Dissertations / Theses: 'Autômato celular' – Grafiati (2024)

Abstract:

Submitted by Elaine Lucia (lucia.elaine@live.com) on 2015-07-10T17:55:01ZNo. of bitstreams: 1Dissertação - Andréa Baima do Lago Silva.pdf: 2973199 bytes, checksum: a1c2b17b673e37ad36edc41c7821d5a1 (MD5)
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Made available in DSpace on 2015-07-10T18:04:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1Dissertação - Andréa Baima do Lago Silva.pdf: 2973199 bytes, checksum: a1c2b17b673e37ad36edc41c7821d5a1 (MD5) Previous issue date: 2009-01-30
CNPq - Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico
The Amazon Region keeps 70% of all fresh water of Brazil, however, the man’s presenceis responsable for pollution in our rivers and, nowadays, it is increasing the worldinterest in the nature preservation. Facts like these led scientists to creat computationalmodelling techniques capable to preview the man’s impacts in the nature. However, it isnot so easy, per exemple, to model the flow of a river with Amazon´s rivers dimensions.It is of crucial importance in the Amazon Region, researchers involved in giving answersin case of environmental impacts that can come to destroy this world patrimony.To study a river flow, it is necessary to solve the equations that describe the movementof liquids and gases, the Equations of Navier-Stokes associated the Equation of theContinuity that are no-linear partial differential equations. Cellular automata modelsallow the simulation of complex systems, and their applications in fluids are known as"lattice gas automata", one computational technique that will be used in this work toobserve the paths of a fluid through barriers.Lattice gas model of is an abstraction, at a microscopic scale, of a fluid. It is basedon the idea that if we reproduce the fundamental conservation laws and symmetriesassociated with fluids, at a microscopic level, then we can model, correctly, the behaviorof the fluid at a macroscopic level. In this model, the particles occupy a lattice, possessdiscrete velocities and following deterministic rules according to the physical laws; thiswork uses a two-dimensional hexagonal lattice, because its symmetry is more closelyrelatedtoacontinuumfluid. Inthisworkwesimulatedthetwo-dimensionalfluidmotion,in a "L" shape container , without or with barrier, imitating the form of the rivers ofthe North of Brazil(to see Fig.0.1), with the objective of obtaining a way to foresee thebehavior of the rivers in situations of environmental impacts.Themodelproposedhereissimple,however,itledtogoodresultsofthefluidbehaviorand,ifgottenbetter,canbeofalotofutilityforthestudyofrivermotion. Wedidn’tfindon the literature any work with a "L" shape container for comparing withour results. Itwas presented, just, a study of the fluids phenomena expected for this path.
A Amazônia guarda 70% de toda a água doce do Brasil [1], contudo, a presença dohomem faz com que ocorra poluição em nossos rios e, atualmente, vem aumentando ointeresse do mundo na preservação da natureza. Fatos como estes fizeram com que oscientistas criassem técnicas de modelagem computacional capazes de prever impactosdo homem na natureza, porém não é facil modelar, por exemplo, o fluxo de rios comas dimensões de um rio da Amazônia. Faz-se necessário na Amazônia, pesquisadoresenvolvidos em dar respostas, em caso de impactos ambientais que possam vir a destruireste patrimonio mundial.Para descrever o escoamento de um rio, é necessário resolver as equações que descrevemo movimento de líquidos e gases, as Equações de Navier-Stokes associadas aEquação da Continuidade, que são equações diferenciais parciais não-lineares. Os modelosde autômatos celulares permitem a simulação de sistemas complexos, e sua aplicaçãoem fluidos é conhecida como "modelo de gás de rede" (lattice gas automata), técnicacomputacionalqueseráutilizadanestetrabalhoparamodelaroescoamentodeumfluidoatravés de barreiras.O modelo de gás de rede é uma abstração, em escala microscópica, de um fluido. Elebasea-senaidéiadeque,asleisfísicasfundamentaisdeconservaçãoesimetriasassociadasaos fluidos em nível microscópico forem reproduzidas, pode-se modelar, corretamente, ocomportamentodosmesmosemnívelmacroscópico. Nestemodelo, aspartículasocupamuma rede, possuemvelocidadesdiscretas e evoluemsegundo regras pré-estabelecidas quedevemobedecerasleisfísicas;nestetrabalhoaredeébidimensionaldecélulashexagonais,pois são elas que melhor descrevem o comportamento dos fluidos.Neste trabalho simulamos o escoamento bidimensional de um fluido, num trajeto emforma de"L", semoucombarreira, imitando a forma dos riosdaRegião Norte do Brasil(ver Fig.0.1), com o objetivo de termos uma maneira de prever o comportamento dosmesmos emsituações de impactos ambientais. Omodelo proposto aqui é simples, porémlevou a bons resultados do comportamento do fluido e que se melhorados podem ser de muita utilidade para o estudo de escoamento de rios. Não encontramos na literaturanenhum trabalho com um duto tendo a forma de "L", para compararmos com nossosresultados. Foi apresentado, apenas, um estudo dos fenômenos de fluidos esperado paraesta forma de duto.

Abstract:

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1Caroline Martins.pdf: 2933587 bytes, checksum: 3b47c87334757fd35f267d132590b3b7 (MD5) Previous issue date: 2010-03-22
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
In this work we considered cellular automaton model with time delay. The time delay reflects the delay between the time at which the site is affected andthe time at which its variable is updated. We analyzed the effect of the rules on the dynamics through the cluster counting. According to this cluster counting, thedynamics behaviour is investigated. We verified the same periodic oscillations as the delay differential equation.
Nessa dissertação consideramos um modelo de automato celular com um tempo de atraso. O tempo de atraso incluso reflete a diferença existente entre o tempo que o sıtio é afetado e o tempo em que sua variável é afetada. Analizamos o efeito das regras na dinâmica através da contagem de cluster. O procedimento dinamico é investigado de acordo com essa contagem de cluster. Verificamos as mesmas oscilações periódicas das equações diferenciais com atraso.

Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2arquivo7251_1.pdf: 367132 bytes, checksum: dc5ecee0b14e08d2cefc1e2d83e8e4f4 (MD5)license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Trabalhamos com autômatos celulares de forma FrD , onde Fr é um operador aleatório que age nas medidas no espaço {0,...,m}^Z^d e D é um operador determinístico que age no mesmo espaço. Fr aumenta estado de cada ponto em Z^d com probabilidade r > 0 independentemente e D é qualquer operador determinístico com interação local monótona e uniforme. Os elementos de {0,...,m}^Z^d são chamados configurações. Chamamos ilhas as configurações onde o número de componentes com estado diferente de zero é finito. Dizemos que operador D erode uma ilha x se existe t tal que D^t = todos zeros . Chamamos um operador eroder se ele erode todas ilhas. Nos casos m = 1 e d = 1 condições de eroders foram pesquisadas por Toom (2001) e Galperin (1976). Chamamos D um eroder linear se existe c tal que D erode cada ilha em um tempo que não excede c vezes o diâmetro desta ilha. Toom (2001) e Galperin (1976) mostram que nestes casos todos eroders são lineares. Nesta tese consideramos o primeiro caso não pesquisado: m = 2 e d = 2 e descobrimos que neste caso existem eroders não lineares. Concentramos nossa atenção num exemplo G deste tipo. O teorema 2 mostra que a superposição FrG é ergódica para todos r > 0 . Comparamos nosso processo com a metaestabilidade, fenômeno físico caracterizado pela capacidade de um estado de desequilíbrio permanecer por um longo período de tempo

Abstract:

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-08T11:17:37ZNo. of bitstreams: 1ricardosilvacampos.pdf: 8528381 bytes, checksum: 29e3f07b2a4b4215d4e42d012e0f5df3 (MD5)
Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T13:24:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1ricardosilvacampos.pdf: 8528381 bytes, checksum: 29e3f07b2a4b4215d4e42d012e0f5df3 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-07-13T13:24:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1ricardosilvacampos.pdf: 8528381 bytes, checksum: 29e3f07b2a4b4215d4e42d012e0f5df3 (MD5) Previous issue date: 2016-02-15
CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Este trabalho apresenta o simulador FisioPacer, que é um simulador que reproduz apropagação do pulso elétrico pelo tecido cardíaco e a sua deformação mecânica. Foi utilizadoum autômato celular acoplado a um sistema massa-mola para que as simulações sejamrealizadas rapidamente. Foi também utilizado um algoritmo genético para automaticamentedeterminar parâmetros do modelo de forma a reproduzir outros experimentos in silico eo comportamento de um ventrículo real. Com intuito de validar o modelo foram feitossetenta e dois experimentos e os resultados foram comparados com outro simulador robusto,baseado em equações diferenciais. As comparações mostraram que o FisioPacer reproduziusatisfatoriamente o comportamento do tecido, sendo até quinze mil vezes mais rápido.Além disto, foram simuladas as funcionalidades eletromecânicas de um ventrículo esquerdoa partir de dados de um paciente, obtidos via ressonância magnética.
This work proposes a computational heart model named FisioPacer, which aims toreproduce the electrical pulse propagation over the cardiac tissue and its mechanicaldeformation. In order to perform fast simulations, it was used a cellular automatoncoupled with a mass-spring system. A genetic algorithm was also used to automaticallyadjust model parameters, in order to reproduce in silico experiments and a real left ventriclebehavior. For the model validation, seventy two experiments were performed and theresults were compared to another robust simulator, based on partial differential equations.The comparisons showed that the FisioPacer simulator could reproduce cardiac tissueelectromechanics, with up to 15000-fold improvement in computational time. Furthermore,a real patient left ventricle was simulated, with data obtained via MRI.

Abstract:

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-05-02T21:35:34ZNo. of bitstreams: 2DEIVISON MARQUES GANDINI.pdf: 718569 bytes, checksum: 17068734115834a9f648e43cf2ee4b15 (MD5)license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-06-08T20:54:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2DEIVISON MARQUES GANDINI.pdf: 718569 bytes, checksum: 17068734115834a9f648e43cf2ee4b15 (MD5)license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
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Epidemiological studies aim to understand and predict the spreading of contagious diseases.In many of these studies, SIR-type models are employed. In these models, eachindividual of the host population is, at each time step, in one of three states: susceptible(S), infected (I) or recovered (R). In this dissertation, a SIR model is implemented byusing a probabilistic cellular automaton (PCA). The PCA parameters are identi ed byusing a genetic algorithm and two data sets: ctitious data and realistic data of varicellacases in Germany prior to the vaccination era. This work shows that di erent sets of PCAparameters can lead to similar steady-state solutions. The limitations of the identi cationprocedure are discussed, especially in the case of realistic data, in which the amount ofinfected individuals is too small.
Estudos epidemiológicos buscam entender e prever a propagação de doen_cas contagiosas.Em muitos desses estudos, empregam-se modelos do tipo SIR. Nesses modelos, cada indivíduo da população hospedeira está, a cada passo de tempo, em um de três estados: suscetível (S), infectado (I) ou recuperado (R). Nesta dissertação, um modelo SIR é implementadousando um autômato celular probabilista (ACP). Os parâmetros do ACP sãoidentificados usando um algoritmo genético e dois conjuntos de dados: dados fictícios edados realistas de casos de varicela na Alemanha antes da era da vacinação. Este trabalhom*ostra que conjuntos distintos de parâmetros do ACP podem levar a soluções emregime permanente similares. As limitações do procedimento de identificação são discutidas,principalmente no caso de dados realistas, em que a quantidade de infectados é muitopequena.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1Douglas Nunes de Oliveira.pdf: 2639611 bytes, checksum: aa451c77b140c40c8a504474462ded1e (MD5) Previous issue date: 2008-09-17
Probabilistic cellular automata can be used to model the spreading of contagious diseases in a population composed by susceptible, infected and recovered individuals. At each time step, a susceptible individual can either remain susceptible or contract the disease from infected individuals, where the probability related to the contagion depends on the number of infected individuals in contact with this susceptible individual. At each time step, an infected individual may (probabilistically)either remain infected or recuperate or die by the disease or die by other causes. A recovered individual, at each iteration, can either remain as he/she is or die. When an infected or recovered individual dies, a susceptible one appears in his/her place; thus, the population remains constant. Here, genetic algorithms are employed to identify the probability values concerning the processes of infection, cure and death, from epidemiological data from Arizona (USA) for measles. The goal is to obtain a model based on probabilistic rules of state transitions able of reproducing this time series and to verify the quality of the model prediction. This work reveals that thepredictions are strongly influenced by the lattice dimension of the cellular automaton and by limitations imposed to the probability values.
Autômatos celulares probabilistas podem ser usados para modelar a propagação de doenças contagiosas numa população composta por indivíduos suscetíveis, infectados e recuperados da infecção. A cada passo de tempo, um indivíduosuscetível pode ou permanecer suscetível ou contrair a doença de infectados, sendo a probabilidade associada ao contágio dependente do número de infectados em contato com esse suscetível. A cada passo de tempo, um indivíduo infectado pode (probabilisticamente) permanecer infectado, ou se recuperar, ou morrer pela doença ou morrer de outras causas. Um indivíduo recuperado pode, a cada iteração, oupermanecer como está ou morrer. Quando um indivíduo infectado ou recuperado morre, nasce, em seu lugar, um suscetível, de modo que a população permanece constante. Aqui, algoritmos genéticos são empregados para identificar os valores das probabilidades associadas aos processos de infecção, recuperação e morte, a partir de dados epidemiológicos do Arizona (EUA) para catapora. O objetivo é obter um modelo baseado em regras probabilistas de transição de estados capaz de reproduzir essa série temporal e verificar a qualidade da previsão do modelo. Este trabalho revela que as previsões são fortemente influenciadas pelo tamanho doreticulado do autômato celular e por restrições impostas aos valores das probabilidades.

