Providing Information by Resource- Constrained Data Analysis

The Collaborative Research Center SFB 876 (Providing Information by Resource-Constrained Data Analysis) brings together the research fields of data analysis (Data Mining, Knowledge Discovery in Data Bases, Machine Learning, Statistics) and embedded systems and enhances their methods such that information from distributed, dynamic masses of data becomes available anytime and anywhere. The research center approaches these problems with new algorithms respecting the resource constraints in the different scenarios. This Technical Report presents the work of the members of the integrated graduate school

Modeling and Forecasting of Realized Covariance Matrices of Asset Returns using State-Space Models

This thesis comprises three self-contained essays on the modeling and prediction of realized covariance matrices of asset returns using state-space models

Algorithmic and Technical Improvements for Next Generation Drug Design Software Tools

[eng] The pharmaceutical industry is actively looking for new ways of boosting the efficiency and effectiveness of their R&D programmes. The extensive use of computational modeling tools in the drug discovery pipeline (DDP) is having a positive impact on research performance, since in silico experiments are usually faster and cheaper that their real counterparts. The lead identification step is a very sensitive point in the DDP. In this context, Virtual high-throughput screening techniques (VHTS) work as a filtering mecha-nism that benefits the following stages by reducing the number of compounds to be tested experimentally. Unfortunately the simplifications applied in the VHTS docking software make them prone generate false positives and negatives. These errors spread across the rest of the DDP stages, and have a negative impact in terms of financial and time costs. In the Electronic and Atomic Protein Modelling group (Barcelona Supercomputing Center, Life Sciences department), we have developed the Protein Energy Landscape Exploration (PELE) software. PELE has demonstrated to be a good alternative to explore the conformational space of proteins and perform ligand-protein docking simulations. In this thesis we discuss how to turn PELE into a faster and more efficient tool by improving its technical and algorithmic features, so that it can be eventually used in VHTS protocols. Besides, we have addressed the difficulties of analyzing extensive data associated with massive simulation production. First, we have rewritten the software using C++ and modern software engineering techniques. As a consequence, our code base is now well organized and tested. PELE has become a piece of software which is easier to modify, understand, and extend. It is also more robust and reliable. The rewriting the code has helped us to overcome some of its previous technical limitations, such as the restrictions on the size of the systems. Also, it has allowed us to extend PELE with new solvent models, force fields, and types of biomolecules. Moreover, the rewriting has make it possible to adapt the code in order to take advantage of new parallel architectures and accelerators obtaining promising speedup results. Second, we have improved the way PELE handles protein flexibility by im-plemented and internal coordinate Normal Mode Analysis (icNMA) method. This method is able to produce more energy favorable perturbations than the current Anisotropic Network Model (ANM) based strategy. This has allowed us to eliminate the unneeded relaxation phase of PELE. As a consequence, the overall computational performance of the sampling is significantly improved (-5-7x). The new internal coordinates-based methodology is able to capture the flexibility of the backbone better than the old method and is in closer agreement to molecular dynamics than the ANM-based method

Ab-initio study of the dielectric response of high-permittivity perovskites for energy storage

Des facteurs fondamentaux pour la performance de matériaux à haute permittivité basés sur des pérovskites sont étudiés par des techniques ab-initio. L anomalie diélectrique géante à 0K des pérovskites est investiguée aux niveaux Hartree-Fock, Théorie de la Fonctionnelle de la Densité et méthodes hybrides, en termes de la stabilité thermodynamique des phases, des contributions structurales et vibrationnelles et des charges effectives de Born. Le mode mou actif en infra-rouge est responsable par l anomalie et des méthodes hybrides sont nécessaires pour reproduire les données expérimentales. L évolution de l instabilité ferroélectrique dans les pérovskites ABO3 avec la substitution de l ion A est reliée de façon systématique aux rayons ioniques ainsi qu aux degrés d hybridation dans les liaisons pour des tantalates, niobates et titanates.Ab-initio techniques are used to investigate key factors influencing the dielectric performance of high permittivity materials based on perovskites. The pressure-induced giant dielectric anomaly at 0K of ABO3 perovskites is investigated at the Hartree-Fock, density-functional theory and hybrid levels. Its mechanism is analyzed in terms of thermodynamic phase stability, structural and phonon contributions and Born effective charges. It is shown that the IR-active soft phonon is responsible for the anomaly and the use of hybrid functionals is required for agreement with experimental data. The evolution of the ferroelectric instability in ABO3 perovskites with substitution of the ion in the A site is systematically investigated for tantalates, niobates and titanates and correlated with the ionic radii as well as the degree of hybridization in the bonds.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Méthodes scalables de commande par allocation pour le convertisseur modulaire multiniveaux : de la modélisation à l'implémentation temps réel

