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Estudio comparativo de técnicas basadas en 'Machine Learning' para la discriminación de partículas en los detectores de materia oscura PICO

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Academic year: 2023

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Índice

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(7)
(8)
(9)

1

(10)

(11)

(12)

𝑥(𝑡, 𝑆) 𝑆

𝛺 𝑆 ∈ 𝛺 → 𝑥(𝑡, 𝑆) ∈ ℝ 𝑡

𝑇 𝑡 ∈ 𝑇 ⊂ ℝ

𝑥(𝑡, 𝑆0) ≡ 𝑥(𝑡)

(13)

𝑅𝑀𝑆{𝑥[𝑛]} = √1

𝑁∑ 𝑥[𝑛]

𝑁−1

𝑖=0

𝑆𝑃𝐿{𝑥[𝑛]} = 20 log10 𝑅𝑀𝑆 20𝜇𝑃𝑎

𝐴𝑆{𝑥[𝑛]} =𝐸[𝑥 − 𝜇{𝑥}]3 𝜎{𝑥}3

𝜇 𝜎 𝐸[𝑦]

𝑦

𝜇

𝑦𝑖

𝑝(𝑦𝑖) 𝐸[𝑦] = ∑ 𝑦𝑖𝑝(𝑦𝑖)

(14)
(15)

𝑓

𝐹{𝑥(𝑡)} ≡ 𝑋𝐹(𝑓) = ∫ 𝑥(𝑡) · 𝑒−2𝜋𝑓𝑡𝑑𝑡

+∞

−∞

𝑆𝑥𝑥(𝑓) = | 𝑋𝐹(𝑓)|2

𝑆𝑥𝑥 𝑓

𝑥[𝑛] 𝑁

𝑥[𝑛]

𝐹{𝑥(𝑡)} ≡ 𝑋𝐹[𝑘/𝑁] =1

𝑁∑ 𝑥[𝑛] · 𝑒−2𝜋𝑛𝑘/𝑁

𝑁−1

𝑛=0

(16)

𝑆𝑀0{𝑥[𝑛]} = ∑ 𝑃𝑆𝐷𝑖

𝑁−1

𝑖=0

𝑆𝑀𝑗{𝑥[𝑛]} = ∑ 𝑃𝑖𝑓𝑖𝑗

𝑁−1

𝑖=0

𝑉𝐹𝐶{𝑥[𝑛]} =𝑆𝑀2

𝑆𝑀0− (𝑆𝑀1 𝑆𝑀0)

2

∑ 𝑃𝑆𝐷𝑖

𝑀𝐷𝐹

𝑖=0

= ∑ 𝑃𝑆𝐷𝑖

𝑁−1

𝑖=𝑀𝐷𝐹

=1

2∑ 𝑃𝑆𝐷𝑖

𝑁−1

𝑖=0

𝑀𝑁𝐹{𝑥[𝑛]} =∑𝑁−1𝑖=0 𝑃𝑆𝐷𝑖𝑓𝑖

𝑁−1𝑖=0 𝑃𝑆𝐷𝑖

𝑃𝑆𝐷𝑖

(17)

𝑥(𝑡)

𝑃𝑣𝑎𝑟[𝑛] = ∑ 𝑉𝐴𝑅{𝑥[𝑚]}

𝑛

0

𝑉𝐴𝑅{𝑥[𝑛]} = 𝑅𝑀𝑆2− 𝑀𝑉2=1

𝑁𝑁−1𝑖=0(𝑋[𝑛] − 𝑀𝑉)2

(18)

𝑥(𝑡) −1/𝜋𝑡

𝑖 · 𝑠𝑔𝑛(𝑓) +𝜋/2

−𝜋/2

𝐻𝑇{𝑥[𝑛]} ≡ 𝑋𝐻[𝑛] = ∑𝑥[𝑙] 𝑛 − 𝑙

𝑁−1

𝑙=0

(19)

(20)

𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖ó𝑛 = 𝑇𝑃

𝑇𝑃 + 𝑇𝑁 + 𝐹𝑃 + 𝐹𝑁

(21)