Abstract:

Nesse trabalho foi desenvolvido um software para simular a corrosão anisotrópica do silício, tendo como base o comportamento desta corrosão em soluções alcalinas (KOH). Esse software foi escrito na linguagem C++ para diversas plataformas e possui dois módulos básicos que são a Biblioteca de classes (denominada autosim) e uma Interface Gráfica (denominada AutoMEMS). A API desenvolvida possui classes que implementam 3 modelos de simulação da corrosão que se baseiam no modelo matemático do autômato celular, que são o Autômato Convencional, Estocástico e Contínuo. Por usar o autômato celular, permite realizar a simulação da corrosão do silício usando filme de mascaramento na frente e nas costas do substrato, os quais também podem conter geometrias arbitrárias. Além disso, a API implementa ferramentas de visualização que tem como objetivo, simplificar e representar as informações contidas nas matrizes de estados. Um exemplo de ferramenta de visualização é a ferramenta de detecção de contornos que analisa cada camada da matrizes e no final, cria todos os contornos encontrados. E por último, a biblioteca autosim fornece classes para a construção de outros autômatos celulares. A Interface Gráfica fornece ferramentas de desenhos para a construção de máscaras para as simulações e também, fornece ferramentas para configurar todos os parâmetros envolvidos na simulação. E por último, a Interface Gráfica visualiza todo o resultado da simulação numa janela gráfica 3D. O programa simula desde geometrias simples como quadrados, cruzes, L, cantilevers até geometrias mais complexas como uma estrutura de Wagon Wheel em formato de uma rosa dividida em ângulos de 1°. Também, permite definir matrizes de células de diversos tamanhos, desde matrizes pequenas (com 200x200x100 células) até matrizes gigantescas (com 4000x4000x100 células). Para matrizes pequenas, a simulação e detecção de contornos ocorre em tempo real, mas para matrizes maiores, esse tempo pode se estender a várias horas de processamento computacional, apesar de que, maiores quantidades de células melhoram a resolução da simulação. Todas as simulações realizadas possuem boa concordância com os resultados experimentais. Por exemplo, o aparecimento de cantos vivos convexos que ocorre na corrosão de uma ilha quadrada é prevista no simulador, o aparecimento de paredes inclinadas com orientação cristalográfica também é prevista pelo simulador de corrosão.
This work was developed a software for simulate the anisotropic etching silicon, based on the behavior this etch in alkaline solutions (KOH). The software was written in language C++ for various platforms and has two basic modules that are the library of classes (called autosim) and an Graphical Interface (called AutoMEMS). The API developed has classes that implement three models of etch simulation that based on mathematical model of cellular automata, that are the Conventional Automata, Stochastic and Continuous. To use the cellular automata, allows perform the anisotropic etching silicon simulation using masking film in front and back of substrate, which too may contain arbitrary geometrics. Also, the API implement tools of visualization that as objective, simplify and represent the informations contained in state matrix. A example of visualization tools is a tool of detection of contours that analyzes each layer of matrixs and in end, create all the contours found. And finally, the library autosim provides for construction of other cellular automatas. The Graphical Interface provides tools of drawing for construction of masks for simulations and too, provides tools for configure all parameters involved in simulation. And finally, a Graphical Interface view all the results of simulation in graphical window 3D. The software was simulation since simply geometries as square, cross, L, cantilevers until geometries more complex as a struture of Wagon Whell in format of a rose and divide in angle of 1° degree. Too, allows define matrixs of cells of various sizes, since small matrixs (with 200x200x200 cells) until big matrixs (with 4000x4000x100 cells). For small matrixs, the time of simulation and detection of contours is real-time, but, for big matrixs, this time can a several hours of computational processing, despite the fact that more quantities of cells improve the simulation resolution. All simulations fulfilled has good concordance with experimetals results, for example, the appearance of life corner convex that occurs in etching of island square and provided in simulator, the apperance of sloping walls with cristalographic orientation too and provided by simulator of etching.

Abstract:

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1Kelly Cristiane Iarosz.pdf: 12762091 bytes, checksum: 098f86a58a73585913aa53aff950b6e2 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22
Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná
In this thesis we considered cellular automaton model with time delay. Time delay included in this model reflects the delay between the time in which the site is affected and the timein which its variable is updated. Firstly, we studied the growth of cancer considering the infiltration of cancer cells in normal tissues. It was used a simple cellular automaton that models a biological system, which is classified in spatio-temporal classes using the Hamming distance as a form of diagnosis. With this diagnosis it was possible to observe the suppression of cancerous cells, varying the system parameters. We also studied the relation between the time delay in the cell cycle and the time to start the metastasis, using suitable numerical diagnostics. Moreover, we study the firing rate properties of acellular automaton model for a neuronal network with chemical synapses. We propose a simple mechanism in which the nonlocal connections are included, through electrical and chemical synapses. In the latter case, we introduce a time delay which produces selfsustained activity. Nonlocal connections, or shortcuts, are randomly introduced according to a specified connection probability. There is a range of connection probabilities for which neuron firing occurs, as well as a critical probability for which the firing ceases in the absence of time delay. The critical probability for nonlocal shortcuts depends on the network size according to a power-law. We also compute the firing rate amplification factor by varying both the connection probability and the time delay for different network sizes. A issue that would be interesting to explore in future works is the influence of cancerous cells on the firing rate in a neuronal network considering cellular automaton.
Nesta tese apresenta-se um modelo de autômato celular onde insere-se um tempo de atraso, representado pelo intervalo entre o momento em que a célula é afetada e o tempo em quesua variável de estado é atualizada. Estudou-se a Proliferação de células canceríıgenas, considerando-se sua metástase para tecidos normais. Com um autômato celular simples modelou-se o sistema biológico, atribuindo a esses classes espaço temporais utilizando-se a distância de Hamming como forma de diagnóstico. Por meio do diagnóstico observou-se a supressão de células cancerígenas quando os parâmetros do sistema são variados. Posteriormente, estudou-se a relação existente entre o tempo de atraso no ciclo celular e o tempo para que a met´astase ocorra. Além dos pontos citados acima, ainda apresenta-se nesta tese o estudo da taxa de disparos de uma rede neuronal com sinapses elétricas equímicas, modeladas por um autômato celular. Propõe-se um mecanismo simples, onde conexões não-locais são inclusas na rede aleatóriamente com probabilidade especificada no modelo. Um tempo de atraso ´e inserido no modelo, desta forma, produz-se a atividade autosustentável, verifica-se uma gama de probabilidades de conexão com as quais os disparos neuronais podem ocorrer, bem como uma probabilidade crítica de conexões não locais para que os disparos venham cessar na ausência do tempo de atraso. Essa probabilidade crítica depende do tamanho da rede e segue uma lei de potência. Calculou-se também o fator de amplificação da taxa de disparos, variando a probabilidade de conexões e o tempo de atraso para tamanhos diferentes de rede. Por fim apresenta-se alguns pontos sobre a influênciade células cancerígenas na taxa de disparos em uma rede neuronal.

Abstract:

Orientador: Vera Maura Fernandes de Lima
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação
Made available in DSpace on 2018-07-22T04:07:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1Peixoto_NathaliaLopesVieira_M.pdf: 6223894 bytes, checksum: 506f9bdf96ea612940ee80c59112b873 (MD5) Previous issue date: 1997
Resumo: Apresentamos neste trabalho um estudo sobre o fenômeno da depressão alastrante na retina in vitro de pintainho. O enfoque experimental investiga a relação espaço-temporal entre dois dos concomitantes das ondas de depressão alastrante: a alteração lenta de potencial e o sinal intrínseco óptico. Além disso, avalia-se o efeito de manipulações fármaco-químicas sobre estes dois concomitantes. Do ponto de vista teórico, propomos duas formas matemáticas diversas de interpretar a depressão alastrante, urna delas baseada na teoria de autômatos celulares e a outra em equações de reação-difusão. Implementamos dois modelos computacionais a partir destas interpretações, e discutimos sua aplicabilidade e seu poder de simulação do fenômeno biológico
Abstract: This work presents an investigation of the phenomenon of the spreading depression in the in vitro chicken retina. The experimental approach deals with the space-time relationship between two of the spreading depression wave concomitants: the slow shift potential and the intrinsic optical signal. Chemical manipulations on the perfusing solution are performed and their effect on the two concomitants analyzed. Under the theoretical point ofview, we propose two different mathematical interpretations to describe the spreading depression. One of them is based on the theory of cellular automata, and the other on the reaction-diffusion equations. We implement two computational models and discuss their applicability and their capacity to simulatethe biological phenomenon
Mestrado
Automação
Mestre em Engenharia Elétrica

Abstract:

FONTANA, A. L. F. Estimativas de mudanças espaço temporais adjacentes à rodovias na Amazônia: estudo de caso na BR 422. 2011. 129 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011.
Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-04-27T12:56:47ZNo. of bitstreams: 12011_dis_alffontana.pdf: 3881789 bytes, checksum: b2380d58ac12b5501675f7386dbd77fe (MD5)
Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-04-27T17:58:51Z (GMT) No. of bitstreams: 12011_dis_alffontana.pdf: 3881789 bytes, checksum: b2380d58ac12b5501675f7386dbd77fe (MD5)
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This paper presents a method for generating estimates of temporal changes in the surrounding area of a highway located in the Amazon, using the technique Cellular Automata and explanatory variables, only attributes of the land. The proposed model uses vector images (obtained from the National Institute for Space Research in Brazil), which are converted to grid type files – raster image, representing a series of spatial changes in the region of study. With this proposition, it is expected to assist decision makers in order to meet the requests of CONAMA Resolution 01, relating to environmental impacts, more specifically, as regards the construction of models which consider scenarios with and without the project, and that the process of construction / rehabilitation of roads can be made in view of the legal norms in order to minimize potential environmental and social impacts. The model generated from the CAs showed promise in generating future estimates of deforestation and a good quantitative and qualitative indicators to support the decision making process to consider future deforestation being caused by construction and / or paving of road in the Amazon
Este trabalho apresenta um método para a estimativa de mudanças espaço temporais no entorno de uma rodovia localizada na Amazônia, utilizando para tanto a técnica Autômatos Celulares adaptada em ambiente SIG, onde as variáveis explicativas do modelo serão somente os atributos do terreno. O modelo proposto usa imagens vetoriais (obtidas junto ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) que posteriormente são convertidas para arquivos tipo grid – em formato raster, com a série histórica das mudanças espaciais na região objeto de estudo. Espera-se auxiliar os tomadores de decisão no atendimento das solicitações da resolução CONAMA 01/86 relativas à concepção de modelos que considerem cenários com e sem o empreendimento, e que os processos de construção/recuperação de rodovias possam ser realizados atendendo às normas legais, visando minimizar os potenciais impactos sócio ambientais. O modelo gerado a partir dos ACs mostrou-se promissor na geração de estimativas futuras de desmatamento e um bom indicador quantitativo e qualitativo para suporte no processo de tomada de decisão que pondere o desmatamento futuro a ser causado pela construção e/ou pavimentação de uma rodovia na Amazônia

Abstract:

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais
Até a década de 1990 acreditava-se que o DNA era a única molécula alvo das radiações ionizantes. Mas algumas observações questionaram esta teoria. Em 1992 o efeito bystander, em português, efeito espectador, foi descrito por Nagasawa e Little. Este efeito é responsável por uma série de respostas como morte, instabilidade cromossômica ou outras anormalidades que ocorrem em células não irradiadas, que entraram em contato com células irradiadas ou meio irradiado a partir de células irradiadas. Entender o efeito bystander pode ter consequências importantes para a terapia e estudos do risco às exposições de baixas doses de radiação ionizante. Organismos vivos são compostos de milhões de células que, juntas, executam tarefas de grande complexidade. Apesar de cada célula ter uma estrutura interna que obedece às leis da bioquímica, é a interação entre as células que gera uma gama de diferentes fenômenos. Os modelos computacionais buscam soluções elegantes para simular a natureza. Neste trabalho, desenvolvemos um modelo computacional para simular o efeito bystander das radiações ionizantes em culturas celulares. Este modelo computacional é um autômato celular bidimensional, consistindo de duas redes sobrepostas, onde a primeira representa a cultura de células, e a segunda, o meio no qual as células são incorporadas. O modelo computacional descreve o comportamento do efeito bystander para diferentes configurações e densidade de células onde diferentes níveis de sinais são liberados pelas células irradiadas no meio. O efeito de re-emissão de sinais também foi introduzido no modelo. A partir dos dados das simulações foram obtidas equações capazes de antever os resultados experimentais. Os resultados obtidos a partir do modelo computacional e do ajuste matemático mostraram-se em excelente concordância com dados experimentais disponíveis na literatura. Observou-se que há dois pontos de inflexão nas curvas de dose-resposta no regime de baixa dose que podem representar uma adaptabilidade da cultura celular à radiação ionizante, transformando-a mais ou menos rádio resistente.
Until the 1990s it was believed that the DNA was the only target molecule of ionizing radiation. But some observations have questioned this theory. In 1992, the bystander effect was described by Nagasawa and Little. This effect is responsible for a series of answers as death, chromosomal instability or other abnormalities that occur in non-irradiated cells, which get in contact with irradiated or irradiated medium from irradiated cells. Understanding the bystander effect may have important consequences for therapy and exposure risk studies to low doses of ionizing radiation. Living organisms are composed of millions of cells that together perform tasks of great complexity. Although each cell has an internal structure that obeys the biochemistry laws, it is the interaction between the cells that generate a range of different phenomena. Mathematical models seek elegant solutions to simulate nature. In this work, we developed a computer model to simulate the bystander effect of ionizing radiation in cell cultures. This computational model is a two-dimensional cellular automata, consisting of two overlapping networks, where the first represents the cells culture and the second, the medium in which cells are embedded. The computational model describes the behavior of the bystander effect for different configurations and cells density where different signal levels are released by cells irradiated in the medium. The signals re-emission effect was also introduced in this model. From the simulations data, equations capable of predicting the experimental results were obtained. The results obtained from the computational model and the mathematical model are in excellent agreement with experimental data available in the literature. It was observed that there are two inflection points in the dose-response curves in the low dose regime and they may represent a cell culture adaptability to ionizing radiation by transforming it into more or less radio-resistant.

