فهرست مطالب

پژوهشهای ریاضی - پیاپی 1 (بهار و تابستان 1394)

نشریه پژوهشهای ریاضی
پیاپی 1 (بهار و تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/04/27
  • تعداد عناوین: 7
|
  • نصرالله ایرانپناه*، پریسا میکلانی صفحات 1-12
    یکی از مسائل مهم در تحلیل سری های زمانی برآورد بازه پیش گویی آینده بر اساس مشاهدات گذشته است. در سال های اخیر، روش های مختلف بوت استرپ برای برآورد بازه های پیش گویی بدون هیچ فرضی درباره توزیع خطاها، ارائه شده است. روش های بوت استرپ نیم پارامتری بر اساس برازش یک مدل اتورگرسیو بر روی داده ها است و نمونه های بوت استرپ با استفاده از بازنمونه گیری از باقی مانده ها تولید می شود. در این مقاله در ابتدا، روش های بوت استرپ نیم پارامتری ارائه می شوند. سپس در پژوهشی شبیه سازی بازه های پیش گویی بوت استرپ نیم پارامتری با بازه پیش گویی استاندارد مقایسه می شوند. در نهایت روش های ارائه شده برای برآورد بازه های پیش گویی آینده داده های سری زمانی دمای هوای اصفهان به کار می روند.
    کلیدواژگان: سری زمانی ARMA، بازه های پیش گویی، بوت استرپ نیم پارامتری، شبیه سازی مونت کارلو
  • بهروز خادم، امیر دانشگر *، سیده فهیمه محبی پور صفحات 13-36
    در این مقاله به معرفی یک رمز دنباله ای مبتنی بر جای گشت آشوبی می پردازیم که اساسا متشکل از یک نگاشت آشوبی و یک بخش خطی است و به صورت کلمه محور روی یک میدان متناهی طراحی شده است. نشان می دهیم که این سامانه می تواند در دو حالت هم زمان و خودهم زمان عمل کرده و در قالب خودهم زمان دارای گیرنده ای از نوع ‎‎ناظر با ورودی ناشناخته[1] است. ضمن بررسی کارایی این سامانه با توجه به دقت نمایش ماشین محاسباتی، نمونه نرم افزاری آن را پیاده سازی کرده و به عنوان یک ویژگی اصلی نشان می دهیم که خروجی آن حتی با گسسته سازی نگاشت آشوبی، واجد شرایط لازم آماری است. هم چنین به ازای پارامترهای مختلف، این سامانه را با رمزهای دنباله ای مشابه مقایسه می کنیم و به طور اخص نشان می دهیم که در حالت کلید با اندازه کوتاه (حدود 100 بیت) این سامانه نسبت به یکی از سامانه های مشابه با حالت درونی تقریبا برابر، سرعت 10 برابر بیش تر دارد.
    کلیدواژگان: رمز جریانی، جای گشت آشوبی، رمزنگاری، هم زمانی
  • میلاد رحیمی، موسی گل علیزاده* صفحات 37-50
    محققان در زمینه های مختلف علوم از جمله علوم زیستی، به فرایندهای انتشار مثل حرکت براونی و فرایند اورنشتاین-اولن بک که کلاسی از فرایندهای تصادفی هستند توجه ویژه دارند. در بررسی چنین فرایندهایی معمولا فرض می شود مشاهدات حاصل از آن ها در فضاهای اقلیدسی قرار دارند. اما در بعضی از پدیده های فیزیکی، شیمیایی و زیستی داده هایی یافت می شوند که به دلایلی مثل تناوبی بودن مقادیری از فضاهای اقلیدسی به حساب نمی آیند. در نتیجه آن ها با مدل بندی های معمول ریاضی که برای فضاهای اقلیدسی وجود دارند بررسی نمی شوند. علاوه بر این، از نقطه نظر آمار، بررسی و تحلیل آن ها با استفاده از روش های مرسوم آمار خطی ممکن نیست. زاویه های دوسطحی که برای شناسایی، مدل بندی و پیش بینی ساختار اصلی پروتئین ها استفاده می شوند مثالی از این دست داده هاست. چون این زوایا مقادیری را روی چنبره نمایش می دهند، در نتیجه انتظار می رود مدل بندی مناسب آماری فرایندهای انتشار روی چنبره بتواند کمک شایانی به فعالیت های معطوف به شبیه سازی پویای مولکولی در پیش بینی ساختار اصلی پروتئین ها کند. در این مقاله، با استفاده از فاصله های ریمانی روی چنبره، معادلات دیفرانسیل تصادفی برای نمایش حرکت براونی و فرایند اورنشتاین-اولن بک روی این شکل هندسی به دست آورده می شود. سپس با محاسبه توزیع مانای فرایندهای بررسی شده و ارزیابی تعدادی از توزیع های غیراقلیدسی موجود، ارتباط نتایج حاصل با مفاهیم موجود در آمار غیرخطی برجسته خواهد شد.
