Fast gradient descent for drifting least squares regression, with application to bandits

Online learning algorithms require to often recompute least squares regression estimates of parameters. We study improving the computational complexity of such algorithms by using stochastic gradient descent (SGD) type schemes in place of classic regression solvers. We show that SGD schemes efficiently track the true solutions of the regression problems, even in the presence of a drift. This finding coupled with an $O(d)$ improvement in complexity, where $d$ is the dimension of the data, make them attractive for implementation in the big data settings. In the case when strong convexity in the regression problem is guaranteed, we provide bounds on the error both in expectation and high probability (the latter is often needed to provide theoretical guarantees for higher level algorithms), despite the drifting least squares solution. As an example of this case we prove that the regret performance of an SGD version of the PEGE linear bandit algorithm [Rusmevichientong and Tsitsiklis 2010] is worse that that of PEGE itself only by a factor of $O(\log^4 n)$. When strong convexity of the regression problem cannot be guaranteed, we investigate using an adaptive regularisation. We make an empirical study of an adaptively regularised, SGD version of LinUCB [Li et al. 2010] in a news article recommendation application, which uses the large scale news recommendation dataset from Yahoo! front page. These experiments show a large gain in computational complexity, with a consistently low tracking error and click-through-rate (CTR) performance that is $75\%$ close

Review of the Synergies Between Computational Modeling and Experimental Characterization of Materials Across Length Scales

With the increasing interplay between experimental and computational approaches at multiple length scales, new research directions are emerging in materials science and computational mechanics. Such cooperative interactions find many applications in the development, characterization and design of complex material systems. This manuscript provides a broad and comprehensive overview of recent trends where predictive modeling capabilities are developed in conjunction with experiments and advanced characterization to gain a greater insight into structure-properties relationships and study various physical phenomena and mechanisms. The focus of this review is on the intersections of multiscale materials experiments and modeling relevant to the materials mechanics community. After a general discussion on the perspective from various communities, the article focuses on the latest experimental and theoretical opportunities. Emphasis is given to the role of experiments in multiscale models, including insights into how computations can be used as discovery tools for materials engineering, rather than to "simply" support experimental work. This is illustrated by examples from several application areas on structural materials. This manuscript ends with a discussion on some problems and open scientific questions that are being explored in order to advance this relatively new field of research.Comment: 25 pages, 11 figures, review article accepted for publication in J. Mater. Sc

L’océan au coeur de la Grande Île : Les aires marines protégées, un outil de développement durable pour Madagascar

