Abstract With the rapid progress of the MEMs process, the cost and the size of accelerometers are reducing rapidly. As a result, accelerometers have found many new applications in industrial, entertainment and medical domains. One of such an applications is to acquire information about human body movement. The objective of this work is to use knee acceleration signal for indentity verification. Comparing with traditional biometric methods, this approach has several distinct features. First, it can aquire a large amount of data efficiently and conventiently. Second, it is relatively difficult to duplicate. In designing the verification algorithm, this study has developed a neural network method a hyperspherical classifier method. The experimental results demonstrated that hyperspherical classifier provide better performances in this application. By setting the sensitively to 85%, the specificity achieved by the hyperspherical classifier is at least 95%.

Thesis (PhD (Statistics and Actuarial Science))—Stellenbosch University, 2008. / Kernel Fisher discriminant analysis (KFDA) is a kernel-based technique that can be used to classify observations of unknown origin into predefined groups. Basically, KFDA can be viewed as a non-linear extension of Fisher’s linear discriminant analysis (FLDA). In this thesis we give a detailed explanation how FLDA is generalized to obtain KFDA. We also discuss two methods that are related to KFDA. Our focus is on binary classification. The influence of atypical cases in discriminant analysis has been investigated by many researchers. In this thesis we investigate the influence of atypical cases on certain aspects of KFDA. One important aspect of interest is the generalization performance of the KFD classifier. Several other aspects are also investigated with the aim of developing criteria that can be used to identify cases that are detrimental to the KFD generalization performance. The investigation is done via a Monte Carlo simulation study. The output of KFDA can also be used to obtain the posterior probabilities of belonging to the two classes. In this thesis we discuss two approaches to estimate posterior probabilities in KFDA. Two new KFD classifiers are also derived which use these probabilities to classify observations, and their performance is compared to that of the original KFD classifier. The main objective of this thesis is to develop criteria which can be used to identify cases that are detrimental to the KFD generalization performance. Nine such criteria are proposed and their merit investigated in a Monte Carlo simulation study as well as on real-world data sets. Evaluating the criteria on a leave-one-out basis poses a computational challenge, especially for large data sets. In this thesis we also propose using the smallest enclosing hypersphere as a filter, to reduce the amount of computations. The effectiveness of the filter is tested in a Monte Carlo simulation study as well as on real-world data sets.

A la frontière entre musique et mathématiques, cette étude présente un espace musical géométrique original utilisé pour l'analyse et la pédagogie.En utilisant différentes méthodes, les mathématiciens et théoriciens de la musique ont démontré que notre espace des hauteurs tempéré à douze notes peut être considéré comme une combinaison de tierces mineurs et majeures. Nous utilisons le produit cartésien de deux graphes circulaires C3□C4 pour construire le graphe Planet qui répond à ce concept. Comme la décomposition implique deux ensembles et que chaque classe de hauteur est la combinaison unique de ces deux sous-groupes, nous utilisons une coloration en termes de graphes par des nombres complexes et introduisons le concept d'idéogrammes à deux dimensions. Nous effectuons une analyse spectrale du graphe Planet pour déterminer ses espaces propres et obtenir des coordonnées géométriques. Le modèle qui en résulte est appelé Planet-4D, il offre à chaque symbole une position physiquement équivalente. Il comporte plus de symétries que tout modèle discret 3D. A partir de ce modèle, nous construisons une représentation en quatre dimensions où les accords parfaits se trouvent en surface d'une hypersphère. Nous étendons enfin le concept principal pour afficher n'importe quel agrégat de notes sur l'hypersphère dans un cadre atonal. Dans une seconde partie, nous modélisons sous forme de graphes des objets musicaux existants : claviers, réseaux de notes (Tonnetze) ou d'accords ainsi que des schémas de modulation. Nous appliquons des projections spectrales afin de visualiser les symétries inhérentes à ces objets et terminons par des études d'œuvres tonales et atonales, effectuées avec le système de visualisation inventé. / At the frontier between music and mathematics, this study presents an original geometrical musical space used for musical analysis and pedagogy.Using different schemes, mathematicians and music theorists have demonstrated that the tempered twelve tones pitch space can be considered as a combination of minor and major thirds. We use the Cartesian product of two circular graphs C3□C4 to build the Planet graph that matches this concept. Since the decomposition involves two sets and each pitch class being a unique combination of these two sub-groups, we use a graph coloration based on complex numbers and introduce the concept of bi-dimensional ideograms. We perform a spectral analysis of the Planet graph to determine its Eigen spaces and obtain geometrical coordinates. The resulting model, called Planet-4D, grants each symbol and equivalent physical position, and involves more symmetries than any discrete 3D model. From there, we build a four dimensional chordal space where perfect chords lie on a hypersphere. We finally extend this concept to display any set of pitches in an atonal context. In the second section we construct the graphs of some existing musical objects such as keyboards, tone networks (Tonnetze), chordal spaces or modulation schemes. We apply spectral projections to visualize the symmetries that are inherent to these objects. This work concludes with musical studies of tonal and atonal pieces, performed with the help of the visualization tolls designed in this study.

