Data Assimilation

A Mathematical Introduction

Author: Kody Law,Andrew Stuart,Konstantinos Zygalakis

Publisher: Springer

ISBN: 3319203258

Category: Mathematics

Page: 242

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This book provides a systematic treatment of the mathematical underpinnings of work in data assimilation, covering both theoretical and computational approaches. Specifically the authors develop a unified mathematical framework in which a Bayesian formulation of the problem provides the bedrock for the derivation, development and analysis of algorithms; the many examples used in the text, together with the algorithms which are introduced and discussed, are all illustrated by the MATLAB software detailed in the book and made freely available online. The book is organized into nine chapters: the first contains a brief introduction to the mathematical tools around which the material is organized; the next four are concerned with discrete time dynamical systems and discrete time data; the last four are concerned with continuous time dynamical systems and continuous time data and are organized analogously to the corresponding discrete time chapters. This book is aimed at mathematical researchers interested in a systematic development of this interdisciplinary field, and at researchers from the geosciences, and a variety of other scientific fields, who use tools from data assimilation to combine data with time-dependent models. The numerous examples and illustrations make understanding of the theoretical underpinnings of data assimilation accessible. Furthermore, the examples, exercises and MATLAB software, make the book suitable for students in applied mathematics, either through a lecture course, or through self-study.
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Handbook of Environmental and Ecological Statistics

Author: Alan E. Gelfand,Montserrat Fuentes,Jennifer A. Hoeting,Richard Lyttleton Smith

Publisher: CRC Press

ISBN: 1351648543

Category: Mathematics

Page: 854

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This handbook focuses on the enormous literature applying statistical methodology and modelling to environmental and ecological processes. The 21st century statistics community has become increasingly interdisciplinary, bringing a large collection of modern tools to all areas of application in environmental processes. In addition, the environmental community has substantially increased its scope of data collection including observational data, satellite-derived data, and computer model output. The resultant impact in this latter community has been substantial; no longer are simple regression and analysis of variance methods adequate. The contribution of this handbook is to assemble a state-of-the-art view of this interface. Features: An internationally regarded editorial team. A distinguished collection of contributors. A thoroughly contemporary treatment of a substantial interdisciplinary interface. Written to engage both statisticians as well as quantitative environmental researchers. 34 chapters covering methodology, ecological processes, environmental exposure, and statistical methods in climate science.
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Kalman-Bucy-Filter

determinist. Beobachtung u. stochast. Filterung

Author: Karl Brammer,Gerhard Siffling

Publisher: N.A

ISBN: N.A

Category: Control theory

Page: 232

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Das Buch will die mannigfaltigen Aufgaben der heutigen Regelungs- und Steuerungstechnik und ihre Lösung nahebringen. Das soll mit möglichst geringem Zeit- und Arbeitsaufwand für den Leser verbunden sein. Leichte Verständlichkeit, Anschaulichkeit und Anwendungsnähe sind deshalb Hauptgesichtspunkt der Darstellung. Vollständigkeit ist nicht angestrebt, vielmehr Darstellung des Wesentlichen. Mathematische Methoden werden auf das Notwendige beschränkt.
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Probabilistic Forecasting and Bayesian Data Assimilation

Author: Sebastian Reich,Colin Cotter

Publisher: Cambridge University Press

ISBN: 1107069394

Category: Computers

Page: 306

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Covers key ideas and concepts. Ideal introduction for graduate students in any field where Bayesian data assimilation is applied.
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Kompendium Systembiologie

Mathematische Modellierung und Modellanalyse

Author: Andreas Kremling

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3834886076

Category: Science

Page: 300

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Das Buch beschreibt die Grundlagen der mathematischen Modellierung zellulärer Systeme. Nach einer Klassifikation von Modellen wird schwerpunktmäßig auf deterministische Modelle eingegangen und für alle relevanten zellulären Prozesse entsprechende Gleichungen angegeben. Anschließend werden eine Reihe von Verfahren zur Modellanalyse vorgestellt. Etwas kürzer werden Verfahren zum Reverse Engineering und zur Analyse von Netzwerkgraphen abgehandelt. Am Ende werden noch Verfahren der Parameteridentifikation besprochen.
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Wahrscheinlichkeitstheorie und Stochastische Prozesse

