In computer assisted planning of radiation treatment and more specifically the software RayStation developed by RaySearch, certain kinds of model calibration problems arise. The process of solving these problems is called beam commissioning. Today beam commissioning is handled by optimizing subsets of the underlying parameters using a quasi-Newton algorithm. In this thesis we investigate the beam commissioning problem space for all of the parameters. We find that the variables are rather well behaved and therefor propose a method based on linearizing dose before scoring. This reduces the number of expensive function calls drastically and allows us to optimize with regard to all of the underlying parameters simultaneously. When using a least squares score function, the method coincides with the Gauss-Newton method, a well-known nonlinear least squares method with fast convergence properties if good starting points are available. We use this method applied to a weighted least squares approximation of our score function for two different machine models using two different dose engines. For all of our simulation experiments, the models are improved. We conclude that a method like this may be used for beam commissioning processes and that our method probably has room for improvement. / I datorassisterad strålbehandling och mer specifikt i mjukvaran RayStation utvecklad av RaySearch, uppkommer vissa typer av kalibreringsproblem. Processen att lösa dessa kallas maskinkommissionering. Idag hanteras problemet genom att optimera subset av de underliggande modelparametrarna med en quasi- Newton algoritm. I den här uppsatsen undersöker vi hela problemrymden associerad med maskinkommissionerings problemet. Vi finner att parametrarna beter sig ganska enkelt och föreslår på grund av detta att dosen kan linjäriseras i en punkt och poängsättas i en region omkring den punkten. Detta reducerar antalet dyra funktionsanrop kraftigt och tillåter oss att samoptimera alla modelparametrar samtidigt. Om kvadratiska straff används sammanfaller metoden med Gauss-Newton metoden, en välkänd metod med snabb konvergens om bra startvärden finns tillgängliga. Vi använder den här metoden applicerad på en viktad minstakvadratapproximation av vår poängsättningsfunktion för två maskinmodeller och två dosmotorer. För samtliga experiment är modellerna förbättrade. Vi drar slutsatsen att metoder som denna kan användas i maskinkommissionerings processenen och att det antagligen är möjligt att förbättra vår metod ytterligare.

Vanligtvis ställs topologioptimeringsproblem upp så att en strukturs komplians minimeras under bivillkor på volymen som den får uppta. I skruvförband med flera ingående skruvar innebär detta ofta att lasten fördelas ojämnt mellan skruvarna och att förbandet med det optimerade fästet ändå går sönder. Fyra problemformuleringar för att erhålla en jämnare fördelning av lasten över de ingående skruvarna har undersökts på två olika förband, ett litet med två skruvar och ett större med sex skruvar. Förbanden utsätts för två respektive tre lastfall och är modellerade med skruvar som förspänns. Metoderna är undersökta med hjälp av topologioptimeringsprogrammet Tosca från FE-DESIGN och FEM-programmet Abaqus från Dassault Systèmes Simulia på Scania CV AB. Tre av problemformuleringarna visade sig vara rimliga metoder att använda. / Usually topology optimization problems are posed so that the compliance of a structure is minimized under condition on the volume. In a joint containing several screws the result is often that the load is unevenly divided among the screws and the joint with the optimized bracket brakes anyway. In this master thesis four different formulations of the topology optimization problem with the purpose of obtaining an even distribution of the load among the screws have been investigated on two different joints, one smaller with two screws and one larger with six screws. The joints are exposed to two and three loadcases respectively and modeled with pretensioned screws. The methods are investigated with the topology optimization program Tosca by FE-DESIGN and the FEM program Abaqus by Dassault Systèmes Simulia at Scania CV AB. Three of the formulations are shown to be reasonable to use.

