Academic literature on the topic 'Exponentielle de matrice'

International audience We investigate the combinatorics and geometry of permutation polytopes associated to cyclic permutation groups, i.e., the convex hulls of cyclic groups of permutation matrices. In the situation that the generator of the group consists of at most two orbits, we can give a complete combinatorial description of the associated permutation polytope. In the case of three orbits the facet structure is already quite complex. For a large class of examples we show that there exist exponentially many facets. Nous ètudions les propriètès combinatoires et gèomètriques des polytopes de permutations pour des groupes cycliques. C'est à dire, donnè un groupe cyclique de matrices de permutations, nous considèrons son enveloppe convexe. Si le gènèrateur du groupe possède un ou deux orbites il y a une dèscription simple du polytope. Par contre, le cas de trois (ou plus) orbites est beaucoup plus compliquè. Pour une classe ample d'examples nous construisons un nombre exponentiel de faces de co-dimension un.

International audience We study the growth rate of the hard squares lattice gas, equivalent to the number of independent sets on the square lattice, and two related models — non-attacking kings and read-write isolated memory. We use an assortment of techniques from combinatorics, statistical mechanics and linear algebra to prove upper bounds on these growth rates. We start from Calkin and Wilf’s transfer matrix eigenvalue bound, then bound that with the Collatz-Wielandt formula from linear algebra. To obtain an approximate eigenvector, we use an ansatz from Baxter’s corner transfer matrix formalism, optimised with Nishino and Okunishi’s corner transfer matrix renormalisation group method. This results in an upper bound algorithm which no longer requires exponential memory and so is much faster to calculate than a direct evaluation of the Calkin-Wilf bound. Furthermore, it is extremely parallelisable and so allows us to make dramatic improvements to the previous best known upper bounds. In all cases we reduce the gap between upper and lower bounds by 4-6 orders of magnitude. Nous étudions le taux de croissance du système de particules dur sur un réseau carré. Ce taux est équivalent au nombre d’ensembles indépendants sur le réseau carré. Nous étudions également deux modèles qui lui sont reliés : les rois non-attaquants et la mémoire isolée d’écriture-réécriture. Nous utilisons techniques diverses issues de la combinatoire, de la mécanique statistique et de l’algèbre linéaire pour prouver des bornes supérieures sur ces taux de croissances. Nous partons de la borne de Calkin et Wilf sur les valeurs propres des matrices de transfert, que nous bornons à l’aide de la formule de Collatz-Wielandt issue de l’algèbre linéaire. Pour obtenir une valeur approchée d’un vecteur propre, nous utilisons un ansatz du formalisme de Baxter sur les matrices de transfert de coin, que nous optimisons avec la méthode de Nishino et Okunishi qui exploite ces matrices. Il en résulte un algorithme pour calculer la borne supérieure qui n’est plus exponentiel en mémoire et est ainsi beaucoup plus rapide qu’une évaluation directe de la borne de Calkin-Wilf. De plus, cet algorithme est extrêmement parallélisable et permet ainsi une nette amélioration des meilleurs bornes supérieures existantes. Dans tous les cas l’écart entre les bornes supérieures et inférieures s’en trouve réduit de 4 à 6 ordres de grandeur.

Cette thèse se rattache à l'algèbre linéaire formelle. Elle est composée de deux parties: la première, consacrée à l'étude des formes normales de matrices, constitue un ensemble d'outils utilisés dans la seconde qui, pour sa part, présente des méthodes matricielles de résolution de deux types de systèmes différentiels: les systèmes différentiels à coefficients constants et les systèmes différentiels ayant un point singulier régulier isolé. Dans la première partie, nous avons étudié, implémentés dans le système de calcul formel AXIOM, et comparés tant de manière théorique qu'expérimentale des algorithmes de calcul de diverses formes normales (Frobenius, Smith, Jordan) de matrices à coefficients rationnels. Dans la seconde, nous avons montré quels sont les avantages et les inconvénients de l'utilisation de ces algorithmes pour trois applications: le calcul de l'exponentielle d'une matrice, la résolution d'équations matricielles et la résolution matricielle de systèmes différentiels ayant une singularité régulière isolée. En particulier, nous avons abordé le problème épineux de la manipulation des nombres algébriques apparaissant nécessairement lorsque l'on calcule formellement, la forme de Jordan d'une matrice à coefficients rationnels

