Proceedings of the 1st International Conference on Algebras, Graphs and Ordered Sets (ALGOS 2020)

International audienceOriginating in arithmetics and logic, the theory of ordered sets is now a field of combinatorics that is intimately linked to graph theory, universal algebra and multiple-valued logic, and that has a wide range of classical applications such as formal calculus, classification, decision aid and social choice.This international conference “Algebras, graphs and ordered set” (ALGOS) brings together specialists in the theory of graphs, relational structures and ordered sets, topics that are omnipresent in artificial intelligence and in knowledge discovery, and with concrete applications in biomedical sciences, security, social networks and e-learning systems. One of the goals of this event is to provide a common ground for mathematicians and computer scientists to meet, to present their latest results, and to discuss original applications in related scientific fields. On this basis, we hope for fruitful exchanges that can motivate multidisciplinary projects.The first edition of ALgebras, Graphs and Ordered Sets (ALGOS 2020) has a particular motivation, namely, an opportunity to honour Maurice Pouzet on his 75th birthday! For this reason, we have particularly welcomed submissions in areas related to Maurice’s many scientific interests:• Lattices and ordered sets• Combinatorics and graph theory• Set theory and theory of relations• Universal algebra and multiple valued logic• Applications: formal calculus, knowledge discovery, biomedical sciences, decision aid and social choice, security, social networks, web semantics..

Relational Structure Theory: A Localisation Theory for Algebraic Structures

This thesis extends a localisation theory for finite algebras to certain classes of infinite structures. Based on ideas and constructions originally stemming from Tame Congruence Theory, algebras are studied via local restrictions of their relational counterpart (Relational Structure Theory). In this respect, first those subsets are identified that are suitable for such a localisation process, i. e. that are compatible with the relational clone structure of the counterpart of an algebra. It is then studied which properties of the global algebra can be transferred to its localisations, called neighbourhoods. Thereafter, it is discussed how this process can be reversed, leading to the concept of covers. These are collections of neighbourhoods that allow information retrieval about the global structure from knowledge about the local restrictions. Subsequently, covers are characterised in terms of a decomposition equation, and connections to categorical equivalences of algebras are explored. In the second half of the thesis, a refinement concept for covers is introduced in order to find optimal, non-refinable covers, eventually leading to practical algorithms for their determination. Finally, the text establishes further theoretical foundations, e. g. several irreducibility notions, in order to ensure existence of non-refinable covers via an intrinsic characterisation, and to prove under some conditions that they are uniquely determined in a canonical sense. At last, the applicability of the developed techniques is demonstrated using two clear expository examples.:1 Introduction 2 Preliminaries and Notation 2.1 Functions, operations and relations 2.2 Algebras and relational structures 2.3 Clones 3 Relational Structure Theory 3.1 Finding suitable subsets for localisation 3.2 Neighbourhoods 3.3 The restricted algebra A|U 3.4 Covers 3.5 Refinement 3.6 Irreducibility notions 3.7 Intrinsic description of non-refinable covers 3.8 Elaborated example 4 Problems and Prospects for Future Research Acknowledgements Index of Notation Index of Terms BibliographyDiese Dissertation erweitert eine Lokalisierungstheorie für endliche Algebren auf gewisse Klassen unendlicher Strukturen. Basierend auf Ideen und Konstruktionen, die ursprünglich der Tame Congruence Theory entstammen, werden Algebren über lokale Einschränkungen ihres relationalen Gegenstücks untersucht (Relationale Strukturtheorie). In diesem Zusammenhang werden zunächst diejenigen Teilmengen identifiziert, welche für einen solchen Lokalisierungsprozeß geeignet sind, d. h., die mit der Relationenklonstruktur auf dem Gegenstück einer Algebra kompatibel sind. Es wird dann untersucht, welche Eigenschaften der globalen Algebra auf ihre Lokalisierungen, genannt Umgebungen, übertragen werden können. Nachfolgend wird diskutiert, wie dieser Vorgang umgekehrt werden kann, was zum Begriff der Überdeckungen führt. Dies sind Systeme von Umgebungen, welche die Rückgewinnung von Informationen über die globale Struktur aus Kenntnis ihrer lokalen Einschränkungen erlauben. Sodann werden Überdeckungen durch eine Zerlegungsgleichung charakterisiert und Bezüge zu kategoriellen Äquivalenzen von Algebren hergestellt. In der zweiten Hälfte der Arbeit wird ein Verfeinerungsbegriff für Überdeckungen eingeführt, um optimale, nichtverfeinerbare Überdeckungen zu finden, was letztlich zu praktischen Algorithmen zu ihrer Bestimmung führt. Schließlich erarbeitet der Text weitere theoretische Grundlagen, beispielsweise mehrere Irreduzibilitätsbegriffe, um die Existenz nichtverfeinerbarer Überdeckungen vermöge einer intrinsischen Charakterisierung sicherzustellen und, unter gewissen Bedingungen, zu beweisen, daß sie in kanonischer Weise eindeutig bestimmt sind. Schlußendlich wird die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden an zwei übersichtlichen Beispielen demonstriert.:1 Introduction 2 Preliminaries and Notation 2.1 Functions, operations and relations 2.2 Algebras and relational structures 2.3 Clones 3 Relational Structure Theory 3.1 Finding suitable subsets for localisation 3.2 Neighbourhoods 3.3 The restricted algebra A|U 3.4 Covers 3.5 Refinement 3.6 Irreducibility notions 3.7 Intrinsic description of non-refinable covers 3.8 Elaborated example 4 Problems and Prospects for Future Research Acknowledgements Index of Notation Index of Terms Bibliograph