Abstract:

CARNEIRO, Lílian de Oliveira. Simulação de evacuação de multidão por autômato celular - Estudo de caso em um estádio de futebol. 2012. 76 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2012.
Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-11T18:00:03ZNo. of bitstreams: 12012_dis_locarneiro.pdf: 2162310 bytes, checksum: b6478d286f97bf68667c0ab9086d7fb6 (MD5)
Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-18T16:03:57Z (GMT) No. of bitstreams: 12012_dis_locarneiro.pdf: 2162310 bytes, checksum: b6478d286f97bf68667c0ab9086d7fb6 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-07-18T16:03:57Z (GMT). No. of bitstreams: 12012_dis_locarneiro.pdf: 2162310 bytes, checksum: b6478d286f97bf68667c0ab9086d7fb6 (MD5) Previous issue date: 2012
The evacuation from crowded places, subjected to physical and temporal restrictions, is a matter that deserves special attention. If a crowd fails to escape in time from a hazardous environment, by taking a wrong way or by selecting a bad exit, there is great risk of injuries and death. Simulations of crowd evacuation are very important to try to minimize those types of risk. However, trying to simulate emergency situations in real environments is either very expensive or even impossible. Therefore, computer simulation of crowd evacuation is a better alternative. The soccer stadiums are examples of environments that may present risk to people's lives in case of emergency evacuation. The main objective of this work is to gain understanding of the inherent aspects of the problem of emergency evacuation simulation, and to investigate the dynamics of the evacuation behavior of crowds during an emergency evacuation from a soccer stadium. For this, it was proposed a new model for crowd evacuation based on the cellular automata model. In order to validate the proposed model, tests in different situations were performed. It was shown that the proposed model is able to simulate the evacuation of complex environments in an efficient way.
A evacuação de locais aglomerados, sujeita a restrições físicas e temporais, é uma questão que merece atenção especial. Se uma multidão falha ao escapar em tempo de um ambiente perigoso, por tomar um caminho errado ou por escolher uma saída ruim, há um grande risco de lesões e morte. Simulações de evacuação de multidão são muito importantes para tentar minimizar esses tipos de riscos. Porém, tentar simular situações de emergência em ambientes reais ou é muito caro ou mesmo impossível. Portanto, a simulação da evacuação de multidão por computador é uma alternativa melhor. Os estádios de futebol são exemplos de ambientes que podem apresentar risco para as vidas das pessoas no caso de uma evacuação de emergência. O objetivo principal deste trabalho é ganhar compreensão sobre os aspectos inerentes ao problema de simulação de evacuação de emergência. Para isso, foi proposto um novo modelo para evacuação de multidão baseado no modelo de autômatos celulares. A fim de avaliar o modelo proposto, testes em diferentes situações foram realizados. Foi mostrado que o modelo proposto é capaz de simular a evacuação em ambientes complexos de uma forma eficiente.

Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:08:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2arquivo848_1.pdf: 4379418 bytes, checksum: 21bd93be4a77a2eafed2ddc4e924f3de (MD5)license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Por muitos anos, o estudo da sincronização se restringiu aos osciladores autônomos, com ênfase(devido aos trabalhos de Winfree e Kuramoto) nos osciladores uniformes acoplados. Recentemente,houve um interesse crescente nas oscilações globais de elementos excitáveis acoplados.Esses trabalhos em geral se dedicam a células cuja dinâmica interna é determinística e apenaso acoplamento entre elementos é ruidoso. Estudamos aqui os efeitos de um período refratárioprobabilístico no comportamento coletivo de elementos excitáveis de tempo discreto (autômatocelular tipo SIRS). Usando análise de campo médio e simulações, mostramos que umafase sincronizada com oscilações coletivas estáveis existe mesmo com períodos refratários nãodeterminísticos.Além disso, aumentando a intensidade de acoplamento obtemos uma transiçãoreentrante, onde a fase sincronizada perde estabilidade. Em um regime intermediário, tambémobservamos biestabilidade (e consequentemente histerese) entre uma fase sincronizada e umafase ativa porém incoerente (sem oscilações). O surgimento das oscilações aparece nas equaçõesde campo médio como uma bifurcação de Neimark-Sacker, cuja natureza (isto é, super- ousubcrítica) é determinada pelo primeiro coeficiente de Lyapunov e é relacionada com a continuidadeda transição. Com isto, determinamos as fronteiras das regiões oscilante e biestável. Aprevisão de campo médio reproduz quantitativamente os resultados obtidos nas simulações dografo completo, e para o grafo aleatório prevê qualitativamente a estrutura geral do diagramade fases. Este último pode ser encontrado nas simulações através da definição de um parâmetrode ordem q, apropriado para capturar oscilações coletivas em elementos excitáveis. Revisamosbrevemente outros parâmetros de ordem normalmente utilizados e mostramos (através decolapso de dados) que q satisfaz as relações de escala de tamanho finito esperadas. Por fim,expomos problemas em aberto que podem ser explorados em novos estudos

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1Guilherme Kronemberger.pdf: 1225637 bytes, checksum: 6f698faf7a8661b382c4977e4b07f631 (MD5) Previous issue date: 2008-01-28
Cellular automata have been studied as computer models in many different areas. They have many properties, one of them being reversibility. Reversible cellular automata can be used, among other applications, for data compressing and encryption. Apparently, the reversible rules featured in the literature seem to have been derived throughexhaustive searches in their corresponding spaces. However, it would be important the availability of an algorithm that would allow their direct and easy construction, different from what occurs in literature. This is the aim of this work. Along this line, we tried to come up with an algorithm to allow the identification of one-dimensional, reversible cellular automaton rules. This was based on reversible rules with 2 states and 2, 3, 4 and 5 cells per neighborhood, and on those with 3 states and 2 and 3 cells per neighborhood, all of them drawn out of exhaustive analysis and from the literature. By studying these rules it was possible to verify in each space that: all reversible rules are balanced; they are symmetrically distributed; a subset of them herein denoted primitive reversible rules, RPs have a simple formation law, defined by hom*ogeneous blocks of states; and, if a rule is reversible, so are all its dynamically equivalent rules. In the attempt to obtain the targetted algorithm, an approach was explored in which the non-primitive reversible rules (the so-called derived rules, RDs) were supposed to be obtained from the primitives. Along this line, two ways to construct the RDs were tried out, one based upon using all RPs jointly as a group, and another, using them individually; however, neither of them led to a positive result. Additionally, relations between the properties of reversibility and conservativity of a rule have also been studied in the rule spaces considered.
Autômatos celulares têm sido estudados como modelos computacionais em diversas áreas, sendo que muitas são as suas propriedades, entre elas a reversibilidade. Autômatos celulares reversíveis podem ser usados, entre outras aplicações, para compactação ou encriptação de dados. Aparentemente, as regras reversíveis apresentadas na literatura parecem ter sido derivadas apenas através de buscas exaustivas em seus espaços correspondentes. No entanto, seria importante a existência de um algoritmo que permitisse construí-las fácil e diretamente, diferente do que acontece na literatura. Este é o objetivo deste trabalho. Neste sentido, buscou-se um algoritmo que permitesse identificar regras de autômatos celulares unidimensionais reversíveis. Para tanto, foram obtidas em análises exaustivas e na literatura todas as regras reversíveis de 2 estados e vizinhanças de 2, 3, 4 e 5 células, e de 3 estados e vizinhanças de 2 e 3 células. Com o estudo destas regras constatou-se em cada espaço que: todas as regras reversíveis são balanceadas; elas se distribuem simetricamente; um subconjunto delas aqui denominadas regras reversíveis primitivas, RPs possui lei de formação simples, definida por blocos hom*ogêneos de estados; e, se uma regra é reversível, todas as suas equivalentes dinâmicas também o são. Na tentativa de se obter o algoritmo desejado explorou-se uma abordagem em que as regras reversíveis não primitivas (denominadas regras derivadas, RDs), seriam obtidas a partir das primitivas. Nesse sentido foram testados dois esquemas de construção das RDs, um baseado na utilização conjunta de todas as RPs, e outro, utilizando-as individualmente; entretanto, ambos não levaram a resultado positivo. Adicionalmente, estudou-se a relação entre as propriedades de reversibilidade e conservatividade de regras nos espaços considerados.

Abstract:

Programa de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-04-24T17:35:02ZNo. of bitstreams: 2license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5)DISSERTAÇÃO_EstudoModelosConservação.pdf: 1757239 bytes, checksum: c17144bfb0e5835c429c1560de8c8658 (MD5)
Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-04-24T18:20:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5)DISSERTAÇÃO_EstudoModelosConservação.pdf: 1757239 bytes, checksum: c17144bfb0e5835c429c1560de8c8658 (MD5)
Made available in DSpace on 2015-04-24T18:20:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5)DISSERTAÇÃO_EstudoModelosConservação.pdf: 1757239 bytes, checksum: c17144bfb0e5835c429c1560de8c8658 (MD5) Previous issue date: 2015
Nesse trabalho, investigamos o fenômeno de crescimento da superfície gerada pela deposição do tipo solido sobre sólido (SOS) segundo as regras que definem os autômatos celulares estocásticos propostos por Grassberger (modelos A e B), e pela propagação de danos no modelo de Ising unidimensional submetido a uma dinâmica proposta por Hinrichsen e Domany (HD). Esses modelos não pertencem à classe de universalidade da percolação direcionada (DP) e apresentam novos valores para expoentes críticos, cuja origem se deve à conservação de paridade (PC). Determinamos o expoente de persistência local _, expoente de crescimento _w, válido em tempos curtos, assim como os outros expoentes críticos associados ao crescimento de superfície (_ e z). Nossas estimativas para os expoentes _w, _ e z, se comparam bem com os resultados obtidos a partir de razões de inteiros propostas por Jensen para os expoentes _, || _ e __ . Além disso, através da introdução de um campo externo no modelo A de Grassberger mapeamos a transição da classe de universalidade da PC para a DP através do expoente _w. ______________________________________________________________________________________________
ABSTRACT: In this work, we investigated the phenomena of surface growth by the solid-onsolid(SOS) deposition according to the rules that define the stochastic cellularautomata proposed by Grassberger (A and B models), and the damagespreandig in an one-dimensional Ising model submitted to a dynamic proposedby Hinrichsen and Domany (HD). These models are known do not belong to thedirected percolation universality class. They are characterized by differentexponents, which are related to the parity conserving (PC). We estimated thelocal persistence exponent , growth exponent w, in short-time regimen, suchas, other critical exponents associated to the surface growth ( and z). Ourresults for w, and z are in good agreement with those expected for parityconserving universality class. In the sequence, by introduction of an externalsymmetry breaking field on Grassbergers´s A model we studied the crossoverfrom PC to DP universality class by surface growth.

Abstract:

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-09-06T11:01:54ZNo. of bitstreams: 1texto completo.pdf: 17454685 bytes, checksum: 0026537bd59ed06db369cc7f2536bb54 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-09-06T11:01:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1texto completo.pdf: 17454685 bytes, checksum: 0026537bd59ed06db369cc7f2536bb54 (MD5) Previous issue date: 2017-08-02
QCA possui um grande potencial para a construção das novas gerações de circuitos integrados, oferecendo baixo consumo de energia, escalabilidade e alta frequência de processamento. Entretanto, faltam ferramentas de projeto para automatizar etapas como o posicionamento e roteamento de circuitos. Este trabalho apresenta a primeira heurística no esquema de Clock USE capaz de efetuar o posicionamento e roteamento de circuitos combinacionais em nível de porta lógica, por meio da alocação de células QCA. O esquema de clock USE é vantajoso por ser regular7 escalável e universal. O circuito é mapeado em um grafo direto acíclico e posicionado em uma matriz de células QCA. A heurística proposta busca otimizar a area e gerar resultados de forma automatizada em comparação com outros trabalhos7 onde os projetos são feitos manualmente. Os resultados foram validados com o uso da ferramenta QCADesigner.
QCA has great potential for building new generations of integrated circuits, offering low power consumption, scalability and high processing frequency. However, there is a lack of design tools to automate placement and routing of circuits. This work presents the first heuristic in the Clock USE scheme capable of performing the P&R of combinational circuits at the logic gate level, through the allocation of QCA cells. The USE clock scheme is advantageous because it is regular, scalable, and universal. The circuit is mapped to an acyclic direct graph and positioned in an array of QCA cells. The proposed heuristic seeks to optimize the area and generate results in an automated way compared to other works, where the PR are done manually. The results were validated with the use of the QCADesigner tool.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1Fernando Faria.pdf: 516281 bytes, checksum: fc784946b9c2438b3c18c34593a182cb (MD5) Previous issue date: 2008-03-11
Wolfram Research, Inc.
Cellular automata are discrete dynamical systems composed of simple, locally connected structures (the cells), general in terms of their computational power, and that display complex patterns of behaviour. The purpose of this work was to expand previous studies by Zanon (2006), on non-uniform, one-dimensional cellular automata with nonlocal neighbourhood, in order to verify the existence of rules of these kinds of automata to solve the density classification task, that is, the determination of the predominant bit in abinary string. Our concern here was to look for solutions of the problem mainly by evolutionary computation means, to solve it in a non-trivial fashion, i.e., without including in the solution the majority rule over the entire lattice, and, at the same time, with the target of inferring common features for the solutions that would be found. The results achieved led to an expansion in the quantity of perfect solutions available in the literature, but it became clear that all of them have at least one of the rules involved able to account for the entire lattice at once, an evidence that solutions without rules with global action may not exist. Furthermore, the following observations have been made for the type of automata weconsidered: even distinct automata may have the same temporal evolution; a certain degree of flexibility is allowed in the total balancing of the rules present in a solution of thedensity classification task; and, in principle, no common patterns seem to exist between solutions for lattices with 3 and 5 cells, thereby suggesting the impossibility of constructing a solution to the problem from another of a smaller lattice.
Autômatos celulares são sistemas dinâmicos discretos, formados por estruturas simples (as células) conectadas localmente entre si, gerais em termos de seu poder computacional, e que apresentam padrões de comportamento bastante complexos. O intuito deste trabalho foi expandir estudos anteriores de Zanon (2006), sobre autômatos celulares unidimensionais não-uniformes, com vizinhança não-local, visando verificar a existência de autômatos desse tipo na resolução da tarefa da classificação de densidade, isto é, adeterminação do bit predominante em uma cadeia binária. Interessou-nos aqui descobrir soluções do problema principalmente por meio de buscas evolutivas, resolvê-lo de forma não trivial, isto é, sem a necessidade da regra da maioria sobre todo o reticulado, e objetivando inferir características necessárias para as soluções que viessem a resolver o problema. Os resultados obtidos levaram a uma expansão da quantidade de soluções perfeitas reportadas na literatura, mas observou-se que todas elas contém pelo menos uma das regras envolvidas tomando todo o reticulado como base de ação, uma evidência da impossibilidade de existir soluções sem regras individuais de ação global. Adicionalmente, as seguintes constatações foram feitas para os autômatos celulares do tipo considerado: mesmo autômatos distintos entre si podem ter a mesma evolução temporal; uma flexibilização do balanceamento total das regras na solução do problema da classificação de densidade é conseguida; e, em princípio, não há padrões nas soluções perfeitas para reticulados de 3 e 5 células, sugerindo a impossibilidade de se construir uma solução a partir de outra de menor tamanho de reticulado.

