TY  - INPR
A1  - Zessin, Hans
T1  - Classical Symmetric Point Processes : Lectures held at ICIMAF, La Habana, Cuba, 2010
N2  - The aim of these lectures is a reformulation and generalization of the fundamental investigations of Alexander Bach [2, 3] on the concept of probability in the work of Boltzmann [6] in the language of modern point process theory. The dominating point of view here is its subordination under the disintegration theory of Krickeberg [14]. This enables us to make Bach's consideration much more transparent. Moreover the point process formulation turns out to be the natural framework for the applications to quantum mechanical models.
T3  - Mathematische Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie : Preprint - 2010, 06 
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49619
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Weiße, Andrea Y.
A1  - Middleton, Richard H.
A1  - Huisinga, Wilhelm
T1  - Quantifying uncertainty, variability and likelihood for ordinary differential equation models
N2  - Background: In many applications, ordinary differential equation (ODE) models are subject to uncertainty or variability in initial conditions and parameters. Both, uncertainty and variability can be quantified in terms of a probability density function on the state and parameter space. Results: The partial differential equation that describes the evolution of this probability density function has a form that is particularly amenable to application of the well- known method of characteristics. The value of the density at some point in time is directly accessible by the solution of the original ODE extended by a single extra dimension (for the value of the density). This leads to simple methods for studying uncertainty, variability and likelihood, with significant advantages over more traditional Monte Carlo and related approaches especially when studying regions with low probability. Conclusions: While such approaches based on the method of characteristics are common practice in other disciplines, their advantages for the study of biological systems have so far remained unrecognized. Several examples illustrate performance and accuracy of the approach and its limitations.
Y1  - 2010
UR  - http://www.biomedcentral.com/1752-0509/
U6  - https://doi.org/10.1186/1752-0509-4-144
SN  - 1752-0509
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Stepanenko, Victor
A1  - Tarkhanov, Nikolai Nikolaevich
T1  - The Cauchy problem for Chaplygin's system
N2  - We discuss the Cauchy problem for the so-called Chaplygin system which often appears in gas, aero- and hydrodynamics. This system can be thought of as a nonlinear analogue of the Cauchy-Riemann system in the plane. We pose Cauchy data on a part of the boundary and apply variational approach to construct a solution to this ill-posed problem. The problem actually gives insight to fundamental questions related to instable problems for nonlinear equations.
Y1  - 2010
UR  - http://www.informaworld.com/openurl?genre=journal&issn=1747-6933
U6  - https://doi.org/10.1080/17476930903394978
SN  - 1747-6933
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Shin, Seoleun
A1  - Sommer, Matthias
A1  - Reich, Sebastian
A1  - Névir, Peter
T1  - Evaluation of three spatial discretization schemes with the Galewsky et al. test
N2  - We evaluate the Hamiltonian particle methods (HPM) and the Nambu discretization applied to shallow-water equations on the sphere using the test suggested by Galewsky et al. (2004). Both simulations show excellent conservation of energy and are stable in long-term simulation. We repeat the test also using the ICOSWP scheme to compare with the two conservative spatial discretization schemes. The HPM simulation captures the main features of the reference solution, but wave 5 pattern is dominant in the simulations applied on the ICON grid with relatively low spatial resolutions. Nevertheless, agreement in statistics between the three schemes indicates their qualitatively similar behaviors in the long-term integration.
