information for calculating the pattern function. Finally, the shot-noise-limited detection with pulses without technical noise introduced is shown first, and next, an experimental demonstration where 10 dB of technical noise is then filtered using the pattern function. The final part of this research is focused on the optimal signal recovery for pulsed polarimetry. We recall the Stokes parameters and how to estimate the polarization state from a signal. Next, we introduce a widely used signal processing technique, the Wiener filter. For the final step, we show how to retrieve, under the best conditions, the polarization-rotation angle with a signal that has 10 dB of technical noise. Obtaining that our technique outperforms the Wiener estimator and at the same time obtaining the standard quantum limit for phase/angle estimation. Because of the correlation between pulsed polarimetry and magnetic estimation using magnetic-atomic ensembles via Faraday effect, this pattern-function filtering technique can be readily used for probing magnetic-atomic ensembles in environments with strong technical noise. / Medir las características cuánticas en un mundo clásico no solo requiere llevar al límite la tecnología clásica, sino también, inventar y descubrir nuevos esquemas para utilizar los dispositivos clásicos, reduciendo y filtrando las fuentes de ruido. Los detectores balanceados, cuando miden un láser de bajo ruido, se han convertido en una herramienta excepcional para alcanzar el nivel del ruido de disparo, que es el límite estándar clásico para medir la luz. Detectar pulsos de luz al nivel de ruido de disparo requiere reducir y filtrar todas las otras fuentes de ruido, es decir, el ruido electrónico y el técnico. El objetivo de este trabajo es crear una nueva herramienta para filtrar ruido tanto técnico como electrónico de pulsos de luz, que es especialmente relevante para los métodos de procesamiento de señales en los experimentos de óptica cuántica, como una manera de alcanzar el nivel de ruido de disparo y reducir fuertemente el ruido técnico por medio una función patrón. Presentamos, por lo tanto, el modelo teórico para el filtrado por una función patrón. Primeramente damos el modelo teórico de un detector balanceado, luego exponemos cómo se recupera la señal de la salida del detector balanceado. A continuación proponemos un modelo para las fuentes de ruido y las condiciones que debe satisfacer el algoritmo de filtrado. Finalmente, se resuelve el problema y se obtiene la función patrón que nos permite filtrar los ruidos técnico y electrónico. Una vez que la función patrón se puede calcular, diseñamos un montaje experimental para probar y demostrar esta técnica basada en un modelo. Para tal propósito, producimos pulsos de luz usando moduladores acusto-ópticos que producen pulsos de luz que están precisamente caracterizados, junto con el sistema de detección. Los datos se analizan a continuación con un osciloscopio, reuniendo todos los datos en el dominio del tiempo. La representación del dominio de la frecuencia se calcula utilizando funciones matemáticas. De esta manera, se prueba que nuestro detector está limitado por el ruido de disparo para luz continua. Después, se muestra cómo se produce el ruido técnico de manera controlada, y cómo se reúne la información necesaria para calcular la función patrón. Finalmente, se muestra la detección limitada por el ruido de disparo para pulsos sin ruido técnico introducido primero, y luego, se hace una demostración experimental con 10 dB de ruido técnico, que se filtra a continuación usando la función patrón. La parte final de esta investigación está enfocada a la recuperación óptima de la señal para polarimetría pulsada. Recordamos los parámetros de Stokes y cómo estimar el estado de polarización de una señal. Luego, introducimos el filtro de Wiener, que es una técnica ampliamente usada en el procesamiento de señales. Para el paso final, mostramos cómo se recupera, bajo las mejores condiciones, el ángulo de rotación de polarización con una señal que tiene 10 dB de ruido técnico. Obteniendo el límite estándar cuántico para la estimación fase/ángulo y superando así el estimador de Wiener. Debido a la correlación entre polarimetría pulsada y la estimación magnética usando conjuntos atómicos magnéticos vía el efecto de Faraday, esta técnica de filtraje de función patrón puede ser fácilmente usada para sondear conjuntos atómico-magnéticos en ambientes con fuerte ruido técnico.