Ce travail étudie la loi gaussienne inverse sur un cône symétrique irréductible. La première partie est consacrée à une caractérisation de cette loi utilisant les fractions continues sur une algèbre de Jordan. On donne deux versions de ce résultat : la première étudie le cas du cône des matrices réelles symétriques définies positives. Dans la deuxième version, on considère un cône symétrique irréductible. La technique de démonstration de la première est celle des lagrangiens réels, et n'est pas généralisable à la deuxième version, dont la démonstration utilise, elle, des identités algébriques relativement compliquées sur les cônes symétriques. Dans la deuxième partie, on considère le cas du cône de révolution et on donne une deuxième démonstration de la caractérisation précédente utilisant les algèbres de Clifford. Dans la troisième partie, on calcule la fonction variance d'une famille exponentielle construite à partir de la loi gaussienne inverse sur le cône des matrices réelles symétriques définies positives et on constate qu'elle n'est pas quadratique en dimension supérieure à un. On présente ensuite une extension d'un résultat de M. Mora qui montre que les lois de Wishart forment un système reproductif comme le faisaient les lois gamma en dimension un, mais qu'il n'en va pas de même pour les lois gaussiennes inverses en dimension supérieure à un.

L'objectif de ce travail était d'établir un lien entre la rétention globale des arômes par l'amidon et produits dérivés et la nature des interactions physico-chimiques mises en jeu entre les composés d'arôme et ces polyosides. La méthode de variation du rapport de phases (PRV), essentiellement utilisée dans le domaine de l'environnement, a été adaptée à la mesure de la rétention de composés d'arôme dans des solutions de maltodextrines et de b-cyclodextrine, lors de traitements thermiques. La méthode de dilution exponentielle a permis de mesurer la rétention de composés d'arôme dans les empois d'amidon de maïs et de pomme de terre. La difraction des rayons X et l'AED ont permis de déterminer la nature des interactions arômes-amidon

La solution analytique du probleme de valeur initiale pour un systeme lineaire autonome d'equations differentielles ordinaires s'exprime comme une exponentielle de matrice appliquee a la condition initiale. Cette these etudie le calcul parallele du vecteur solution w(t) = exp(ta)v lorsque a est creuse et de grande taille. On s'interesse donc a l'action de l'operateur exponentiel sur un vecteur sans former la matrice exp(ta) qui est pleine quoique a soit creuse. Nous adoptons l'approche qui a ete recemment etudiee par gallopoulos et saad et qui consiste a projeter le grand probleme de depart sur un sous espace de krylov de dimension reduite. Nous considerons le cas ou a est le generateur infinitesimal d'un processus de markov ce qui entraine des contraintes probabilistes sur le vecteur w(t) a respecter. Des comparaisons a d'autres algorithmes sont effectuees sur un supercalculateur cray c90. Nous proposons ensuite une methode permettant de calculer a moindre cout une combinaison lineaire des composantes de w(t) et nous montrons que les techniques de sous espaces peuvent aussi etre utilisees pour l'obtention du vecteur cumulatif l(t) - #t#ow()d ainsi que pour le calcul d'une combinaison lineaire de ses coefficients. Nous etudions la parallelisation et nous presentons des resultats issus d'une implementation sur la machine multiprocesseur paragon d'intel