Y1  - 2010
UR  - http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/jhome/106562719
U6  - https://doi.org/10.1002/Asl.279
SN  - 1530-261X
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ramadan, Ayad
T1  - Statistical model for categorical data
Y1  - 2010
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pénisson, Sophie
T1  - Conditional limit theorems for multitype branching processes and illustration in epidemiological risk analysis
T1  - Bedingte Grenzwertsätze für Mehrtyp-Verzweigungsprozesse und Illustration in epidemiologischen Risikoanalyse
N2  - This thesis is concerned with the issue of extinction of populations composed of different types of individuals, and their behavior before extinction and in case of a very late extinction. We approach this question firstly from a strictly probabilistic viewpoint, and secondly from the standpoint of risk analysis related to the extinction of a particular model of population dynamics. In this context we propose several statistical tools. The population size is modeled by a branching process, which is either a continuous-time multitype Bienaymé-Galton-Watson process (BGWc), or its continuous-state counterpart, the multitype Feller diffusion process. We are interested in different kinds of conditioning on non-extinction, and in the associated equilibrium states. These ways of conditioning have been widely studied in the monotype case. However the literature on multitype processes is much less extensive, and there is no systematic work establishing connections between the results for BGWc processes and those for Feller diffusion processes. In the first part of this thesis, we investigate the behavior of the population before its extinction by conditioning the associated branching process X_t on non-extinction (X_t≠0), or more generally on non-extinction in a near future 0≤θ<∞ (X_{t+θ}≠0), and by letting t tend to infinity. We prove the result, new in the multitype framework and for θ>0, that this limit exists and is non-degenerate. This reflects a stationary behavior for the dynamics of the population conditioned on non-extinction, and provides a generalization of the so-called Yaglom limit, corresponding to the case θ=0. In a second step we study the behavior of the population in case of a very late extinction, obtained as the limit when θ tends to infinity of the process conditioned by X_{t+θ}≠0. The resulting conditioned process is a known object in the monotype case (sometimes referred to as Q-process), and has also been studied when X_t is a multitype Feller diffusion process. We investigate the not yet considered case where X_t is a multitype BGWc process and prove the existence of the associated Q-process. In addition, we examine its properties, including the asymptotic ones, and propose several interpretations of the process. Finally, we are interested in interchanging the limits in t and θ, as well as in the not yet studied commutativity of these limits with respect to the high-density-type relationship between BGWc processes and Feller processes. We prove an original and exhaustive list of all possible exchanges of limit (long-time limit in t, increasing delay of extinction θ, diffusion limit). The second part of this work is devoted to the risk analysis related both to the extinction of a population and to its very late extinction. We consider a branching population model (arising notably in the epidemiological context) for which a parameter related to the first moments of the offspring distribution is unknown. We build several estimators adapted to different stages of evolution of the population (phase growth, decay phase, and decay phase when extinction is expected very late), and prove moreover their asymptotic properties (consistency, normality). In particular, we build a least squares estimator adapted to the Q-process, allowing a prediction of the population development in the case of a very late extinction. This would correspond to the best or to the worst-case scenario, depending on whether the population is threatened or invasive. These tools enable us to study the extinction phase of the Bovine Spongiform Encephalopathy epidemic in Great Britain, for which we estimate the infection parameter corresponding to a possible source of horizontal infection persisting after the removal in 1988 of the major route of infection (meat and bone meal). This allows us to predict the evolution of the spread of the disease, including the year of extinction, the number of future cases and the number of infected animals. In particular, we produce a very fine analysis of the evolution of the epidemic in the unlikely event of a very late extinction.