Abstract:

Submitted by José Fontoura (fontouramail@yahoo.com.br) on 2015-01-08T22:51:52ZNo. of bitstreams: 1Fontoura.pdf: 1275683 bytes, checksum: 7cfddd3104215e918c23e2b753684928 (MD5)
Rejected by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br), reason: O título deve ser inserido com apenas a inicial em caixa alta (maiúscula). on 2015-01-14T12:10:19Z (GMT)
Submitted by José Fontoura (fontouramail@yahoo.com.br) on 2015-01-14T17:16:25ZNo. of bitstreams: 1Fontoura.pdf: 1275683 bytes, checksum: 7cfddd3104215e918c23e2b753684928 (MD5)
Approved for entry into archive by Maria Auxiliadora da Silva Lopes (silopes@ufba.br) on 2015-01-27T14:43:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1Fontoura.pdf: 1275683 bytes, checksum: 7cfddd3104215e918c23e2b753684928 (MD5)
Made available in DSpace on 2015-01-27T14:43:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1Fontoura.pdf: 1275683 bytes, checksum: 7cfddd3104215e918c23e2b753684928 (MD5)
No presente trabalho realizou-se uma análise de comportamentos de cooperação e defecção em ambiente simulado. Nosso estudo teve como finalidades simular interações sociais em um ambiente computacional utilizando teorias desenvolvidas na biologia e na economia, e construir algoritmos para processar essas interações entre indivíduos virtuais. Os elementos computacionais processaram os caracteres egoísta, vingativo e o altruísta ao longo de intervalos de tempo. O processo de interação foi emulado utilizando dois algoritmos baseados em princípios da teoria dos jogos, mais especificamente o dilema do prisioneiro, além de outro que utilizou a teoria de autômato celulares que poderão indicar o percentual máximo aceitável de contaminação de uma população por um caráter e/ou tempo máximo de sobrevivência dos caracteres. Nossas contribuições tiveram como foco encontrar um percentual máximo que uma população aceita de contaminação pelo caráter egoísta, antes de sucumbir, além de verificar, dentro desse contexto, o tempo máximo de sobrevivência do caráter egoísta em contraponto com os caracteres altruísta e o vingativo.
ABSTRACTIn the present work an analysis of behaviors of cooperation and defection in a simulatedenvironment. Our study aims to simulate social interactions in a computing environmentusing theories developed in biology and economics, and build algorithms to processthese virtual interactions between individuals. The computational elements processed theselfish, vindictive and altruistic character over time intervals. The interaction processwas emulated using two algorithms based on principles of game theory, specifically theprisoner’s dilemma, and the other using the theory of cellular automata which may indicatethe maximum acceptable percentage of contamination of a population for a characterand / or maximum survival time of characters. Our contributions have focused on findinga maximum percentage that accepts a population of contamination by selfish characterbefore succumbing, and verify, within this context, the maximum survival time of theselfish character in counterpoint to the altruistic character and vindictive.

Abstract:

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-04-12T18:27:38ZNo. of bitstreams: 2license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5)Dissertação Erasmo Nunes - Versão final.pdf: 1180102 bytes, checksum: de36c44a755e07c5fc39314c9ac6e4fa (MD5)
Made available in DSpace on 2016-04-12T18:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5)Dissertação Erasmo Nunes - Versão final.pdf: 1180102 bytes, checksum: de36c44a755e07c5fc39314c9ac6e4fa (MD5) Previous issue date: 2015-07-06
CAPES
O constante crescimento populacional e as grandes concentrações de pessoas em diferentescenários indicam a importância de se estudar o comportamento de multidões. Simulações emodelos matemáticos são destaques entre as formas pelas quais estes estudos vêm sendodesenvolvidos. Estes meios são os mais frequentes devido à falta de dados complementarespara desenvolver e validar um modelo explicativo, além de questões morais, legais e éticasque impossibilitam o uso de pessoas em simulações com condições reais de pânico. Estetrabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento de um modelo de simulação deevacuação de multidões em situações de emergência. Além disso, buscou-se desenvolver ummodelo adaptável a diferentes cenários com o uso de autômatos celulares, que são modelosmatemáticos discretos, delimitados por uma malha contendo células hom*ogêneas e que sãoidentificadas pelos seus pesos, que são atribuições para proporcionar o deslocamento dosindivíduos. Fazendo uso de campo de piso estático, que são modelos de autômatos celularesem que os pesos atribuídos permanecerão os mesmos durante toda a simulação, o modelo foiaplicado em um auditório que teve suas características comparadas e adaptadas com as daNBR 9077: 2001 – Saídas de Emergência de Edifícios, e por meio da permutação doposicionamento da porta, obteve-se o tempo médio de evacuação destes diferentes cenários. Aanálise da média do tempo total de saída, feita através das abordagens de intervalo deconfiança e da análise de variância e efetuada com três diferentes percentuais da capacidadetotal do auditório, expressou a não-hom*ogeneidade dos resultados, mostrando uma forteinfluencia tanto do percentual da população, quanto do posicionamento da porta com o tempomédio de evacuação do auditório.
The constant population growth and the large concentrations of people in different scenariosexplain the importance to study the behavior of crowds. Simulations and mathematical modelsare featured among the ways in which these studies have been conducted. These means arethe most frequent due to lack of additional data to develop and validate an explanatory model,as well as moral, legal and ethical issues that preclude the use of people in simulations withreal conditions of panic. This study aims to develop a model of crowd evacuation simulationin emergency situations. In addition, we sought to develop a model adaptable to differentscenarios using of cellular automata, which are discrete mathematical models, enclosed in amesh containing hom*ogeneous cells and that are identified by their weights, which arefunctions to provide the displacement. Making use of static floor field, which are cellularautomata model in which the assigned weights remain the same throughout the simulation, themodel was applied an auditorium that had its characteristics compared and adapted to theNBR 9077: 2001- Building Emergency Exits, and by swapping the position of the door , weobtained the average evacuation time these different scenarios. The analysis of the averagetotal exit time made through confidence intervals and analysis of variance approaches forthree different auditorium comparatives expressed non-hom*ogeneous results. It also showed astrong influence both of population percentage and positioning of door on the meanevacuation time from the auditorium.

Abstract:

O Dilema do Prisioneiro (DP) é o jogo mais proeminente da Teoria dos Jogos devido à emergência da cooperação entre jogadores egoístas. O comportamento de cada jogador depende da estratégia que ele adotada e do seu ganho, que é determinado em função dos parâmetros do DP (T, R, P e S) e do número z de vizinhos com que ele joga. Portanto, a estrutura espacial dos jogadores não é relevante. Em nosso trabalho, utilizamos um autômato celular unidimensional onde cada jogador pode cooperar ou desertar ao interagir, simetricamente, com seus z vizinhos mais próximos. O sistema proposto nos permitiu realizar um estudo exaustivo do espaço de parâmetros para as estratégias evolucionárias Darwiniana (EED) e a Pavloviana (EEP) e compara-las. A geometria unidimensional nos possibilita obter os mesmos resultados dos sistemas em dimensionalidade arbitrária d, além de apresentar várias vantagens em relação a elas. No sistema que propomos os efeitos de borda são menores, exige menos tempo para a execução das simulações numéricas, permite variar o valor de z e é fácil obter uma representação visual da evolução temporal do sistema. Tal visualização simplifica a compreensão das interações entre os jogadores, pois surgem padrões nos agrupamentos de cooperadores/desertores, semelhantes aos pertencentes às classes dos autômatos celulares elementares. O estudo destes padrões nos permite compreender simplesmente a emergência da cooperação ou deserção nos sistemas. A evolução temporal do sistema que adota a EED gera um diagrama de fases muito rico com a presença das fases cooperadora, desertora e caótica. Já para a EEP, obtivemos um novo resultado analítico para as transições de fase, que neste caso são: cooperadora e quasi-regular. O estudo numérico exaustivo determinou as regiões do espaço de parâmetros onde acontecem cada uma das fases, e os efeitos da auto-interação podendo assim validar os resultados teóricos. O estudo do caso particular T = 1, tradicionalmente considerado como trivial, mostrou que ele apresenta comportamentos inusitados. Nossa principal contribuição para o estudo do DP é a obtenção de um novo paradigma. A geometria unidimensional com interação de vizinhos simétricos permitiu a visualização da evolução de padrões de cooperadores e desertores, o cálculo analítico de Tc para a EEP e o estudo de T = 1 para tais sistemas.
The Prisoner Dilemma (PD) is the most prominent game of the Game Theory due to emergency of the cooperation between selfish players. The behavior of each player depends on his/her strategy and the payoff, which is determined in function of the PD parameters (T, R, P and S) and by the number z of neighbors with whom he/she plays. Therefore, the spatial structure of the players does not matter. In our work, we have used a one-dimensional cellular automaton where each player can cooperate or defect when interacting, symmetrically, with his/her z nearest neighbors. The considered system allowed us to carry out an exhaustive exploration of the parameters space for the Darwinian Evolutionary Strategy (EED) and Pavlovian (EEP) and compares them. One-dimensional geometry makes possible to us get the same results of the systems in arbitrary d dimensional networks, besides, it presents some advantages. For the system that we proposed compared to the others dimensional networks, the boundary effects are less present, it needs less time for run the numerical simulations, it allows to vary the z value and is easier to get the visual representation of the system temporal evolution. Such visualization simplifies the understanding of the interactions between the players, therefore patterns appear in the clusters of cooperator/defectors, and these patterns belong to the elementary cellular automata classes. The study of these patterns allows them to understand in an easy way the emergence of the cooperation or defection in the systems. The temporal evolution of the system that adopts the EED yields a very rich phases diagram with the presence of cooperative, defective and chaotic phases. By the other hand, for the EEP, we have got a new analytical result for the phase transitions that in this case are: quasi-regular and cooperative. The exhaustive exploration study determines the regions on the parameters space where happen each phases occurs, and the effect of the self-interaction and thus validate the theoretical results. The study of the particular case T = 1, traditionally considered as trivial one, showed that it presents unusual behaviors, that we will present. Our main contribution for the study of the DP is the attainment of a new paradigm. One-dimensional geometry with interaction of symmetrical neighbors allowed to visualizes the evolution of cooperators and defectors patterns, the analytical result for Tc for the EEP and the study of T = 1 for such systems.

Abstract:

A teoria do caos estuda o tipo de comportamento, aparentemente aleatório, que apresentam alguns sistemas complexos sensíveis à perturbação dos seus parâmetros, como por exemplo sistemas dinâmicos, fractais, autômatos celulares, entre outros. Os autômatos celulares (ACs) são sistemas dinâmicos discretos que podem apresentar comportamentos caóticos a partir de regras simples. Os ACs tem sido empregados em diversas aplicações principalmente em simulações, mas também tem contribuído no reconhecimento de padrões, processamento de imagens e na Criptografia. A necessidade em transmitir informação de forma mais segura vem crescendo com a necessidade por novos algoritmos criptográficos. Paralelamente, os criptoanalistas vem progredindo constantemente na quebra e na procura de vulnerabilidades destes algoritmos, sendo necessaria a incursão de novas abordagens para atender estes desafios. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento e avaliação de algoritmos criptográficos, assim como um novo método de criptoanálise, motivados pela adequação dos ACs caóticos com os princípios de confusão e difusão da Criptografia, seguindo critérios apropriados para a boa construção destes algoritmos, que são sintetizados em três partes: (i) Na proposta do algoritmo de cifra criptográfico baseado no AC caótico, foi sugerida uma estratégia de seleção de ACs em base a combinação de vários critérios como o expoente de Lyapunov, a entropia e a distância de Hamming; visando selecionar um AC apropriado para a geração de números pseudo-aleatórios usados no processo de encriptação/decriptação do algoritmo, o qual é validado por diversos testes de aleatoriedade. (ii) Foi proposto o algoritmo de hash criptográfico baseado numa abordagem híbrida dos ACs e as redes complexas, visando a construção de um algoritmo flexível e de bom desempenho. Os resultados alcançados por ambos os algoritmos criptográficos mostraram-se relevantes quando comparados com o estado da arte, com boas qualidades de segurança e um grande potencial para ser aplicados em problemas reais. (iii) Na proposta do método de criptoanálise foi sugerido traçar equivalências entre os sistemas criptográficos e os ACs caóticos visando explorar e analisar seu comportamento dinâmico, por meio da adaptação do algoritmo do expoente de Lyapunov dos ACs, cujos resultados permitiram encontrar padrões característicos nos modos de operação criptográficos. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem dos ACs caóticos para desenvolver os algoritmos pode ser bastante útil em aplicações de Criptografia e Criptoanálise.
Chaos theory studies the apparently random behaviour from some complex systems with highly sensitive to the initial conditions, such as dynamical systems, fractals, cellular automata, among others. Cellular automata (CA) are discrete dynamical systems that may exhibit chaotic behaviour from simple rules. CA have been employed in many multidisciplinary applications, most of them in simulations systems, including pattern recognition, image processing and Cryptography. Nowadays, the development of new cryptographic algorithms is required in order to fulfil the increasing demand for secure transmission of confidential information. These algorithms are intensively analyzed, most of them broken by the cryptanalyst community. We proposed to develop two cryptographic algorithms: a block cipher and a hash function based on chaotic CA and its corresponding evaluation. We also proposed a new cryptanalysis methodology motivated by the strong relationship between the chaotic properties of CA and the cryptographic principles of confusion and diffusion, by following appropriate criteria to the proper design of these algorithms, which are summarized into three parts: (i) To proposed the block cipher proposed it was suggested a methodology to select a suitable CA to Cryptography by means of compounded measures such as the Lyapunov exponent, entropy and Hamming distance. Moreover, this selected CA is employed to generate pseudo-random numbers, which are further used in the encryption/decryption of the proposed block cipher and validated under several randomness tests. The results obtained by this cryptographic algorithm achieved similar and even higher performance when compared to others found in literature. (ii) The cryptographic hash function was developed using an hybrid approach of CA and complex networks, in order to build a flexible algorithm with acceptable performance when compared to conventional hash functions. In general, the results obtained from both cryptographic algorithms showed good security qualities and great potential to be applied in real problems. (iii) To proposed the cryptanalysis methodology it was suggested to draw parallels between cryptographic systems and CA, in order to explore and analise their dynamic behaviour. Hence, upon drawing such parallels, we have a means to adapt the Lyapunov exponent algorithm conceived in the framework of CA. Unexpectedly, the results obtained allow to discriminate among cryptographic modes of operation, which provides significant contributions to the field. Finally, we proved that the chaotic cellular automata approach can be quite useful in applications cryptography and cryptanalysis.

Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2arquivo7715_1.pdf: 5199545 bytes, checksum: d63d8a6cb868a556a9ae863dd55dd705 (MD5)license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Neste trabalho, investigamos o escoamento de dois fluidos imiscíveis em meios porosos bidimensionaisatravés de simulação computacional de autômatos celulares de gás na rede. Estetipo de autômata é capaz de reproduzir o comportamento da equação de Navier-Stokes juntocom a equação de Laplace para o caso de dois fluidos imiscíveis e, sem aumentar o tempocomputacional, consegue implementar condições de contorno complexas. Uma pequena modificaçãonos posibilita simular o escoamento numa célula de Hele-Shaw, ou seja, um escoamentobidimensional regido pela lei de Darcy. Neste último caso, é possível fazer com queos fluidos tenham viscosidades diferentes e observar alguns dos vários comportamentos possíveiscomo, por exemplo, a formação do dedo de Saffman-Taylor. O meio poroso foi modeladode duas maneiras. Numa primeira abordagem, blocos formados por quadrados e dispostos demaneira aleatória foi empregado. Neste meio, fizemos escoar um único fluido, regido pelaequação de Navier-Stokes do ponto de vista mesoscópico, e obtivemos a lei de Forchheimerdo ponto de vista macroscópico, ou seja, quando fazíamos uma média da velocidade hidrôdinâmicaem uma região que englobava toda a rede considerada. Esta lei é uma generalizaçãoda lei de Darcy. Este resultado já foi obtido pela literatura porém empregando um tipo diferentede modelo para o meio poroso. Posteriormente, numa segunda abordagem, realizamosa simulação de uma célula de Hele-Shaw, com contas circulares fixas de raio variável, posicionadosde maneira aleatória. Aqui fizemos escoar dois fluidos imiscíveis e nos concentramosna evolução da rugosidade da interface formada entre eles. Qualitativamente, observamos quequando um fluido menos viscoso invade um de maior viscodidade formam-se dedos, como oesperado. Na situação inversa, há uma pequena rugosidade, porém fortemente determinada pela desordem do meio. Quando os dois fluidos têm a mesma viscosidades, desenvolve-se umarugosidade fracamente determinada pelos obstáculos o qual satura em torno de um valor médio.Quantitativamente, observamos a existência de leis de escalas e estimamos o expoente darugosidade, a 0, 53, e o expoente de crescimento b, que se encontra no intervalo 0,6-0,8.O expoente da rugosidade é próximo aos previstos pelas equaçôes de Edwards-Wilkinson e deKardar-Parisi-Zhang, porém o expoente de crescimento se distancia, mas as estimativas estãoem concordância com diversos resultados experimentais

Abstract:

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1arquivototal.pdf: 2227394 bytes, checksum: 05a68822cdf04f42c1f50d5c368cac63 (MD5) Previous issue date: 2011-02-28
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
wide range of pathogens are transmitted by a combination of horizontal and vertical transmission;among these are microsporodians, helminths, bacteria and viruses of plants and animals,including important human pathogens such as HIV, HTLV-1, cytomegalovirus, severalhepatitis viruses and herpes simplex [Proc. R. Soc. Lond. B 260: 321-327]. In this work, thevertical parasite spreading from parent to offspring and horizontal transmission through infectionin a population of moving individuals are discussed using a probabilistic cellular automataimplemented on a square lattice. In our model, we generalize the automata proposed in [J. Phys.A : Math. Gen. 27: 1585-1597] to include the vertical transmission. The local rule consists oftwo subrules: the first one, applied synchronously, models infection, birth and death processes;the second, applied sequentially, describes the motion of individuals. In this model, endemicstates may occur (susceptible and infected individuals coexisting) or a disease-free state (withoutinfected). It is worth mentionins that a state in which the entire population becomes infectiveis possible in the case of perfect vertical transmission, i.e. infected parents give birth only toinfected offspring. Moreover, the stability of these states may be analised using a mean-fieldapproximation or grafically verified from the numerical simulations.
Uma ampla faixa de patógenos são propagados por uma combinação de transmissão horizontale vertical, dentre os quais podemos destacar: microesporídeos, helmintos, bactérias, fungose vírus de plantas e animais, incluindo importantes microorganismos parasitas de humanoscomo o HIV, HTLV-1, cytomegalovírus, vários tipos de hepatite e herpes simples [Proc. R. Soc.Lond. B 260: 321-327 (1995)]. Neste trabalho, a transmissão vertical (infecção do genitor paraos filhos) e a transmissão horizontal (infecção por contágio) numa população de indivíduos emmovimento são discutidos usando um autômato celular probabilístico implementado numa redequadrada. Em tal modelo, generalizamos o autômato proposto em [J. Phys. A : Math. Gen.27: 1585-1597 (1994)] para incluir a transmissão vertical. A regra local consiste de duas subregras:a primeira modela de maneira sincronizada os nascimentos, as mortes e as infecções;já a segunda, aplicada sequencialmente, descreve o movimento dos indivíduos. Neste modeloé possível um estado endêmico (suscetíveis coexistindo com infectados) ou um estado livre dedoenças (sem infectados). Salienta-se que um estado em que toda a população torna-se infectadaé possível no caso de transmissão vertical perfeita, i.e. pais infectados possuem apenasdescendentes infectados. Inclusive, a estabilidade destes estados pode ser analizada na aproximaçãode campo médio para este modelo, ou verificada através dos gráficos dos resultados dassimulações numéricas.

Abstract:

Durante a solidificação de ligas metálicas, a decantação de grãos equiaxiais pode causar: macrossegregação, mudança na posição da transição colunar-equiaxial e alteração no tamanho de grão equiaxial. O objetivo do presente trabalho é a implementação e análise de um modelo matemático para simular a solidificação sob efeito da decantação de grãos. Este modelo combina: (a) a técnica do autômato celular bi-dimensional em escala microscópica considerando a decantação de grãos, (b) um submodelo microscópico baseado em equações de conservação para simular os processos internos aos grãos e (c) um submodelo macroscópico também baseado em equações de conservação para simular os processos importantes da escala de tamanho macroscópica. Os submodelos macroscópico e microscópico compartilham informações correspondentes às suas escalas características de tamanho através de um método de acoplamento. O modelo matemático completo foi examinado inicialmente através da simulação de diversas situações idealizadas como: a decantação de uma esfera sólida, a decantação de um conjunto de esferas porosas e a decantação e solidificação simultânea de um grão dendrítico isolado e imerso em um líquido super-resfriado. Posteriormente, compararam-se os resultados do modelo para a solidificação isotérmica e para a solidificação unidirecional com resultados disponíveis na literatura obtidos por outros modelos numéricos e por técnicas experimentais. Os resultados do modelo mostraram que a decantação de grãos resulta nos seguintes efeitos no caso da solidificação unidirecional: variação de tamanho médio de grãos e macrossegregação ao longo do lingote e alteração ou até eliminação na posição da transição colunar-equiaxial.
During solidification of metallic alloys, the settling of equiaxed grains can cause macrosegregation, change the position of the columnar-to-equiaxed transition, and change the grain size of equiaxed grains. The objective of the present work is to implement and analyze a mathematical model to simulate the solidification under the effect of grain settling. The present model combines: (a) the cellular automaton technique in two dimensions applied in the microscopic lengthscale to account for the movement of grains; (b) a microscopic submodel based on conservation equations to simulate important phenomena occurring within the grains, and (c) a macroscopic submodel, also based on conservation equations, to simulate important phenomena of the macroscopic lengthscale. Using a strong coupling scheme, the macroscopic and microscopic submodels share important information specific to their typical lengthscales. The complete mathematical model was initially examined in several idealized conditions: the settling of a single solid sphere; the settling of a group of porous spheres; and the growth of a single dendritic grain settling in an undercooled liquid. The model was also used to simulate the isothermal solidification and the unidirectional solidification. For these cases, the outcome of the model was compared with experimental and calculated results available in the literature. For the unidirectional solidification, the model results showed that the settling of grains can cause a variation in the macrosegregation and grain size along the ingot and can change the position or even eliminate the columnar-to-equiaxed transition region.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2Angelo Schranko de Oliveira1.pdf: 925871 bytes, checksum: 812a592f67dbda8b36f5168fbd5f2598 (MD5)Angelo Schranko de Oliveira2.pdf: 2918106 bytes, checksum: 0969a0bf28b426ce84fe4595d80a73c2 (MD5) Previous issue date: 2009-01-28
Wolfram Research, Inc.
Cellular automata (CAs) can be defined as discrete dynamical systems over n-dimensional networks of locally connected components, whose evolution occur in a discrete, synchronous and hom*ogeneous fashion. Among their several applications, they have been used as a tool for complex systems modeling governed by fundamental laws of conservation (number-conserving cellular automata) orreversibility (reversible cellular automata). Another fundamental property that can be observed in CAs is regarding to their linearity (linear cellular automata) or nonlinearity. Usually, linear phenomena present low dynamic complexity, however, nonlinear phenoma can present complex behaviours like sensitive dependence on initial conditions and routes to chaos. This work focuses on investigating properties of cellular automata belonging to the intersection of those four classes, namely, reversible, number-conserving, and linear or nonlinear cellular automata. After presenting basic definitions, the notions of number-conserving cellular automata, conservation degree and reversibility are reviewed.Following, a dynamical characterisation parameter which relates the reversibility property of a onedimensional cellular automaton and the pre-images of their basic blocks is introduced, and some proofs of its general properties are given. Empirical observations herein suggest that a cellularautomaton is reversible and number-conserving if, and only if, its local transition function is a composition of the local transition functions of the reversible, number-conserving cellular automata with neighbourhood size n=2; such an observation was drawn for neighbourhood sizes n∈{2, 3, 4, 5,6} and number of states q=2; n∈{2, 3} and q=3; n∈{2, 3} and q=4. A proof for such a conjecture would allow the enumeration between neighbourhood lengths and the quantity of reversible, numberconserving cellular automata in the corresponding space, which can be easily identified by workingout the compositions of the local transition functions with n=2. Finally, some relationships between reversible, number-conserving, linear and nonlinear CA rules, their spatio-temporal diagrams and basin of attraction fields are presented.
Autômatos celulares (ACs) podem ser definidos como sistemas dinâmicos sobre redes ndimensionais de componentes localmente conectados, cuja evolução ocorre de forma discreta, síncrona e hom*ogênea. Dentre suas diversas aplicações, têm sido utilizados como ferramenta para modelagem de sistemas complexos regidos por leis fundamentais de conservação (autômatos celulares conservativos) ou reversibilidade (autômatos celulares reversíveis). Outra propriedade fundamental que pode ser observada nos ACs diz respeito à sua linearidade (autômatos celulares lineares) ou nãolinearidade. Fenômenos lineares normalmente apresentam menor complexidade dinâmica, enquanto fenômenos não-lineares podem apresentar propriedades tais como sensibilidade às condições iniciais erotas para caos. O presente trabalho concentra-se na investigação de propriedades de autômatos celulares unidimensionais pertencentes à interseção dessas quatro classes, isto é, autômatos celulares unidimensionais conservativos, reversíveis, e lineares ou não-lineares. Após definições básicas, são revisitados os conceitos de conservabilidade e reversibilidade. Em seguida, introduz-se um parâmetro de caracterização dinâmica que relaciona a distribuição do número de pré-imagens dos blocos básicosà reversibilidade de autômatos celulares unidimensionais e apresentam-se algumas demonstrações decsuas propriedades gerais. Observações empíricas aqui realizadas sugerem que um autômato celular unidimensional é conservativo e reversível se, e somente se, sua função local de transição de estados éuma composição das funções locais de transição de estado dos autômatos celulares conservativos e reversíveis de vizinhança de comprimento n=2; tal observação foi constatada para vizinhanças de comprimento n∈{2, 3, 4, 5, 6} e quantidade de estados q=2; n∈{2, 3} e q=3; n∈{2, 3} e q=4. Uma demonstração para tal conjectura permitiria estabelecer uma enumeração entre os comprimentos dasvizinhanças e a quantidade de autômatos celulares unidimensionais conservativos e reversíveis no espaço correspondente, os quais podem ser facilmente identificados através do cálculo das composições das funções locais de transição de estados com n=2. Por fim, apresentam-se relações entre as classes dos ACs conservativos, reversíveis, lineares e não-lineares, suas dinâmicas espaçotemporais e campos de bacias de atração.

Abstract:

Muitos dos processos que afetam a distribuição, estrutura e dinâmica de uma população arbórea vegetal podem ocorrer muito cedo na vida de uma planta.Desta forma, o estudo dos processos de germinação e estabelecimento das plantas e fundamental para entender o crescimento populacional e a dispersão de suas sem*ntes.Neste trabalho, apresentamos modelos de vegetação que usam autômatos celulares para representar o crescimento de espécies arbóreas nas áreas alagáveis da floresta amazônica considerando a dispersão de suas sem*ntes, o recrutamentodos indivíduos e a influência da inundação.O primeiro dos modelos representa a dinâmica de vegetaão sem considerar diretamente a influência do pulso de inundação. O segundo modelo representa a influência da inundação via a mortalidade dos indivíduos da população. O terceiro modelo acrescenta a variação no tempo da altura da inundação,adicionando informações sobre o relevo da regi ão.É feita uma análise da influência de cada parâmetro principal na dinâmica da vegetação. Além disso apresentamos uma análise dos resultados que avaliam o comportamento do modelo, bem como a consistência e a estabilidade dos resultados obtidos pelos modelos computacionais.
Most processes that aect the distribution, structure and dynamics of tree populations occur early in the plant life cycle. Hence, it is very important to study seed germination and seedling establishment processes to understand the growth and the dispersion of plant populations.In this work, we present three vegetation models to represent the tree growth process in flooded areas of the Amazon Forest that use cellular automata. We consider seed dispersion, seedling establishment, in uence of light, recruitment of individuals, as well as the ood gradient in the models.The rst model represents the influence of flooding in the vegetation dynamic only through data and adequate hypotheses about the ooded regions. The second model represents the influence of ooding in the vegetation dynamic taking into account its in uence on mortalities. The third model represents the ood varying along time and includes topographic information.We analyze the in uence of each parameter on the vegetation dynamic.Furthermore, we present a statistical analysis of the results, evaluating the model behavior and the consistency and stability of the results obtained by the computational models.

