In this work, we analyze search dynamics and the statistical properties of an organism in search of a target of interest. In general terms, there are many interesting aspects of studies of this nature. For example, in the biological context, organisms in Nature constantly interact one with another, both of the same as well as of different species. The general objectives of random searches are diverse, ranging from searches for food, reproductive partners, etc. of living organisms to socio-economically relevant processes, such as searches for missing children, fugitive terrorists, or searches for petroleum. In our specific model, we consider the searcher and the target moving randomly in a one dimensional lattice of size with periodic boundary conditions. The type of diffusion in the system is determined by the choice of the probability distribution function for the steps sizes for the individual walkers. We assume a power law distribution, characteristic of Levy processes, . Considering an initial energy for the searcher, an energetic expenditure for the walk and an energetic gain g for each target found, we discuss relevant physical quantities, such as energy fluctuations, the fraction of survival searchers and the cumulative energy for N time steps, as a function of the parameters, e.g., the lattice size . We find that searches with ballistic diffusion are more efficient than Brownian ones, allowing the survival of the searcher in situations of ultra-low target density. This extreme behavior guarantees the differential survival of such searchers. We also find strong evidence of a continuous phase transition, in which one phase has survival and the other phase has extinction. We calculate the critical densities which depend on the parameters of diffusion adopted by the organisms. We also obtain the critical exponents for the transition. Our results suggest a universality of the critical exponents, which independent of the type of diffusion of the organisms. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, analisamos a dinâmica de busca e propriedades estatísticas de um organismo buscador ( searcher ) à procura de um alvo de interesse ( target ). De forma geral, muitos são os aspectos de interesse nesse tipo de estudo. Por exemplo, se pensarmos no contexto biológico, temos que na natureza constantemente organismos interagem uns com os outros, tanto dentro da mesma como entre diferentes espécies. Os objetivos gerais da busca aleatória são os mais variados, indo desde busca de alimentos, parceiro para reprodução etc, em seres vivos, até processos de interesse socio-econômicos, como busca por crianças desaparecidas, terroristas fugitivos ou então busca por petróleo. Em nosso modelo específico, consideramos o buscador e o alvo caminhando aleatoriamente numa rede unidimensional de tamanho e com condições periódicas de contorno. O tipo de difusão no sistema é determinado pela escolha da função de distribuição de probabilidade para os passos individuais dos indivíduos. Assumimos uma distribuição tipo lei de potência, característica de processos de Lévy . Considerando uma energia inicial do buscador , um gasto energético de caminhada e um ganho de energia g cada vez que o buscador encontra o alvo, discutimos algumas quantidades físicas relevantes, como flutuação energética, fração de buscadores sobreviventes e energia acumulada para N passos realizados - tempo de busca - como função de diferentes parâmetros, por exemplo, o comprimento de rede . Constatamos que o processo de busca com difusão balística é mais eficiente do que a Browniana, ocasionando a sobrevivência do organismo buscador em situações de densidade de alvos muito baixas. Este comportamento extremo garante a relativa sobrevivência do buscador. Também verificamos fortes evidências de uma transição contínua, para a qual numa dada fase temos sobrevivênvia e em outra temos extinção. Calculamos as densidades críticas que dependem dos parâmetros de difusão adotados pelos organismos. Também obtemos os expoentes críticos relacionados a tal transição. Nossos resultados sugerem uma universalidade dos expoentes críticos, que independente do tipo de difusão seguida pelos organismos.

