Publication

MATHICSE Technical Report : Modelling spatially dependent functional data via regression with differential regularization

Fabio Nobile, Eleonora Arnone
2018
Rapport ou document de travail
Résumé

We propose a method for modelling spatially dependent functional data, based on regression with differential regularization. The regularizing term enables to include problem-specific information about the spatio-temporal variation of phenomenon under study, formalized in terms of a time-dependent partial differential equation. The method is implemented using a discretization based on finite elements in space and finite differences in time. This non-tensor product basis allows to efficiently handle data distributed over complex domains and where the shape of the domain influences the phenomenon behavior. Moreover, the method can comply with specific conditions at the boundary of the domain of interest. Simulation studies compare the proposed model to available techniques for spatio-temporal data. The method is also illustrated via an application to the study of blood-flow velocity field in a carotid artery affected by atherosclerosis, starting from echo-color doppler and magnetic resonance imaging data.

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En analyse numérique, la méthode des éléments finis (MEF, ou FEM pour finite element method en anglais) est utilisée pour résoudre numériquement des équations aux dérivées partielles. Celles-ci peuvent par exemple représenter analytiquement le comportement dynamique de certains systèmes physiques (mécaniques, thermodynamiques, acoustiques).
Produit tensoriel
En mathématiques, le produit tensoriel est un moyen commode de coder les objets multilinéaires. Il est utilisé en algèbre, en géométrie différentielle, en géométrie riemannienne, en analyse fonctionnelle et en physique (mécanique des solides, relativité générale et mécanique quantique). Théorème et définition. Soient et deux espaces vectoriels sur un corps commutatif .
Différence finie
En mathématiques, et plus précisément en analyse, une différence finie est une expression de la forme f(x + b) − f(x + a) (où f est une fonction numérique) ; la même expression divisée par b − a s'appelle un taux d'accroissement (ou taux de variation), et il est possible, plus généralement, de définir de même des différences divisées. L'approximation des dérivées par des différences finies joue un rôle central dans les méthodes des différences finies utilisées pour la résolution numérique des équations différentielles, tout particulièrement pour les problèmes de conditions aux limites.
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