Modern Optimization Algorithms and Applications: Architectural Layout Generation and Parallel Linear Programming

This thesis examines two topics from the field of computational optimization; architectural layout generation and parallel linear programming. The first topic, a modern problem in heuristic optimization, focuses on deriving a general form of the optimization problem and solving it with the proposed Evolutionary Treemap algorithm. Tests of the algorithm\u27s implementation within a highly scalable web application developed with Scala and the web service framework Play reveal the algorithm is effective at generated layouts in multiple styles. The second topic, a classical problem in operations research, focuses on methodologies for implementing the Simplex Algorithm on a parallel computer for solving large-scale linear programming problems. Implementations of the algorithm\u27s data-parallel and task parallel forms illuminate the ideal method for accelerating a solver. The proposed Multi-Path Simplex Algorithm shows an average speed up of over two times that of a popular open-source solver, showing it is an effective methodology for solving linear programming problems

Electromagnetic form factors of the (rho) meson in light cone QCD sum rules

We investigate the electromagnetic form factors of the (rho) meson in light cone QCD sum rules. We find that the ratio of the magnetic and charge form factors is larger than two at all values of Q^2, (Q^2 >= 0.5 GeV^2). The values of the individual form factors at fixed values of Q^2 predicted by the light cone QCD sum rules are quite different compared to the results of other approaches. These results can be checked in future, when more precise data on (rho) meson form factors is available.Comment: 12 pages, 6 figures, LaTeX formatte

Another way of sleeping. Evaluation of ‘another way of sleeping’: a pilot study on the effects of ‘another way of sleeping’ on Quality of Life and participation in case of tension headaches