Grande Île de l’océan Indien, Madagascar apparaît comme une véritable « île continent » avec une superficie de plus de 590 000 km² et plus de 5000 km de côtes. Ses zones marines et côtières abritent une variété d’écosystèmes et d’habitats parmi lesquels les récifs coralliens, mangroves, dunes, lagons, plages sableuses, herbiers de phanérogames, estuaires, îles et îlots auxquels sont associés de nombreuses espèces de coraux, poissons, reptiles, crustacés, mollusques, échinodermes. Les écosystèmes les plus connus sont certainement les récifs coralliens avec une superficie de près de 5000 km² et les mangroves qui s’étendent sur plus de 3000 km² principalement sur les rivages occidentaux de l’île. Ils apportent d’énormes bénéfices socio-économiques aux communautés locales grâce à la pêche et aux activités touristiques sans oublier les services écologiques que ces écosystèmes assurent pour l’équilibre de la planète et le bien-être de l’Homme. Au vu de l’importance de ces zones marines et côtières et dans le but de les préserver face aux menaces et pressions d’origine anthropique et naturelle, Madagascar s’est résolument investie dans la création et la mise en place d’aires marines protégées et de réserves marines afin de contribuer au bien-être des communautés locales qui en dépendent. Dans cette optique, le Système d’Aires Protégées de Madagascar, SAPM, a été mis en place pour offrir les outils appropriés de gestion, de gouvernance et de planification dans l’objectif de tripler la surface des aires protégées, ce qui la porterait de 1,7 à près de 6 millions d’hectares (Vision Durban). La première aire marine protégée a été officiellement créée en 1989 avec le parc marin de Nosy Antafana intégré à la Réserve de Biosphère de Mananara Nord, suivie par les trois parcelles marines du Parc National de Masoala. Vingt ans après le premier parc marin, de nouvelles aires marines protégées et réserves marines ont été créées ou sont en voie de création dans l’attente de l’obtention de leur statut définitif1. Les aires protégées sur les rivages et dans les eaux malgaches sont le fruit d’un travail réalisé dans un étroit partenariat avec les communautés locales pour assurer une bonne gestion des parcs dont le contrôle et la surveillance, le suivi écologique et l’application des régulations du parc et le développement des activités liées au tourisme. Les communautés locales, garantes du succès d’une telle entreprise, ont trouvé leur intérêt dans la protection de ces réserves comme cela a été montré pour le parc marin de Nosy Antafana ou la première aire marine protégée gérée par les communautés locales à Velondriake dans le Sud-ouest. À Velondriake les communautés locales appliquent des règles traditionnelles, les dina, pour permettre une gestion efficace de la pêche aux poulpes, grâce à un vrai partenariat entre les acteurs concernés impliquant les communautés locales, les organismes étatiques et le secteur privé comme les compagnies de pêche. Et puis, très récemment, un système de cogestion a été mis en place pour la première fois sur une île du nord ouest, Nosy Tanikely. Au sein de ce système, la responsabilité de la gestion est partagée conjointement et équitablement de sorte que chaque entité apporte sa valeur ajoutée en termes de gestion et de protection des parcs nationaux, de promotion du tourisme durable et responsable, et d’intégration dans le processus de développement local. Malgré ces efforts louables, des questions restent encore sans réponses et placent les gestionnaires face à des défis importants. (i) Le manque de ressources humaines pour assurer la gestion marine et côtière et plus particulièrement la gestion des aires marines protégées reste d’actualité malgré les différentes opportunités de formation qui se présentent dans la région. (ii) Les aires marines protégées et réserves marines existantes profitent de programmes de suivi écologique et socioéconomique, mais les connaissances scientifiques nécessaires pour répondre vraiment aux besoins de gestion restent encore à développer. (iii) L’importance, surtout dans un contexte îlien, d’inculquer à toutes les tranches d’âge, à tous les secteurs, la valeur des zones marines et côtières et des aires marines protégées en particulier, à travers des programmes d’éducation avec toutes les infrastructures appropriées. Les aires marines protégées constituent le seul outil de sensibilisation et d’éducation pour promouvoir l’importance de la biodiversité marine au niveau local. (iv) Les gestionnaires font tous face à un problème commun : l’aspect financier. À défaut de mécanisme de financement durable, ces gestionnaires sont davantage focalisés sur la recherche des meilleurs moyens possibles pour assurer la gestion quotidienne. Dès lors que le budget de fonctionnement dépasse les recettes de l’aire marine protégée, cette dernière devient extrêmement vulnérable et ne peut plus faire face aux aléas économiques et politiques. (v) Des succès ont généralement été observés dans des réalisations au niveau des premiers utilisateurs sur les impacts socioéconomiques des ressources marines, mais leur duplication à une échelle plus grande constitue un autre défi. Les aires marines protégées et les réserves marines constituent d’emblée des outils efficaces pour la conservation de la biodiversité marine, la maintenance de la productivité et des processus écologiques mais aussi pour l’amélioration des conditions de vie des communautés locales. En prenant en considération les différents projets et initiatives mis en oeuvre, et dans une perspective à long terme, il est évident qu’une approche intégrée est absolument nécessaire afin de pouvoir créer une meilleure coordination et d’assurer une synergie entre les acteurs dès le début de l’instruction d’un projet ou programme et de rassembler conjointement les idées et expériences pour élaborer un programme et définir un objectif commun. Dans ce cas, la translation des succès obtenus pourrait s’opérer à plus grande échelle et les résultats amèneraient par conséquent à une mobilisation de plus d’acteurs et de ressources financières. Madagascar occupe une place dominante dans l’ouest de l’océan Indien mais en s’alliant à un processus d’intégration régionale tourné vers la conservation et la gestion des ressources marines, la sécurité alimentaire, les échanges de connaissances et le renforcement des capacités, elle identifiera d’autres moyens pour atteindre son objectif