Abstract:

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1ThesisJaquelineSilva.pdf: 11035936 bytes, checksum: 593b1276f8343f4172ebbb8e0f37d955 (MD5) Previous issue date: 2011-12-16
Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior
Most processes that affect the distribution, structure and dynamics of tree populations occur early in the plant life cycle. Hence, it is very important to study seed germination and seedling establishment processes to understand the growth and the dispersion of plant populations.In this work, we present three vegetation models to represent the tree growth process in flooded areas of the Amazon Forest that use cellular automata. We consider seed dispersion, seedling establishment, in uence of light, recruitment of individuals, as well as the ood gradient in the models.The first model represents the influence of flooding in the vegetation dynamic only through data and adequate hypotheses about the ooded regions. The second model represents the influence of ooding in the vegetation dynamic taking into account its in uence on mortalities. The third model represents the ood varying along time and includes topographic information.We analyze the in uence of each parameter on the vegetation dynamic.Furthermore, we present a statistical analysis of the results, evaluating the model behavior and the consistency and stability of the results obtained by the computational models.
Muitos dos processos que afetam a distribuição, estrutura e dinâmica de uma população arbórea vegetal podem ocorrer muito cedo na vida de uma planta.Desta forma, o estudo dos processos de germinação e estabelecimento das plantas e fundamental para entender o crescimento populacional e a dispersão de suas sem*ntes.Neste trabalho, apresentamos modelos de vegetação que usam autômatos celulares para representar o crescimento de espécies arbóreas nas áreas alagáveis da floresta amazônica considerando a dispersão de suas sem*ntes, o recrutamentodos indivíduos e a influência da inundação.O primeiro dos modelos representa a dinâmica de vegetaão sem considerar diretamente a influência do pulso de inundação. O segundo modelo representa a influência da inundação via a mortalidade dos indivíduos da população. O terceiro modelo acrescenta a variação no tempo da altura da inundação,adicionando informações sobre o relevo da regi ão.É feita uma análise da influência de cada parâmetro principal na dinâmica da vegetação. Além disso apresentamos uma análise dos resultados que avaliam o comportamento do modelo, bem como a consistência e a estabilidade dos resultados obtidos pelos modelos computacionais.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1Wander Lairson Costa.pdf: 1957133 bytes, checksum: 6819580d97bb5eaca5ea04352fcda0b8 (MD5) Previous issue date: 2013-03-15
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Cellular automata are totally discrete systems that act locally in a simple and deterministic way, but whose resulting global behavior can be extremely complex. The set of possible global configurations in one finite time step for a CA can be described by a regular language, which in turn can be represented by a finite automaton, more precisely the so-called process graph, in which all states are initial and final. Here, we study the temporal evolution complexity of the elementary cellular automata (i.e., one-dimensional, binary, with radius 1), and related previous works are revisited and discussed, indicating problems and their consequences. We also start up a novel approach for the problem, substituting the process graph based representation that describes the configuration at each time step by adjacency matrices derived from them. In fact, we extend the classical adjacency matrix notation, as they cannot fully represent process graphs. With this new notation, we show that it is possible to obtain the algorithm to generate a process graphfor an arbitrary finite time step for each of the rules at study. In conclusion, although advancing the limit graph problem, it still remains open, and we provide suggestions for further research.
Autômatos celulares são sistemas totalmente discretos que agem localmente de forma simples e determinística, mas cujo comportamento global resultante pode ser extremamentecomplexo. O conjunto de possíveis configurações globais em um passo de tempo t finito para um autômato celular pode ser descrito por uma linguagem regular, a qual por sua vez pode ser representada por meio de um autômato finito, mais precisamente, pelo chamado grafo de processo, em que todos os estados são iniciais e finais. Estuda-se aqui a complexidade da evolução temporal dos autômatos celulares elementares (i.e., unidimensionais, binários, de raio 1), e trabalhos anteriores são revisitados e discutidos, no quais apontam-se problemas e suas consequências. Também inicia-se uma nova abordagem para o problema, substituindo a representação dos grafos de processo que descrevem a configuração a cada passo de tempo por matrizes de adjacência deles derivadas. De fato, estende-se a notação clássica de matriz de adjacência, já que ela se mostra insuficiente para descrever completamente os grafos de processo em questão. Com essa nova notação, mostra-se que é possível obter o algoritmo que gere o grafo de processo de tempo t para cada uma das regras estudadas. Conclui-se que, embora houve avanços para o problema do grafo limite, este ainda permanece aberto, e sugestões para continuação da pesquisa são dadas.

Abstract:

Nesta tese, é discutida a possibilidade de se representar as variações sistêmicas das transições do uso e ocupação do solo, nos períodos compreendidos entre antes e após a construção dos equipamentos públicos denominados de centros educacionais unificados (CEUs). Foram elaborados modelos dinâmicos de simulação, baseados no paradigma de autômatos celulares, e aplicados na área de influência de 10 unidades deste equipamento, observando-se um raio de influência de 2 km. As unidades foram implantadas, em sua maioria, na periferia do município de São Paulo, Brasil. A pesquisa foi feita entre os anos 2000 e 2010, recorte temporal de maior implantação das estruturas, sendo que o recorte abrange as fases de projeto e apresenta avaliações das unidades implantadas. Para a parametrização das simulações de transição do uso e ocupação do solo urbano, foi utilizado o método bayesiano de pesos de evidência. Os resultados foram conclusivos sobre a relação dos centros educacionais unificados com a modificação de padrões e tendências de variação do uso e ocupação do solo no entorno das unidades estudadas. Houve um aumento de 35% nas probabilidades de transição entre as diferentes classes de uso do solo, indicando uma maior dinâmica de modificações após a construção dos centros educacionais unificados. Ainda no período posterior à implantação desta infraestrutura, foi identificada uma intensificação nas transições entre as classes de uso residencial, áreas urbanas vagas e assentamentos urbanos precários, em processos formais e informais de expansão urbana que estão diretamente relacionados com a condição inicial de uso e ocupação do entorno de cada unidade. Foi possível constatar uma explícita diferenciação espacial do processo de urbanização na área de influência de várias unidades, com a análise contínua da formação das manchas de transição das classes de uso em relação às faixas de distância aos CEUs. Nas unidades construídas em áreas com maior vulnerabilidade e precariedade das ocupações, a expansão urbana tende a ser informal e a ultrapassar os limites imobiliários formais, como no caso do CEU Paz, que concentrou o crescimento dos assentamentos urbanos precários nas áreas íngremes e mais próximas à Serra da Cantareira, em uma taxa anual 27% maior no período pós-implantação. A análise da variação da tendência de uso e ocupação entre os períodos de análise possibilitou comparar todas as unidades estudadas, demonstrando que não existe um caráter regional no padrão de modificação, mas sim uma grande heterogeneidade na organização espacial, em conformidade com os padrões da periferia de São Paulo. Por fim, foi possível observar que nem todas as classes de uso sofreram alteração na tendência entre os períodos, fato que confirma que a influência dos CEUs pode variar conforme o contexto de implantação.
In this thesis, a proposal for modelling land use dynamics is conceived, comprising periods immediately before and after the implementation of the so-called unified educational centers (or centros educacionais unificados - CEUs, in Portuguese). Cellular automaton-based models were applied to assess the influence of CEUs in land use change within circular catchment areas of a two-kilometer radius surrounding them. Most of these social infrastructure equipments were implemented at the periphery of São Paulo city, Brazil. The research was carried out between 2000 and 2010, period of intensive implementation of such social equipments. This time span covers the project phases and presents evaluations of the implemented units. For discretizing continuous variables and running the simulations, we used the Bayesian weights of evidence method. The results were conclusive on the relation between the unified educational centers with changes in land use variation patterns and trends around the studied units. There was a 35% increase in the possibilities of transition among the different land use classes, indicating a greater dynamic of change after the unified educational centers construction. Also, in the period after the implementation of this infrastructure, it was identified an intensification in the transitions among the classes of formal residential use, vacant urban plots and informal urban settlements, in formal and informal processes of urban expansion that are directly related to the initial condition of use and occupation found in the surroundings of each unit. It was possible to observe an explicit spatial differentiation of the urbanization process in the catchment area of several units, by means of the continuous analysis of the land use patches formation in relation to the distance ranges to CEUs. In the units built in areas with greater vulnerability and precarious occupations, urban expansion tends to be informal and invade the formal occupation limits, as in the case of CEU Paz, which concentrated the growth of precarious urban settlements in steep areascloser to the Cantareira Ridge, at a 27% higher yearly rate in the second period, i.e. after the CEU Paz construction. The trend variation analysis between the periods made it possible to compare all the studied units, demonstrating that there is no regional character in the modification pattern, but rather a great heterogeneity in the spatial organization, in accordance with patterns found at the periphery of São Paulo. Finally, it was possible to observe that not all land use classes suffered transition trend changes between the periods, confirming that the influence of the unified educational centers may vary according to the local context.

Abstract:

Orientador: Carlos Roberto de Souza Filho
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias
Made available in DSpace on 2018-08-12T04:50:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1Costa_FabianeHilariodosSantos_D.pdf: 3757483 bytes, checksum: 369720c360cc4dec0417fd66b15d21f8 (MD5) Previous issue date: 2008
Resumo: A área de estudo situa-se o Vale do Ribeira, região sul do Estado de São Paulo e nordeste do Estado do Paraná, dentro da Faixa de Dobramentos Apiaí e comporta depósitos de chumbo e zinco. Esteve sob a influência das atividades de mineração de chumbo e de uma usina de refino dos minérios que eram produzidos nas minas da região até o final de 1995. A área exibe solos enriquecidos em As e metais pesados, derivados do intemperismo de rochas metassedimentares e metabásicas hospedeiras de mineralizações. O presente trabalho foi desenvolvido visando demonstrar à evolução dos processos erosivos e está estruturado através de quatro abordagens. Primeiramente, através de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicou-se o modelo EUPS (Equação Universal de Perda de Solo), tendo como saída do modelo mapas potenciais de erosão. A segunda abordagem foi à modelagem espaçotemporal baseada em autômatos celulares como ferramenta de análise das mudanças de uso do solo, incrementado pela análise de demandas pela cadeia de Markov, e com cálculo de preferências de alocação através da Regressão Logística. Gerou-se a evolução do uso do solo de 1990 a 2010, demonstrando que há um aumento nas áreas com solos expostos, fazendo-se necessário o uso de práticas conservacionistas. Sabendo que a erosão é um problema grave, a terceira abordagem buscou quantificar a produção de sedimentos utilizando os caminhos do escoamento com auxílio do modelo numérico do terreno. Como resultado, obteve-se mapas temporais de perdas de sedimento, sendo possível quantificar as áreas com altas perdas e sua relação com a anomalia natural existente na área de estudo. Finalmente, com o intuito de reconhecer padrões em solos, realizou-se modelagem espacial em dados multifonte através de redes neurais artificiais. Foi possível reconhecer a assinatura dos padrões nos mapas multifonte e em áreas onde não se tem análises geoquímicas. Para validação desta modelagem, realizou-se o mesmo procedimento para dados de chumbo em sedimentos de corrente, que abrangem uma área maior de amostragem, mostrando-se coerentes com as áreas obtidas para solos.
Abstract: This paper comprises an experiment to map hidden patterns in multi-source data that could be associated with Pb geochemical soil anomalies. The study area is confined between the Apiaí Fold-Belt, hosts numerous Pb and Zn deposits; it was under the influence of regional Pb mining and Pb refinery factory activities until 1995; and exhibits soils enriched in Pb, As and other heavy metals yielded from the supergenic alteration of metavolcanic and metasedimentary rocks that host the metallic mineralizations. Using Neural Networks available in the ArcSDM (Arc Spatial Data Modeler) package, it was demonstrated that there is a signature indicated by the data that agrees with anomalous concentrations of Pb in soil over control areas. This signature was also detected in sectors for which no soil geochemical surveys were available, but a regional stream sediment survey. This survey also revealed a coincidence among tracts with local multi-source signatures and high concentration in Pb, indicating the consistency of the pattern against both soil and stream sediment Pb anomalies. This results have several implications to the use of scarcely spaced sampling geochemistry to detect patterns that can be linked to environmental risk areas.
Doutorado
Metalogenese
Doutor em Ciências

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1Alex Martins.pdf: 1863982 bytes, checksum: 63a3f4efd397697e6bc129fa070520d5 (MD5) Previous issue date: 2011-10-19
Synchronization can be understood as a temporal organization of events, able of emerging in complex systems, as neural networks. Here, random graph and cellular automaton (CA) are used to represent neural networks, in order to investigate the occurrence of synchronism in such networks. The network coupling topology is of Newman-Watts type, formed by regular lattice with additional random connections. Two parts with this structure are connected by random links. Results obtained from numerical simulations with this model indicate variety of oscillatory behavior: there are cases in which both parts oscillate with equal, multiple and submultiple periods; and cases without oscillation. Investigations were performed concerning the relation among oscillatory behavior and maximum activity, the time to reach such an activity, the minimum average path length, size of the network, the percentage of random connections added and the rules of the CA state transition. Synchronous behavior was found in more than 75% of 28000 simulations accomplished. The system dynamics is influenced more by variations on the number of time steps in which a cell remains firing than by alterations on the lattice size or on the percentage of the randomly added links.
Pode-se entender sincronismo como uma organização temporal de eventos, possível de emergir em sistemas complexos, como redes neurais. Aqui, usam-se grafo aleatório e autômato celular (AC) para representar redes neurais, a fim de investigar a ocorrência de sincronismo em tais redes. A topologia de acoplamento da rede é do tipo Newman-Watts, formada por uma grade regular com ligações aleatórias acrescentadas. Duas partes com essa estrutura são conectadas por ligações aleatórias. Resultados obtidos por simulações numéricas com esse modelo indicam diversidade de comportamento oscilatório: há casos em que as duas partes oscilam em períodos iguais, múltiplos e submúltiplos; e casos sem oscilação. Investigaram-se as relações entre comportamento oscilatório e a atividade máxima, o tempo para se alcançar essa atividade, o comprimento do caminho mínimo médio, o tamanho da rede, a porcentagem de ligações aleatórias adicionadas, e as regras de transição de estado do AC. Comportamento síncrono foi encontrado em mais de 75% das 28.000 simulações realizadas. A dinâmica do sistema é mais influenciada por variações no número de passos de tempo em que a célula permanece disparando do que por alterações no tamanho do reticulado ou no percentual das ligações aleatórias adicionais.

