Automated planning is a branch of AI that addresses the problem of generating a course of action to achieve a specified objective, given an initial state of the world. It is an area that is central to the development of intelligent agents and autonomous robots. In the last decade, automated planning has seen significant progress in terms of scalability, much of it achieved by the development of heuristic search approaches. Many of these advances, are only immediately applicable to so-called classical planning tasks. However, there are compelling applications of planning that are non-classical. An example is the problem of web service composition, in which the objective is to automatically compose web artifacts to achieve the objective of a human user. In doing so, not only the hard goals but also the \emph{preferences} of the user---which are usually not considered in the classical model---must be considered. % Also, the automated composition %should deal with abstract representations of the web %artifacts---which may also not adjust to the classical model. In this thesis we show that many of the most successful advances in classical planning can be leveraged for solving compelling non-classical problems. In particular, we focus on the following non-classical planning problems: planning with temporally extended goals; planning with rich, temporally extended preferences; planning with procedural control, and planning with procedural programs that can sense the environment. We show that to efficiently solve these problems we can use a common approach: reformulation. For each of these planning tasks, we propose a reformulation algorithm that generates another, arguably simpler instance. Then, if necessary, we adapt existing techniques to make the reformulated instance solvable efficiently. In particular, we show that both the problems of planning with temporally extended goals and with procedural control can be mapped into classical planning. Planning with rich user preferences, even after reformulation, cannot be mapped into classical planning and thus we develop specialized heuristics, based on existing heuristics, together with a branch-and-bound algorithm. Finally, for the problem of planning with programs that sense, we show that under certain conditions programs can be reduced to simple operators, enabling the use of a variety of existing planners. In all cases, we show experimentally that the reformulated problems can be solved effectively by either existing planners or by our adapted planners, outperforming previous approaches.

Automated planning is a branch of AI that addresses the problem of generating a course of action to achieve a specified objective, given an initial state of the world. It is an area that is central to the development of intelligent agents and autonomous robots. In the last decade, automated planning has seen significant progress in terms of scalability, much of it achieved by the development of heuristic search approaches. Many of these advances, are only immediately applicable to so-called classical planning tasks. However, there are compelling applications of planning that are non-classical. An example is the problem of web service composition, in which the objective is to automatically compose web artifacts to achieve the objective of a human user. In doing so, not only the hard goals but also the \emph{preferences} of the user---which are usually not considered in the classical model---must be considered. % Also, the automated composition %should deal with abstract representations of the web %artifacts---which may also not adjust to the classical model. In this thesis we show that many of the most successful advances in classical planning can be leveraged for solving compelling non-classical problems. In particular, we focus on the following non-classical planning problems: planning with temporally extended goals; planning with rich, temporally extended preferences; planning with procedural control, and planning with procedural programs that can sense the environment. We show that to efficiently solve these problems we can use a common approach: reformulation. For each of these planning tasks, we propose a reformulation algorithm that generates another, arguably simpler instance. Then, if necessary, we adapt existing techniques to make the reformulated instance solvable efficiently. In particular, we show that both the problems of planning with temporally extended goals and with procedural control can be mapped into classical planning. Planning with rich user preferences, even after reformulation, cannot be mapped into classical planning and thus we develop specialized heuristics, based on existing heuristics, together with a branch-and-bound algorithm. Finally, for the problem of planning with programs that sense, we show that under certain conditions programs can be reduced to simple operators, enabling the use of a variety of existing planners. In all cases, we show experimentally that the reformulated problems can be solved effectively by either existing planners or by our adapted planners, outperforming previous approaches.

Contracts are legally enforceable agreements between two or more parties. The agreements can contain temporally based conditions, such as actions taken by the contract parties or events that happen, that trigger changes to the state of the contract when the conditions become true. Since the structure of these conditions can be very complex, it can be difficult to write contracts in a natural language in a clear and unambiguous way. A better approach is to have a formal language with a precise semantics to represent contracts. Contracts expressed in such a language have a mathematically precise meaning and can be written, analyzed, and manipulated by software. This thesis presents FCL, a formal language with a precise semantics for writing general contracts that may depend on temporally based conditions. Motivated by carefully selected examples of contracts, we derive a set of desirable requirements that a formal language of contracts should support. Based on the requirements, we clearly de ne the notion of contract and address what it means to fulfill or breach a contract. We present the formal syntax and semantics of FCL. We also successfully formalize different kinds of contracts in FCL and develop a reasoning system for FCL. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Temporally developing direct numerical simulations (T-DNS) are performed and validated for bypass transition of a zero pressure gradient flat plate boundary layer to understand the interplay between pressure-strain terms and flow instability mechanisms, and to propose and validate a phenomenological hypothesis for the identification of a robust transition onset marker for use in transition-sensitive Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) computational fluid dynamics (CFD) simulations. Results show that transition initiates at a location where the slow pressure-strain term becomes more dominant than the rapid term in the pre-transitional boundary layer region. The slow pressure strain term is responsible for the transfer of turbulence energy from the streamwise component to other components while the rapid pressure strain term counteracts with the slow term in the pre-transitional regime before transition onset akin to a shear sheltering like effect. The relative magnitudes of the slow and rapid terms thus provide a basis for the development of physically meaningful large-scale parameters that can be used as a transition onset marker for Reynolds averaged Navier-Stokes RANS simulations.

