The limiting law of the length of the longest increasing subsequence, LI_n, for sequences (words) of length n arising from iid letters drawn from finite, ordered alphabets is studied using a straightforward Brownian functional approach. Building on the insights gained in both the uniform and non-uniform iid cases, this approach is then applied to iid countable alphabets. Some partial results associated with the extension to independent, growing alphabets are also given. Returning again to the finite setting, and keeping with the same Brownian formalism, a generalization is then made to words arising from irreducible, aperiodic, time-homogeneous Markov chains on a finite, ordered alphabet. At the same time, the probabilistic object, LI_n, is simultaneously generalized to the shape of the associated Young tableau given by the well-known RSK-correspondence. Our results on this limiting shape describe, in detail, precisely when the limiting shape of the Young tableau is (up to scaling) that of the iid case, thereby answering a conjecture of Kuperberg. These results are based heavily on an analysis of the covariance structure of an m-dimensional Brownian motion and the precise form of the Brownian functionals. Finally, in both the iid and more general Markovian cases, connections to the limiting laws of the spectrum of certain random matrices associated with the Gaussian Unitary Ensemble (GUE) are explored.

Doctor of Philosophy(PhD) / This thesis employs survival analysis framework (Allison, 1984) and the Cox’s hazard model (Cox, 1972) to estimate the probability that a credit rating survives in its current grade at a certain forecast horizon. The Cox’s hazard model resolves some significant drawbacks of the conventional estimation approaches. It allows a rigorous testing of non-Markovian behaviours and time heterogeneity in rating dynamics. It accounts for the changes in risk factors over time, and features the time structure of probability survival estimates. The thesis estimates three stratified Cox’s hazard models, including a proportional hazard model, and two dynamic hazard models which account for the changes in macro-economic conditions, and the passage of survival time over rating durations. The estimation of these stratified Cox’s hazard models for downgrades and upgrades offers improved understanding of the impact of rating history in a static and a dynamic estimation framework. The thesis overcomes the computational challenges involved in forming dynamic probability estimates when the standard proportionality assumption of Cox’s model does not hold and when the data sample includes multiple strata. It is found that the probability of rating migrations is a function of rating history and that rating history is more important than the current rating in determining the probability of a rating change. Switching from a static estimation framework to a dynamic estimation framework does not alter the effect of rating history on the rating migration hazard. It is also found that rating history and the current rating interact with time. As the rating duration extends, the main effects of rating history and current rating variables decay. Accounting for this decay has a substantial impact on the risk of rating transitions. Downgrades are more affected by rating history and time interactions than upgrades. To evaluate the predictive performance of rating history, the Brier score (Brier, 1950) and its covariance decomposition (Yates, 1982) were employed. Tests of forecast accuracy suggest that rating history has some predictive power for future rating changes. The findings suggest that an accurate forecast framework is more likely to be constructed if non-Markovian behaviours and time heterogeneity are incorporated into credit risk models.

Nous étudions le problème de la détection et de la segmentation dans des images extrêmement bruitées. L'application est la détection, dans les données hyperspectrales astronomiques de l'instrument MUSE, de halos (localisés et homogènes dans les images) et de filaments (structures anisotropes à grande échelle). Dans un premier temps, nous. étudions le problème de détection par tests d'hypothèses dans des images hyperspectrales en nous appuyant sur des contraintes de formes spatiales, spectrales et de similarité entre spectres. Nous introduisons ensuite un modèle de champ de Markov couple convolutif, qui permet de poser le problème de détection comme le cas particulier d'un problème de segmentation, tout en apportant un a priori markovien sur la classification recherchée. Ensuite, afin de modéliser les structures orientées dans les images, nous introduisons un modèle de champ de Markov triplet permettant la segmentation simultanée des orientations et des classes. Dans le but de modéliser des structures à grande échelle dans les images, nous introduisons également un modèle d'arbre de Markov triplet permettant la prise en compte simultanée de composantes hiérarchiques inter-résolution et d'homogénéité au sein d'une résolution. Chaque modèle a été validé et comparé à l'état de l'art, puis tous ont été comparés sur des données synthétiques dans le contexte de la détection dans des images hyperspectrales astronomiques. Le manuscrit présente enfin l'analyse des résultats obtenus sur des données réelles issues de l'instrument MUSE. / We study the detection and segmentation problems in extremely noised images. The main application of these works is the detection of large-scale structures in MUSE astronomical hyperspectral images, namely haloes (localized and homogenous in images) and filaments (anisotropie large-scale structures). First, we study the hypothesis-testing detection in hyperspectral images, based on spatial and spectral shape constraints as well as similarity constraints. Then, we introduce a pairwise Markov field model which allows the formulation of the detection problem as a special case of the segmentation problem while introducing a Markovian prior on the result. Next , in order to model onented structures m images, we propose a triplet Markov field model following the ià1ntsegmentation of orientations and classes in images. Finally, we study the modelling of large-scale structures in images by introducing a triplet Markov tree model handling inter-resolution dependancy jointly with homogeneity within resolutions. The two latter models were introduced in the general framework of image segmentation. Each model was validated with respect toits alternatives, then all models were compared on synthetic data in the context of detection within astronomical hyperspectral images. Finally, this document presents the analysis of the results on real MUSE images.

