Mean-Variance Portfolio Optimization

Physics-Informed Neural Networks (PINNs) sind eine innovative Methode zur Lösung von Differentialgleichungen, die in vielen physikalischen und ingenieurtechnischen Anwendungen vorkommen. Sie kombinieren die Leistungsfähigkeit neuronaler Netzwerke mit physikalischen Gesetzen, indem sie die zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien in den Lernprozess integrieren. Dies geschieht, indem man die Verlustfunktion des Netzwerks um einen zusätzlichen Term erweitert, der die Residuen der Differentialgleichungen misst, was bedeutet, dass das Netzwerk nicht nur die Daten lernt, sondern auch die physikalischen Gesetze berücksichtigt.

Mathematisch formuliert wird dabei häufig eine Verlustfunktion wie folgt definiert:

Hierbei steht $L_{\text{data}}$ für die Verlustfunktion, die auf den Trainingsdaten basiert, während $L_{\text{physics}}$ die Abweichung von den physikalischen Gleichungen misst. Der Parameter $\lambda$ gewichtet die Bedeutung der physikalischen Informationen im Vergleich zu den Daten. Durch diese Herangehensweise erhalten PINNs eine verbesserte Generalisierungsfähigkeit und können auch in Bereichen eingesetzt werden, in denen nur begrenzte Daten vorhanden sind.

Das Cantor’sche Diagonalargument ist ein fundamentales Ergebnis in der Mengenlehre, das zeigt, dass die Menge der reellen Zahlen nicht abzählbar ist. Cantor begann mit der Annahme, dass alle reellen Zahlen im Intervall $[0, 1]$ in einer Liste aufgeführt werden könnten. Um zu zeigen, dass dies nicht möglich ist, konstruierte er eine neue reelle Zahl, die von der ersten Zahl in der Liste an der ersten Stelle, von der zweiten Zahl an der zweiten Stelle und so weiter abweicht. Diese neu konstruierte Zahl unterscheidet sich also in jeder Dezimalstelle von jeder Zahl in der Liste, was bedeutet, dass sie nicht in der Liste enthalten sein kann. Damit wird bewiesen, dass es mehr reelle Zahlen als natürliche Zahlen gibt, was die Nicht-Abzählbarkeit der reellen Zahlen demonstriert. Dieses Argument hat tiefgreifende Konsequenzen für unser Verständnis von Unendlichkeit und die Struktur der Zahlen.

Der Veblen Effect beschreibt ein Phänomen in der Konsumtheorie, bei dem die Nachfrage nach bestimmten Gütern steigt, wenn deren Preis ebenfalls steigt, anstatt wie üblich zu sinken. Dies tritt häufig bei Luxusgütern auf, die als Statussymbole fungieren. Konsumenten sind bereit, höhere Preise zu zahlen, um ihren sozialen Status zu demonstrieren oder sich von anderen abzuheben.

Ein typisches Beispiel sind Designer-Handtaschen oder teure Autos: Je teurer sie sind, desto attraktiver erscheinen sie für bestimmte Käufergruppen. Der Effekt widerspricht dem klassischen Gesetz von Angebot und Nachfrage, welches besagt, dass bei steigendem Preis die Nachfrage in der Regel sinkt. Stattdessen wird hier der Preis selbst zum Signal für Qualität und Exklusivität, was das Kaufverhalten beeinflusst.

Federated Learning Optimization bezieht sich auf die Techniken und Strategien, die angewendet werden, um den Lernprozess in einem föderierten Lernsystem zu verbessern. In einem solchen System werden Modelle lokal auf mehreren Geräten oder Servern trainiert, ohne dass die Daten diese Geräte verlassen. Dies bedeutet, dass die Optimierung nicht nur die Genauigkeit des Modells, sondern auch die Effizienz der Datenübertragung und die Vermeidung von Datenschutzverletzungen berücksichtigen muss.

Die Optimierung erfolgt oft durch die Aggregation von lokalen Modellupdates, wobei die globalen Modelle aktualisiert werden, um eine bessere Leistung zu erzielen. Ein häufig verwendetes Verfahren ist das Federated Averaging, bei dem die Gewichte der lokalen Modelle gewichtet und kombiniert werden. Mathematisch ausgedrückt wird der neue globale Modellparameter $w$ durch die Formel

bestimmt, wobei $n_k$ die Anzahl der Datenpunkte auf dem k-ten Gerät ist und $n$ die Gesamtzahl der Datenpunkte. Ziel ist es, die Effizienz und Genauigkeit unter Berücksichtigung der dezentralen Datenverteilung zu maximieren.

Np-Hard Probleme sind eine Klasse von Problemen in der Informatik, die als besonders schwierig gelten. Ein Problem wird als Np-Hard bezeichnet, wenn es mindestens so schwierig ist wie das schwierigste Problem in der Klasse NP (Nichtdeterministische Polynomialzeit). Das bedeutet, dass, selbst wenn wir die Lösung für ein Np-Hard Problem kennen, es im Allgemeinen nicht möglich ist, diese Lösung effizient zu überprüfen oder zu berechnen. Wichtige Merkmale von Np-Hard Problemen sind:

• Sie können nicht in polynomialer Zeit gelöst werden (es sei denn, P = NP).
• Sie sind oft optimierungsbasiert, wie z.B. das Travelling-Salesman-Problem oder das Rucksackproblem.
• Lösungen für Np-Hard Probleme können durch heuristische oder approximative Ansätze gefunden werden, die jedoch nicht garantieren, die optimale Lösung zu finden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Np-Hard Probleme eine zentrale Herausforderung in der theoretischen Informatik darstellen und signifikante Auswirkungen auf reale Anwendungen haben.

Die Zeta-Funktion ist eine komplexe Funktion, die in der Zahlentheorie eine zentrale Rolle spielt, insbesondere in der Untersuchung der Verteilung von Primzahlen. Die Zeros der Zeta-Funktion, also die Werte $s$ für die die Gleichung $\zeta(s) = 0$ gilt, sind von großem Interesse. Insbesondere wird vermutet, dass alle nicht-trivialen Zeros auf der kritischen Linie $\text{Re}(s) = \frac{1}{2}$ liegen, was als die Riemann-Hypothese bekannt ist. Die Zeta-Funktion selbst wird definiert durch die unendliche Reihe:

und kann durch analytische Fortsetzung auf andere Bereiche der komplexen Ebene erweitert. Die Zeta-Nullstellen haben tiefgreifende Implikationen für die Verteilung von Primzahlen, da sie eng mit der Funktionalität der Primzahlverteilung verknüpft sind.