𝑾

[𝑑 𝑥 𝑘] 𝒙

𝑘 𝑑

𝑥 = [𝑥

1

, 𝑥

2

, … , 𝑥

𝑑

], 𝑥 ∈ ℝ

𝑑

↓ 𝒙𝑾, 𝑾 𝑥 ∈ ℝ

𝑑

𝑧 = [𝑧

1

, 𝑧

2

, … , 𝑧

𝑘

], 𝑧 ∈ ℝ

𝑘

≪ á

á ó

(22)

𝑾

𝒛 = 𝒙𝑾 𝑧 ∈ ℝ

𝑘

(23)

≤ ≥

(24)

𝐼𝐺(𝐷𝑝, 𝑓) = 𝐼(𝐷𝑝) − ∑𝑁𝑗 𝑁𝑝 𝐼(𝐷𝑗)

𝑚

𝑗=1

𝑓 𝐷𝑝 𝐷𝑗

𝑗 𝐼 𝑁𝑝

𝑁𝑗 𝑗

(𝐼𝐻)

(𝐼𝐺) (𝐼𝐸)

𝐼𝐻(𝑡) = − ∑ 𝑝(𝑖|𝑡) log2𝑝(𝑖|𝑡)

𝑐

𝑖=1

▪ 𝐼𝐺(𝑡) = 1 − ∑ 𝑝(𝑖|𝑡)2

𝑐

𝑖=1

▪ 𝐼𝐸(𝑡) = 1 − max {𝑝(𝑖|𝑡)}

(25)

𝑆 = {(𝑥1, 𝑦1), … , (𝑥𝑛, 𝑦𝑛)} 𝑥𝑖∈ ℝ𝑑 𝑦𝑖∈ {+1, −1}

𝐷(𝑥) = (𝑤1𝑥1+ ⋯ + 𝑤𝑑𝑥𝑑) + 𝑏 = < 𝑤, 𝑥 > +𝑏

< 𝑤, 𝑥𝑖> +𝑏 ≥ 0 𝑠𝑖 𝑦𝑖= +1

𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖 = 1, … , 𝑛

< 𝑤, 𝑥𝑖> +𝑏 ≤ 0 𝑠𝑖 𝑦𝑖= −1

(26)
(27)

𝑦 = 𝑓 (∑ 𝑤

𝑗

𝑥

𝑗

𝑁

𝑗=1

)

(28)
(29)

𝑥𝑗

𝑔𝑖(𝑥𝑗) = exp (−∥ 𝑥𝑗− 𝜇𝑖2 2𝜎𝑖2 )

𝜇𝑖 𝜎𝑖2

𝐶𝑖)

𝑤𝑖𝑘

𝑦𝑘(𝑥𝑗) = ∑ 𝑤𝑖𝑘𝑔𝑖(𝑥𝑗)

𝑖=0

𝑛

(30)
(31)
(32)

▪ - -

(33)
(34)
(35)

-

-

-

(36)
(37)
(38)

𝑋

𝑁[𝜇, 𝜎]

𝑥′

𝑃(𝜎 − 𝑥≤ 𝑋 ≤ 𝜎 + 𝑥′) = ∫ 𝑁[𝜇, 𝜎]𝑑𝑋

𝜎+𝑥 𝜎−𝑥

𝑥⁄𝜎

1𝜎

𝑁(𝜇, 𝜎) = 1

𝜎√2𝜋𝑒(𝑥−𝜇)22𝜎2

(39)
(40)
(41)
(42)

𝜆

𝛽

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

(43)
(44)
(45)

(46)

(47)

𝑠𝑡𝑑 = √∑𝑛𝑖=1(𝑋𝑖− 𝑋̅)2 (𝑛 − 1)

𝑠𝑡𝑑2= ∑𝑛𝑖=1(𝑋𝑖− 𝑋̅)2 (𝑛 − 1)

𝑐𝑜𝑣(𝑋, 𝑌) =∑𝑛𝑖=1(𝑋𝑖− 𝑋̅)(𝑌𝑖− 𝑌̅) 𝑛 − 1

𝜆 ∈ ℂ 𝑣 ∈ ℂ𝑚, 𝑣 ≠ 0 𝐴𝑣 = 𝜆𝑣

𝑣 𝜆. 𝑣 𝐴

𝜆 𝑣 𝐴

𝜆 𝑣1, 𝑣2 𝜆

𝐴 𝜆

(𝝈) [𝑑 𝑥 𝑑]