Performing a set-up on a complex machine may be difficult. This problem arises frequently for the industry, especially when the relation between input and output data cannot be defined precisely. Heavy methods of optimization may be used to perform a set-up. This master thesis investigate the possibility to use a machine learning approach on a specific machine. We study the structure of the relation between input and output data. We show the variations are smooth. We define a set of tests to evaluate future models. We design and test several models on simulation data, and select the best one. We design a strategy to use data in the best possible way. The selected model is then tested on actual data in order to be optimized. / Att justera ett komplext maskineri kan vara mödosamt. Detta problem uppkommer ofta i industrin när relationen mellan in- och utdata inte kan definieras. Tunga optimeringsmetoder kan användas för justeringprocessen. Dennauppsats undersöker möjligheten att använda en s.k. machine learning approach med ett specifikt maskineri. Vi studerar datastrukturen och relationen mellan in- och utdata. Vi visar på att variationer är släta. Vi definierar en rad av tester för att värdera framtida modeller. Vi formger och testar flera modeller med simulerade data och välja den bästa. Vi designar en strategi för att använda data på bästa sätt, för att sedan testa den utvalda modellen på verklig data för att optimeras.

In single-cell analysis, the physiologic states of individual cells are studied. In some studies, the subject of interest is the development over time of some cell characteristic. To obtain time-resolved single-cell data, one possibility is to conduct an experiment on a cell population and make a sequence of images of the population over the course of the experiment. If a mapping is at hand, which determines which cell it is that is the cause of each measured cell in the image sequence, time resolved single-cell data can be extracted. Such a mapping is called a lineage tree, and the process of creating it is called tracking. One aim of this work is to develop a tracking algorithm that incorporates organism specific knowledge, such as average division time, in the tracking process. With respect to this aim, a Bayesian model that incorporates biological knowledge is derived, with which every hypothetical lineage tree can be assigned a probability. Additionally, two Monte Carlo algorithms are developed, that approximate the probability distribution of lineage trees given by the Bayesian model. When an approximate distribution is known, for example the most likely lineage tree can be extracted and used. In many cases, the information provided to an automatic tracking algorithm is insufficient for the algorithm to find the gold standard lineage tree. In these cases, a possibility is to construct the gold standard lineage tree by manual correction of the lineage tree that has been provided by the tracking algorithm. A second aim of this work is to provide a confidence to every assignment in a lineage tree, in order to give the person doing manual corrections useful information about what assignments to change. Such a confidence is provided by the Monte Carlo tracking methods developed in this work. / I enskild-cell analys studeras de fysiologiska tillståndet hos enskilda celler. I vissa studier är man intresserad av hur någon cellegenskap utvecklas över tid. Ett sätt att generera tidsupplöst data på enskild-cellnivå är att utföra ett experiment med en cellpopulation och avbilda den med mikroskop med jämna mellanrum. Med hjälp av en avbildning som beskriver vilken cell i experiment det är som ger upphov till vilken uppmätt cell i bildsekvensen, kan sedan enskild-cell data tillgås. En sådan avbildning kallas ett stamträd (lineage tree), och processen att bestämma stamträdet kallas tracking. En målsättning med detta arbete är att utveckla en trackingalgoritm som använder organismspecifik kunskap, såsom organismens genomsnittliga delningstid, i trackingprocessen. Med denna målsättning i hänseende härleds en bayesiansk modell med vilken varje stamträd kan tillskrivas en sannolikhet, och som kan ta hänsyn till biologisk fakta när detta sker. Därtill utvecklas två Monte Carlo algoritmer som approximerar sannolikhetsfördelningen av stamträd som härrör ur den bayesianska modellen. När en uppskattad fördelning är känd kan t ex det mest sannolika stamträdet i fördelningen användas för enskild-cell analys. I många fall är informationen som en automatisk trackingalgoritm har till hands inte tillräcklig för att algoritmen ska kunna producera gold standard stamträdet. I dessa fall kan det vara befogat att konstruera gold standard stamträdet genom att göra manuella korrektioner på ett stamträd som tagits fram automatiskt med en algoritm. En andra målsättning med detta arbete är att införa ett förtroendemått för enskilda länkar i ett stamträd. Detta förtroendemått ska göra det enklare för personen som gör manuella korrektioner att avgöra ifall en länk i ett stamträd behöver korrigeras eller ej. Ett sådant förtroendemått införs, och de två Monte Carlo algoritmerna som utvecklas i detta arbete tillskriver ett förtroende för varje länk i de stamträd som de levererar.