Author: Michael Mürmann

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 364238160X

Category: Mathematics

Page: 428

View: 3861

Dieses Lehrbuch beschäftigt sich mit den zentralen Gebieten einer maßtheoretisch orientierten Wahrscheinlichkeitstheorie im Umfang einer zweisemestrigen Vorlesung. Nach den Grundlagen werden Grenzwertsätze und schwache Konvergenz behandelt. Es folgt die Darstellung und Betrachtung der stochastischen Abhängigkeit durch die bedingte Erwartung, die mit der Radon-Nikodym-Ableitung realisiert wird. Sie wird angewandt auf die Theorie der stochastischen Prozesse, die nach der allgemeinen Konstruktion aus der Untersuchung von Martingalen und Markov-Prozessen besteht. Neu in einem Lehrbuch über allgemeine Wahrscheinlichkeitstheorie ist eine Einführung in die stochastische Analysis von Semimartingalen auf der Grundlage einer geeigneten Stetigkeitsbedingung mit Anwendungen auf die Theorie der Finanzmärkte. Das Buch enthält zahlreiche Übungen, teilweise mit Lösungen. Neben der Theorie vertiefen Anmerkungen, besonders zu mathematischen Modellen für Phänomene der Realität, das Verständnis.​
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Data Assimilation

The Ensemble Kalman Filter

Author: Geir Evensen

Publisher: Springer Science & Business Media

ISBN: 3540383018

Category: Science

Page: 280

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This book reviews popular data-assimilation methods, such as weak and strong constraint variational methods, ensemble filters and smoothers. The author shows how different methods can be derived from a common theoretical basis, as well as how they differ or are related to each other, and which properties characterize them, using several examples. Readers will appreciate the included introductory material and detailed derivations in the text, and a supplemental web site.
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Finite Elemente

Theorie, schnelle Löser und Anwendungen in der Elastizitätstheorie

Author: Dietrich Braess

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662072343

Category: Mathematics

Page: 305

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Statistik-Workshop für Programmierer

Author: Allen B. Downey

Publisher: O'Reilly Germany

ISBN: 3868993436

Category: Computers

Page: 160

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Wenn Sie programmieren können, beherrschen Sie bereits Techniken, um aus Daten Wissen zu extrahieren. Diese kompakte Einführung in die Statistik zeigt Ihnen, wie Sie rechnergestützt, anstatt auf mathematischem Weg Datenanalysen mit Python durchführen können. Praktischer Programmier-Workshop statt grauer Theorie: Das Buch führt Sie anhand eines durchgängigen Fallbeispiels durch eine vollständige Datenanalyse -- von der Datensammlung über die Berechnung statistischer Kennwerte und Identifikation von Mustern bis hin zum Testen statistischer Hypothesen. Gleichzeitig werden Sie mit statistischen Verteilungen, den Regeln der Wahrscheinlichkeitsrechnung, Visualisierungsmöglichkeiten und vielen anderen Arbeitstechniken und Konzepten vertraut gemacht. Statistik-Konzepte zum Ausprobieren: Entwickeln Sie über das Schreiben und Testen von Code ein Verständnis für die Grundlagen von Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik: Überprüfen Sie das Verhalten statistischer Merkmale durch Zufallsexperimente, zum Beispiel indem Sie Stichproben aus unterschiedlichen Verteilungen ziehen. Nutzen Sie Simulationen, um Konzepte zu verstehen, die auf mathematischem Weg nur schwer zugänglich sind. Lernen Sie etwas über Themen, die in Einführungen üblicherweise nicht vermittelt werden, beispielsweise über die Bayessche Schätzung. Nutzen Sie Python zur Bereinigung und Aufbereitung von Rohdaten aus nahezu beliebigen Quellen. Beantworten Sie mit den Mitteln der Inferenzstatistik Fragestellungen zu realen Daten.
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Large Scale Inverse Problems