Isolation and characterization of 8 microsatellite loci for the ‘‘killer shrimp’’, an invasive Ponto-Caspian amphipod Dikerogammarus villosus (Crustacea: Amphipoda)

Dikerogammarus villosus is a freshwater amphipod of the Ponto-Caspian origin recognized as one of the 100 worst alien species in Europe, having negative impact on biodiversity and functioning of the invaded aquatic ecosystems. The species has a wide ecophysiological tolerance and during the last 20 years it has rapidly spread throughout European inland waters. In consequence, it presents a major conservation management problem. We describe eight polymorphic microsatellite loci developed for D. villosus by combining a biotin-enrichment protocol and new generation 454GS-FLX Titanium pyrosequencing technology. When genotyped in 64 individuals from two locations, the loci exhibited a mean diversity of 4.87 alleles per locus (2–13). The mean observed and expected heterozygosities were, respectively, 0.439 (0.091–0.844) and 0.468 (0.089–0.843). Gametic disequilibrium was not detected for any pair of loci. The microsatellite markers will be a valuable tool in assessing the demographic processes associated with invasion of the killer shrimp from a genetic point of view

New Completeness Methods for Estimating Exoplanet Discoveries by Direct Detection

We report new methods for evaluating realistic observing programs that search stars for planets by direct imaging, where observations are selected from an optimized star list, and where stars can be observed multiple times. We show how these methods bring critical insight into the design of the mission & its instruments. These methods provide an estimate of the outcome of the observing program: the probability distribution of discoveries (detection and/or characterization), & an estimate of the occurrence rate of planets (eta). We show that these parameters can be accurately estimated from a single mission simulation, without the need for a complete Monte Carlo mission simulation, & we prove the accuracy of this new approach. Our methods provide the tools to define a mission for a particular science goal, for example defined by the expected number of discoveries and its confidence level. We detail how an optimized star list can be built & how successive observations can be selected. Our approach also provides other critical mission attributes, such as the number of stars expected to be searched, & the probability of zero discoveries. Because these attributes depend strongly on the mission scale, our methods are directly applicable to the design of such future missions & provide guidance to the mission & instrument design based on scientific performance. We illustrate our new methods with practical calculations & exploratory design reference missions for JWST operating with a distant starshade to reduce scattered and diffracted starlight on the focal plane. We estimate that 5 habitable Earth-mass planets would be discovered & characterized with spectroscopy, with a probability of 0 discoveries of 0.004, assuming a small fraction of JWST observing time (7%), eta=0.3, and 70 observing visits, limited by starshade fuel.Comment: 27 pages, 4 figures, 6 tables, accepted for publication by Ap

How to estimate the differential acceleration in a two-species atom interferometer to test the equivalence principle

We propose a scheme for testing the weak equivalence principle (Universality of Free Fall) using an atom-interferometric measurement of the local differential acceleration between two atomic species with a large mass ratio as test masses. A apparatus in free fall can be used to track atomic free-fall trajectories over large distances. We show how the differential acceleration can be extracted from the interferometric signal using Bayesian statistical estimation, even in the case of a large mass and laser wavelength difference. We show that this statistical estimation method does not suffer from acceleration noise of the platform and does not require repeatable experimental conditions. We specialize our discussion to a dual potassium/rubidium interferometer and extend our protocol with other atomic mixtures. Finally, we discuss the performances of the UFF test developed for the free-fall (0-g) airplane in the ICE project (\verb"http://www.ice-space.fr"

Pseudo-distances on symplectomorphism groups and applications to flux theory

Starting from a given norm on the vector space of exact 1-forms of a compact symplectic manifold, we produce pseudo-distances on its symplectomorphism group by generalizing an idea due to Banyaga. We prove that in some cases (which include Banyaga's construction), their restriction to the Hamiltonian diffeomorphism group is equivalent to the distance induced by the initial norm on exact 1-forms. We also define genuine "distances to the Hamiltonian diffeomorphism group" which we use to derive several consequences, mainly in terms of flux groups.Comment: 21 pages, no figure; v2. various typos corrected, some references added. Published in Mathematische Zeitschrif