Dans nos travaux, nous avons considéré un processus de Lévy X avec une composante brownienne non nulle et dont la partie à sauts est un processus de Poisson composé. Nous avons supposé que la valeur d'une entreprise est modélisée par un processus stochastique de la forme V = Vo exp X et que cette entreprise est mise à défaut dès lors que sa valeur passe sous un certain seuil b déterminé de façon exogène et qui donc, est une donnée du problème. L'instant de défaut T est alors de la forme Tx pour x= ln(Vo) ln((b) où x> 0, Tx = inf{t 2:0: X, 2:x}. Dans un premier temps, nous supposons que des agents observant la valeur V des ac­tifs de la firme souhaitent connaître le comportement de l'instant de défaut. Dans ce modèle, au chapitre 2, nous avons étudié d'une part la régularité de la densité de la loi de l'instant de défaut. D'autre part, nous avons étudié la loi conjointe de l'instant de défaut, de l'overshoot et de l'undershoot. Au chapitre 3, nous avons obtenu une équation à valeurs mesures dont le quadriplet formé par la variable aléatoire X,, le su­ premum du processus X à l'instant t, le supremum du processus X au dernier instant de saut avant l'instant t et le dernier instant de saut à l'instant t est solution au seris faible, puis une équation dont ce quadriplet est une solution forte. Dans un second temps, au chapitre 4, nous avons supposé que des investisseurs souhaitant détenir une part de cette entreprise ne disposent pas de l'information complète. Ils n'observent pas la valeur des actifs de la firme V, mais sa valeur bruitée. Leur information est modélisée par la filtration Ç = (Ç,, t 2: 0) engendrée par cette observation. Dans ce modèle, nous avons montré que la loi conditionnelle de l'instant de défaut sachant la tribu Ç, admet une densité par rapport à la mesure de Lebesgue et obtenu une équation de Volttera dont cette densité est solution. Cette connaissance permet aux investisseurs de prévoir au vu de leur information, quand est-ce que l'instant de défaut va intervenir après l'instant t. Nous avons complété ce travail par des simulations numériques. / In this Ph.D thesis, we consider a jump-diffusion process which the diffusion part is a drifted Brownian motion and the jump part is a compound Poisson process. We assume that a firm value is modelling by a stochastic process V = V0 exp-X. This firm goes to default whenever its value is below a specified tlrreshold b which is exo­ genously determined. For x = ln(Vo) - ln(b) > 0, the default time is of the form Tx = inf{t 2:0: X, 2: x}. First, we suppose that agents observe perfectly the firm value. In this mode, we sho­ wed in chapter 2 that the density of the default time is continuons, then study the joint law of the default time, overshoot an undershoot. We obtained in chapter 3 a valued measure differentia equation which the solution is the quadruplet formed by the random variable X,, the running supremum x; of X at time t, the supremum of X at the last jump time before t and the last jump time before t. Secondly, we assume that investors wishing detain a part of the firm can not observe the firm value. They observe a noisy value of the firm and their information is madel­ ling by the filtration g = (9,,t 2: 0) generated by their observation. In this mode, we have shown that the conditional density of Tx with respect to Ç has a density which is solution of one stochastic integral-differentia equation The knowledge of this density allows investors to predict the default time after time t. This second part is the chapter 4.

Paru en 1932, Les deux sources de la morale et de la religion (Les deux sources) est le dernier ouvrage principal d'Henri Bergson. Il y a de nombreux travaux consacrés à la confrontation de sa philosophie morale et sociale avec la sociologie durkheimienne, mais ils n'examinent pas son mobilisme dans Les deux sources. La réalité est mobile. C'est une idée qui apparaît sans cesse dans ses travaux dans son Essai sur les données immédiates de la conscience (publié en 1889) jusque dans Les deux sources, où il affirme que la morale ouverte est la mobilité même. Le mobilisme est essentiel à sa philosophie morale. De ce point de vue, nous nous proposons de déterminer la position de Bergson vis-à-vis du débat sur la science des mœurs, suscité par l'ouvrage de Lucien Lévy-Bruhl (1903), La morale et la science des mœurs dans les années 1900. Dans cet ouvrage, Lévy-Bruhl, inspiré par Auguste Comte et Émile Durkheim, cherche à fonder une science objective de la réalité morale (qu'il appelle« science des mœurs ») en adoptant la méthode sociologique, mais en écartant la« morale théorique», qui n'observe pas la réalité morale, comme la morale théologique, la morale utilitaire et la morale kantienne. Si nous situons Les deux sources dans ce contexte historique, la philosophie morale de Bergson n'apparaîtrait-elle pas comme la troisième étape de la pensée morale par rapport à la première étape (la morale théorique) et à la seconde étape (la science des mœurs) ? Ne pourrait-on pas qualifier cette troisième étape de « mobilisme », qui avance la recherche de la réalité morale ? C'est cette hypothèse que nous examinerons dans cette thèse. / Released in 1932, The Two Sources of Morality and Religion (The two sources) is Henri Bergson's last major work. There are many works devoted to the confrontation of his moral and social philosophy with Émile Durkheim's sociology. But these works don't explore his "mobilism" in The two sources. Reality is mobile. This is a recurring idea in his work from his Time and Free Will: An Essay on the lmmediate Data of Consciousness (published in 1889) to The two sources, where he asserts that open morality is mobility. Mobilism is essential to his moral philosophy. From this perspective, we propose to determine Bergson's position regarding the debate on the science of morals aroused by the work of Lucien Lévy-Bruhl (1903), Ethics and Morale science (La morale et la science des mœurs) in the year 1900. In this work, Lévy-Bruhl, inspired by Auguste Comte and Durkheim, seeks to establish an objective science of moral reality (which he called "science of morals") by adopting the sociological method, but by removing the "theoretical ethics", which don't observe morale reality, such as theological, utilitarian and Kantian ethics. If we locate The two sources in this historical context, Bergson's moral philosophy might appear as the third stage of moral thought, in relation to the first stage (theoretical ethics) and the second stage (science of morals). If such is the case, this third stage might be called "mobilism", which advances the research of moral reality? This is the assumption that this dissertation is investigating.