Computational Methods and Applications in the Earth Sciences

Author: Mike Cullen,Melina A Freitag,Stefan Kindermann,Robert Scheichl

Publisher: Walter de Gruyter

ISBN: 3110282267

Category: Mathematics

Page: 212

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This book is the second volume of three volume series recording the "Radon Special Semester 2011 on Multiscale Simulation & Analysis in Energy and the Environment" taking place in Linz, Austria, October 3-7, 2011. The volume addresses the common ground in the mathematical and computational procedures required for large-scale inverse problems and data assimilation in forefront applications.
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Introduction to Uncertainty Quantification

Author: T.J. Sullivan

Publisher: Springer

ISBN: 3319233955

Category: Mathematics

Page: 342

View: 8308

This text provides a framework in which the main objectives of the field of uncertainty quantification (UQ) are defined and an overview of the range of mathematical methods by which they can be achieved. Complete with exercises throughout, the book will equip readers with both theoretical understanding and practical experience of the key mathematical and algorithmic tools underlying the treatment of uncertainty in modern applied mathematics. Students and readers alike are encouraged to apply the mathematical methods discussed in this book to their own favorite problems to understand their strengths and weaknesses, also making the text suitable for a self-study. Uncertainty quantification is a topic of increasing practical importance at the intersection of applied mathematics, statistics, computation and numerous application areas in science and engineering. This text is designed as an introduction to UQ for senior undergraduate and graduate students with a mathematical or statistical background and also for researchers from the mathematical sciences or from applications areas who are interested in the field. T. J. Sullivan was Warwick Zeeman Lecturer at the Mathematics Institute of the University of Warwick, United Kingdom, from 2012 to 2015. Since 2015, he is Junior Professor of Applied Mathematics at the Free University of Berlin, Germany, with specialism in Uncertainty and Risk Quantification.
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Homers letzter Satz

Die Simpsons und die Mathematik

Author: Simon Singh

Publisher: Carl Hanser Verlag GmbH Co KG

ISBN: 3446437738

Category: Science

Page: 320

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Die Simpsons sind nicht nur „eines der intelligentesten Kunstwerke unserer Zeit“ (Daniel Kehlmann), sie stecken auch voller Mathematik! Spielerisch leicht und unterhaltsam lüftet Simon Singh die mathematischen Geheimnisse der erfolgreichsten TV-Serie der Welt. Ob Homer ein donutförmiges Universum entwirft, den berühmten Fermat‘schen Satz zu widerlegen scheint, oder Lisa als Baseballtrainerin den Geheimnissen der Statistik auf die Spur kommt: Der Bestsellerautor aus Großbritannien nimmt die Episoden der Simpsons zum Ausgangspunkt für eine Tour d’Horizon durch die Welt der Algebra und Geometrie. Ein Muss für Millionen Simpsons-Fans - und ein Buch, das die Mathematik ins Zentrum der Populärkultur rückt. „Simon Singh deckt auf, wie Simpsons-Fans jahrzehntelang klammheimlich Mathe-Unterricht erhielten. Ein brillantes Buch.“ David X. Cohen, Autor von Futurama und Die Simpsons "Sie glauben, dass sich Mathematik und Humor widersprechen? Simon Singh beweist das Gegenteil!" Christoph Drösser, Journalist der Zeit
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Approximation