Open Systems, Entanglement and Quantum Optics

The subject of this book is a presentation of some aspects of modern theory of open quantum systems. It introduces several up-to- date topics, such as detecting quantum entanglement, modeling of quantum noise, quantum communication processes, and computational complexity in the analysis of quantum operations. Also discussed are light propagation in optically dressed media, as well as entropy and information measure for quantized electromagnetic fields media. This book is intended for researchers and students interested in the theory of open quantum systems, quantum information theory and quantum systems interacting with electromagnetic fields

Module structure in certain algebras

For ages now, the literature has abounded with various graded algebras whose homogeneous components can be treated as modules for the general linear group (by algebra automorphisms) and the general linear Lie algebra (by derivations). Most of these algebras are relatively free (for example, polynomial algebras) but the exterior algebra of a vector space instances one which is not. This paper is an attempt to treat these algebras in a uniform manner, with particular emphasis on the module structure of their components. Aside from preliminaries, the thesis falls into three parts. The first gives an abstract definition of the relevant algebras; this involves a mild generalization of some concepts from Universal Algebra. The second introduces the two actions above, but treats them independently of each other. The final part brings the actions together by the process of Chevalley reduction; here, the components are treated as modules for certain distinguished subalgebras (first studied by J.E. Humphreys) of Kostant's algebra. It will be found that, roughly speaking, information regarding composition structure is quite definitive (and algorithmically computable). We also examine the problem of decomposing the components of particular algebras (notably, the free Lie and Special Jordan algebras) in finite characteristic

Impact of Symmetries in Graph Clustering

Diese Dissertation beschäftigt sich mit der durch die Automorphismusgruppe definierten Symmetrie von Graphen und wie sich diese auf eine Knotenpartition, als Ergebnis von Graphenclustering, auswirkt. Durch eine Analyse von nahezu 1700 Graphen aus verschiedenen Anwendungsbereichen kann gezeigt werden, dass mehr als 70 % dieser Graphen Symmetrien enthalten. Dies bildet einen Gegensatz zum kombinatorischen Beweis, der besagt, dass die Wahrscheinlichkeit eines zufälligen Graphen symmetrisch zu sein bei zunehmender Größe gegen Null geht. Das Ergebnis rechtfertigt damit die Wichtigkeit weiterer Untersuchungen, die auf mögliche Auswirkungen der Symmetrie eingehen. Bei der Analyse werden sowohl sehr kleine Graphen (10 000 000 Knoten/>25 000 000 Kanten) berücksichtigt. Weiterhin wird ein theoretisches Rahmenwerk geschaffen, das zum einen die detaillierte Quantifizierung von Graphensymmetrie erlaubt und zum anderen Stabilität von Knotenpartitionen hinsichtlich dieser Symmetrie formalisiert. Eine Partition der Knotenmenge, die durch die Aufteilung in disjunkte Teilmengen definiert ist, wird dann als stabil angesehen, wenn keine Knoten symmetriebedingt von der einen in die andere Teilmenge abgebildet werden und dadurch die Partition verändert wird. Zudem wird definiert, wie eine mögliche Zerlegbarkeit der Automorphismusgruppe in unabhängige Untergruppen als lokale Symmetrie interpretiert werden kann, die dann nur Auswirkungen auf einen bestimmten Bereich des Graphen hat. Um die Auswirkungen der Symmetrie auf den gesamten Graphen und auf Partitionen zu quantifizieren, wird außerdem eine Entropiedefinition präsentiert, die sich an der Analyse dynamischer Systeme orientiert. Alle Definitionen sind allgemein und können daher für beliebige Graphen angewandt werden. Teilweise ist sogar eine Anwendbarkeit für beliebige Clusteranalysen gegeben, solange deren Ergebnis in einer Partition resultiert und sich eine Symmetrierelation auf den Datenpunkten als Permutationsgruppe angeben lässt. Um nun die tatsächliche Auswirkung von Symmetrie auf Graphenclustering zu untersuchen wird eine zweite Analyse durchgeführt. Diese kommt zum Ergebnis, dass von 629 untersuchten symmetrischen Graphen 72 eine instabile Partition haben. Für die Analyse werden die Definitionen des theoretischen Rahmenwerks verwendet. Es wird außerdem festgestellt, dass die Lokalität der Symmetrie eines Graphen maßgeblich beeinflusst, ob dessen Partition stabil ist oder nicht. Eine hohe Lokalität resultiert meist in einer stabilen Partition und eine stabile Partition impliziert meist eine hohe Lokalität. Bevor die obigen Ergebnisse beschrieben und definiert werden, wird eine umfassende Einführung in die verschiedenen benötigten Grundlagen gegeben. Diese umfasst die formalen Definitionen von Graphen und statistischen Graphmodellen, Partitionen, endlichen Permutationsgruppen, Graphenclustering und Algorithmen dafür, sowie von Entropie. Ein separates Kapitel widmet sich ausführlich der Graphensymmetrie, die durch eine endliche Permutationsgruppe, der Automorphismusgruppe, beschrieben wird. Außerdem werden Algorithmen vorgestellt, die die Symmetrie von Graphen ermitteln können und, teilweise, auch das damit eng verwandte Graphisomorphie Problem lösen. Am Beispiel von Graphenclustering gibt die Dissertation damit Einblicke in mögliche Auswirkungen von Symmetrie in der Datenanalyse, die so in der Literatur bisher wenig bis keine Beachtung fanden