Les Mathématiques non-commutatives sont un domaine en plein essor. L'idée de base consiste à remarquer qu'au lieu de décrire un espace donné comme étant un ensemble de points, on peut de manière équivalente le décrire par l'algèbre des fonctions définies sur cet espace. Cette algèbre est commutative. On remplace alors cette algèbre par une algèbre qui n'est plus forcément commutative et que l'on cherche à interpréter comme une algèbre de fonctions sur un « espace non-commutatif ». Les groupes quantiques sont un exemple de généralisation non-commutative de la notion de groupe. Il s'agit d'une C*-algèbre munie d'une comultiplication à valeur dans le produit tensoriel de l'algèbre avec elle-même. Les groupes quantiques ont été bien étudiés. Les groupes duaux sont similaires aux groupes quantiques, mais la comultiplication est cette fois-ci à valeur dans le produit libre, et non plus dans le produit tensoriel. Bien qu'ils aient été introduits dans les années 80, ils n'ont pas encore été vraiment étudiés. Le but de cette thèse est d'explorer les propriétés des groupes duaux, en se concentrant sur l'un d'entre eux – le groupe dual unitaire – et ce en utilisant les méthodes des probabilités non-commutatives (ou probabilités quantiques) / Noncommutative Mathematics are a very active domain. The idea underlying it is that instead of describing a space as a set of points, it is equivalent to describe it with the algebra of functions defined on said space. This algebra is commutative. Now we replace this algebra with an algebra that is not necessarily commutative any more and we want to interpret it as the algebra of functions defined on a « noncommutative space ». Quantum groups are an example of such a noncommutative generalization of the notion of group. They are C*-algebras equipped with a comultiplication that takes its values in the tensor product of the algebra with itself. Quantum groups are well-known and well studied. Nevertheless we can also define dual groups, which are similar to quantum groups, but the comultiplication takes now its values in the free product of the algebra with itself, instead of the tensor product. Though dual groups have been introduced in the 80s, they have not been much studied so far. The goal of this thesis is to study their properties, especially in the case of one particular dual group called the unitary dual group, by using methods from noncommutative probability (or quantum probability).

Submitted by Sandra Maria Neri Santiago (sandra.neri@ufpe.br) on 2016-04-15T18:46:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1379 bytes, checksum: ea56f4fcc6f0edcf0e7437b1ff2d434c (MD5) Dissertação_Tiago Aécio Grangeiro de Souza Barbosa Lima.pdf: 2215610 bytes, checksum: 8993869b89fc394d9e8171a017cfee6e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-15T18:46:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1379 bytes, checksum: ea56f4fcc6f0edcf0e7437b1ff2d434c (MD5) Dissertação_Tiago Aécio Grangeiro de Souza Barbosa Lima.pdf: 2215610 bytes, checksum: 8993869b89fc394d9e8171a017cfee6e (MD5) Previous issue date: 2010-07-23 / Neste trabalho investigamos o problema do caminhante aleatório unidimensional como modelo para encontrar que distribuição de probabilidades é a melhor estratégia a ser utilizada na busca por sítios-alvos aleatoriamente distribuídos, cuja localização é desconhecida, na situação em que o buscador tem informação limitada sobre sua vizinhança. Embora tal problema tenha surgido na década de 1960, uma nova motivação surgiu nos anos 1990 quando dados empíricos mostraram que várias espécies de animais, sob condições gerais (especialmente escassez de comida), não usam estratégias brownianas de busca, mas sim distribuições de Lévy. A principal diferença entre elas é que as distribuições de Lévy decaem muito mais lentamente com a distância (com cauda do tipo lei de potência no limite de longos passos), não obedecendo, portanto, ao Teorema do Limite Central, e apresentam propriedades interessantes, como fractalidade, superdifusão e autoafinidade. Estes experimentos, juntamente com conceitos evolucionistas, levantaram a suspeita de que tal escolha pode ter sido adotada por ser mais vantajosa para o buscador, uma idéia conhecida como Lévy Flight Foraging Hypothesis. Em nosso estudo, definimos a eficiência da busca e obtemos a sua expressão analítica para o modelo. Utilizamos métodos computacionais para comparar as eficiências associadas às distribuições de Lévy e duas outras dentre as mais citadas na literatura, a gama e a "stretched exponential", concluindo que a de Lévy representa a melhor estratégia. Finalmente, empregamos métodos variacionais de extremização e obtemos a equação de Euler do problema. / In this work we study the one-dimensional random walk problem as a model to find which probability distribution function (pdf) is the best strategy when looking for randomly istributed target sites whose locations are not known, when the searcher has only limited information about its vicinity. Although research on this problem dates back to the 1960’s, a new motivation arose in the 1990’s when empirical data showed that many animal species, under broad conditions (especially scarcity of food), do not use Brownian strategies when looking for food, but Lévy distributions instead. The main difference between them is that the Lévy distribution decay much slower with distance (with a power-law tail in the long-range limit), thereby not obeying the Central Limit Theorem, and present interesting properties, like fractality, superdiffusivityand self-affinity. These experiments, coupled with evolutionary concepts, lead to suspicions that this choice might have been adopted because it is more advantageous for the searcher, an idea now termed as the Lévy Flight Foraging Hypothesis. To study the problem, we define a search efficiency function and obtain its analytical expression for our model. We use computational methods to compare the efficiencies associated with the Lévy and two of the most cited pdfs in the literature, the stretched exponential and Gamma distributions, showing that Lévy is the best search strategy. Finally, we employ variational extremization methods to obtain the problem’s Euler equation.