Dans les applications modernes des statistiques et de l'apprentissage, il est courant que les données récoltées présentent un certain nombre d'imperfections. En particulier, les données sont souvent hétérogènes, c'est-à-dires qu'elles contiennent à la fois des informations quantitatives et qualitatives, incomplètes, lorsque certaines informations sont inaccessibles ou corrompues, et multi-sources, c'est-à-dire qu'elles résultent de l'agrégation de plusieurs jeux de données indépendant. Dans cette thèse, nous développons plusieurs méthodes pour l'analyse de données hétérogènes, incomplètes et multi-source. Nous nous attachons à étudier tous les aspects de ces méthodes, en fournissant des études théoriques précises, ainsi que des implémentations disponibles au public, et des évaluations empiriques. En particulier, nous considérons en détail deux applications issues de l'écologie pour la première et de la médecine pour la seconde<br>In modern applications of statistics and machine learning, one often encounters many data imperfections. In particular, data are often heterogeneous, i.e. combine quantitative and qualitative information, incomplete, with missing values caused by machine failure or nonresponse phenomenons, and multi-source, when the data result from the compounding of diverse sources. In this dissertation, we develop several methods for the analysis of multi-source, heterogeneous and incomplete data. We provide a complete framework, and study all the aspects of the different methods, with thorough theoretical studies, open source implementations, and empirical evaluations. We study in details two particular applications from ecology and medical sciences

On étudie la décomposition de matrice de Hankel comme une somme des matrices de Hankel de rang faible en corrélation avec la décomposition de son symbole σ comme une somme des séries exponentielles polynomiales. On présente un nouvel algorithme qui calcule la décomposition d’un opérateur de Hankel de petit rang et sa décomposition de son symbole en exploitant les propriétés de l’algèbre quotient de Gorenstein . La base de est calculée à partir la décomposition en valeurs singuliers d’une sous-matrice de matrice de Hankel . Les fréquences et les poids se déduisent des vecteurs propres généralisés des sous matrices de Hankel déplacés de . On présente une formule pour calculer les poids en fonction des vecteurs propres généralisés au lieu de résoudre un système de Vandermonde. Cette nouvelle méthode est une généralisation de Pencil méthode déjà utilisée pour résoudre un problème de décomposition de type de Prony. On analyse son comportement numérique en présence des moments contaminés et on décrit une technique de redimensionnement qui améliore la qualité numérique des fréquences d’une grande amplitude. On présente une nouvelle technique de Newton qui converge localement vers la matrice de Hankel de rang faible la plus proche au matrice initiale et on montre son effet à corriger les erreurs sur les moments. On étudie la décomposition d’un tenseur multi-symétrique T comme une somme des puissances de produit des formes linéaires en corrélation avec la décomposition de son dual comme une somme pondérée des évaluations. On utilise les propriétés de l’algèbre de Gorenstein associée pour calculer la décomposition de son dual qui est définie à partir d’une série formelle τ. On utilise la décomposition d’un opérateur de Hankel de rang faible associé au symbole τ comme une somme des opérateurs indécomposables de rang faible. La base d’ est choisie de façon que la multiplication par certains variables soit possible. On calcule les coordonnées des points et leurs poids correspondants à partir la structure propre des matrices de multiplication. Ce nouvel algorithme qu’on propose marche bien pour les matrices de Hankel de rang faible. On propose une approche théorique de la méthode dans un espace de dimension n. On donne un exemple numérique de la décomposition d’un tenseur multilinéaire de rang 3 en dimension 3 et un autre exemple de la décomposition d’un tenseur multi-symétrique de rang 3 en dimension 3. On étudie le problème de complétion de matrice de Hankel comme un problème de minimisation. On utilise la relaxation du problème basé sur la minimisation de la norme nucléaire de la matrice de Hankel. On adapte le SVT algorithme pour le cas d’une matrice de Hankel et on calcule l’opérateur linéaire qui décrit les contraintes du problème de minimisation de norme nucléaire. On montre l’utilité du problème de décomposition à dissocier un modèle statistique ou biologique<br>We study the decomposition of a multivariate Hankel matrix as a sum of Hankel matrices of small rank in correlation with the decomposition of its symbol σ as a sum of polynomialexponential series. We present a new algorithm to compute the low rank decomposition of the Hankel operator and the decomposition of its symbol exploiting the properties of the associated Artinian Gorenstein quotient algebra . A basis of is computed from the Singular Value Decomposition of a sub-matrix of the Hankel matrix . The frequencies and the weights are deduced from the generalized eigenvectors of pencils of shifted sub-matrices of Explicit formula for the weights in terms of the eigenvectors avoid us to solve a Vandermonde system. This new method is a multivariate generalization of the so-called Pencil method for solving Pronytype decomposition problems. We analyse its numerical behaviour in the presence of noisy input moments, and describe a rescaling technique which improves the numerical quality of the reconstruction for frequencies of high amplitudes. We also present a new Newton iteration, which converges locally to the closest multivariate Hankel matrix of low rank and show its impact for correcting errors on input moments. We study the decomposition of a multi-symmetric tensor T as a sum of powers of product of linear forms in correlation with the decomposition of its dual as a weighted sum of evaluations. We use the properties of the associated Artinian Gorenstein Algebra to compute the decomposition of its dual which is defined via a formal power series τ. We use the low rank decomposition of the Hankel operator associated to the symbol τ into a sum of indecomposable operators of low rank. A basis of is chosen such that the multiplication by some variables is possible. We compute the sub-coordinates of the evaluation points and their weights using the eigen-structure of multiplication matrices. The new algorithm that we propose works for small rank. We give a theoretical generalized approach of the method in n dimensional space. We show a numerical example of the decomposition of a multi-linear tensor of rank 3 in 3 dimensional space. We show a numerical example of the decomposition of a multi-symmetric tensor of rank 3 in 3 dimensional space. We study the completion problem of the low rank Hankel matrix as a minimization problem. We use the relaxation of it as a minimization problem of the nuclear norm of Hankel matrix. We adapt the SVT algorithm to the case of Hankel matrix and we compute the linear operator which describes the constraints of the problem and its adjoint. We try to show the utility of the decomposition algorithm in some applications such that the LDA model and the ODF model