𝑐𝑜𝑣(𝒙𝒋 𝒙𝒌)

𝜎𝑗𝑘(𝑥𝑖, 𝑥𝑗) =1

𝑛∑(𝑥𝑗(𝑖)− 𝜇𝑗)(𝑥𝑘(𝑖)− 𝜇𝑘)

𝑛

𝑖=1

, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝜇 =1 𝑛∑ 𝑥𝑖

𝑖=1

Σ = [ 𝜎

1 2

𝜎

12

𝜎

21

𝜎

2 2

]

(48)

(𝜆)

Σν = λν

𝜆𝑗

λ

j

𝑑𝑗=1

𝜆

𝑗

𝑾 𝒛,

𝒛 = 𝒙𝑾 𝑧 ∈ ℝ

𝑘

(49)

(50)

𝐸(𝑊, 𝑏) =1

2‖𝑦 − 𝑥‖2 𝑚

𝐸(𝑊, 𝑏) = [1 𝑚∑ (1

2‖𝑦 − 𝑥‖2)

𝑚

𝑖=1

] +𝜆

2 ∑ ∑ ∑ (𝑊𝑖𝑗(𝑙))2

𝑆𝑙+1

𝑗=1 𝑠𝑙

𝑖=1 𝑛𝑙−1

𝑙=1

𝜆

𝑊, 𝑏 𝑊𝑖𝑗(𝑙)= 𝑊𝑖𝑗(𝑙)− 𝛼 𝜕

𝜕𝑊𝑖𝑗(𝑙)𝐸(𝑊, 𝑏) 𝑏(𝑙)= 𝑏(𝑙)− 𝛼 𝜕

𝜕𝑏(𝑙)

𝐸(𝑊, 𝑏) 𝛼

𝜕

𝜕𝑊𝑖𝑗(𝑙)𝐸(𝑊, 𝑏) = [1

𝑚∑ 𝜕

𝜕𝑊𝑖𝑗(𝑙)𝐸(𝑊, 𝑏, 𝑥, 𝑦)

𝑚

𝑖=1

] + 𝜆𝑊𝑖𝑗(𝑙)

𝜕

𝜕𝑏(𝑙)𝐸(𝑊, 𝑏) = 1

𝑚∑ 𝜕

𝜕𝑏(𝑙)𝐸(𝑊, 𝑏, 𝑥, 𝑦)

𝑚

𝑖=1

𝛿𝑜𝑢𝑡 = −(𝑦 − 𝑥)

(51)

𝛿𝑙 = ((𝑊(𝑙))𝑇𝛿(𝑙+1)) · 𝑓′(𝑧(𝑙))

𝜕

𝜕𝑊𝑖𝑗(𝑙)𝐸(𝑊, 𝑏, 𝑥, 𝑦) = 𝛿 (𝑙+1)(𝑎(𝑙))𝑇

𝜕

𝜕𝑏(𝑙)𝐸(𝑊, 𝑏, 𝑥, 𝑦) = 𝛿 (𝑙+1)

𝛿𝑗

𝑊(𝑙)= 𝑊(𝑙)− 𝛼 [(1

𝑚Δ𝑊(𝑙)) + 𝜆𝑊(𝑙)]

𝑏(𝑙)= 𝑏(𝑙)− 𝛼 [(1

𝑚Δ𝑏(𝑙) )]

Δ𝑊(𝑙) 𝑦 Δ𝑏(𝑙)

(52)

{𝑥1, … , 𝑥𝑁} 𝑁 𝑥

𝜇(𝑗), 𝑗 ∈ {1, … , 𝑘}

𝑑(𝑥, 𝑦)2= ∑(𝑥𝑗− 𝑦𝑗)2

𝑚

𝑗=1

= ∥ 𝑥 − 𝑦 ∥2

𝑆𝑆𝐸 = ∑ ∑ 𝑤(𝑖,𝑗)∥ 𝑥(𝑖)− 𝜇(𝑗)2

𝑘

𝑗=1 𝑛

𝑖=1

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δj

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Referencias

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