Esta tesis trata acerca de retículos sobre anillos de polinomios y sus aplicaciones a cuerpos de funciones algebraicas. En la primera parte consideramos la noción de retículos (L,| |) sobre anillos de polinomios, donde L es un módulo finitamente generado sobre k[t], el anillo de polinomios sobre el cuerpo k con la indeterminada t, y | | es una función real de longitud sobre el producto tensorial de L y k(t) sobre k[t]. Una base reducida de (L,| |) es una base de L, cuyos vectores alcanzan los mínimos sucesivos de (L,| |). Desarrollamos un algoritmo que transforma cualquier base de L en una base reducida de (L,| |) para una función real de longitud | | dada. Además generalizamos la teoría de Riemann-Roch para cuerpos de funciones algebraicas al contexto de retículos sobre k[t]. En la segunda parte aplicamos los resultados previos a cuerpos de funciones algebraicas. Para un divisor D de un cuerpo de funciones algebraicas F/k desarrollamos un algoritmo para la computación de su espacio de Riemann-Roch y los mínimos sucesivos asociados al retículo (I,| |), donde I es un ideal fraccional (obtenido por la representación ideal de D) del orden maximal finito O de F y | | es una función de longitud sobre F. Sea K el cuerpo de constantes de F/k. Entonces podemos expresar el género de F en términos de [K : k] e índices de unos órdenes del orden maximal finito e infinito de F. Cuando k es un cuerpo finito, el algoritmo de Montes calcula esos índices como un subproducto. Esto proporciona un método rápido para el cálculo del género de un cuerpo de funciones algebraicas. Nuestro algoritmo no requiere el cálculo de ninguna base, ni del orden maximal finito, ni del infinito. Sea A la localización de k[1/t] en el ideal primo generado por 1/t. El concepto de reducción y la representación OM de ideales primos nos lleva, en este contexto, a un método nuevo para el cálculo de una k[t]-base de un ideal fraccional de O y una A-base de un ideal fraccional del orden maximal infinito de F respectivamente. En la última parte aplicamos nuestros algoritmos a una gran variedad de ejemplos relevantes para ilustrar su eficiencia en comparación con las rutinas clásicas. / This thesis deals with lattices over polynomial rings and its applications to algebraic function fields. In the first part, we consider the notion of lattices (L,| |) over polynomial rings, where L is a finitely generated module over k[t], the polynomial ring over the field k in the indeterminate t, and | | is a real-valued length function on the tensor product of L and k(t) over k[t]. A reduced basis of (L,| |) is a basis of L whose vectors attain the successive minima of (L,| |). We develop an algorithm which transforms any basis of L into a reduced basis of (L,| |), for a given real-valued length function | |. Moreover, we generalize the Riemann-Roch theory for algebraic function fields to the context of lattices over k[t]. In the second part, we apply the previous results to algebraic function fields. For a divisor D of an algebraic function field F/k, we develop an algorithm for the computation of its Riemann-Roch space and the successive minima attached to the lattice (I ,| | ), where I is a fractional ideal (obtained from the ideal representation of D) of the finite maximal order O of F and | | is a certain length function on F. Let K be the full constant field of F/k. Then, we can express the genus g of F in terms of [K : k] and the indices of certain orders of the finite and infinite maximal orders of F. If k is a finite field, the Montes algorithm computes the latter indices as a by-product. This leads us to a fast computation of the genus of global function fields. Our algorithm does not require the computation of any basis, neither of the finite nor the infinite maximal order. Let A be the localization of k[1/t] at the prime ideal generated by 1/t. The concept of reduceness and the OM representations of prime ideals lead us in that context to a new method for the computation of k[t]-bases of fractional ideals of O and A-bases of fractional ideals of the infinite maximal order of F, respectively. In the last part, our algorithms are applied to a large number of relevant examples to illustrate its performance in comparison with the classical routines.

No description available.