Gas chromatography (GC) is an analytical chemistry tool used to determine the chemical composition of a gas sample by separating sample analytes as they travel through a GC column. Recent efforts have been made to understand and control gas chromatography separations with a negative thermal gradient on the column. The present work presents results from thermal gradient GC separations on two GC columns in different configurations (serpentine and radial) in a stainless-steel plate. Methods to fabricate the GC systems capable of isothermal, temperature programmed and thermal gradient separations are presented. Isothermal experimental data from the serpentine column were used to fit retention and dispersion parameters in a transport model that simulates GC separation for hydrocarbons C12-C14. Transport model simulated retention times and peak widths matched experimental values well for isothermal, temperature programmed and thermal gradient separations. The validated transport model was used to study the effect of static (not varying temporally) thermal gradients on GC separations with varying injection widths, injection band shapes and stationary phase thickness. Resolution results from different heating conditions were considered comparable if retention times for each analyte were within 5%. An optimal, static thermal gradient is shown to reduce analyte band spreading from axially-varying velocity gradients with resolution improvements over isothermal separations of up to 8% for analytes with similar retention factors. Static thermal gradients have a larger effect on fronting peak shape than tailing peak shape. Stationary phase distribution acts similar to a velocity gradient and can be corrected by a thermal gradient. Another transport model was created from isothermal experimental data on a commercial column for hydrocarbons C12-C20. An optimal, static thermal gradient does not improve resolution for all analyte pairs. An optimal, dynamic (varying tempo-rally) thermal gradient is created by uniformly increasing the temperature on an optimal, static thermal gradient. Improvements in resolution of up to 20% are achievable over temperature programmed GC separation. A dynamic thermal gradient can also correct for a poor sample injection by creating a temperature trap at the beginning of the column.

Modelle werden eingesetzt, um Menge und Herkunft der Stoffeinträge auf Flussgebietsebene zu analysieren. Aus den Ergebnissen der Modellierung lassen sich Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Gewässergüte ableiten. Für die Interpretation der Modellergebnisse sind Kenntnisse über die Genauigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse notwendig. Das Modell MONERIS als konzeptionelles Modell für die Anwendung auf Flussgebietsebene wurde innerhalb der vorliegenden Arbeit in 5 europäischen Flusseinzugsgebieten angewandt. Sowohl mit verschiedenen Ansätzen aufbereitete Abflusswerte als auch unterschiedlich hoch aufgelöste Eingangsdaten führten bei der Modellierung zu Änderungen der berechneten Einträge und Frachten. Gezeigt wird, dass mit MONERIS sowohl mittlere Eintrags- und Frachtwerte für eine Periode von mehreren Jahren, als auch Werte für Einzeljahre berechnet werden können. Der Vergleich mit aus Konzentrations- und Abflussmessungen im Gewässer abgeleiteten Frachten wies Abweichungen von <30% auf. Bei der Modellierung von Einzeljahren konnten insbesondere die Jahre mit mittleren Niederschlagsbedingungen gut abgebildet werden. In Jahren mit hohen oder geringen Niederschlägen oder einer außergewöhnlichen Niederschlagsverteilung traten dagegen, bedingt durch die Kalibrierung der meisten Modellkoeffizienten für mittlere Abflussbedingungen von Perioden, Unter- oder Überschätzungen der gemessenen Frachten auf. Monatliche Einträge und Frachten wurden ebenfalls modelliert. Der Vergleich mit Messwerten zeigte hohe Abweichungen, sodass MONERIS für eine monatliche Berechnung noch weiterentwickelt werden muss. Dies betrifft vor allem die Genauigkeit der als Eingangsdaten verwendeten Abflüsse und der Abflusskomponenten sowie den in den Modellversionen vor 2008 verwendeten Retentionsansatz. Auch die räumliche Modellauflösung wurde untersucht und festgestellt, dass eine Modellierung mit MONERIS bis zu einer Auflösung von 1km² problemlos möglich ist. Die Schnittpunkte von Stoffeintragsmodellen mit Modellen aus der Siedlungswasserwirtschaft wurden durch einen Vergleich von MONERIS mit dem Modell STORM in einem stark urban geprägten Einzugsgebiet ermittelt. Obwohl die Unterschiede in den Modellansätzen deutlich wurden, konnte gezeigt werden, dass eine Ergänzung der beiden Modelltypen wünschenswert wäre. Abschließend wird ein neuer Ansatz für die Frachtberechnung aus Abfluss- und