828 research outputs found

    Cumulative subject index volumes 44–47

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    The quotient in preorder theories

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    Seeking the largest solution to an expression of the form Ax 64 B is a common task in several domains of engineering and computer science. This largest solution is commonly called quotient. Across domains, the meanings of the binary operation and the preorder are quite different, yet the syntax for computing the largest solution is remarkably similar. This paper is about finding a common framework to reason about quotients. We only assume we operate on a preorder endowed with an abstract monotonic multiplication and an involution. We provide a condition, called admissibility, which guarantees the existence of the quotient, and which yields its closed form. We call preordered heaps those structures satisfying the admissibility condition. We show that many existing theories in computer science are preordered heaps, and we are thus able to derive a quotient for them, subsuming existing solutions when available in the literature. We introduce the concept of sieved heaps to deal with structures which are given over multiple domains of definition. We show that sieved heaps also have well-defined quotients

    On model checking data-independent systems with arrays without reset

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    A system is data-independent with respect to a data type X iff the operations it can perform on values of type X are restricted to just equality testing. The system may also store, input and output values of type X. We study model checking of systems which are data-independent with respect to two distinct type variables X and Y, and may in addition use arrays with indices from X and values from Y . Our main interest is the following parameterised model-checking problem: whether a given program satisfies a given temporal-logic formula for all non-empty nite instances of X and Y . Initially, we consider instead the abstraction where X and Y are infinite and where partial functions with finite domains are used to model arrays. Using a translation to data-independent systems without arrays, we show that the u-calculus model-checking problem is decidable for these systems. From this result, we can deduce properties of all systems with finite instances of X and Y . We show that there is a procedure for the above parameterised model-checking problem of the universal fragment of the u-calculus, such that it always terminates but may give false negatives. We also deduce that the parameterised model-checking problem of the universal disjunction-free fragment of the u-calculus is decidable. Practical motivations for model checking data-independent systems with arrays include verification of memory and cache systems, where X is the type of memory addresses, and Y the type of storable values. As an example we verify a fault-tolerant memory interface over a set of unreliable memories.Comment: Appeared in Theory and Practice of Logic Programming, vol. 4, no. 5&6, 200

    The Quotient in Preorder Theories

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    Seeking the largest solution to an expression of the form A x <= B is a common task in several domains of engineering and computer science. This largest solution is commonly called quotient. Across domains, the meanings of the binary operation and the preorder are quite different, yet the syntax for computing the largest solution is remarkably similar. This paper is about finding a common framework to reason about quotients. We only assume we operate on a preorder endowed with an abstract monotonic multiplication and an involution. We provide a condition, called admissibility, which guarantees the existence of the quotient, and which yields its closed form. We call preordered heaps those structures satisfying the admissibility condition. We show that many existing theories in computer science are preordered heaps, and we are thus able to derive a quotient for them, subsuming existing solutions when available in the literature. We introduce the concept of sieved heaps to deal with structures which are given over multiple domains of definition. We show that sieved heaps also have well-defined quotients.Comment: In Proceedings GandALF 2020, arXiv:2009.0936