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit der Frage des Aussterbens von Populationen verschiedener Typen von Individuen. Uns interessiert das Verhalten vor dem Aussterben sowie insbesondere im Falle eines sehr späten Aussterbens. Wir untersuchen diese Fragestellung zum einen von einer rein wahrscheinlichkeitstheoretischen Sicht und zum anderen vom Standpunkt der Risikoanalyse aus, welche im Zusammenhang mit dem Aussterben eines bestimmten Modells der Populationsdynamik steht. In diesem Kontext schlagen wir mehrere statistische Werkzeuge vor. Die Populationsgröße wird entweder durch einen zeitkontinuierlichen mehrtyp-Bienaymé-Galton-Watson Verzweigungsprozess (BGWc) oder durch sein Analogon mit kontinuierlichem Zustandsraum, den Feller Diffusionsprozess, modelliert. Wir interessieren uns für die unterschiedlichen Arten auf Überleben zu bedingen sowie für die hierbei auftretenden Gleichgewichtszustände. Diese Bedingungen wurden bereits weitreichend im Falle eines einzelnen Typen studiert. Im Kontext von mehrtyp-Verzweigungsprozessen hingegen ist die Literatur weniger umfangreich und es gibt keine systematischen Arbeiten, welche die Ergebnisse von BGWc Prozessen mit denen der Feller Diffusionsprozesse verbinden. Wir versuchen hiermit diese Lücke zu schliessen. Im ersten Teil dieser Arbeit untersuchen wir das Verhalten von Populationen vor ihrem Aussterben, indem wir das zeitasymptotysche Verhalten des auf Überleben bedingten zugehörigen Verzweigungsprozesses (X_t|X_t≠0)_t betrachten (oder allgemeiner auf Überleben in naher Zukunft 0≤θ<∞, (X_t|X_{t+θ}≠0)_t). Wir beweisen das Ergebnis, neuartig im mehrtypen Rahmen und für θ>0, dass dieser Grenzwert existiert und nicht-degeneriert ist. Dies spiegelt ein stationäres Verhalten für auf Überleben bedingte Bevölkerungsdynamiken wider und liefert eine Verallgemeinerung des sogenannten Yaglom Grenzwertes (welcher dem Fall θ=0 entspricht). In einem zweiten Schritt studieren wir das Verhalten der Populationen im Falle eines sehr späten Aussterbens, welches wir durch den Grenzübergang auf θ→∞ erhalten. Der resultierende Grenzwertprozess ist ein bekanntes Objekt im eintypen Fall (oftmals als Q-Prozess bezeichnet) und wurde ebenfalls im Fall von mehrtyp-Feller-Diffusionsprozessen studiert. Wir untersuchen den bisher nicht betrachteten Fall, in dem X_t ein mehrtyp-BGWc Prozess ist und beweisen die Existenz des zugehörigen Q-Prozesses. Darüber hinaus untersuchen wir seine Eigenschaften einschließlich der asymptotischen und weisen auf mehrere Auslegungen hin. Schließlich interessieren wir uns für die Austauschbarkeit der Grenzwerte in t und θ, und die Vertauschbarkeit dieser Grenzwerte in Bezug auf die Beziehung zwischen BGWc und Feller Prozessen. Wir beweisen die Durchführbarkeit aller möglichen Grenzwertvertauschungen (Langzeitverhalten, wachsende Aussterbeverzögerung, Diffusionslimit). Der zweite Teil dieser Arbeit ist der Risikoanalyse in Bezug auf das Aussterben und das sehr späte Aussterben von Populationen gewidmet. Wir untersuchen ein Modell einer verzweigten Bevölkerung (welches vor allem im epidemiologischen Rahmen erscheint), für welche ein Parameter der Reproduktionsverteilung unbekannt ist. Wir konstruieren Schätzer, die an die jeweiligen Stufen der Evolution adaptiert sind (Wachstumsphase, Verfallphase sowie die Verfallphase, wenn das Aussterben sehr spät erwartet wird), und beweisen zudem deren asymptotische Eigenschaften (Konsistenz, Normalverteiltheit). Im Besonderen bauen wir einen für Q-Prozesse adaptierten kleinste-Quadrate-Schätzer, der eine Vorhersage der Bevölkerungsentwicklung im Fall eines sehr späten Aussterbens erlaubt. Dies entspricht dem Best- oder Worst-Case-Szenario, abhängig davon, ob die Bevölkerung bedroht oder invasiv ist. Diese Instrumente ermöglichen uns die Betrachtung der Aussterbensphase der Bovinen spongiformen Enzephalopathie Epidemie in Großbritannien. Wir schätzen den Infektionsparameter in Bezug auf mögliche bestehende Quellen der horizontalen Infektion nach der Beseitigung des primären Infektionsweges (Tiermehl) im Jahr 1988. Dies ermöglicht uns eine Vorhersage des Verlaufes der Krankheit inklusive des Jahres des Aussterbens, der Anzahl von zukünftigen Fällen sowie der Anzahl infizierter Tiere. Insbesondere ermöglicht es uns die Erstellung einer sehr detaillierten Analyse des Epidemieverlaufs im unwahrscheinlichen Fall eines sehr späten Aussterbens.