Cette thèse porte sur l'alignement automatique d'un enregistrement audio avec la partition de musique correspondante. Nous adoptons une approche probabiliste et proposons une démarche théorique pour la modélisation algorithmique de ce problème d'alignement automatique. La question est de modéliser l'évolution temporelle des événements par des processus stochastiques. Notre démarche part d'une spécificité de l'alignement musical : une partition attribue à chaque événement une durée nominale, qui est une information a priori sur la durée probable d'occurrence de l'événement. La problématique qui nous occupe est celle de la modélisation probabiliste de cette information de durée. Nous définissons la notion de cohérence temporelle à travers plusieurs critères de cohérence que devrait respecter tout algorithme d'alignement musical. Ensuite, nous menons une démarche axiomatique autour du cas des modèles de semi-Markov cachés. Nous démontrons que ces critères sont respectés lorsque des conditions mathématiques particulières sont vérifiées par les lois a priori du modèle probabiliste de la partition. Ces conditions proviennent de deux domaines mathématiques jusqu'ici étrangers à la question de l'alignement : les processus de Lévy et la totale positivité d'ordre deux. De nouveaux résultats théoriques sont démontrés sur l'interrelation entre ces deux notions. En outre, les bienfaits pratiques de ces résultats théoriques sont démontrés expérimentalement sur des algorithmes d'alignement en temps réel. / This thesis deals with automatic alignment of audio recordings with corresponding music scores. We study algorithmic solutions for this problem in the framework of probabilistic models which represent hidden evolution on the music score as stochastic process. We begin this work by investigating theoretical foundations of the design of such models. To do so, we undertake an axiomatic approach which is based on an application peculiarity: music scores provide nominal duration for each event, which is a hint for the actual and unknown duration. Thus, modeling this specific temporal structure through stochastic processes is our main problematic. We define temporal coherency as compliance with such prior information and refine this abstract notion by stating two criteria of coherency. Focusing on hidden semi-Markov models, we demonstrate that coherency is guaranteed by specific mathematical conditions on the probabilistic design and that fulfilling these prescriptions significantly improves precision of alignment algorithms. Such conditions are derived by combining two fields of mathematics, Lévy processes and total positivity of order 2. This is why the second part of this work is a theoretical investigation which extends existing results in the related literature.

The overreaching goal of this paper is to investigate the existence and uniqueness of weak solution of a semilinear parabolic equation with double nonlocality in space and in time variables that naturally arises while modeling a biological nano-sensor in the chaotic dynamics of a polymer chain. In fact, the problem under consideration involves a symmetric integrodifferential operator of Lévy type and a term called the interaction potential, that depends on the time-integral of the solution over the entire interval of solving the problem. Owing to the Galerkin approximation, the existence and uniqueness of a weak solution of the nonlocal complement value problem is proven for small time under fair conditions on the interaction potential.