This thesis describes the results of experimental work on polyelectrolyte gels and their interaction with oppositely charged surfactants, and presents two new algorithms applicable to the simulation of colloid and polymer systems. The model systems investigated were crosslinked poly(acrylate) (PA) and poly(styrene sulphonate) (PSS), and the surfactant was dodecyl trimethylammonium bromide (DoTAB). Pure gel materials were studied using dynamic light scattering. It was shown that the diffusion coefficient (D) increases with increasing degree of swelling and the concentration dependence is larger than predicted by scaling arguments. For gels at swelling equilibrium D increases with increasing degree of crosslinking. In subsequent studies on gel particles in DoTAB solution, Raman spectra were recorded at different positions in the gel. For both types of gels two distinct regions could be observed. For PA the surfactant is localised in the outer phase without any surfactant in the core, while for PSS the surfactant was distributed such that it had the same concentration relative to the polymer throughout the gel. In a second experiment, the kinetics for the deswelling of microscopic PSS particles in DoTAB solution was studied. It was found that the final volume varied linearly with the DoTAB concentration, and the rate of volume decrease could be fitted to a single exponential indicating stagnant layer diffusion to be the rate limiting process for the deswelling of the PSS particles. In the second part, I first describe an algorithm showing an efficient way to detect percolation in simulations, with periodic boundary conditions, using recursion. Spherical boundary conditions is an alternative to periodic boundary conditions for systems with long-range interactions. In the last part, the possibility to use the surface of a hypersphere in four dimensions for simulations of polymer systems is investigated, and algorithms for Monte Carlo and Brownian dynamics simulations are described.

This thesis presents the results of computer simulation studies of the structure, dynamics, and deformation of cross-linked polymer gels. Obtaining a fundamental understanding of the interrelation between the detailed structure and the properties of polymer gels is a challenge and a key issue towards designing materials for specific purposes. A new off-lattice method for constructing a closed network is presented that is free from defects, such as looping chains and dangling ends. Using these model networks in Brownian dynamics simulations, I show results for the structure and dynamics of bulk gels and describe a novel approach using spherical boundary conditions as an alternative to the periodic boundary conditions commonly used in simulations. This algorithm was also applied for simulating the diffusion of tracer particles within a static and dynamic network, to illustrate the quantitative difference and importance of including network mobility for large particles, as dynamic chains facilitate the escape of particles that become entrapped. I further investigate two technologically relevant properties of polymer gels: their stimuli-responsive behaviour and their mechanical properties. The collapse of core-shell nanogels was studied for a range of parameters, including the cross-linking degree and shell thickness. Two distinct regimes of gel collapse could be observed, with a rapid formation of small clusters followed by a coarsening stage. It is shown that in some cases, a collapsing shell may lead to an inversion of the core-shell particle which exposes the core polymer chains to the environment. This thesis also explores the deformation of bimodal gels consisting of both short and long chains, subject to uniaxial elongation, with the aim to understand the role of both network composition as well as structural heterogeneity on the mechanical response and the reinforcement mechanism of these materials. It is shown that a bimodal molecular weight distribution alone is sufficient to strongly alter the mechanical properties of networks compared to the corresponding unimodal networks with the same number-average chain length. Furthermore, it is shown that heterogeneities in the form of high-density short-chain clusters affect the mechanical properties relative to a homogeneous network, primarily by providing extensibility.