Dans le cadre de la montée en puissance des convertisseurs statiques, les différents avantages qu’il y a à utiliser les Convertisseurs Modulaires Multiniveaux (MMC) ont mené à leur popularisation. Cependant, à mesure que le nombre de niveaux de tension et le nombre de phase augmentent, ces convertisseurs présentent un nombre de plus en plus important de degrés de liberté pour en effectuer la commande. Ainsi les MMC représentent un défi pour la commande car le nombre de variables de commande est alors supérieur aux contraintes à satisfaire, faisant d’eux des systèmes redondants ou encore sous-déterminés ce qui ouvre la voie de l’optimisation. D’abord apparues dans les années 1980 dans l’aéronautique pour tirer profit de la multiplicité des surfaces aérodynamiques et des redondances associées que présente un avion afin d’en contrôler sa trajectoire (volets, ailerons, gouvernes…), les méthodes de commande par allocation ont fait leurs preuves en étant progressivement appliquées dans différents domaines technologiques. En parallèle ces algorithmes ont fait l’objet de travaux pour améliorer les performances obtenues et notamment s’adapter aux systèmes commandés. Le sujet de la thèse concerne donc le développement et l’implémentation en temps réel de méthodes de commande par allocation, avec un souci d’optimisation en ligne, pour un système de conversion d’énergie à base de MMC. La première partie de la thèse portent sur la modélisation du convertisseur MMC en vue de sa commande à partir de méthodes d’allocation. Ce qui implique le développement de différents modèles de commande avec différents niveaux de détails et de complexité. Un résultat fort issu de cette première partie est un modèle de commande dont la complexité n’est plus influencée par le nombre de phases du système électrique considéré. La deuxième étape des travaux concerne le développement d’une nouvelle méthode d’allocation qui met à profit les avantages des méthodes présentes dans l’état de l’art pour en concevoir une nouvelle plus adaptée. Ainsi cette démarche a conduit à la programmation d’un nouvel algorithme d’allocation présentant des caractéristiques dynamiques et statiques réglables et adaptables simplement, son intégration aux méthodes déjà existantes est aisée et presque immédiat. La troisième étape des travaux combine les travaux précédents. Tout d’abord en simulation, la méthode de commande par allocation du convertisseur est programmée puis testée pour finalement être validée. Pour la commande différentes architectures sont conçues permettant de réaliser des comparatifs afin d’évaluer leur capacité à atteindre les performances requises pour le bon fonctionnement du système. Il en découle une analyse des différents algorithmes de commande proposés. Le résultat principal de cette partie est la conception d’un nouvel algorithme d’allocation permettant de contrôler les tensions aux bornes des condensateurs ainsi que les tous les courants du convertisseur dans chacune des branches et ce indépendamment du nombre de phases. La quatrième étape porte sur la validation expérimentale des méthodes développées. Pour se faire, le convertisseur MMC disponible au laboratoire LAPLACE est utilisé ainsi qu’un ensemble d’outils de prototypage rapide (OPAL-RT) permettant de tester et mettre au point les algorithmes de façon sûre et efficace. La cinquième partie des travaux concerne l’extension, hors de la zone de fonctionnement nominale du convertisseur, des algorithmes de commande développés. En effet une ouverture est proposée mettant en exergue les capacités des méthodes d’allocation à reconfigurer le fonctionnement du MMC lorsqu’un défaut apparait dans l’un des sous-modules. Les résultats obtenus en simulation montrent une amélioration de la disponibilité du convertisseur, c’est-à-dire une continuité de fonctionnement en présence de défauts ce qui justifie l’intérêt de poursuivre les travaux dans cette direction

Statistical model identification : dynamical processes and large-scale networks in systems biology

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2014von Robert Johann Flassi

Generalized averaged Gaussian quadrature and applications

A simple numerical method for constructing the optimal generalized averaged Gaussian quadrature formulas will be presented. These formulas exist in many cases in which real positive GaussKronrod formulas do not exist, and can be used as an adequate alternative in order to estimate the error of a Gaussian rule. We also investigate the conditions under which the optimal averaged Gaussian quadrature formulas and their truncated variants are internal

MS FT-2-2 7 Orthogonal polynomials and quadrature: Theory, computation, and applications

Quadrature rules find many applications in science and engineering. Their analysis is a classical area of applied mathematics and continues to attract considerable attention. This seminar brings together speakers with expertise in a large variety of quadrature rules. It is the aim of the seminar to provide an overview of recent developments in the analysis of quadrature rules. The computation of error estimates and novel applications also are described