Nous présentons d’abord une introduction au sujet des marches aléatoires en milieux aléatoires. Nous nous penchons en particulier sur les phénomènes de ralentissement, et plus précisément sur la propriété de vieillissement qu’exhibent plusieurs de ces systèmes lorsque les paramètres sont tels qu’ils conduisent l’environnement aléatoire à produire fréquemment des « pièges », soient des structures qui retiennent la marche aléatoire dans la même région de l’environnement pour de longues durées de temps. Nous illustrons ces notions à l’aide de résultats connus pour deux modèles. Nous présentons par la suite une preuve pour une propriété de vieillissement dans le cas de la marche aléatoire biaisée sur les conductances aléatoires à queues lourdes dans la grille infinie hyper-cubique à d dimensions, qui est le sujet d’un article en attente de publication. / We first present an introduction to the topic of random walks on random environments (RWRE). In particular, we look at slow-down phenomena and, more specifically, ageing properties exhibited by multiple such systems when parameters are chosen such that the random environment frequently produces large “traps”: structures that hold up the progress of the random walk by keeping it in the same region of the environment for long periods of time. We illustrate these behaviours by presenting known results for two such models. We then present a proof for an ageing property in the case of the biased random walk on heavy-tailed random conductances in the infinite hyper-cubic lattice in d dimensions; this is the subject of a research article pending publication.

Cette thèse est consacrée à l'étude de modèles de Lévy exponentiels en finance, et en particulier : 1. aux propriétés de continuité de prix d'options en fonction des paramètres de processus de Lévy, 2. à la préservation de la propriété de Lévy lors du passage à une mesure martingale de f-divergence minimale, 3. à l'étude de modèles de type change-point, obtenus par recollement à un instant aléatoire de deux exponentielles de processus de Lévy. Pour l'étude de la continuité, on obtient d'abord des résultats de convergence pour les processus de Lévy sous les mesures martingales et on en déduit par la factorisation de Wiener-Hopf la convergence de nombreux prix d'options. On donne ensuite des résultats de continuité de prix sous différentes mesures martingales minimisant des f-divergences. Il a été remarqué que la préservation de la propriété de Lévy a lieu pour toute f-divergence dont la dérivée seconde est une fonction puissante. On montre que sous certaines conditions sur les paramètres des processus de Lévy, la préservation n'a lieu que pour des f-divergences classiques. La dualité entre maximisation d'utilité et minimisation de f-divergence nous permet alors d'obtenir une formule générale pour certaines stratégies optimales. Pour les modèles de type change-point, on décrit la forme des mesures martingales de f-divergence minimale en explicitant le lien avec les mesures minimales associés aux deux processus de Lévy sous-jacents. On donne également la forme de stratégies optimales liées à la maximisation d'utilité.

Cette thèse est consacrée à la théorie des fluctuations des processus de Lévy, discipline qui consiste à observer les trajectoires en se focalisant plus précisément sur les extrema locaux et globaux. L'outil central pour cela est la factorisation de Wiener-Hopf qui relie l'exposant du processus de Lévy aux exposants des deux fameux subordinateurs d'échelles (le premier décrit les maxima, le second les minima). Nous ``titillons'' la factorisation de \wh\ en l'inversant par Fourier et en exploitant son prolongement analytique. Cela nous permet de redémontrer divers résultats classiques (Théorèmes de Rogozin, de Bertoin, de Kesten-Erickson, loi forte des grands nombres) avec une méthode analytique simple. Par ce même chemin, nous aboutissons à un critère de ``reptation" basé uniquement sur la mesure de Lévy. Ce critère permet de reconnaitre les processus de Lévy qui, avec une probabilité non nulle, traverse chaque altitude continuement. Ce résultat répond à une question restée ouverte pendant près de 30 ans. Nous obtenons également un critère de reptation basé sur les lois marginales, un critère d'existence des points de croissance pour un processus rampant vers le haut et une condition pour que des exposants de subordinateurs apparaissent dans une factorisation de \wh. L'étude du subordinateur d'échelle bivarié nous renseigne sur le processus des suprema $S_t=\sup\{ X_s : s\leq t\}$ (où $X$ désigne notre processus de Lévy). Nous montrons que, moyennant la finitude d'un moment exponentiel, la loi de $S$ caractérise celle de $X$. Quand $X$ est à variation infinie, nous voyons que la limite inférieure de $\frac{S_t}{t}$, quand $t$ tend vers $0$ ou $+\infty$, vaut soit $0$ soit $+\infty$. Enfin, nous caractérisons des cas où $S$ est continu par morceau. Dans la dernière partie de cette thèse, nous étudions le relief des trajectoires, qualifiant d'abruptes celles qui ont des dérivées infinies à gauche et à droite des extrema locaux. Nous donnons une caractérisation des processus abrupts et étudions les dérivées de Dini le long de leurs trajectoires.