El desenvolupament de noves tecnologies ha introduït el concepte de Computació Ubiqua, a on els objectes que ens envolten poden tenir processadors integrats i establir la comunicació amb altres sistemes, amb la finalitat d'oferir serveis personalitzats per ajudar-nos amb les nostres tasques habituals. No obstant això, a causa de que és possible tenir ordinadors en gairebé qualsevol lloc o objecte, això ha obert noves discussions sobre temes tals com la privadesa i la seguretat, considerats des de diferents punts de vista, com el desenvolupaments jurídics, socials, econòmics i tecnològics, amb una importància cada vegada major al món actual. En aquesta tesi discutim i analitzem algunes de les principals qüestions de seguretat i privadesa a les tecnologies actuals, tals com a telèfons intel·ligents, dispositius RFID o ciutats intel·ligents, i proposem alguns protocols per fer front a aquests temes garantint la privadesa dels usuaris a tot moment. / El desarrollo de nuevas tecnologías ha introducido el concepto de Computación Ubicua , en donde los objetos que nos rodean pueden tener procesadores integrados y establecer la comunicación con otros sistemas, con el fin de ofrecer servicios personalizados para ayudarnos con nuestras tareas habituales. Sin embargo, debido a que es posible tener ordenadores en casi cualquier lugar u objeto, esto ha abierto nuevas discusiones sobre temas tales como la privacidad y la seguridad, considerado desde diferentes puntos de vista, como el desarrollos jurídicos, sociales, económicos y tecnológicos, con una importancia cada vez mayor en el mundo actual. En esta tesis discutimos y analizamos algunas de las principales cuestiones de seguridad y privacidad en las tecnologías actuales, tales como teléfonos inteligentes, dispositivos RFID o ciudades inteligentes, y proponemos algunos protocolos para hacer frente a estos temas garantizando la privacidad de los usuarios en todo momento. / The development of new technologies has introduced the concept of Ubiquitous Computing, whereby the objects around us can have an embedded computer and establish communications with each other, in order to provide personalized services to assist with our tasks. However, because it is possible to have computers almost anywhere and within any object, this has opened up new discussions on issues such as privacy and security, considered from many different views, such as the legal, social, economic and technological development perspectives, all taking an increasingly significant importance in today’s world. In this dissertation we discuss and analyze some of the main privacy and security issues in current technologies, such as smartphones, RFIDs or smart cities, and we propose some protocols in order to face these issues guarantying users' privacy anytime.

The analysis of human motion from visual data is a central issue in the computer vision research community as it enables a wide range of applications and it still remains a challenging problem when dealing with unconstrained scenarios and general conditions. Human motion analysis is used in the entertainment industry for movies or videogame production, in medical applications for rehabilitation or biomechanical studies. It is also used for human computer interaction in any kind of environment, and moreover, it is used for big data analysis from social networks such as Youtube or Flickr, to mention some of its use cases. In this thesis we have studied human motion analysis techniques with a focus on its application for smart room environments. That is, we have studied methods that will support the analysis of people behavior in the room, allowing interaction with computers in a natural manner and in general, methods that introduce computers in human activity environments to enable new kind of services but in an unobstrusive mode. The thesis is structured in two parts, where we study the problem of 3D pose estimation from multiple views and the recognition of gestures using range sensors. First, we propose a generic framework for hierarchically layered particle filtering (HPF) specially suited for motion capture tasks. Human motion capture problem generally involve tracking or optimization of high-dimensional state vectors where also one have to deal with multi-modal pdfs. HPF allow to overcome the problem by means of multiple passes through substate space variables. Then, based on the HPF framework, we propose a method to estimate the anthropometry of the subject, which at the end allows to obtain a human body model adjusted to the subject. Moreover, we introduce a new weighting function strategy for approximate partitioning of observations and a method that employs body part detections to improve particle propagation and weight evaluation, both integrated within the HPF framework. The second part of this thesis is centered in the detection of gestures, and we have focused the problem of reducing annotation and training efforts required to train a specific gesture. In order to reduce the efforts required to train a gesture detector, we propose a solution based on online random forests that allows training in real-time, while receiving new data in sequence. The main aspect that makes the solution effective is the method we propose to collect the hard negatives examples while training the forests. The method uses the detector trained up to the current frame to test on that frame, and then collects samples based on the response of the detector such that they will be more relevant for training. In this manner, training is more effective in terms of the number of annotated frames required. / L'anàlisi del moviment humà a partir de dades visuals és un tema central en la recerca en visió per computador, per una banda perquè habilita un