    Multiplex Networks Structure and Dynamics

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    Los estudios tradicionales en teoría de redes complejas, en general, representan la interacción entre dos elementos del sistema a través de un solo enlace. Esta representación resulta ser una simplificación excesiva en la mayoría de los casos de interés práctico y puede llevar a resultados y conclusiones engañosas. Esto se debe a que la mayoría de los sistemas reales poseen una estructura multicapa, ya que en una gran cantidad de casos de estudio reales existen muchos tipos distintos de interacción entre los constituyentes del sistema. Por ejemplo, un sistema de transporte está constituido por múltiples modos de viajes; un sistema biológico incluye múltiples canales de señalización que operan en paralelo; finalmente, una red social está constituida por múltiples tipos de relaciones distintas (de trabajo, de amistad, de parentesco, etc.) que operan vía distintos modos de comunicación en paralelo (en línea, o desconectados). Para representar de manera apropiada estos sistemas, años atrás se introdujo la noción de redes multiplex en campos tan distintos como la ingeniería y la sociología, al mismo tiempo que los instrumentos analíticos desarrollados para describirlas y analizarlas fueron muy escasos. Esta escasez se debía fundamentalmente a un aspecto: aunque muchas características y métricas de las redes tradicionales (de una sola capa) están bien definidas en la teoría tradicional de redes complejas, resulta muy desafiante generalizarlas al caso de redes multicapa, incluso para aquellas que son más simples. El interés por nuevos desarrollos teóricos para es estudio en profundidad de las redes multiplex, por lo tanto, ha ido creciendo sólo en los últimos años, gracias sobre todo a la gran cantidad de datos disponibles sobre sistemas reales que necesitan de una representación multicapa si se quieren describir y entender en profundidad. En esta Tesis desarrollamos un lenguaje matemático formal para representar la redes multiplex en términos de la teoría algébrica de grafos. En particular, introducimos la noción de matriz de supra-adyacencia como generalización de la matriz de adyacencia definida en el caso de una red de una sola capa. Así mismo definimos el supra-Laplaciano de una red multiplex como generalización del Laplaciano. También, se propone una representación agregada de una red multiplex a través de la noción de grafo cociente. Esto permite asociar a la red multiplex original, un grafo de una sola capa en el cual se agregan los distintos tipos de interacciones presentes. Por un lado, a través de este procedimiento se introduce una manera bien definida de agregar capas, y por otro, también permite definir otra red, formada por las capas, que contiene toda la información relativa a la interacción entre las mismas. La importancia de las nuevas definiciones radica en que, gracias a ellas, podemos utilizar algunos teoremas y resultados de teoría espectral de grafos y sus respectivos cocientes para estudiar propiedades espectrales de redes múltiplex y su representación agregada. Finalmente, también introducimos la noción de matriz de caminos asociados a una red multiplex. En una red de una sola capa un camino es una sucesión de nodos adyacentes. En una red multiplex pueden existir distintas nociones de caminos dependiendo de la manera en que se quieran tratar los enlaces entre capas. Dada una noción de camino, a esta resultará asociada una matriz de caminos. Una vez desarrollado el lenguaje formal apto a describir una red multicapa, afrontamos el problema de la generalización de algunas medidas estructurales. En particular tratamos el caso del coeficiente de agrupamiento (tanto local como global) y la centralidad de un subgrafo. Aunque ya existían en la literatura algunas propuestas de generalización del coeficiente de agrupamiento, la mayoría de estas resultaban ser definiciones ad hoc con respecto a casos de estudios particulares, o directamente mal definidas. Las distintas medidas que proponemos en estas tesis son muy generales, bien normalizadas y se reducen a la tradicional medida de coeficiente de agrupamiento para redes de una sola capa cuando el número de capas es uno. En cuanto a la centralidad de subgrafos, utilizamos este caso particular para demonstrar la utilidad de construir sobre nociones básicas (como es la de camino) a la hora de generalizar medidas estructurales.\\ Por otro lado, mucha información respecto a la organización estructural de una red (ya sea multicapa o de una sola capa) está codificada en el espectro de la matriz de adyacencia a ella asociada así como en el del Laplaciano. Por esta razón, estudiamos las propiedades espectrales tanto de la matriz de supra-adyacencia como del supra-Laplaciano. En particular, con respecto a la matriz de supra-adyacencia, estudiamos su autovalor máximo. Éste resulta de interés ya que está en la base de medidas topológicas como la entropía de ensemble de los caminos, así como del estudio de las propiedades críticas de algunos procesos dinámicos. Por ejemplo, el valor crítico del parámetro de difusión en un modelo de propagación epidemias depende del autovalor máximo de la matriz de adyacencia. Para el estudio de este autovalor utilizamos técnicas perturbativas. Podemos definir una capa que llamamos dominante, que será aquella que tenga el mayor autovalor máximo de la matriz de adyacencia asociada a la misma. El autovalor máximo de la matriz de supra-adyacencia resulta ser igual al autovalor máximo de la capa dominante al primer orden perturbativo. Además, la corrección de segundo orden es dependiente de las correlaciones entre nodos que representan el mismo objecto en distintas capas distintas. Adicionalmente, aprovechando los resultados conocidos que relacionan el espectro de un grafo cociente con aquel de su grafo padre, estudiamos el espectro de una red multicapa a partir de su representación agregada. En particular, demostramos que los autovalores del Laplaciano de la red de capas son un subconjunto de los autovalores del supra-Laplaciano de la red multicapa, cuando todos los nodos participan en todos las capas. Este resultado nos permite estudiar la conectividad algébrica de la red multicapa, o sea el primer autovalor no-nulo y obtener algunos resultados tanto exactos como perturbativos sobre este. En concreto, las transiciones estructurales en redes multicapa son de gran interés. En esta tesis presentamos una teoría de estas transiciones que se deriva por completo de la noción de grafo cociente. Finalmente, presentamos un modelo de contagio social y estudiamos la existencia de estados meta-estables macroscópicos en los cuales una fracción finita de nodos resultan contagiados. La existencia de una capa dominante hace que sea esta la que determine el valor crítico del contagio, definido como el valor de este parámetro a partir del cual existe un estado macroscopico de la infección (también para las capas no-dominantes). Este resultado se derivada utilizando el método perturbativo para calcular el autovalor máximo de la matriz de supra-adyacencia. Simulaciones numéricas del modelo confirman los resultados analíticos. Para terminar, en el presente trabajo exponemos nuestras conclusiones a manera de resumen por un lado, y por otra, discutiendo cuáles son los aspectos que a nuestro criterio, podrían ser de interés para futuras investigaciones en este tema

    From Simple to Complex and Ultra-complex Systems:\ud A Paradigm Shift Towards Non-Abelian Systems Dynamics

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    Atoms, molecules, organisms distinguish layers of reality because of the causal links that govern their behavior, both horizontally (atom-atom, molecule-molecule, organism-organism) and vertically (atom-molecule-organism). This is the first intuition of the theory of levels. Even if the further development of the theory will require imposing a number of qualifications to this initial intuition, the idea of a series of entities organized on different levels of complexity will prove correct. Living systems as well as social systems and the human mind present features remarkably different from those characterizing non-living, simple physical and chemical systems. We propose that super-complexity requires at least four different categorical frameworks, provided by the theories of levels of reality, chronotopoids, (generalized) interactions, and anticipation
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