Konzentrationsmessungen vorgestellt, durch den die Genauigkeit der berechneten Jahresfrachten bei geringer Anzahl von Messwerten gegenüber etablierten Ansätzen erhöht werden kann. Da die aus Messwerten berechneten Frachten für die Modellkalibrierung und Validierung benötigt werden, kann so auch die Stoffeintragsmodellierung positiv beeinflusst werden. / Different models were used to analyse and calculate the amount and origin of the nutrient inputs into riverbasins. Recommended follow-up action can be derived from the model results to improve the river water quality. The interpretation of the modelling results requires the knowledge of the accurateness and the significance of the results. For the investigations, the MONERIS model as a conceptual model was applied in five European river catchments. Different approaches for data preparation as well as a different input data were resulting in a large variation of the calculated nutrient inputs and loads. It was shown, that the MONERIS model is applicable to calculate inputs and loads for periods of several years as well as for one year. In comparison with measured loads mean deviations less than 30% were found. Looking at a yearly timestep, the nutrient inputs and loads in years with mean precipitation conditions were well reproduced. Years with high or low precipitation tends to result in overor underestimation of the nutrient inputs and loads, caused by the calibration of the model coefficients for mean runoff conditions. Monthly inputs and loads were calculated with MONERIS for the first time. The comparison with measured loads shows high deviations. Model improvements have to bee made regarding runoff input values (and runoff components) and retention approach (in the model version before 2008). Furthermore the spatial model resolution was investigated. It could be shown, that the MONERIS model is applicable until a resolution of 1sq.km. In a further application, MONERIS was compared with the urban stormwater management model STORM. Even though there were differences in model approaches, it could be shown a relation between the models for a comprehensive consideration of the calculation of nutrient contamination. Subsequent, a new runoff reduced approach for load calculation based on measurements of runoff and concentrations is presented. This approach allows the calculation of yearly loads with higher precision compared with well-established approaches, if only a low number of concentration measurement is available. The loads calculated from runoff and concentration measurements were important for calibration and validation of nutrient input models and can help to improve there results.

La evaluación de las experiencias extendidas en el tiempo se puede hacer de muchas formas. El paradigma --hedometer' en economía sugiere que la evaluación global de la experiencia se puede explicar por las impresiones de satisfacción durante la experiencia. Hay una creciente evidencia empírica sobre una simple ley de Pico-Final. Se ha demostrado que el Pico (la impresión mas extrema) y el Final (la ultima impresión) pueden explicar la evaluación global de la experiencia sin tener en cuenta las demás impresiones. Presento pruebas empíricas de la ley de Pico-Final utilizando datos recolectados en estudios de campo en aulas universitarias y en estudios de laboratorio con imágenes afectivas, e investigo, además, la capacidad de esta ley de explicar la intensidad del estado de animo posterior a la experiencia. Revelo, utilizando una novedosa tarea de estimación intuitiva, las opiniones de las personas sobre la composición de las evaluaciones globales de las experiencias. Finalmente, demuestro las condiciones que dificultan el aprendizaje de la ley Pico-Final, lo que explica porque las personas creen que sus evaluaciones globales representan el promedio de todas las impresiones sin excepción. / There are different ways of evaluating experiences lived across time. The --hedometer' paradigm in economics suggests that momentary impressions determine overall evaluations of experiences. There is a mounting empirical evidence for a simple Peak-End rule. Peak (the most extreme) and End (the very last) impressions have been shown to explain overall evaluations without the need to account for other impressions. I test the Peak-End rule using field data from university classrooms and lab data from image-viewing experiments, as well as explore its ability to predict post-experience mood valence. I elicit, using a novel guessing task, lay intuitions about overall evaluations of experiences. Finally, I demonstrate why decision-makers may find it difficult to learn the Peak-End rule and believe rather, that overall evaluations reflect average impressions.