KW  - Mehrtyp-Verzweigungsprozesse
KW  - Feller Diffusionsprozesse
KW  - Schätzung von Verzweigungsprozessen
KW  - Epidemiologie
KW  - Risikoanalyse
KW  - Multitype branching processes
KW  - Feller diffusion processes
KW  - Estimation for branching processes
KW  - Epidemiology
KW  - Risk analysis
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-45307
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Pénisson, Sophie
T1  - Estimation of the infection parameter in the different phases of an epidemic modeled by a branching process
N2  - The aim of this paper is to build and compare estimators of the infection parameter in the different phases of an epidemic (growth and extinction phases). The epidemic is modeled by a Markovian process of order d > 1 (allowing non-Markovian life spans), and can be written as a multitype branching process. We propose three estimators suitable for the different classes of criticality of the process, in particular for the subcritical case corresponding to the extinction phase. We prove their consistency and asymptotic normality for two asymptotics, when the number of ancestors (resp. number of generations) tends to infinity. We illustrate the asymptotic properties with simulated examples, and finally use our estimators to study the infection intensity in the extinction phase of the BSE epidemic in Great-Britain.
T3  - Mathematische Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie : Preprint - 2010, 04 
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49607
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Pénisson, Sophie
T1  - Conditional Limit Theorems for Multitype Branching Processes and Illustration in Epidemiological Risk Analysis
N2  - This thesis is concerned with the issue of extinction of populations composed of different types of individuals, and their behavior before extinction and in case of a very late extinction. We approach this question firstly from a strictly probabilistic viewpoint, and secondly from the standpoint of risk analysis related to the extinction of a particular model of population dynamics. In this context we propose several statistical tools. The population size is modeled by a branching process, which is either a continuous-time multitype Bienaymé-Galton-Watson process (BGWc), or its continuous-state counterpart, the multitype Feller diffsion process. We are interested in different kinds of conditioning on nonextinction, and in the associated equilibrium states. These ways of conditioning have been widely studied in the monotype case. However the literature on multitype processes is much less extensive, and there is no systematic work establishing connections between the results for BGWc processes and those for Feller diffusion processes. In the first part of this thesis, we investigate the behavior of the population before its extinction by conditioning the associated branching process Xt on non-extinction (Xt 6= 0), or more generally on non-extinction in a near future 0 < 1 (Xt+ 0 = 0), and by letting t tend to infinity. We prove the result, new in the multitype framework and for 0 > 0, that this limit exists and is nondegenerate. This re ects a stationary behavior for the dynamics of the population conditioned on non-extinction, and provides a generalization of the so-called Yaglom limit, corresponding to the case 0 = 0. In a second step we study the behavior of the population in case of a very late extinction, obtained as the limit when 0 tends to infinity of the process conditioned by Xt+ 0 = 0. The resulting conditioned process is a known object in the monotype case (sometimes referred to as Q-process), and has also been studied when Xt is a multitype Feller diffusion process. We investigate the not yet considered case where Xt is a multitype BGWc process and prove the existence of the associated Q-process. In addition, we examine its properties, including the asymptotic ones, and propose several interpretations of the process. Finally, we are interested in interchanging the limits in t and 0, as well as in the not yet studied commutativity of these limits with respect to the high-density-type relationship between BGWc processes and Feller processes. We prove an original and exhaustive list of all possible exchanges of limit (long-time limit in t, increasing delay of extinction 0, diffusion limit). The second part of this work is devoted to the risk analysis related both to the extinction of a population and to its very late extinction. We consider a branching population model (arising notably in the epidemiological context) for which a parameter related to the first moments of the offspring distribution is unknown. We build several estimators adapted to different stages of evolution of the population (phase growth, decay phase, and decay phase when extinction is expected very late), and prove moreover their asymptotic properties (consistency, normality). In particular, we build a least squares estimator adapted to the Q-process, allowing a prediction of the population development in the case of a very late extinction. This would correspond to the best or to the worst-case scenario, depending on whether the population is threatened or invasive. These tools enable us to study the extinction phase of the Bovine Spongiform Encephalopathy epidemic in Great Britain, for which we estimate the infection parameter corresponding to a possible source of horizontal infection persisting after the removal in 1988 of the major route of infection (meat and bone meal). This allows us to predict the evolution of the spread of the disease, including the year of extinction, the number of future cases and the number of infected animals. In particular, we produce a very fine analysis of the evolution of the epidemic in the unlikely event of a very late extinction.