    کلیدواژگان: فرایندهای انتشار، معادله دیفرانسیل تصادفی، توزیع های مانا، آمار غیرخطی
  • اژدر سلیمان پور باکفایت *، نادر دسترنج صفحات 51-62
    قضیه زوبوف یکی از قضایایی است که برای پایداری یک دستگاه غیرخطی با دامنه ربایش معلوم شرایطی را بیان می کند. از شبکه های عصبی استفاده کرده و با آن ها، تعدادی از توابع موجود در قضیه زوبوف را تقریب می زنیم، بدین ترتیب کنترل کننده یک دستگاه کنترل غیرخطی، که به لحاظ ریاضی یافتن ضابطه کنترل آن آسان نیست، به دست می آید. در این تحقیق دو استراتژی مختلف را به کار می گیریم و نهایتا تاثیر و قابلیت روش های مفروض، با مثال های عددی توضیح داده شده است.
    کلیدواژگان: دستگاه های کنترل غیرخطی، پایدارسازی، شبکه های عصبی مصنوعی، قضیه زوبوف، بهینه سازی نلدر، مید
  • مریم عرب عامری*، احسان میرمحرابی صفحات 63-74
    عمل گرهای مشتق و انتگرال کسری مفهوم جدیدی از مشتق و انتگرال از مرتبه دل خواه است. معادله دیفرانسیل با مشتقات نسبی )[1](PDE که مشتقات موجود در آن بتوانند از مرتبه کسری باشند معادله دیفرانسیل با مشتقات نسبی کسری ([2](FPDE گفته می شود. امروزه این معادلات به دلیل کاربرد زیاد توجه ویژه ای را به خود معطوف داشته اند. در این مقاله حالت نسبتا کلی از یک FPDE مطرح می شود، برای به دست آوردن طرحی عددی، مشتقات کسری موجود در معادله با استفاده یکی از تعاریف متداول گرانوالد- لتنیکوف[3]، ریمان- لیوویل[4] و کاپتو[5] جای گزین می شوند و برای بهبود جواب عددی، مشتقات نسبی موجود در معادله با استفاده از طرح های تفاضلی غیراستاندارد (NSFD[6]) گسسته سازی می شوند. سپس پایداری طرح عددی حاصل بررسی می گردد و ثابت می شود روش معرفی شده غیرمشروط پایدار است. در پایان با هدف تایید نتایج تئوری، تکنیک معرفی شده برای حل معادله موج با مرتبه کسری که در فیزیک و شاخه های آن کاربرد فراوانی دارد به کار می رود. نتایج عددی موید یافته های تئوری است و نشان از کارایی این تکنیک دارد.
    کلیدواژگان: مشتقات کسری، معادله دیفرانسیل مرتبه کسری، طرح تفاضلات متناهی غیر استاندارد، پایداری
  • علیرضا کشوری*، سید محمد حسینی صفحات 75-84
    روشی جدید برای پیدا کردن پارامتر بهینه در روش منظم سازی TSVD این است که از رسم منحنی بر حسب نرم مانده استفاده می کند ]5[. چون منظم سازی TSVD روشی با پارامتر منظم سازی گسسته است از این رو، این منحنی هم منحنی گسسته است. در این مقاله با بیان تجزیه و تحلیل ریاضی نشان داده می شود رفتار این منحنی L-شکل است و مانند روش L- منحنی کلاسیک نقطه گوشه این منحنی نیز می تواند متناظر با پارامتر منظم ساز بهینه باشد. برای پیدا کردن نقطه گوشه -Lمنحنی (پارامتر بهینه) از دو روش پرونینگ[1] و ترینینگ[2] استفاده می کنیم. نتایج عددی نشان می دهد این منحنی بهتر از L-منحنی کلاسیک عمل می کند.
    کلیدواژگان: منظم سازی ‎TSVD، _ L‎‎منحنی گسسته، _ L‎منحنی جدید
  • نسرین مهدیان فر، محسن محمدزاده* صفحات 85-98
    برقراری پیوند میان سامانه اطلاعات مکانی و روش های تصمیم گیری مرهون ابداع و تکامل روش تلفیق داده های مکانی است. روش های تلفیق اطلاعات، داده ها را با هدف دست یابی به نتیجه بهتر برای افزایش قابلیت تفسیر اطلاعات با یک دیگر ترکیب می کنند. در این مقاله روش تلفیق بیزی برای ترکیب اندازه ها و خروجی مدل های قطعی و کریگیدن بررسی شدند. سپس با استفاده از آن ها داده های ازن شهر تهران تحلیل شد و با ملاک میانگین توان های دوم خطا نتایج حاصل از آن ها ارزیابی و مقایسه شدند.
    کلیدواژگان: تلفیق بیزی، مدل قطعی، کریگیدن
|
  • N. Iranpanah*, P. Mikelani Pages 1-12
    One of the main goals of studying the time series is estimation of prediction interval based on an observed sample path of the process. In recent years, different semiparametric bootstrap methods have been proposed to find the prediction intervals without any assumption of error distribution. In semiparametric bootstrap methods, a linear process is approximated by an autoregressive process. Then the bootstrap samples are generated by resampling from the residuals. In this paper, first these sieve bootstrap methods are defined and, then, in a simulation study sieve bootstrap prediction intervals are compared with a standard Gaussian prediction interval. Finally, these methods are used to find the prediction intervals for weather data of Isfahan.