Modelle werden eingesetzt, um Menge und Herkunft der Stoffeinträge auf Flussgebietsebene zu analysieren. Aus den Ergebnissen der Modellierung lassen sich Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Gewässergüte ableiten. Für die Interpretation der Modellergebnisse sind Kenntnisse über die Genauigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse notwendig. Das Modell MONERIS als konzeptionelles Modell für die Anwendung auf Flussgebietsebene wurde innerhalb der vorliegenden Arbeit in 5 europäischen Flusseinzugsgebieten angewandt. Sowohl mit verschiedenen Ansätzen aufbereitete Abflusswerte als auch unterschiedlich hoch aufgelöste Eingangsdaten führten bei der Modellierung zu Änderungen der berechneten Einträge und Frachten. Gezeigt wird, dass mit MONERIS sowohl mittlere Eintrags- und Frachtwerte für eine Periode von mehreren Jahren, als auch Werte für Einzeljahre berechnet werden können. Der Vergleich mit aus Konzentrations- und Abflussmessungen im Gewässer abgeleiteten Frachten wies Abweichungen von <30% auf. Bei der Modellierung von Einzeljahren konnten insbesondere die Jahre mit mittleren Niederschlagsbedingungen gut abgebildet werden. In Jahren mit hohen oder geringen Niederschlägen oder einer außergewöhnlichen Niederschlagsverteilung traten dagegen, bedingt durch die Kalibrierung der meisten Modellkoeffizienten für mittlere Abflussbedingungen von Perioden, Unter- oder Überschätzungen der gemessenen Frachten auf. Monatliche Einträge und Frachten wurden ebenfalls modelliert. Der Vergleich mit Messwerten zeigte hohe Abweichungen, sodass MONERIS für eine monatliche Berechnung noch weiterentwickelt werden muss. Dies betrifft vor allem die Genauigkeit der als Eingangsdaten verwendeten Abflüsse und der Abflusskomponenten sowie den in den Modellversionen vor 2008 verwendeten Retentionsansatz. Auch die räumliche Modellauflösung wurde untersucht und festgestellt, dass eine Modellierung mit MONERIS bis zu einer Auflösung von 1km² problemlos möglich ist. Die Schnittpunkte von Stoffeintragsmodellen mit Modellen aus der Siedlungswasserwirtschaft wurden durch einen Vergleich von MONERIS mit dem Modell STORM in einem stark urban geprägten Einzugsgebiet ermittelt. Obwohl die Unterschiede in den Modellansätzen deutlich wurden, konnte gezeigt werden, dass eine Ergänzung der beiden Modelltypen wünschenswert wäre. Abschließend wird ein neuer Ansatz für die Frachtberechnung aus Abfluss- und Konzentrationsmessungen vorgestellt, durch den die Genauigkeit der berechneten Jahresfrachten bei geringer Anzahl von Messwerten gegenüber etablierten Ansätzen erhöht werden kann. Da die aus Messwerten berechneten Frachten für die Modellkalibrierung und Validierung benötigt werden, kann so auch die Stoffeintragsmodellierung positiv beeinflusst werden. / Different models were used to analyse and calculate the amount and origin of the nutrient inputs into riverbasins. Recommended follow-up action can be derived from the model results to improve the river water quality. The interpretation of the modelling results requires the knowledge of the accurateness and the significance of the results. For the investigations, the MONERIS model as a conceptual model was applied in five European river catchments. Different approaches for data preparation as well as a different input data were resulting in a large variation of the calculated nutrient inputs and loads. It was shown, that the MONERIS model is applicable to calculate inputs and loads for periods of several years as well as for one year. In comparison with measured loads mean deviations less than 30% were found. Looking at a yearly timestep, the nutrient inputs and loads in years with mean precipitation conditions were well reproduced. Years with high or low precipitation tends to result in overor underestimation of the nutrient inputs and loads, caused by the calibration of the model coefficients for mean runoff conditions. Monthly inputs and loads were calculated with MONERIS for the first time. The comparison with measured loads shows high deviations. Model improvements have to bee made regarding runoff input values (and runoff components) and retention approach (in the model version before 2008). Furthermore the spatial model resolution was investigated. It could be shown, that the MONERIS model is applicable until a resolution of 1sq.km. In a further application, MONERIS was compared with the urban stormwater management model STORM. Even though there were differences in model approaches, it could be shown a relation between the models for a comprehensive consideration of the calculation of nutrient contamination. Subsequent, a new runoff reduced approach for load calculation based on measurements of runoff and concentrations is presented. This approach allows the calculation of yearly loads with higher precision compared with well-established approaches, if only a low number of concentration measurement is available. The loads calculated from runoff and concentration measurements were important for calibration and validation of nutrient input models and can help to improve there results.