Author: Armin Iske

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662554658

Category: Mathematics

Page: 360

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Dieses Lehrbuch bietet eine anschauliche Einführung in die Theorie und Numerik der Approximation mit Bezügen zu aktuellen Anwendungen der Datenanalyse. Dabei werden klassische Themen der Approximation mit relevanten Methoden der mathematischen Signalverarbeitung verknüpft und gut nachvollziehbar erklärt. Bei den Herleitungen der verschiedenen Approximationsmethoden werden konstruktive Zugänge bevorzugt. Dies führt direkt zu numerischen Algorithmen, deren Implementierung im Detail erklärt wird. Weiterhin illustriert eine Vielzahl an Beispielen die theoretischen und numerischen Grundlagen. Das Lehrbuch behandelt u.a. folgende Themen: Bestapproximationen in normierten linearen Räumen Approximation in euklidischen Räumen Tschebyscheff-Approximation Asymptotische Resultate der Approximation Kern-basierte Approximation mit gitterfreien Methoden Approximationsmethoden der Computertomographie Neben zahlreichen Beispielen sind für die weitere Vertiefung der Kernthemen auch viele Übungsaufgaben mit Lösungshinweisen enthalten.
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Numerical Approximation of Exact Controls for Waves

Author: Sylvain Ervedoza,Enrique Zuazua

Publisher: Springer Science & Business Media

ISBN: 1461458080

Category: Mathematics

Page: 122

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​​​​​​This book is devoted to fully developing and comparing the two main approaches to the numerical approximation of controls for wave propagation phenomena: the continuous and the discrete. This is accomplished in the abstract functional setting of conservative semigroups.The main results of the work unify, to a large extent, these two approaches, which yield similaralgorithms and convergence rates. The discrete approach, however, gives not only efficient numerical approximations of the continuous controls, but also ensures some partial controllability properties of the finite-dimensional approximated dynamics. Moreover, it has the advantage of leading to iterative approximation processes that converge without a limiting threshold in the number of iterations. Such a threshold, which is hard to compute and estimate in practice, is a drawback of the methods emanating from the continuous approach. To complement this theory, the book provides convergence results for the discrete wave equation when discretized using finite differences and proves the convergence of the discrete wave equation with non-homogeneous Dirichlet conditions. The first book to explore these topics in depth, "On the Numerical Approximations of Controls for Waves" has rich applications to data assimilation problems and will be of interest to researchers who deal with wave approximations.​
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Mathematische Statistik

Author: Bartel L. van der Waerden

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642649742

Category: Mathematics

Page: 360

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Einführung in Die Mathematische Statistik

Author: Leopold Schmetterer

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662259338

Category: Mathematics

Page: 597

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Die Frage nach dem Aufgabenkreis der Statistik im allgemeinen kann nicht mit wenigen Worten umrissen werden. Wenn man etwas näher auf die geschichtliche Entwicklung des Begriffes Statistik eingeht\ so findet man, daß lange Zeit darunter nur die Beschrei bung von "Staatsmerkwürdigkeiten" (wie Bevölkerungszahl, Bo denbeschaffenheit, Sammlung wirtschaftlicher Daten) verstanden wurde. Erst in neuerer Zeit drang die statistische Betrachtungsweise auch in die Naturwissenschaften ein (BOLTZMANN, GIBBS, MAx WELL). Fußend auf dem Boden der seit Beginn dieses Jahrhunderts sich rasch entwickelnden Wahrscheinlichkeitstheorie hat dann ins besondere in den letzten dreißig Jahren auch die mathematische Statistik einen unerhörten Aufschwung genommen und die Metho den der statistischen Analyse mit einer kaum zu übersehenden Fülle von Gedanken bereichert. Statistische Überlegungen treten heute in den verschiedensten Wissensgebieten auf. Es genügt, wenn wir neben den Wirtschaftswissenschaften als Beispiele die Astronomie, die Biologie, die Medizin, die Psychologie, die Physik und die Soziologie anführen. Wenn es also, wie gesagt, nicht leicht ist, den allgemeinen Be griff der Statistik kurz zu charakterisieren, so geht man doch wohl nicht fehl, wenn man feststellt, daß sich die Statistik mit dem Studium von Erscheinungen befaßt, die entweder eine große Zahl von Individuen betreffen, oder sonst in irgendeiner Weise eine Viel falt von Einzelerscheinungen zusammenfassen. Man kann somit als ein Charakteristikum der Statistik das Studium der Massen erscheinungen betrachten. Es ist eine Erfahrungstatsache, daß bei Massenerscheinungen Gesetzmäßigkeiten nachgewiesen werden können, die bei Einzelerscheinungen kein Gegenstück haben. Das 1 Vgl. W. WrNKLER, Grundriß der Statistik I, 2.
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Die Berechnung der Zukunft