SamenvattingInleiding- (Spannings)hoofdpijn is een veelvoorkomend probleem dat van invloed is op de Kwaliteit van Leven (KvL) en participatie van mensen in het dagelijks leven. Cervicogene hoofdpijn is een vorm van spanningshoofdpijn, waarbij de oorzaak gelegen is in spanning in de nek. Elkhuizen heeft onderzoek gedaan naar cervicogene hoofdpijn en adviseert om op een andere manier te gaan slapen. Hierdoor zou spanningshoofdpijn kunnen worden voorkomen. Voor dat doel heeft hij het Mikoala lichaamskussen en Hi4 hoofdkussen ontwikkeld. Dit onderzoek vormt de pilot voor een groter onderzoek. Daarmee is het doel van dit onderzoek enerzijds kwalitatief waarbij de opzet van het onderzoek wordt geëvalueerd en anderzijds kwantitatief, waarbij de effecten van het ‘anders slapen’ op hoofdpijn-, nek- en rugklachten, ligcomfort, slaapkwaliteit en op KvL en participatie bij een kleine groep mensen (n=19) worden onderzocht. Methoden- Onderzoeksdeelnemers, die geworven zouden worden via het bestuur van de Nederlandse Vereniging voor Hoofdpijn Patiënten (NVvHP), kregen het Mikoala lichaamskussen en Hi4 hoofdkussen om te gebruiken tijdens het slapen gedurende de looptijd van het onderzoek (14 weken). Er werden op vier momenten vragenlijsten afgenomen. Voor aanvang van het onderzoek vulden de onderzoeksdeelnemers een zelf samengestelde vragenlijst in die dieper inging op hoofdpijn-, nek- en rugklachten, slaapkwaliteit en ligcomfort, de HIT-6 en HDI die gebruikt werden om participatie te meten en de RAND-36 om de KvL te meten. Daarna werden zij twee keer, om de vier weken gebeld en werd een telefonische, zelf samengestelde vragenlijst afgenomen die inging op ervaren hoofdpijn-, nek- en rugklachten. Weer vier weken later, aan het eind van het onderzoek, vulden zij opnieuw de HIT-6, HDI, RAND-36 en de zelf ontwikkelde vragenlijst in. Resultaten- Een berichtje op de Facebookpagina van de NVvHP leidde tot erg veel opgaves voor deelname, waarna besloten is het onderzoek met een grotere groep onderzoeksdeelnemers uit te voeren en bij wijze van experiment de helft van de kussens en vragenlijsten te verstrekken via de post. Omdat dit goed werkte is ook de inzameling van de kussens via de post gegaan en zijn de kussens niet persoonlijk bij de deelnemers opgehaald. De instructies en afname van de vragenlijsten leverden geen grote problemen op, maar het telefonisch afnemen van vragenlijsten bleek erg tijdrovend en lastig doordat niet alle deelnemers altijd bereikbaar waren. Samen met het feit dat de levering van de kussens erg lang duurde en mensen moesten wennen aan de kussens, heeft dit ertoe geleid dat de planning niet exact nagekomen is. Verder bleken mensen geen contact te zoeken bij problemen, waardoor problemen pas laat opgelost werden. Voor het analyseren van de data is, vanwege de geringe groepsomvang, gebruik gemaakt van beschrijvende statistiek en Cohen’s d, een maat voor Effect Size. Zowel het aantal dagen dat men last had van hoofdpijn als de mate van hoofdpijn namen af. Hetzelfde geldt voor de nek- en rugklachten: het aantal dagen dat men last had van pijn in de nek, pijn in de rug, een stijve nek, stijve rug, en de mate van pijn in de nek en rug en mate van stijfheid in de nek en rug namen af. De beoordeling voor ligcomfort en slaapkwaliteit bleven nagenoeg gelijk. De scores op de HIT-6 en HDI namen af, wat betekent dat men in activiteiten minder werd gehinderd door hoofdpijn. Op de RAND-36 waren verbeteringen te zien op de schalen rolbeperking fysiek, rolbeperking emotioneel, mentale gezondheid en pijn. Conclusie- Indien een groot onderzoek wordt uitgevoerd naar de effecten van ‘anders slapen’ dient met een aantal zaken rekening gehouden te worden, namelijk hoe de werving van de respondenten plaatsvindt (dit kan door gebruik te maken van social media), hoe de kussens verspreid worden (via de post in plaats van het persoonlijk bij de mensen langsbrengen), de tijdspanne waarover het onderzoek plaatsvindt (rekening houdend met het feit dat mensen aan de kussens moeten wennen en er misschien aanpassingen gedaan moeten worden) en de begeleiding bij het gebruik van de kussens en bij het invullen van de vragenlijsten, waarbij de vragenlijsten wellicht via internet afgenomen kunnen worden. Het ‘anders slapen’ lijkt bij te dragen aan de verbetering van fysieke klachten en een betere participatie. Mensen worden minder fysiek en emotioneel beperkt, voelen zich minder zenuwachtig en gestrest en hebben minder pijn wanneer ze ‘anders slapen’. Dit leidt tot een toename van de KvL. Discussie- De resultaten zijn wellicht vertekend door de zeer kleine onderzoeksgroep, het feit dat enkele onderzoeksdeelnemers met een andere behandeling zijn begonnen tijdens het onderzoek en de korte onderzoeksperiode.  SummaryIntroduction- (Tension) headache is a common problem that affects people’s everyday Quality of Life (QOL) and participation. Cervicogenic headache is a tension headache caused by tension in the neck. Elkhuizen has conducted research into cervicogenic headache and recommends sleeping in a different way so as to prevent tension headaches. For this purpose, Elkhuizen has developed the Mikoala body pillow and the Hi4 pillow. The present study is a pilot for a larger study and has a dual purpose. On the one hand it is a qualitative study that evaluates the design of the study. On the other hand it is a quantitative study that examines the effects of 'another way of sleeping’ on headaches, neck and back pain, sleep comfort, sleep quality and QoL and participation in a small group of people (n = 19). Methods- Research participants, who were recruited by the Nederlandse Vereniging van Hoofdpijn Patiënten (NVvHP) received a Mikoala body pillow and a Hi4 pillow to use while sleeping for the duration of the study (14 weeks). At four points in time questionnaires, self-developed by us, were filled out. Before the start of the study , the participants completed our self-developed questionnaire about headaches, neck and back pain, sleep quality and sleeping comfort. The HIT-6 and HDI were used to measure participation and the RAND-36 was used to measure QoL. During the study the participants were twice interviewed by telephone with a questionnaire we developed about their experienced headache, neck and back pain. Four weeks later, at the end of the study, the participants completed the HIT-6, HDI, RAND-36 and our self-developed questionnaire again. Results- A message on the Facebook page of NVvHP led to many enlistments as participants in the study. We decided to conduct the study with a larger group of research participants, and to experiment with the distribution of the pillows and dispatch half of the pillows and questionnaires through by mail. Since this worked well, the collection of the pillows was done by mail as well and the pillows were not personally picked up at the participants’ homes. The instructions and the filling out of the questionnaires presented no major problems. Getting them completed by phone, however, turned out to be very time-consuming and difficult, because not all participants were within reach all the time. In combination with the facts that the delivery of the pillows took very long and people had to get used to the pillows, it meant that the original planning did not work out well. Moreover, it turned out that people did not contact us when there were problems, which meant that problems were solved in a late stage. In order to analyze the data, descriptive statistics and Cohen's d, a measure of effect size, were used, because of the small group size. Both the number of days that one had a headache and the degree of headaches decreased. The same goes for the neck and back pain: the number of days that they had been suffering from neck pain, back pain, stiff neck, stiff back, and the degree of pain in the neck and back and stiffness in the neck and back lessened. The rating for quality rest and sleep quality remained virtually unchanged. The scores on the HIT-6 and HDI decreased, the number of headaches was reduced. Activities in the RAND-36 were seen on the scales rolbeperking (role limitation) physical, rolbeperking (role limitation) emotional, mental health and pain improvements. Conclusion- In case of a large study into the effects of ‘another way of sleeping’, a few recommendations can be made. Respondents can be recruited by using the social media. Pillows can be distributed by mail instead of delivering them to the participants personally The time period should include an adaptation to the pillow period, adjustment may have to be made. Information about the use of the pillows and the filling out of the questionnaires, on paper or over the internet, must be available. ‘Another way of sleeping’ seems to contribute to the improvement of physical symptoms and better participation. People are less physically and emotionally limited, feel less nervous and stressed and have less pain when they ‘sleep in another way’. This, in turn, leads to an increase in QoL. Discussion There is a possibility that the results are biased, due to the small sample size, the fact that some participants started other treatments during this research and the short period in which this study has been conducted