Seit der Jahrtausendwende prägt das Schlagwort Open Access die Debatten um wissenschaftliches Publizieren. Je nach Kontext geht es dabei um handfeste Strategien angesichts der Zeitschriftenkrise, um ein mehr oder weniger einheitliches Programm zur Verabschiedung des Gutenberg-Zeitalters oder um visionäre Vorstellungen digitaler Wissenskulturen. Die Untersuchung verfolgt zwei Ziele: Zunächst erklärt sie, auf welche Konzepte sich der Begriff Open Access bezieht, wie sich diese Konzepte entwickelt haben und wie sie zusammenfassend beschrieben werden können. Diese Betrachtungsweise ermöglicht es, Open Access in einem zweiten Schritt aus seiner strategischen und programmatischen Funktionalisierung zu lösen und medien-/kulturwissenschaftlich zu deuten: Nicht zufällig entsteht die Open-Access-Bewegung zu einem Zeitpunkt, da sich die medientechnischen Infrastrukturen der Gesellschaft und damit auch der Wissenschaft tiefgreifend verändern. Die Untersuchung analysiert Open Access als den Versuch der Wissenschaftsgemeinschaft, durch die Beeinflussung des Mediensystems auch unter veränderten medialen Bedigungen wissenschaftliche Öffentlichkeit herstellen zu können und dabei Verwerfungen für wissenschaftliche Arbeitsabläufe und für das gesamte Wissenssystem zu vermeiden. Dabei wird deutlich, dass verschiedene Disziplinen unterschiedliche Anforderungen an wissenschaftliche Öffentlichkeit haben und dass daher Aushandlungsprozesse nötig sind. Gleichzeitig reflektiert die Untersuchung, dass es sich bei den gerade entstehenden neuen Medieninfrastrukturen genau wie beim sich wandelnden wissenschaftlichen Publikationswesen um fragile, grundsätzlich kontingente Strukturen handelt, deren Zukunft keineswegs gesichert ist: Statt Open Access könnten sich auch andere Organisationsformen wissenschaftlicher Öffentlichkeit im digitalen Zeitalter etablieren, die aber nicht unbedingt im Sinne eines offenen und produktiven wissenschaftlichen Austausches und einer breiten gesellschaftlichen Partizipation an wissenschaftlicher Kultur sein müssen. Open Access erscheint vor diesem Hintergrund als vorsichtiger und vergleichweise schadensarmer Aushandlungsprozess, nicht als radikale Revolution des Wissenschaftssystems an der Schwelle zum digitalen Zeitalter. Methodisch knüpft die Untersuchung an die Mediologie an, die durch die Beschreibung von Wechselwirkungen zwischen technischen Medien und kulturellen Praxen die Konstruktion einseitiger Kausalzusammenhänge vermeiden will. In einem Exkurs wird untersucht, worin sich die Konzepte von Open Access und Open Source bzw. Freier Software unterscheiden. Der Anhang der Arbeit enthält den Volltext der drei Erklärungen von Budapest, Bethesda und Berlin, in denen wichtige Prinzipien von Open Access niedergelegt sind.