    Keywords: ARMA Time series, Prediction intervals, Semiparametric Bootstrap, Monte Carlo simulation
  • B. Khadem, A. Daneshgar *, F. Mohebipur Pages 13-36
    In this paper we introduce a word-based stream cipher consisting of a chaotic part operating as a chaotic permutation and a linear part, both of which designed on a finite field. We will show that this system can operate in both synchronized and self-synchronized modes. More specifically, we show that in the self-synchronized mode the stream cipher has a receiver operating as an unknown input observer. In addition, we evaluate the statistical uniformity of the output and also show that the system in the self-synchronized mode is much faster and lighter for implementation compared to similar self-synchronized systems with equal key size.
    Keywords: Stream cipher, Chaotic permutation, Cryptography, Synchronization
  • M. Rahimi, M. Golalizazdedh* Pages 37-50
    Diffusion Processes such as Brownian motions and Ornstein-Uhlenbeck processes are the classes of stochastic processes that have been investigated by researchers in various disciplines including biological sciences. It is usually assumed that the outcomes of these processes are laid on the Euclidean spaces. However, some data in physical, chemical and biological phenomena indicate that they cannot be considered as the observations in Euclidean spaces due to the various features such as the periodicity of the data. Hence, we cannot analyze them using the common mathematical methods available in Euclidean spaces. In addition, studying and analyzing them using common linear statistics are not possible. One of these typical data is the dihedral angles that are utilized in identifying, modeling and predicting the proteins backbones. Because these angles are representatives of points on the surface of torus, it seems that proper statistical modeling of diffusion processes on the torus could be of a great help for the research activities on dynamic molecular simulations in predicting the proteins backbones. In this article, using the Riemannian distance on the torus, the stochastic differential equations to describe the Brownian motions and Ornstein-Uhlenbeck processes on this geometrical object were derived. Then, in order to evaluate the proposed models, the statistical simulations were performed using the equilibrium distributions of aforementioned stochastic processes. Moreover, the link between the gained results with the available concepts in the non-linear statistics were highlighted.
    Keywords: Diffusion Processes, Stochastic Differential Equations, Equilibrium Distributions, Non, linear Statistics
  • A. Soleymanpour Bakefayat*, N. Dastranj Pages 51-62
    Zobov’s Theorem is one of the theorems which indicate the conditions for the stability of a nonlinear system with specific attraction region. We have applied neural networks to approximate some functions mentioned in Zobov’s theorem in order to find the controller of a nonlinear controlled system whose law in a mathematical manner is difficult to make. Finally, the effectiveness and the applicability of the proposed method are demonstrated through using numerical examples.
    Keywords: Nonlinear Control systems, Stabilization, Artificial Neural Networks, Zobov's Theorem, Nelder, Meed Optimization
  • M. Arab Ameri *, E. Mir Mehrabi Pages 63-74
    Fractional derivatives and integrals are new concepts of derivatives and integrals of arbitrary order. Partial differential equations whose derivatives can be of fractional order are called fractional partial differential equations (FPDEs). Recently, these equations have received special attention due to their high practical applications. In this paper, we survey a rather general case of FPDE to obtain a numerical scheme. The fractional derivatives in the equation are replaced by common definitions such as Grundwald-Letnikov, Riemann-Liouville and Caputo. To improve the numerical solution, partial derivatives inside the equation are discrete using non-standard finite difference scheme. Then, we survey the stability of numerical scheme and prove that the proposed method is unconditionally stable. Eventually, in order to approve the theoretical results, we use the presented technique to solve wave equation with fractional-order, which is very practical and widely used in physics and its branches. Numerical results confirm the findings of the theory and show that this technique is effective.
    Keywords: Fractional calculus, Fractional differential equations, Non, standard finite difference schemes, Stability
  • A.R. Keshvari *, S.M. Hosseni Pages 75-84
    A new technique to find the optimization parameter in TSVD regularization method is based on a curve which is drawn against the residual norm [5]. Since the TSVD regularization is a method with discrete regularization parameter, then the above-mentioned curve is also discrete. In this paper we present a mathematical analysis of this curve, showing that the curve has L-shaped path very similar to that of the classical L-curve and its corner point can represent the optimization regularization parameter very well. In order to find the corner point of the L-curve (optimization parameter), two methods are applied: pruning and triangle. Numerical results show that in the considered test problems the new curve is better than the classical L-curve.
    Keywords: TSVD Regularization, Discrete L, curve, New L, curve
  • N. Mahdiyanfard, M. Mohammadzadeh* Pages 85-98
    The link between geographic information systems and decision making approach own the invention and development of spatial data melding method. These methods combine different data sets, to achieve better results. In this paper, the Bayesian melding method for combining the measurements and outputs of deterministic models and kriging are considered. Then the ozone data in Tehran city are analyzed by using these methods. Next their results are evaluated and compared in terms of mean square error criterion. Finally, discussion and results are given.
    Keywords: Bayesian melding, Deterministic model, Kriging