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit der Frage des Aussterbens von Populationen verschiedener Typen von Individuen. Uns interessiert das Verhalten vor dem Aussterben sowie insbesondere im Falle eines sehr späten Aussterbens. Wir untersuchen diese Fragestellung zum einen von einer rein wahrscheinlichkeitstheoretischen Sicht und zum anderen vom Standpunkt der Risikoanalyse aus, welche im Zusammenhang mit dem Aussterben eines bestimmten Modells der Populationsdynamik steht. In diesem Kontext schlagen wir mehrere statistische Werkzeuge vor. Die Populationsgröße wird entweder durch einen zeitkontinuierlichen mehrtyp-Bienaymé-Galton- Watson Verzweigungsprozess (BGWc) oder durch sein Analogon mit kontinuierlichem Zustandsraum, den Feller Diffusionsprozess, modelliert. Wir interessieren uns für die unterschiedlichen Arten auf Überleben zu bedingen sowie für die hierbei auftretenden Gleichgewichtszustände. Diese Bedingungen wurden bereits weitreichend im Falle eines einzelnen Typen studiert. Im Kontext von mehrtyp-Verzweigungsprozessen hingegen ist die Literatur weniger umfangreich und es gibt keine systematischen Arbeiten, welche die Ergebnisse von BGWc Prozessen mit denen der Feller Diffusionsprozesse verbinden. Wir versuchen hiermit diese Lücke zu schliessen. Im ersten Teil dieser Arbeit untersuchen wir das Verhalten von Populationen vor ihrem Aussterben, indem wir das zeitasymptotysche Verhalten des auf Überleben bedingten zugehörigen Verzweigungsprozesses (Xt / Xt 6= 0)t betrachten (oder allgemeiner auf Überleben in naher Zukunft 0 < 1, (Xt / Xt+ 0 = 0)t). Wir beweisen das Ergebnis, neuartig im mehrtypen Rahmen und für 0 > 0, dass dieser Grenzwert existiert und nicht-degeneriert ist. Dies spiegelt ein stationäres Verhalten für auf Überleben bedingte Bevölkerungsdynamiken wider und liefert eine Verallgemeinerung des sogenannten Yaglom Grenzwertes (welcher dem Fall 0 = 0 entspricht). In einem zweiten Schritt studieren wir das Verhalten der Populationen im Falle eines sehr späten Aussterbens, welches wir durch den Grenzübergang auf 0 > unendlich erhalten. Der resultierende Grenzwertprozess ist ein bekanntes Objekt im eintypen Fall (oftmals als Q-Prozess bezeichnet) und wurde ebenfalls im Fall von mehrtyp-Feller-Diffusionsprozessen studiert. Wir untersuchen den bisher nicht betrachteten Fall, in dem Xt ein mehrtyp-BGWc Prozess ist und beweisen die Existenz des zugeh� origen Q-Prozesses. Darüber hinaus untersuchen wir seine Eigenschaften einschließlich der asymptotischen und weisen auf mehrere Auslegungen hin. Schließlich interessieren wir uns für die Austauschbarkeit der Grenzwerte in t und 0, und die Vertauschbarkeit dieser Grenzwerte in Bezug auf die Beziehung zwischen BGWc und Feller Prozessen. Wir beweisen die Durchführbarkeit aller möglichen Grenzwertvertauschungen (Langzeitverhalten, wachsende Aussterbeverzögerung, Diffusionslimit). Der zweite Teil dieser Arbeit ist der Risikoanalyse in Bezug auf das Aussterben und das sehr späte Aussterben von Populationen gewidmet. Wir untersuchen ein Modell einer verzweigten Bevölkerung (welches vor allem im epidemiologischen