Nous étudions certains processus de Lévy à valeurs dans les groupes d'isométries respectifs des espace-temps de Minkowski, de De Sitter et de Anti-De-Sitter. Le groupe d'isométries est vu comme le fibré des repères de l'espace-temps et les processus de Lévy considérés se projettent sur le fibré unitaire en un processus markovien relativiste ; c'est-à-dire que les trajectoires dans l'espace-temps sont de genre temps et que le générateur est invariant par les isométries. Dans la première partie nous adaptons pour les diffusions hypoelliptiques générales un résultat de Ben Arous et Gradinaru concernant la singularité de la fonction de Green hypoelliptique. Nous déduisons de cela un critère d'effilement de Wiener local pour les diffusions relativistes dans le groupe de Poincaré, groupe des isométries de l'espace-temps de Minkowski. Dans les deux dernières parties nous nous intéressons au comportement asymptotique du flot stochastique associé à ces processus de Lévy dans les différents groupes d'isométries. Sous une condition d'intégrabilité de la mesure de Lévy nous calculons explicitement les coefficients de Lyapounov des processus dans le groupe de Poincaré. Nous effectuons un travail similaire pour les espace-temps de De Sitter et Anti-De-Sitter en nous limitant au cas des diffusions. Nous explicitons de plus la frontière de Poisson pour la diffusion dans le groupe d'isométries de l'espace-temps de De Sitter. / We study some Lévy processes with values in the isometry group of Minkowski, De Sitter and Anti-de-Sitter space-times. The isometry group is seen as the frame bundle of the space-time and the Lévy processes we consider are some lift of relativistic markovian processes with values in the unitary tangent bundle of the space-time. Theses processes are relativistic in the sense that theirs trajectories are time-like and their generators are invariant by the isometries of the space-time. In the first part of this work we adapt to the case of a general hypoelliptic diffusion a result of Ben Arous and Gradinaru concerning the singularity of the hypoelliptic Green function. We deduce of this a local Wiener criterion for the relativistic diffusion in the isometry group of Minkowski space-time. In the two last parts we are interested to the asymptotic behavior of the stochastic flow associated to these Lévy processes in the different considered space-times. Under a integrability condition on the Lévy measure we compute explicitly the Lyapunov coefficient for such flows in the isometry group of Minkowski space-time. Then, we do a similar work in the context of de Sitter and Anti-de-Sitter space-times limiting ourselves to the case of diffusions. In fine, we explicit the Poisson boundary of the diffusion in the isometry group of de Sitter space-time.

Este trabalho trata do controle Markoviano aplicado a um robô manipulador visando obter um sistema tolerante a falhas. Os controladores H2, H&#8734, e H2/H&#8734 Markovianos são calculados e aplicados ao robô em diversas situações de operação. Os controladores obtidos mantiveram a estabilidade do sistema tanto em situações de operação normal, quanto em situações de falhas sucessivas. / This work deals with Markovian control applied to a robot manipulator, in an effort to obtain a fault tolerant system. The H2, H&#8734, and H2/H&#8734 controllers were calculated and applied to the robot in different operation situations. The obtained controllers guaranteed the stability of the system in both situations: normal operation, and successive faults operation.