Pour respecter les droits d’auteur, la version électronique de ce mémoire a été dépouillée d'un document visuel. La version intégrale du mémoire a été déposée au Service de la gestion des documents et des archives de l'Université de Montréal. / L'action interactive avec le numérique est quotidienne. Toutefois, peu de réflexions sur le sujet mettent en avant l'importance de la trace dans cette relation qui nous lie à la machine. Une expérience interactive engendre souvent une trace et c'est à partir de cet élément capital que nous réfléchissons, dans ce mémoire, sur la relation entretenue avec notre environnement numérique interactif. La trace est alors comprise comme une nouvelle approche épistémologique des arts numériques interactifs. Penser le numérique comme immatériel suppose une quasi-inexistence de la trace présente au sein d'une oeuvre numérique, impliquant une mystification. Tout au long de cette recherche, notre objectif est donc de redonner une matérialité à la trace, afin qu'elle puisse s'intégrer dans notre paysage que l'on dit matériel. C'est l’oeuvre Pulse Room (2006) de Rafael Lozano-Hemmer qui va nous permettre de constater les ambivalences et les convergences qui existent dans l'approche d'une société informatisée face à la machine numérique, et de saisir la manière dont nous évaluons la trace qui est laissée dernière chacune de nos prestations numériques. C'est uniquement au moment où la trace numérique intégrera une certaine matérialité que nous serons capables de nous considérer en tant qu'objet de réflexion, de distinguer la manière dont nous nous comportons face à cet environnement et d'apprendre à être critiques. / The interactive action with the digital is daily. However, few thoughts on the subject highlight the importance of the trace in this relationship which links us to the machine. Often, an interactive experience generates a trace and it is from this important element that we are thinking, in this master’s thesis, on the relationship with our interactive digital environment. The trace is then understood as a new epistemological approach to interactive digital arts. To think the digital as immaterial generates an almost non-existent of the trace within a digital work, involving a mystification. Throughout this research, our goal is to give back materiality to this trace, so that it can fit into our landscape called material. The work Pulse Room (2006) by Rafael Lozano-Hemmer will enable us to reflect on the ambivalences and convergences that exists in the approach of a computerized society in front of the digital machine, and understand how we evaluate the trace that is left behind each of our digital performances. It's only when the digital trace will incorporate a certain materiality, that we will be able to see ourselves as an object of reflection, to discern how we behave facing this environment and learn to be critical.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die selektive Funktionalisierung von Siliziumoxidnanostrukturen auf alkyl-passivierten Siliziumoberflächen welche durch rasterkraftmikroskopisch induzierte lokale anodische Oxidation (LAO) erzeugt werden. Bei der gezielten Immobilisierung von funktionalen Molekülen auf den Strukturen werden zwei verschiedene Routen verfolgt – Anbindung von ionischen Farbstoffen über elektrostatische Wechselwirkungen sowie stufenweise kovalente chemische Anbindung von bi-funktionalen Verbindermolekülen und Farbstoffen. Eine Untersuchung der hergestellten funktionalen Strukturen erfolgt mittels Rasterkraftmikroskopie, Raster-Kelvin-Mikroskopie sowie zeitaufgelöster Fluoreszenzmikroskopie und-spektroskopie. Durch zwei unabhängige Methoden kann gezeigt werden dass die Ladungen im lokalen Oxide vergleichsweise stabil sind und die elektrostatische Anbindung somit auch noch nach Tagen möglich sein sollte. Das Verhalten der elektrostatisch angebundenen Farbstoffe hängt stark von deren Art ab. Während es bei Rhodamin 6G nur zu einer minimalen spektralen Änderung im Vergleich zur Lösung kommt so zeigen spermin-funktionalisierte Perylenbisimidfarbstoffe eine deutliche H-Aggregation und Ausbildung von Excimerzuständen. Diese Zustände sind eindeutig thermisch aktiviert und zeigen eine wesentlich höhere Aktivierungsenergie als bei allen anderen bisher untersuchten Perylenaggregaten sowie eine Hysterese bei Temperaturveränderung. Die physikalische Ursache für dieses Phänomen liegt allem Anschein nach in der elektrostatischen Anbindung selbst welche ein instabiles Gleichgewicht mit der Wechselwirkung der Moleküle untereinander bildet. Eine geordnete kovalente Anbindung von funktionalen Silanmolekülen an die mittels LAO erzeugten Strukturen erfordert sehr definierte Prozessparameter. Die spektroskopische Untersuchung von an die funktionalen Silane chemisch angebundenen Fluoresceinfarbstoffen lässt indirekte Schlüsse auf deren Belegungsdichte und damit die Qualität der Silanmonolage zu.