The energy in ocean waves is a renewable energy resource not yet fully exploited. Research in converting ocean energy to useful electricity has been ongoing for about 40 years, but no one has so far succeed to do it at sufficiently low cost. CorPower Ocean has developed a method, which in theory can achieve this. It uses a light buoy and a control strategy called Phase Control. The purpose of this thesis is to develop a mathematical model of this method - using LinearWave Theory to derive the hydrodynamic forces - and from the simulated results analyze the energy output of the method. In the process we create a program that will help realizing and improving the method further. The model is implemented and simulated in the simulation program Simulink. On the basis of the simulated results, we can concludes that the CorPower Ocean method is promising. The outcome shows that the energy output increases - up to five times- compared to conventional methods. / Vågenergi är en förnyelsebar energikälla som ännu inte utnyttjas fullt ut. Forskning inom konvertering av vågenergi till användbar elektricitet har pågått i cirka 40 år, men ingen har hittills lyckas att göra det tillräckligt kostnadseffektivt. CorPower Ocean har utvecklat en metod, som i teorin kan uppnå detta. De använder en lätt boj och en kontrollstrategi kallad Phase Control. Syftet med detta examensarbete är att utveckla en matematisk modell av metoden -genom att använda Linear Wave Theory för att härleda de hydrodynamiska krafterna -och från de simulerade resultaten analysera energiutbytet. Under arbetets gång skapades också ett simuleringsprogram som hjälpmedel till att realisera och förbättra metoden. Modellen implementeras och simuleras i programmet Simulink. Utifrån de simulerade resultaten kan vi dra slutsatsen att CorPower Oceans metod är lovande. Resultatet visar att energiutbytet ökar -upp till fem gånger - jämfört med konventionella metoder.

In industry applications, such as power supply plants, the issue of interaction between fluid and structure is always presented. More precisely, the fluid flow affects the structure by applying force(s) on it and vice versa. As a result, the structure can move (vibrate) or deform. A good understanding of this problem can help to design the system in term of safety, stability and efficiency. This project aims to optimize and test the Unicorn FSI solver from the FEniCS project [1] to simulate the interaction of fluid and structure in an experiment, which was carried out at Vattenfall Research and Development. The target is to improve the Unicorn FSI solver to cope with a real industrial problem. Moreover, some results of the simulation can be used as a tool to predict the behavior of a system under the effect of fluid flow / I industriapplikationer, såsom kraftverk, är frågan om samspelet mellan fluid och struktur alltid närvarande. Närmare bestämt påverkar fluiden kraftverkets struktur genom att applicera en kraft på det och vice versa. Som ett resultat av fluidens kraftpåverkan, kan kraftverkets struktur vibrera eller deformeras. En god förståelse för detta FSI problem kan bidra till att utforma system ifråga om säkerhet, stabilitet och effektivitet. Detta projekt syftar till att optimera och testa Unicorn FSI lösaren från FEniCS projektet. Denna FSI lösare ska därefter användas till att simulera samspelet mellan vätska och struktur i ett experiment, som utförts på Vattenfalls forsknings och utvecklingsavdeling. Målet är att förbättra Unicorn FSI-lösaren för att klara av ett verkligt industriellt problem. Dessutom kan vissa resultaten av simuleringen användas som ett verktyg för att förutsäga beteendet hos ett system under inverkan av en fluid.