En analyse multivariée de données de grande dimension, les lois de Wishart définies dans le contexte des modèles graphiques revêtent une grande importance car elles procurent parcimonie et modularité. Dans le contexte des modèles graphiques Gaussiens régis par un graphe G, les lois de Wishart peuvent être définies sur deux restrictions alternatives du cône des matrices symétriques définies positives : le cône PG des matrices symétriques définies positives x satisfaisant xij=0, pour tous sommets i et j non adjacents, et son cône dual QG. Dans cette thèse, nous proposons une construction harmonieuse de familles exponentielles de lois de Wishart sur les cônes PG et QG. Elle se focalise sur les modèles graphiques d'interactions des plus proches voisins qui présentent l'avantage d'être relativement simples tout en incluant des exemples de tous les cas particuliers intéressants: le cas univarié, un cas d'un cône symétrique, un cas d'un cône homogène non symétrique, et une infinité de cas de cônes non-homogènes. Notre méthode, simple, se fonde sur l'analyse sur les cônes convexes. Les lois de Wishart sur QAn sont définies à travers la fonction gamma sur QAn et les lois de Wishart sur PAn sont définies comme la famille de Diaconis- Ylvisaker conjuguée. Ensuite, les méthodes développées sont utilisées pour résoudre la conjecture de Letac- Massam sur l'ensemble des paramètres de la loi de Wishart sur QAn. Cette thèse étudie aussi les sousmodèles, paramétrés par un segment dans M, d'une famille exponentielle paramétrée par le domaine des moyennes M<br>In the framework of Gaussian graphical models governed by a graph G, Wishart distributions can be defined on two alternative restrictions of the cone of symmetric positive definite matrices: the cone PG of symmetric positive definite matrices x satisfying xij=0 for all non-adjacent vertices i and j and its dual cone QG. In this thesis, we provide a harmonious construction of Wishart exponential families in graphical models. Our simple method is based on analysis on convex cones. The focus is on nearest neighbours interactions graphical models, governed by a graph An, which have the advantage of being relatively simple while including all particular cases of interest such as the univariate case, a symmetric cone case, a nonsymmetric homogeneous cone case and an infinite number of non-homogeneous cone cases. The Wishart distributions on QAn are constructed as the exponential family generated from the gamma function on QAn. The Wishart distributions on PAn are then constructed as the Diaconis- Ylvisaker conjugate family for the exponential family of Wishart distributions on QAn. The developed methods are then used to solve the Letac-Massam Conjecture on the set of parameters of type I Wishart distributions on QAn. Finally, we introduce and study exponential families of distributions parametrized by a segment of means with an emphasis on their Fisher information. The focus in on distributions with matrix parameters. The particular cases of Gaussian and Wishart exponential families are further examined