Warum die meisten Prognosen falsch sind und manche trotzdem zutreffen - Der New York Times Bestseller

Author: Nate Silver

Publisher: Heyne Verlag

ISBN: 3641112702

Category: Business & Economics

Page: 656

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Zuverlässige Vorhersagen sind doch möglich! Nate Silver ist der heimliche Gewinner der amerikanischen Präsidentschaftswahlen 2012: ein begnadeter Statistiker, als »Prognose-Popstar« und »Wundernerd« weltberühmt geworden. Er hat die Wahlergebnisse aller 50 amerikanischen Bundesstaaten absolut exakt vorausgesagt – doch damit nicht genug: Jetzt zeigt Nate Silver, wie seine Prognosen in Zukunft Terroranschläge, Umweltkatastrophen und Finanzkrisen verhindern sollen. Gelingt ihm die Abschaffung des Zufalls? Warum werden Wettervorhersagen immer besser, während die Terrorattacken vom 11.09.2001 niemand kommen sah? Warum erkennen Ökonomen eine globale Finanzkrise nicht einmal dann, wenn diese bereits begonnen hat? Das Problem ist nicht der Mangel an Informationen, sondern dass wir die verfügbaren Daten nicht richtig deuten. Zuverlässige Prognosen aber würden uns helfen, Zufälle und Ungewissheiten abzuwehren und unser Schicksal selbst zu bestimmen. Nate Silver zeigt, dass und wie das geht. Erstmals wendet er seine Wahrscheinlichkeitsrechnung nicht nur auf Wahlprognosen an, sondern auf die großen Probleme unserer Zeit: die Finanzmärkte, Ratingagenturen, Epidemien, Erdbeben, den Klimawandel, den Terrorismus. In all diesen Fällen gibt es zahlreiche Prognosen von Experten, die er überprüft – und erklärt, warum sie meist falsch sind. Gleichzeitig schildert er, wie es gelingen kann, im Rauschen der Daten die wesentlichen Informationen herauszufiltern. Ein unterhaltsamer und spannender Augenöffner!
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Analysis II

Author: Wolfgang Walter

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642967922

Category: Mathematics

Page: 398

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Dem erfolgreichen Konzept von Analysis I folgend, wird auch im zweiten Teil dieses zweibändigen Analysis-Werkes viel Wert auf historische Zusammenhänge, Ausblicke und die Entwicklung der Analysis gelegt. Zu den Besonderheiten, die über den kanonischen Stoff des zweiten und dritten Semesters einer Analysisvorlesung hinausgehen, gehört das Lemma von Marston Morse. Die Grundtatsachen über die verschiedenen Integralbegriffe werden allesamt aus Sätzen über verallgemeinerte Limites (Moore-Smith-Konvergenz) abgeleitet. Die C?-Approximation von Funktionen (Friedrich Mollifiers) wird ebenso behandelt, wie die Theorie der absolut stetigen Funktionen. Bei den Fourierreihen wird die klassische Theorie in Weiterführung einer von Chernoff und Redheffer entwickelten Methode behandelt. Zahlreiche Beispiele, Übungsaufgaben und Anwendungen, z.B. aus der Physik und Astronomie runden dieses Lehrbuch ab.
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Moderne Algebra

Author: Bartel Eckmann L. Van der van der Waerden,Emil Artin,Emmy Noether

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662364344

Category: Mathematics

Page: 274

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Dieser Buchtitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfängen des Verlags von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv Quellen für die historische wie auch die disziplingeschichtliche Forschung zur Verfügung, die jeweils im historischen Kontext betrachtet werden müssen. Dieser Titel erschien in der Zeit vor 1945 und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.
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