A GPU Monte Carlo code for x-ray photon transport has been implemented and extensively tested. The code is intended for scatter compensation of cone beam computed tomography images. The code was tested to agree with other well known codes within 5% for a set of simple scenarios. The scatter compensation was also tested using an artificial head phantom. The errors in the reconstructed Hounsfield values were reduced by approximately 70%. Several variance reduction methods have been tested, although most were found infeasible on GPUs. The code is nonetheless fast, and can simulate approximately 3 ·109 photons per minute on a NVIDIA Quadro 4000 graphics card. With the use of appropriate filtering methods, the code can be used to calculate patient specific scatter distributions for a full CBCT scan in approximately one minute, allowing scatter reduction in clinical applications. / En GPU Monte Carlo kod för transport av röntgenfotoner har implementerats och utförligt testats. Koden är avsed för spridningskorrektion av CBCT-bilder. Koden har testats mot PENELOPE och resultaten överenstämmer inom 5% för ett antal enklare geometrier. Koden testades också i en verklig uppställning med ett artificiellt huvud. De resulterande felen i de beräknade Hounsfieldvärdena minbskade med ca 70%. Ett antal variansreduktionstekniker har också testats, men de flesta gav ingen förbättring på GPU. Koden är trots detta avsevärt snabb och kan simulera ca 3 · 109 photoner per minut med ett Quadro 4000 grafik-kort. Med hjälp av väl valda filtreringsmetoder kan koden användas för att beräkna patientspecifika spridningsfördelningar för ett fullständigt CBCT-scan på under en minut. Detta är tillräkligt för spridningskorrektion i kliniska tillämpningar.

Pricing Turbo Warrants with binomial trees can be a challenging or even impossible task. The presence of a barrier makes pricing highly sensitive to computational settings and numerical parameters, rather than the actual pricing mathematics. To remedy this, new numerical methods, of which Crank Nicolson is one such method, are investigated. The survey indicates that the Crank Nicolson method not only solves the aforementioned sensitivities to settings, but also is a worthy competitor to the binomial method in more cases than just the Turbo Warrant. / Prissättning av Turbowarranter med binomialträdkan vara en besvärlig eller omöjlig uppgift. Barriärer i kontrakt fårprissättningen att bli så pass känslig för beräkningsdomänens storlek, form ochandra numeriska parametrar, att dessa tenderar att överskugga den faktiskamatematik som beräknar priset för kontraktet. För att lösa detta problemundersöks ett antal numeriska metoder, av vilka Crank-Nicolsonmetoden är ensådan metod. Resultaten antyder att inte bara att känsligheten för numeriskaparametrar lindras, utan att Crank-Nicolsonmetoden i sin helhet utgör en värdigersättare till binomialträdsmodellen i fler fall än bara Turbowarranter

Molecular dynamics simulations are a very usefultool to study the behavior and interaction of atoms and molecules in chemicaland bio-molecular systems. With the fast rising complexity of such simulationshybrid systems with both, multi-core processors (CPUs) and multiple graphics processingunits (GPUs), become more and more popular. To obtain an optimal performance thisthesis presents and evaluates two different hybrid algorithms, employing allavailable compute capacity from CPUs and GPUs. The presented algorithms can beapplied for short-range force calculations in arbitrary molecular dynamicssimulations / Molekylärdynamiska simulationer är ett mycket lämpligt verktyg för att studera beteendet och växelspelet av atomer och molekyler inom kemiska och biomolekylära system. Hybrida datorsystem som innehåller såväl processorer med multipla kärnor (CPU:er) som flera grafikprocessorer (GPU:er) blir populära i växande utsträckning. Vi undersöker två olika hybrida algoritmer som använder den hela beräkningsförmågan av CPU:er och GPU:er för att få ut den optimala beräkningsprestandan. De presenterade algoritmerna kan användas i godtyckliga molekylärdynamiska simulationer med potentialer av kort räckvidd.

Adaptive mesh refinement and coarsening methods are effective techniques to reduce the computation time of finite element based solvers. Parallel imple- mentations of such adaption routines, suitable for large scale computations on distributed memory machines, need additional care. In this thesis, a coarsening technique based on edge collapses is presented, its implementation and opti- mization for parallel computations explained and it is analyzed with respect to coarsening efficiency and performance. As a possible application the use of mesh coarsening in adaptive flow simulations is demonstrated / Adaptiv förfining ochutglesning av element-nät är effektiva tekniker för att minska beräkningstidenför finita-element-lösare. Implementering av sådana adaptions-rutiner, passandeför stora beräkningar på maskiner med distribuerat minne, kräver stor omsorg. Idetta arbete presenteras en utglesnings-metod baserad på kant-sammanslagningar.Dess implementering och optimering för parallell-beräkningar förklaras ochanalyseras med avseende på glesnings-effektivitet och tidsåtgång. Somtillämpning visas nätutglesning i adaptiv strömningssimulering