<p>I detta tvärvetenskapliga arbete studeras från den matematiska sidan tre klassiska populationsmodeller: Malthus tillväxtmodell, Verhulsts logistiska modell och Lotka-Volterras jägarebytesmodell. De klassiska modellerna jämförs med stokastiska. De stokastiska modeller som studeras är födelsedödsprocesser och deras diffusionsapproximation. Jämförelse görs med medelvärdesbildade simuleringar.</p><p>Det krävs många simuleringar för att kunna genomföra jämförelserna. Dessa simuleringar måste utföras i datormiljö och det är här den datalogiska aspekten av arbetet kommer in. Modellerna och deras resultathantering har implementerats i både MatLab och i C, för att kunna möjliggöra en undersökning om skillnaderna i tidsåtgången mellan de båda språken, under genomförandet av ovan nämnda jämförelser. Försök till tidsoptimering utförs och även användarvänligheten under implementeringen av de matematiska problemen i de båda språken behandlas.</p><p>Följande matematiska slutsatser har dragits, att de medelvärdesbildade lösningarna inte alltid sammanfaller med de klassiska modellerna när de simuleras på stora tidsintervall. I den logistiska modellen samt i Lotka-Volterras modell dör förr eller senare de stokastiska simuleringarna ut när tiden går mot oändligheten, medan deras deterministiska representation lever vidare. I den exponentiella modellen sammanfaller medelvärdet av de stokastiska simuleringarna med den deterministiska lösningen, dock blir spridningen stor för de stokastiska simuleringarna när de utförs på stora tidsintervall.</p><p>Datalogiska slutsatser som har dragits är att när det kommer till att implementera få modeller, samt resultatbearbetning av dessa, som ska användas upprepade gånger, är C det bäst lämpade språket då det visat sig vara betydligt snabbare under exekvering än vad MatLab är. Dock måste hänsyn tas till alla de svårigheter som implementeringen i C drar med sig. Dessa svårigheter kan till stor del undvikas om implementeringen istället sker i MatLab, då det därmed finns tillgång till en uppsjö av väl lämpade funktioner och färdiga matematiska lösningar.</p><br><p>In this interdisciplinary study, three classic population models will be studied from a mathematical view: Malthus’ growth, Verhulst’s logistic model and Lotka-Volterra’s model for hunter and prey. The classic models are being compared to the stochastic ones. The stochastic models studied are the birthdeath processes and their diffusion approximation. Comparisons are made by averaging simulations.</p><p>It requires numerous simulations to carry out the comparisons. The simulations must be carried out on a computer and this is where the computer science emerges to the project. The models, along with the handling of the results, have been implemented in both Mat- Lab and in C in order to allow a comparison between the two languages whilst executing the above mentioned study. Attempts to time optimization and an evaluation concerning the user-friendliness regarding the implementation of mathematical problems will be performed.</p><p>Mathematic conclusions, which have been drawn, are that the averaging solutions do not always coincide with the traditional models when they are being simulated over large time. In the logistic model and in Lotka-Volterra’s model the stochastic simulations will sooner or later die when the time is moving towards infinity, whilst their deterministic representation keeps on living. In the exponential model, the mean values of the stochastic simulations and of the deterministic solution coincide. There is, however, a large spread for the stochastic simulations when they are carried out over a large time.</p><p>Computer scientific conclusions drawn from the study includes that when it comes to implementing a few models, along with the handling of the results, to be used repeatedly, C is the most appropriate language as it proved to be significantly faster during execution. However, all of the difficulties during the implementation of mathematical problems in C must be kept in mind. These difficulties can be avoided if the implementation instead takes place in MatLab, where a numerous of mathematical functions and solutions will be available.</p>