In this thesis, we investigate examples of random walks on free products of cyclic groups. Free products are groups that contain words constructed by concatenation with possible simplifications[20]. Mairesse in [17] proved that the harmonic measure on the boundary of these random walks has a Markovian Multiplicative structure (this is a class of Markov measures which requires fewer parameters than the usual Markov measures for its description ), and also showed how in the case of the harmonic measure these parameters can be found from Traffic Equations. Then Mairesse and Math ́eus in [20] continued investigation of these random walks and the associated Traffic Equations. They introduced the Stationary Traffic Equations for the situation when the measure is shift-invariant in addition to being μ-invariant. In this thesis, we review these developments as well as explicitly describe several concrete examples of random walks on free products, some of which are new.

Dans une première partie, nous proposons un nouveau modèle de chemostat dans lequel la population bactérienne est représentée de manière individu-centrée, structurée en masse, et la dynamique du substrat est modélisée par une équation différentielle ordinaire. Nous obtenons un processus markovien que nous décrivons à l'aide de mesures aléatoires. Nous déterminons, sous une certaine renormalisation du processus, un résultat de convergence en loi de ce modèle individu-centré hybride vers la solution d'un système d'équations intégro-différentielles. Dans une seconde partie, nous nous intéressons à des modèles de dynamiques adaptatives du chemostat. Nous reprenons le modèle individu-centré étudié dans la première partie, auquel nous ajoutons un mécanisme de mutation. Sous des hypothèses de mutations rares et de grande population, les résultats asymptotiques obtenus dans la première partie nous permettent de réduire l'étude d'une population mutante à un modèle de croissance-fragmentation-soutirage en milieu constant. Nous étudions la probabilité d'extinction de cette population mutante. Nous décrivons également le modèle déterministe associé au modèle individu-centré hybride avec mutation et nous comparons les deux approches, stochastique et déterministe; notamment nous démontrons qu'elles mènent au même critère de possibilité d'invasion d'une population mutante dans une population résidente.Nous présentons des simulations numériques illustrant les résultats mathématiques obtenus. / In the first part, we propose a new chemostat model in which the bacterial population is mass structured and individual-based and the substrate dynamics are modelized by an ordinary differential equation. We obtain a Markovian process which we describe as random measures. We determine, under a certain normalization of the process, a result of convergence in distribution towards the solution of a system of integro-differential equations. In the second part, we are interested in adaptive dynamic models of the chemostat. We add a mutation mechanism to the individual-based model which was studied in the first part. Under rare mutations and large population size hypotheses, the asymptotical result of the first part allows us to reduce the study of the mutant population to a growth-fragmentation-washout model in a constant environment. We study the extinction probability of this mutant population. We also describe the deterministic model related to the hybrid individual-based model with mutations and we compare these two approaches (stochastic and deterministic). In particular we prove that the two approaches lead to the same invasion criteria of a mutant population in a resident population.We present numeric simulations in order to illustrate the mathematical results.