Seit der Jahrtausendwende prägt das Schlagwort Open Access die Debatten um wissenschaftliches Publizieren. Je nach Kontext geht es dabei um handfeste Strategien angesichts der Zeitschriftenkrise, um ein mehr oder weniger einheitliches Programm zur Verabschiedung des Gutenberg-Zeitalters oder um visionäre Vorstellungen digitaler Wissenskulturen. Die Untersuchung verfolgt zwei Ziele: Zunächst erklärt sie, auf welche Konzepte sich der Begriff Open Access bezieht, wie sich diese Konzepte entwickelt haben und wie sie zusammenfassend beschrieben werden können. Diese Betrachtungsweise ermöglicht es, Open Access in einem zweiten Schritt aus seiner strategischen und programmatischen Funktionalisierung zu lösen und medien-/kulturwissenschaftlich zu deuten: Nicht zufällig entsteht die Open-Access-Bewegung zu einem Zeitpunkt, da sich die medientechnischen Infrastrukturen der Gesellschaft und damit auch der Wissenschaft tiefgreifend verändern. Die Untersuchung analysiert Open Access als den Versuch der Wissenschaftsgemeinschaft, durch die Beeinflussung des Mediensystems auch unter veränderten medialen Bedigungen wissenschaftliche Öffentlichkeit herstellen zu können und dabei Verwerfungen für wissenschaftliche Arbeitsabläufe und für das gesamte Wissenssystem zu vermeiden. Dabei wird deutlich, dass verschiedene Disziplinen unterschiedliche Anforderungen an wissenschaftliche Öffentlichkeit haben und dass daher Aushandlungsprozesse nötig sind. Gleichzeitig reflektiert die Untersuchung, dass es sich bei den gerade entstehenden neuen Medieninfrastrukturen genau wie beim sich wandelnden wissenschaftlichen Publikationswesen um fragile, grundsätzlich kontingente Strukturen handelt, deren Zukunft keineswegs gesichert ist: Statt Open Access könnten sich auch andere Organisationsformen wissenschaftlicher Öffentlichkeit im digitalen Zeitalter etablieren, die aber nicht unbedingt im Sinne eines offenen und produktiven wissenschaftlichen Austausches und einer breiten gesellschaftlichen Partizipation an wissenschaftlicher Kultur sein müssen. Open Access erscheint vor diesem Hintergrund als vorsichtiger und vergleichweise schadensarmer Aushandlungsprozess, nicht als radikale Revolution des Wissenschaftssystems an der Schwelle zum digitalen Zeitalter. Methodisch knüpft die Untersuchung an die Mediologie an, die durch die Beschreibung von Wechselwirkungen zwischen technischen Medien und kulturellen Praxen die Konstruktion einseitiger Kausalzusammenhänge vermeiden will. In einem Exkurs wird untersucht, worin sich die Konzepte von Open Access und Open Source bzw. Freier Software unterscheiden. Der Anhang der Arbeit enthält den Volltext der drei Erklärungen von Budapest, Bethesda und Berlin, in denen wichtige Prinzipien von Open Access niedergelegt sind.:1. Neue Medien: Mehr als nur Werkzeuge 1.1 Wissenschaft zwischen Technikeuphorie und Skepsis 1.2 Definition und Mediologie des Freien Zugangs 1.3 Sprachreflexion 1.4 Forschungsüberblick 1.5 Offene Zugänge: Schwerpunkt Geisteswissenschaften 2. Open Access: Definitorische Annäherung 2.1 BBB: Programme des Freien Zugangs 2.2 Kontroversen um ein Konzeptschlagwort 2.3 Vision, Programm, Strategie: Facetten des Freien Zugangs 3. Digitalität, Vernetzung und wissenschaftliches Publikationswesen 3.1 Merkmale und Innovationspotenzial des Digitalen 3.2 Wissenschaftliches Publizieren unter den Bedingungen der Grafosphäre 3.3 Stabilisierungspotenzial digitaler Techniken 3.4 Freiheit und Offenheit in anderen Mikromilieus. Exkurs 3.5 Milieusicherung und Irritation 4. Vom Mediengebrauch zu einem neuen Medienwissen Anhang: Budapester Erklärung, Bethesda-Stellungnahme, Berliner Erklärung