ampli espectre d'aplicacions i per altra perquè encara és un problema no resolt quan és aplicat en escenaris no controlats. L'analisi del moviment humà s'utilitza a l'indústria de l'entreteniment per la producció de pel·lícules i videojocs, en aplicacions mèdiques per rehabilitació o per estudis bio-mecànics. També s'utilitza en el camp de la interacció amb computadors o també per l'analisi de grans volums de dades de xarxes socials com Youtube o Flickr, per mencionar alguns exemples. En aquesta tesi s'han estudiat tècniques per l'anàlisi de moviment humà enfocant la seva aplicació en entorns de sales intel·ligents. És a dir, s'ha enfocat a mètodes que puguin permetre l'anàlisi del comportament de les persones a la sala, que permetin la interacció amb els dispositius d'una manera natural i, en general, mètodes que incorporin les computadores en espais on hi ha activitat de persones, per habilitar nous serveis de manera que no interfereixin en la activitat. A la primera part, es proposa un marc genèric per l'ús de filtres de partícules jeràrquics (HPF) especialment adequat per tasques de captura de moviment humà. La captura de moviment humà generalment implica seguiment i optimització de vectors d'estat de molt alta dimensió on a la vegada també s'han de tractar pdf's multi-modals. Els HPF permeten tractar aquest problema mitjançant multiples passades en subdivisions del vector d'estat. Basant-nos en el marc dels HPF, es proposa un mètode per estimar l'antropometria del subjecte, que a la vegada permet obtenir un model acurat del subjecte. També proposem dos nous mètodes per la captura de moviment humà. Per una banda, el APO es basa en una nova estratègia per les funcions de cost basada en la partició de les observacions. Per altra, el DD-HPF utilitza deteccions de parts del cos per millorar la propagació de partícules i l'avaluació de pesos. Ambdós mètodes són integrats dins el marc dels HPF. La segona part de la tesi es centra en la detecció de gestos, i s'ha enfocat en el problema de reduir els esforços d'anotació i entrenament requerits per entrenar un detector per un gest concret. Per tal de reduir els esforços requerits per entrenar un detector de gestos, proposem una solució basada en online random forests que permet l'entrenament en temps real, mentre es reben noves dades sequencialment. El principal aspecte que fa la solució efectiva és el mètode que proposem per obtenir mostres negatives rellevants, mentre s'entrenen els arbres de decisió. El mètode utilitza el detector entrenat fins al moment per recollir mostres basades en la resposta del detector, de manera que siguin més rellevants per l'entrenament. D'aquesta manera l'entrenament és més efectiu pel que fa al nombre de mostres anotades que es requereixen.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:23:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01037.pdf: 935328 bytes, checksum: ff8c1531e582a0ca8cc764019d7db537 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Biociencias, Universidade de Sao Paulo - IB/USP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:23:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01037.pdf: 935328 bytes, checksum: ff8c1531e582a0ca8cc764019d7db537 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Biociencias, Universidade de Sao Paulo - IB/USP

Els sistemes complexes són sistemes que estan formats per un gran nombre d'unitats individuals, les quals interactuen entre elles, generalment de manera no-lineal, donant lloc a xarxes complexes d'interaccions. Sistemes biològics, socials i econòmics, entre d'altres, són sovint sistemes d'aquest tipus, el caràcter complex dels quals és mereixedor d'estudi. En els últims anys, un gran nombre de publicacions científiques han recolzat la conveniència d'analitzar aquest tipus de sistemes a través d'un conjunt d'eines i mètodes especialment dissenyats per la descripció de sistemes complexes. L'objectiu d'aquesta tesi és estudiar les xarxes complexes, i en particular, les xarxes multiplex. Estudiarem la caracterització topològica de les xarxes fent servir eines d'anàlisi de comunitats, posant especial èmfasi en els mètodes de multi-resolució, que són capaços d'informar-nos de tota la mesoescala. També ens ocuparem de caracteritzar processos dinàmics en xarxes multiplex, en el cas especial on dos processos epidèmics competeixen l'un contra l'altre sobre la mateixa estructura. Finalment, demostrarem l'aplicabilitat de les eines de xarxes complexes en un treball experimental dedicat a caracteritzar l'estructure funcional de cultius de neurones clusteritzades.

We find that, on an economic basis, nuclear power could make a substantial contribution for meeting the emissions target Japan agreed to in the Kyoto Protocol. It is unlikely however that the contribution would be as large as projected in official Japanese forecasts. The economic costs of the carbon constraint rise if siting, construction, and approval problems prevent the economically desirable level of expansion of nuclear power. We also evaluate the economic effects of subsidizing nuclear power to achieve the expansion projected in official forecasts. While the subsidy required is substantial, the economic welfare effects are relatively small because of second-best considerations. We use the EPPA model, a global computable general equilibrium model, in the analysis. Our estimates thus include the effects of changing world energy prices and terms of trade as they affect competitiveness of nuclear power and economic welfare. / Includes bibliographical references (p. 12). / Abstract in HTML and technical report in HTML and PDF available on the Massachusetts Institute of Technology Joint Program on the Science and Policy of Global Change website (http://mit.edu/globalchange/www/)