Rahmen erscheint), für welche ein Parameter der Reproduktionsverteilung unbekannt ist. Wir konstruieren Sch� atzer, die an die jeweiligen Stufen der Evolution adaptiert sind (Wachstumsphase, Verfallphase sowie die Verfallphase, wenn das Aussterben sehr sp� at erwartet wird), und beweisen zudem deren asymptotische Eigenschaften (Konsistenz, Normalverteiltheit). Im Besonderen bauen wir einen für Q-Prozesse adaptierten kleinste-Quadrate-Schätzer, der eine Vorhersage der Bevölkerungsentwicklung im Fall eines sehr späten Aussterbens erlaubt. Dies entspricht dem Best- oder Worst-Case-Szenario, abhängig davon, ob die Bevölkerung bedroht oder invasiv ist. Diese Instrumente erm� oglichen uns die Betrachtung der Aussterbensphase der Bovinen spongiformen Enzephalopathie Epidemie in Großbritannien. Wir schätzen den Infektionsparameter in Bezug auf m� ogliche bestehende Quellen der horizontalen Infektion nach der Beseitigung des primären Infektionsweges (Tiermehl) im Jahr 1988. Dies ermöglicht uns eine Vorhersage des Verlaufes der Krankheit inklusive des Jahres des Aussterbens, der Anzahl von zukünftigen Fällen sowie der Anzahl infizierter Tiere. Insbesondere ermöglicht es uns die Erstellung einer sehr detaillierten Analyse des Epidemieverlaufs im unwahrscheinlichen Fall eines sehr späten Aussterbens.
T3  - Mathematische Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie : Preprint - 2010, 11 
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49589
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pornsawad, Pornsarp
T1  - Solution of nonlinear inverse ill-posed problems via Runge-Kutta methods
Y1  - 2010
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Nehring, Benjamin
A1  - Zessin, Hans
T1  - A path integral representation of the moment measures of the general ideal Bose gas
N2  - We reconsider the fundamental work of Fichtner ([2]) and exhibit the permanental structure of the ideal Bose gas again, using another approach which combines a characterization of infinitely divisible random measures (due to Kerstan,Kummer and Matthes [5, 6] and Mecke [8, 9]) with a decomposition of the moment measures into its factorial measures due to Krickeberg [4]. To be more precise, we exhibit the moment measures of all orders of the general ideal Bose gas in terms of certain path integrals. This representation can be considered as a point process analogue of the old idea of Symanzik [11] that local times and self-crossings of the Brownian motion can be used as a tool in quantum field theory. Behind the notion of a general ideal Bose gas there is a class of infinitely divisible point processes of all orders with a Levy-measure belonging to some large class of measures containing the one of the classical ideal Bose gas considered by Fichtner. It is well known that the calculation of moments of higher order of point processes are notoriously complicated. See for instance Krickeberg's calculations for the Poisson or the Cox process in [4].
T3  - Mathematische Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie : Preprint - 2010, 10 
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49635
ER  -