<p>I detta tvärvetenskapliga arbete studeras från den matematiska sidan tre klassiska populationsmodeller: Malthus tillväxtmodell, Verhulsts logistiska modell och Lotka-Volterras jägarebytesmodell. De klassiska modellerna jämförs med stokastiska. De stokastiska modeller som studeras är födelsedödsprocesser och deras diffusionsapproximation. Jämförelse görs med medelvärdesbildade simuleringar.</p><p>Det krävs många simuleringar för att kunna genomföra jämförelserna. Dessa simuleringar måste utföras i datormiljö och det är här den datalogiska aspekten av arbetet kommer in. Modellerna och deras resultathantering har implementerats i både MatLab och i C, för att kunna möjliggöra en undersökning om skillnaderna i tidsåtgången mellan de båda språken, under genomförandet av ovan nämnda jämförelser. Försök till tidsoptimering utförs och även användarvänligheten under implementeringen av de matematiska problemen i de båda språken behandlas.</p><p>Följande matematiska slutsatser har dragits, att de medelvärdesbildade lösningarna inte alltid sammanfaller med de klassiska modellerna när de simuleras på stora tidsintervall. I den logistiska modellen samt i Lotka-Volterras modell dör förr eller senare de stokastiska simuleringarna ut när tiden går mot oändligheten, medan deras deterministiska representation lever vidare. I den exponentiella modellen sammanfaller medelvärdet av de stokastiska simuleringarna med den deterministiska lösningen, dock blir spridningen stor för de stokastiska simuleringarna när de utförs på stora tidsintervall.</p><p>Datalogiska slutsatser som har dragits är att när det kommer till att implementera få modeller, samt resultatbearbetning av dessa, som ska användas upprepade gånger, är C det bäst lämpade språket då det visat sig vara betydligt snabbare under exekvering än vad MatLab är. Dock måste hänsyn tas till alla de svårigheter som implementeringen i C drar med sig. Dessa svårigheter kan till stor del undvikas om implementeringen istället sker i MatLab, då det därmed finns tillgång till en uppsjö av väl lämpade funktioner och färdiga matematiska lösningar.</p><br><p>In this interdisciplinary study, three classic population models will be studied from a mathematical view: Malthus’ growth, Verhulst’s logistic model and Lotka-Volterra’s model for hunter and prey. The classic models are being compared to the stochastic ones. The stochastic models studied are the birthdeath processes and their diffusion approximation. Comparisons are made by averaging simulations.</p><p>It requires numerous simulations to carry out the comparisons. The simulations must be carried out on a computer and this is where the computer science emerges to the project. The models, along with the handling of the results, have been implemented in both MatLab and in C in order to allow a comparison between the two languages whilst executing the above mentioned study. Attempts to time optimization and an evaluation concerning the user-friendliness regarding the implementation of mathematical problems will be performed.</p><p>Mathematic conclusions, which have been drawn, are that the averaging solutions do not always coincide with the traditional models when they are being simulated over large time. In the logistic model and in Lotka-Volterra’s model the stochastic simulations will sooner or later die when the time is moving towards infinity, whilst their deterministic representation keeps on living. In the exponential model, the mean values of the stochastic simulations and of the deterministic solution coincide. There is, however, a large spread for the stochastic simulations when they are carried out over a large time.</p><p>Computer scientific conclusions drawn from the study includes that when it comes to implementing a few models, along with the handling of the results, to be used repeatedly, C is the most appropriate language as it proved to be significantly faster during execution. However, all of the difficulties during the implementation of mathematical problems in C must be kept in mind. These difficulties can be avoided if the implementation instead takes place in MatLab, where a numerous of mathematical functions and solutions will be available.</p>