Data-driven and Hamiltonian-driven Quantum Simulations with Generative Models

In the era of noisy intermediate-scale quantum devices (NISQ), a paradigm shift is occurring in the numerical physics community to transition towards developing algorithms that facilitate experimental realizations of quantum many-body systems. However, traditional numerical simulations may still be required to reach system sizes beyond that of current experiments and/or to expedite testing newly-developed algorithms intended for use in experiments. In this thesis, two machine learning algorithms that have been successfully employed for quantum state reconstruction, the restricted Boltzmann machine (RBM) and the recurrent neural network (RNN), are assessed based on their ability to reconstruct ground states of experimentally-relevant quantum many-body Hamiltonians, the XY model and nanomolecular assemblies (NMAs) of endofullerenes, using synthetic data. We show that training RBMs can be unstable compared to RNNs for the given learning tasks and that RNNs learn the underlying symmetries more accurately compared RBMs. For a closer connection to today's experiments, arrays of optically-controlled neutral atoms -- Rydberg atoms -- are subsequently investigated given their current prominence in experimental quantum computing. To generate synthetic Rydberg atom data for quantum state reconstruction, a Stochastic Series Expansion quantum Monte Carlo (QMC) algorithm is developed for ground states of Rydberg atoms on arbitrary lattices. By generating measurement data from this QMC algorithm across the checkerboard transition that exists on a square lattice, we compare the reconstruction accuracies of the RBM and RNN by estimating relevant ground state observables across the transition. We then propose using the RBM and RNN for estimating the second Renyi entropy, which is seemingly out of reach for the developed QMC algorithm and is highly non-trivial to obtain experimentally. There, we show that the RBM and RNN learn different aspects of the physics governing the checkerboard transition

Stochastic Series Expansion Quantum Monte Carlo for Rydberg Arrays

Arrays of Rydberg atoms are a powerful platform to realize strongly-interacting quantum many-body systems. A common Rydberg Hamiltonian is free of the sign problem, meaning that its equilibrium properties are amenable to efficient simulation by quantum Monte Carlo (QMC). In this paper, we develop a Stochastic Series Expansion QMC algorithm for Rydberg atoms interacting on arbitrary lattices. We describe a cluster update that allows for the efficient sampling and calculation of physical observables for typical experimental parameters, and show that the algorithm can reproduce experimental results on large Rydberg arrays in one and two dimensions.Comment: 26 pages, 7 figure