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第21614号 / 理博第4521号 / 新制||理||1649(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 / (主査)教授 村山 美穂, 教授 幸島 司郎, 教授 平田 聡 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Der Elektronentransport durch Nanostrukturen bietet eine Perspektive auf interessante Anwendungen und neue Einsichten in die Nichtgleichgewichtsdynamik von Elektronen in komplexen Umgebungen. Quantendotsysteme erlauben im Speziellen ein hohes Maß an Kontrolle ihrer Eigenschaften und ermöglichen damit detaillierte Untersuchungen. Das wachsende Interesse an zeitaufgelöstem Elektronentransport in diesen Systemen erklärt sich vor allem durch die rasanten Fortschritte bei der experimentellen Realisierung von pulsinduziertem Transport. Zur Beschreibung und Interpretation dieser Experimente bedarf es der Entwicklung neuer theoretischer Zugänge und Berechnungsverfahren. In dieser Arbeit werden zwei Propagationsmethoden zur numerischen Beschreibung von zeitaufgelöstem Elektronentransport entwickelt. Hierbei wird einerseits von einer Einteilchenbeschreibung mit Nichtgleichgewichts-Green-Funktionen (NEGF) und andererseits von einer Vielteilchenbeschreibung, basierend auf verallgemeinerten Quantenmastergleichungen für die reduzierte Vielteilchendichtematrix, ausgegangen. Das Konzept ist in beiden Fällen ähnlich: Im ersten Schritt der Herleitung werden Hilfsgrößen eingeführt und gleichberechtigt zum reduzierten Zustand des Systems behandelt. Eine Hilfsmodenentwicklung der Fermi-Funktion ermöglicht im zweiten Schritt die numerische Berechnung mit den hergeleiteten Bewegungsgleichungen. Mit Hilfe einer Partialbruchzerlegung wird eine Entwicklung der Fermi-Funktion abgeleitet, die sich durch eine wesentlich verbesserte Konvergenz gegenüber bisher bekannten Entwicklungen auszeichnet. Diese Zerlegung erweist sich für die Propagation als effizienter Zugang und kann darüber hinaus bei Berechnungen zur Elektronenstruktur angewendet werden. Obwohl der NEGF-Formalismus eines der Standardverfahren für die Behandlung von Transportdynamik in Nanostrukturen darstellt, ist die Auswahl an numerischen Implementierungen verschwindend gering. Die in dieser Arbeit entwickelte Propagationsmethode stellt eine neue Herangehensweise dar, die im Vergleich zu den bisherigen Zugängen ein günstigeres Skalierungsverhalten aufweist. Anhand von zwei Beispielen wird demonstriert, dass die Methode sowohl auf stochastisch getriebene Systeme als auch auf Situationen mit realistischen Spannungspulsen anwendbar ist. Eine Erweiterung auf wechselwirkende Elektronen wird ausgehend von der Methode der Bewegungsgleichungen abgeleitet. Im Rahmen der Vielteilchenbeschreibung durch die verallgemeinerten Quantenmastergleichungen wird insbesondere der Einfluss von Termen höherer Ordnung untersucht. Hierzu wird, neben der üblichen Quantenmastergleichung zweiter Ordnung, explizit die vierte Ordnung berechnet. Ein Vergleich mit dem NEGF-Formalismus zeigt die Notwendigkeit höhere Ordnungen, zumindest partiell, zu berücksichtigen, da erst hierdurch die Verbreiterung der Energieniveaus aufgrund der Tunnelkopplung an die Reservoirs konsistent beschrieben wird. Dieser Befund wird am Beispiel des stationären und transienten Elektronentransports durch einen Doppelquantendot untermauert. Auf der Basis von numerischen Berechnungen und einem analytisch lösbaren Modell werden die Resultate eines aktuellen Pump-Probe-Experiments zur kohärenten Kontrolle von Ladungs-Qubits in Doppelquantendots interpretiert. Die Anwendungsmöglichkeiten der entwickelten Propagationsmethoden gehen weit über die in der Arbeit betrachteten Beispiele hinaus. Sie erlauben die Beschreibung von neuartigen Transportkonzepten und ermöglichen einen erweiterten Einblick in die Nichtgleichgewichtsdynamik von Elektronen in Nanostrukturen.

[pt] A Igualdade de Jarzynski (IJ) é um tipo especial de Teorema de Flutuação, de trabalho, que caracteriza sistemas termodinâmicos microscópicos fora do equilíbrio. A IJ pode ser usada como uma calibração de experimentos e simulações, o que nos permite estudar comportamentos não triviais da dinâmica desses sistemas. Um desses comportamentos é a troca de entropia e informação que o sistema realiza junto a um banho térmico de contato. Neste ensejo, modelamos via uma dinâmica não-Markoviana, i.e., uma dinâmica com memória, que leva a fluxos reversos de informação do reservatório para o sistema. / [en] The Jarzynski Equality (JE) is a special kind of Fluctuation Theorem, of work, which characterizes non-equilibrium small thermodynamics systems. The JE can be used as gauge of experiments and simulations allowing us to study the non-trivial behaviours of these systems dynamics. One of these behaviours is the entropy and information flow the system makes in contact with a thermal bath. In this framework, we modelled through a non-Markovian dynamic, i.e., with a memory effect, leading to reverse flows of information from the reservoir to the system.