Abstract:

Orientador: Diogenes Cortijo Costa
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Made available in DSpace on 2018-08-10T20:25:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1Scarassatti_DaniellaFarias_M.pdf: 5257230 bytes, checksum: 1a12da8901dbdb89959b9daa81bb7784 (MD5) Previous issue date: 2007
Resumo: As inovações tecnológicas presentes na sociedade contemporânea, como as redes de comunicações e transportes, têm proporcionado uma profunda transformação na produção dos espaços urbanos e colocam o desafio de formular modelos que traduzam a mecânica da organização espacial das cidades. É cada vez mais freqüente a integração de modelos dinâmicos no ambiente dos Sistemas de Informações Geográficas para promover simulações e gerar representações de processos espaçotemporais. Neste contexto, modelagens dinâmicas utilizadas para o planejamento urbano têm se mostrado um campo promissor na identificação de possíveis trajetórias de expansão urbana e de suas tendências, auxiliando o poder público local no direcionamento de ações na gestão da cidade. É a proposta deste trabalho obter avaliações integradas de fatores, como a rede viária de transportes, que procurem explicar as mudanças de uso do solo. Para este propósito foi utilizado o software Idrisi Kilimanjaro 6.02 que possui funções como modelagem de processos e simulação baseado em cadeia de Markov e autômatos celulares. Foram identificadas duas regiões do município de Campinas, SP, escolhidas por suas peculiaridades na dinâmica de uso e ocupação do solo. As modelagens prospectivas das áreas de estudo são comparadas permitindo-se avaliar a metodologia e precisar suas contribuições e limites
Abstract: Technological innovations, such as transport and communication networks, have deeply transformed urban space and have imposed model conceptions that reflect the real city organization in contemporary society. In order to perform simulations and to generate spatial-temporal process representations, the integration of dynamic models in Geographic Information Systems has been frequently applied. In this context, dynamic models represent a propitious field in urban planning to identify urban expansion trends, as well an appropriate tool that supports local public policies aimed at the urban management. The purpose of this work is to obtain integrated evaluations about factors, such as network transportation, that can explain land use transformations. In order to investigate the applicability of dynamic models on the land use projections, Markov Chain algorithms complemented with cellular automata were performed on Idrisi Kilimanjaro 6.02 software. Two areas in Campinas City, Brazil, were chosen based on their different land use and occupation. The comparison of the prospective modeling applied to these areas permitted the evaluation of the methodology, according to its contribution and limitation
Mestrado
Transportes
Mestre em Engenharia Civil

Abstract:

Orientador: Rubens Caram Junior
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-08-14T01:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1Contieri_RodrigoJose_M.pdf: 6106126 bytes, checksum: c0a763660f171b211110a4237cfd34db (MD5) Previous issue date: 2009
Resumo: A aplicação de tratamentos térmicos de recozimento a materiais metálicos encruados pode resultar em fenômenos de recuperação, de recristalização e de crescimento de grãos. Tal tipo de tratamento térmico resulta na transformação da microestrutura e, portanto, das propriedades físicas e mecânicas do material. O objetivo deste trabalho é determinar parâmetros característicos do processo de recristalização e de crescimento de grãos do titânio comercialmente puro (Ti C.P.) por meio do desenvolvimento e aplicação de um modelo teórico baseado no algoritmo autômatos celulares e em experimentos. Esse modelo teórico considera a redução da energia interfacial nos contornos de grão a cada intervalo de tempo como força motriz do processo, assim como a influência de uma barreira de potencial. Objetivando validar os resultados teóricos obtidos e também obter informações necessárias à simulação, foram executados experimentos associados à laminação, a tratamentos térmicos e à caracterização de amostras de Ti C.P. Os resultados obtidos mostram que o modelo concebido é capaz de simular processos de recristalização e de crescimento de grãos. Observou-se a dependência da cinética de crescimento em relação à energia de ativação, temperatura e energia interfacial nos contornos. Por outro lado, concluiu-se que a recristalização do Ti C.P. laminado à temperatura ambiente pode ser investigada através de análises quantitativas de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e de microdureza. Finalmente, informações obtidas da aplicação do modelo teórico exibem boa concordância com dados obtidos experimentalmente e com outros disponíveis na literatura
Abstract: Application of annealing heat treatments to strain hardened metallic materials may give rise to recuperation, recrystallization and grain growth phenomena. This heat treatment leads to microstructure transformation and hence, changes in physical and mechanical properties. The aim of this work is to determine parameters of recrystallization and grain growth processes of commercially pure titanium (C.P. Ti) by means of the development and application of a theoretical model based on Cellular Automata algorithm as well as on experiments. This model considers the decrease in the interfacial energy at grain boundaries every time step as the process driving force. In addition, it takes into account the influence of potential barrier. To validate theoretical results as well as to obtain essential information for the simulation, experiments related to rolling, heat treatments and characterization of C.P. Ti samples were carried out. The results obtained show the developed model is able to simulate recrystallization and grain growth processes. It was observed the growth kinetic depends on activation energy, temperature and interfacial energy at the boundaries. Also, it was concluded that recrystallization of the room temperature rolled C.P. Ti may be investigated by using results of differential scanning calorimetry and microhardness. Finally, information obtained by using the theoretical model well agrees with data experimentally obtained and with other available in literature
Mestrado
Materiais e Processos de Fabricação
Mestre em Engenharia Mecânica

Abstract:

O autômato celular Game of LIFE (GL) exibe comportamento coletivo não-trivial (Classe IV de Wolfram) a partir de regras locais simples. Na década de 1990, conjecturou-se que o autômato seria um exemplo de sistema não-conservativo com criticalidade auto-organizada. Nesse trabalho refutamos essa conjectura verificando que o regime transiente para estados absorventes não escala de forma correta para redes grandes. Usando uma aproximação de campo médio com considerações sobre interfaces para a rede quadrada, definimos um parâmetro de controle sigma0 relacionado com a razão de ramificação da interface da fase absorvente. A partir da análise de um grande número de autômatos celulares (6144), encontramos uma transição de fase descontínua no espaço de regras dos autômatos celulares totalistas. Também encontramos que o GL é um autômato celular quasi-crítico, com sigma0=1.006, ou seja, o GL equivale a um processo de nucleação quasi-crítico. Mostramos que essa quasi-criticalidade é resultado da coexistência e competição entre a fase viva e a fase morta: embora o LIFE esteja destinado à extinção (ao estado absorvente morto), o decaimento é adiado devido a um forte ralentamento crítico.
The cellular automaton Game of LIFE exhibits non-trivial collective behavior (Wolfram Class IV) from local simple rules. In the 1990s, it was conjectured that the automaton would be an example of self-organized criticality in non-conservative systems. In this work we refute this conjecture by verifying that the transient regime to absorbing states does not scale for large lattice sizes. By using a mean-field approximation with considerations about interfaces in square lattices, we define a control parameter sigma0 related to the interfacial absorbing phase branching rate. From the analysis of a large number of cellular automata (6144), we find a discontinuous phase transition in the cellular automata rule space. We also find that LIFE is a quasi-critical cellular automaton, with sigma0=1.006, that is, LIFE is a quasi-critical nucleation process. It is shown that this quasi-criticality is a result of coexistence and competition between the living and dead phases: although LIFE is destined to extinction (to the dead absorbing state), this decay is delayed due to a strong critical slowing down.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1Davi de Oliveira Gerardi.pdf: 2216694 bytes, checksum: 5c92a695124c5b7d9e20de8329020701 (MD5) Previous issue date: 2010-08-02
SIS (susceptible-infected-susceptible) and SIR (susceptible-infectedremoved) epidemiological models based on probabilistic cellular automaton (PCA) are used in order to simulate the temporal evolution of the number of people infected by dengue in the city of Rio de Janeiro in 2007, and to predict the cases of infection in 2008. In the PCA, three different sizes of lattices and two kinds of neighborhoods are utilized, and each time step of simulation is equivalent to one week of real time. A genetic algorithm (GA) is employed to identify the probabilities of the state transition S→I, in order to reproduce the historical series of 2007 related to this disease propagation. These probabilities depend on the number of infected neighbors. Time-varying and constantprobabilities are taken into account. These models based on PCA and GA were able of satisfactorily fitting the data from 2007 and making a good prediction for 2008 (mainly about the total number of cases registered during 2008).
Usam-se modelos epidemiológicos SIS (suscetível-infectado-suscetível) e SIR (suscetível-infectado-removido) baseados em autômato celular probabilista (ACP) a fim de simular a evolução temporal do número de pessoas infectadas por dengue, na cidade do Rio de Janeiro em 2007, e de prever os casos de infecção em 2008. No ACP, utilizam-se reticulados de três tamanhos diferentes e dois tipos de vizinhanças, e cada passo de tempo da simulação equivale a uma semana de tempo real. Emprega-se um algoritmo genético (AG) para identificar os valores das probabilidades da transição de estados S→I, de modo a reproduzir a série histórica de 2007 relacionada à propagação dessa doença. Essas probabilidades dependem do número de vizinhos infectados. Probabilidades variantes e invariantes no tempo são consideradas. Esses modelos baseados em ACP e AG foram capazes de fazer um ajuste satisfatório dos dados de 2007 e de fornecerem uma boa previsão para 2008, (principalmente no que diz respeito ao número total de casos registrados em 2008).

Abstract:

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Em diversas situações, o volume de tarefas a serem cumpridas não pode ser realizado por um único robô. Assim, um campo que tem despertado crescente interesse é a investigação do comportamento de enxame de robôs de busca. Estratégias de cooperação e controle desse enxame devem ser consideradas para um desempenho eficiente do time de robôs. Existem várias técnicas clássicas em inteligência artificial que são capazes de resolver este problema. Neste trabalho um conjunto de técnicas bio-inspiradas, que engloba um modelo baseado em autômatos celulares com memória e feromônio invertido, foi considerado inicialmente para coordenar um time de robôs na tarefa de forrageamento para ambientes previamente conhecidos. Os robôs do time compartilham o mesmo ambiente, comunicando-se através do feromônio invertido, que é depositado por todos os agentes a cada passo de tempo, resultando em forças de repulsão e maior cobertura do ambiente. Por outro lado, o processo de retorno para o ninho é baseado no comportamento social observado no processo de evacuação de pedestres, resultando em forças de atração. Todos os movimentos deste processo são de primeira escolha e a resolução de conflitos proporciona uma característica não-determinista ao modelo. Posteriormente, o modelo base foi adaptado para a aplicação nas tarefas de coleta seletiva e busca e resgate. Os resultados das simulações foram apresentados em diferentes condições de ambiente. Além disso, parâmetros como quantidade e disposição da comida, posição dos ninhos e largura, constantes relacionadas ao feromônio, e tamanho da memória foram analisados nos experimentos. Em seguida, o modelo base proposto neste trabalho para tarefa de forrageamento, foi implementado usando os robôs e-Puck no ambiente de simulação Webots, com as devidas adaptações. Por fim, uma análise teórica do modelo investigado foi analisado através da teoria dos grafos e das filas. O método proposto neste trabalho mostrou-se eficiente e passível de ser implementado num alto nível de paralelismo e distribuição. Assim, o modelo torna-se interessante para a aplicação em outras tarefas robóticas, especialmente em problemas que envolvam busca multi-objetiva paralela.
In several situations, the volume of tasks to be accomplished can not be performed by a single robot. Thus, a field that has attracted growing interest is the behavior investigation of the search swarm robots. Cooperation and control strategies of this swarm should be considered for an efficient performance of the robot team. There are several classic techniques in artificial intelligence that are able to solve this problem. In this work a set of bio-inspired techniques, which includes a model based on cellular automata with memory and inverted pheromone, was initially considered to coordinate a team of robots in the task of foraging to previously known environments. The team's robots share the same environment, communicating through the inverted pheromone, which is deposited by all agents at each step of time, resulting in repulsive forces and increasing environmental coverage. On the other hand, the return process to the nest is based on the social behavior observed in the process of pedestrian evacuation, resulting in forces of attraction. All movements in this process are first choice and conflict resolution provides a non-deterministic characteristic to the model. Subsequently, the base model was adapted for the application in the tasks of selective collection and search and rescue. The results of the simulations were presented under different environment conditions. In addition, parameters such as amount and arrangement of food, nest position and width, pheromone-related constants, and memory size were analyzed in the experiments. Then, the base model proposed in this work for foraging task, was implemented using the e-Puck robots in the simulation environment Webots, with the appropriate adaptations. Finally, a theoretical analysis of the investigated model was analyzed through the graphs and queuing theory. The method proposed in this work proved to be efficient and capable of being implemented at a high level of parallelism and distribution. Thus, the model becomes interesting for the application in other robotic tasks, especially in problems that involve parallel multi-objective search.
Tese (Doutorado)

Abstract:

Orientadores: Laecio Carvalho de Barros, Rodney Carlos Bassanezi
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica
Made available in DSpace on 2018-08-04T02:48:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1Peixoto_MagdadaSilva_D.pdf: 4244795 bytes, checksum: 6ed64db20c222bb5bb2e020084610233 (MD5) Previous issue date: 2005
Resumo: A Morte Súbita dos Citros é uma doença que afeta e mata laranjeiras doces e as tangerineiras Cmvo e Ponkan enxertadas sobre limoeiros Cmvo e Volkameriano, que representam cerca de 85% dos pomares cítricos de São Paulo e sul do Triângulo Mineiro. Acredita-se que tal doença seja causada por vírus transmitidos por pulgões (vetor) de citros. Para estudar a disseminação da doença propomos um modelo de simulação a partir de autômatos celulares, o qual leva em conta o efeito do vento nas distâncias alcançadas pelo pulgão. Para estabelecer a relação entre espaço percorrido pelo vetor e a intensidade do vento utilizamos um sistema baseado em regras fuzzy. Para estudar a densidade populacional dos pulgões, levamos em conta que eles têm a joaninha como principal predador natural. Estabelecemos uma base de regras fuzzy para modelar a interação pulgões e joaninhas. As trajetórias obtidas no plano de fase são comparadas com as de um modelo determinístico presa-predador do tipo Holling- Tanner e também a um modelo determinístico presa-predador de Lotlm- Volterra. A partir dos resultados obtidos, iniciamos um estudo para investigar alguma política de controle da Morte Súbita dos Citros
Abstract: Citrus Sudden Death is a relatively new disease that has affected and killed sweet oranges grafted on the Rangpur lime. This is a worrying characteristic because the Rangpur lime amounts to 85% of the citrus orchards in São Paulo and the south of "Triângulo Mineiro". It is believed that the disease is caused by a virus transmitted by citrus aphids (vectors). We have adopted the Cellular Automata model to study the advance of the disease, which considers the effect of the wind in the distances reached by the aphids. We have adopted the rule-based fuzzy system to establish the relationship between the space covered by the vector and the intensity of the wind. To study the population density of aphids, we have considered that the ladybug is its main enemy. The trajectories of the phase-plane are compared to those of deterministic predatorprey models of the Holling- Tanner and Lotka- Volterra types. From the obtained results, we have begun a study to investigate some control policies for the Citrus Sudden Death
Doutorado
Matematica Aplicada
Doutor em Matemática Aplicada

Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:29:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2arquivo4269_1.pdf: 4893766 bytes, checksum: 6aa27b0811c489ef4d710c33a660acc5 (MD5)license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007
Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado da Bahia
Por muito tempo, foi (e ainda é) comum entre físicos estatísticos acreditaremque transições fásicas só poderiam ocorrer em sistemas com dimensõesmaiores que um. Baseados nesta tradição e em simulações computacionais [1],vários autores propuseram uma conjectura conhecida como Conjectura detaxas positivas , chamada aqui CTP, a qual defende que todo autômato celularunidimensional com interação local uniforme, não-degenerado é ergódico.Vários autores tentaram refutar esta hipótese, mas somente um obteve sucessocompleto: Gács [2] propôs um sistema muito complicado com 2100 estados,o qual refuta a CTP. Gray em trabalho posterior [3] explica os resultados obtidospor Gács sobre o refutar da CTP e expressou acreditar que sistemas muitosimples não podem refutar a CTP.Toom em [4] propôs uma nova classe de sistemas unidimensionais cominteração local, onde componentes pode aparecer e desaparecer durante oprocesso de evolução. Após, o mesmo propôs um sistema muito simples destanova classe [5], e provou que, embora unidimensional, exibe alguma forma denão-ergodicidade. Neste processo, partículas enumeradas por números inteirosinteragem em todo passo de tempo discreto somente com seus vizinhos maispróximos. Toda partícula tem dois estados, chamados menos e mais . Inicialmente,o processo começa na configuração todos menos . Em cada passode tempo duas transformações ocorrem. A primeira transforma todo menos emmais com probabilidade independentemente do que acontece nos outros lugares.Sob a ação da segunda, sempre que um mais é um vizinho esquerdo deum menos, ambos desaparecem com probabilidade independentemente dosoutros lugares. Dentre os resultados deste processo, Toom provou que quando é pequeno, a densidade de mais é sempre pequena.Porém, o caso que chamamos problemático , com = 1, não foi consideradopor Toom, pois neste caso mesmo a exist encia do processo não é evidente.No primeiro capítulo de nosso trabalho, mostramos rigorosamente queo processo de Toom está definido para este caso também e que os maiores resultadosdele sobre não ergodicidade ainda permanecem válidos, e até mesmoapresentam melhores estimações numéricas. No segundo caítulo, nós estudamoso mesmo processo com qualquer valor de 2 [0, 1] e usamos métodode Monte Carlo e aproximção de campo médio para estimar a linha que separaas regiões para as quais o processo é ergódico vs. não ergódico e em adiçãoobservamos que para pequenos valores de e , esta linha separadora tema inclinação positiva na origem. Uma limitação do processo considerado noscapítulos um e dois é que ao imaginarmos sistemas finitos, teremos que emmédia o processo descrito acima diminui e portanto não tem análogo finito.No terceiro capítulo, nós apresentamos um outro processo com os mesmosdois estados menos e mais , mas com tempo contínuo, composto por trêstransformações: a primeira, chamada flip, muda menos para mais e mais paramenos com uma taxa . Uma outra chamada aniquilação elimina as duaspartículas vizinhas com uma taxa , se estas estiverem em estados diferentes. Aterceira, chamada mitose, duplica qualquer partícula com uma taxa . Mitosenão foi utilizada no processo de Toom. Sua presença com uma taxa satisfatóriaprevine nosso processo de diminuir . O processo com mitose exibiu a mesmaforma de não ergodicidade como Toom provou. Nós mostramos isto usandosimulação de Monte Carlo e estimamos as taxas para as quais nosso processoé ergódico vs. não ergódico e diminui vs. não diminui

Abstract:

Orientador: Rafael Dias Loyola
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Made available in DSpace on 2018-08-23T15:32:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1Sant'Anna_ClaraLuzBraga_M.pdf: 15999631 bytes, checksum: d43098e998277d4decc83772d68234c2 (MD5) Previous issue date: 2013
Resumo: O processo de invasão biológica por espécies exóticas pode levar a substituição de espécies nativas. Este processo é crítico quando ocorre no interior de Unidades de Conservação (UC). Para entender a dinâmica de invasão e expansão das espécies invasoras é necessário levar em conta as características da espécie invasora associadas às características abióticas e bióticas dos ecossistemas invadidos, o fator temporal e mecanismos específicos a cada sistema. Estudamos através de análises exploratórias e modelos de simulação em Autômato Celular, o processo de expansão da Brachiaria spp. no Parque Nacional das Emas (Parna Emas), uma das mais importantes Unidades de Conservação do Cerrado. Utilizamos dados da distribuição espaço-temporal da gramínea dos anos de 2002 e 2012, em 80 Km das estradas internas do parque (25% das estradas) para associar a expansão às variáveis ambientais: distância relativa à margem das estradas internas do parque, categoria de zoneamento, tipo de fitofisionomia de Cerrado e declividade. Os fatores ambientais mais relevantes no processo de expansão da Brachiaria spp. foram: as estradas internas do Parna Emas, cuja presença e alta freqüência de uso influenciam positivamente a expansão da gramínea, e em áreas com intenso tráfego de veículos a abundância da Brachiaria spp. foi dez vezes maior que em áreas onde o acesso é restrito; a disponibilidade de luz e espaço foram fatores limitantes à expansão, áreas de fitofisionomias abertas de Cerrado, como Campo Limpo, mostraram ser mais susceptíveis a invasão, com expansão até vinte vezes maior que áreas florestais; e a declividade, mesmo sutil, pareceu direcionar a expansão da gramínea para regiões de menor altitude. Assim indicamos algumas medidas de manejo: restringir ao máximo o uso das estradas internas do Parna Emas, aplicar medidas fitossanitárias nos veículos, botas e vestimentas de funcionários e visitantes, a fim de inviabilizar as sem*ntes dispersadas por estes, priorizar o manejo em áreas de Campo Limpo, em especial uma região no centro do Parna Emas que pode estar funcionando como fonte interna de sem*ntes, e recomendamos atenção aos locais em declividade, de modo a prever a direção da expansão e assim tomar as medidas preventivas cabíveis. Esperamos assim que nosso estudo contribua para o desenvolvimento de melhores políticas e ações de monitoramento, manejo e controle de Brachiaria spp. em Unidades de Conservação, em geral, e no Parque Nacional das Emas, em particular
Abstract: The process of biological invasion by exotic species may lead to replacement of native species. This process is critical when it occurs within Protected Areas (PA). To understand the dynamics of invasion and spread of invasive species is necessary to take into account the characteristics of invasive species associated with abiotic and biotic characteristics of invaded ecosystems, the temporal issue and specific mechanisms to each system. We study by exploratory analyzes and Cellular Automaton simulation models, the expansion process of Brachiaria spp. in Emas National Park (Parna Emas), one of the most important Protected Areas of the Cerrado. We used data from spatial-temporal distribution of this species with a time lag of 10 years among them (2002 and 2012), over 80 km of internal roads of the Parna Emas (25% of the roads) to link the expansion of this invasive grass to environmental variables such as: relative distance along the sideroads inside the park, category of zonation, type of Cerrado vegetation and slope. The results indicate that the most important environmental factors in the expansion process of Brachiaria spp. where: the internal roads of the Parna Emas, whose presence and high frequency of use positively affect the growth of the grass, and in areas with intense vehicle traffic the abundance of Brachiaria spp. was ten times higher than in areas where access is restricted; light availability was the limiting factor to expansion, so that areas of open Cerrado physiognomies as Campo Limpo, proved to be more susceptible to invasion, with expansion up to twenty times greater than forested areas; and the slope, even subtle (about 1 degree), seemed drive the expansion of grass to the lower areas. From these results we point out some management measures such as: restricting the most the use of internal roads of Parna Emas and apply phytosanitary measures in vehicles, boots and clothing of staff and visitors in order to make impracticable the seeds dispersed by them; prioritize management in areas of Campo Limpo, one in particular placed in the center of Parna Emas that may be functioning as internal source of seeds; and we recommend paying attention to the places in declivity, in order to predict the direction of expansion and thus take the necessary preventive measures. We thus hope that our study will contribute to the development of better policies and actions of monitoring, management and control of Brachiaria spp. in Protected Areas, in general, and in Emas National Park in particular
Mestrado
Ecologia
Mestra em Ecologia

Abstract:

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
A região Centro-Oeste do Brasil tornou-se nos últimos 40 anos grande produtora de grãos e carne bovina. As condições edafoclimáticas, o sistema de manejo do solo e o descumprimento de leis ambientais trouxeram conseqüências drásticas à região como o agravamento do processo hídrico erosivo, principalmente na Bacia do Alto Taquari (BAT). Cerca de 90% da BAT localiza-se na porção norte do estado de Mato Grosso do Sul (MS), porém os efeitos do transporte de sedimentos e volume de água são refletidos a jusante dos rios, na Bacia do Pantanal. Utilizando-se pressupostos do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC) foram estabelecidos cenários de mudanças climáticas na Bacia do Alto Taquari, visando identificar áreas com maior vulnerabilidade ao processo erosivo em função de pressões de uso da terra. Usando a modelagem dinâmica no TerraME (Environment Modeling) foram gerados cenários topopluviais até 2100, considerando-se para a temperatura do ar média anual um aumento de 1C, em cenário otimista e, em pessimista, elevações térmicas de 3C. Para a precipitação pluvial média anual um cenário foi com aumento de 15% e outro com reduções de 15%. Os dados foram espacializados no ArcGis 9.2 e exportados para o TerraView 3.2, criando-se espaços celulares e integrando-se com as informações do modelo digital do terreno do Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) para geração dos mapas topoclimáticos e simulações de cenários no TerraMe. Os resultados apontam que 85% da área da BAT nas condições atuais as temperaturas médias variam entre 23,6 a 25,7C. As simulações térmicas no cenário otimista indicam que em 40 anos as temperaturas tendem a superar o maior limite térmico médio nas áreas ao longo do rio Taquari, no sentido Oeste-Leste. Esses valores evidenciam elevações nas taxas evapotranspiratórias de matas ciliares, indicando reduções na vazão do Taquari. Em cenário pessimista essas temperaturas antecipam sua ocorrência, em um prazo de 20 anos. Os cenários com acréscimo de 15% na precipitação pluvial mostram aumentos no volume de água precipitada na parte norte da Bacia, região mais vulnerável aos problemas de erosão hídrica. Cenários do regime térmico-hídrico apontam áreas mais sensíveis às mudanças climáticas na parte oeste da BAT e impactos ambientais também na Bacia do Pantanal. Conclui-se que o TerraME é indicado para gerar cenários de mudanças climáticas em bacias hidrográficas.
Due to agriculture frontier advance in Centre-Western Brazil in the last 40 years, the region became a major grain and meat producer. Soil and Climate particular characteristics, associated to soil management system brought drastic environmental consequences, such as erosion process, mainly in Upper Taquari Basin (UTB). Approximately 86% of UTB is located in North of Mato Grosso do Sul, however the sediment transport effects are reflected downstream, at Pantanal Basin. This study aimed at modeling meteorological variables and simulating climate change scenarios applying dynamic modeling techniques coupled to geoprocessing tools in UTB in order to support land use planning in the region. IPCC assumptions were adopted to simulate two termopluvial scenarios until 2100 applying TerraME (Modelling Environment) tool. An optimistic scenario considers that yearly average air temperature would be increased by 1C, while pessimistic scenario points out 3C as average temperature elevation. Regarding to annual pluvial precipitation means, an optimistic scenario forecasts 15% of precipitation increment. Reductions of 15% in precipitation are waited in pessimistic foreseen. Isolines spatial distribution was calculated using DEM (Digital Elevation Model) based on SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Scenarios generate different spatial topoclimate patterns in the basin. Prevalent mean temperatures currently vary from 23.6 to 25.7C. After 100 years in simulation, optimistic scenario shows a displacement to thermal range from 22.1 to 23.0C. In the next 40 years, on areas along Taquari river basin, from West to East direction, temperatures will overcome current mean superior thermal limit for the region of UTB, i.e., evapotranspiration rates in riparian zone are likely to increase. This indicates a trend to reduction in stream discharges. In the pessimistic scenarios, these temperatures will be anticipated in 20 years. Scenario with 15% higher pluvial precipitation shows that north part of UTB will receive larger rainfall volumes, what should make erosion problem worse. These scenarios demonstrate spatial-temporal dynamic model potential. Among studied climate variables, air temperature is the most sensitive to express climate change effects in Upper Taquari Basin.

Abstract:

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
A new cryptographic method based on cellular automata (CA) has been investigated.In this method, the ciphering process is performed by preimages computation whiledeciphering is performed by CA temporal evolution. The preimages calculus is able to beused in a cryptographic system only if any arbitrary CA lattice has at least one preimage. In aprevious method proposed by Gutowitz, this guarantee of pre-image was obtained due to thetoggle property of the rules used as keys and some additional bits used in the calculus. Here anew method is proposed in which two distinct types of toggle rules are used without the needof additional bits. As a consequence, the cipher text and the plain text have the same size. Oneof the rules has the toggle property and it is responsible for CA dynamical behavior. The otherrule is responsible to guarantee preimage existence, without need of additional bits. Thismethod also differs from other cryptographic models based on additive rules previouslypublished. The model is resistant against an attack known as differential cryptanalysis.Besides, it is efficient considering hardware implementation due to the intrinsic parallelism ofthe model.
O presente trabalho investiga um novo método criptográfico baseado em autômatoscelulares (ACs). Neste método o processo de cifragem é realizado através do cálculo de préimagensenquanto a decifragem é realizada através da evolução temporal dos ACs. Para que ocálculo de pré-imagem possa ser utilizado em um sistema criptográfico, é necessário quetodos os reticulados possíveis de um AC possuam pelo menos uma pré-imagem. Em ummétodo anterior, proposto por Gutowitz, essa garantia de existência de pré-imagem foiconseguida graças à propriedade de sensitividade das regras empregadas como chaves e àutilização de bits adicionais. Nessa dissertação, um novo método é proposto onde dois tiposdistintos de regras fazem com que não seja necessário acrescentar bits adicionais, tornando otexto cifrado e texto original do mesmo tamanho. Uma das regras utilizadas também possui apropriedade de sensitividade e é responsável pelo comportamento dinâmico médio do AC. Aoutra regra é responsável por garantir que sempre exista uma pré-imagem, sem a necessidadedos bits adicionais. Esse método também difere de outros modelos criptográficos publicadosanteriormente que utilizam ACs com regras aditivas. Uma das características do modelo aquiproposto é a sua resistência contra um tipo de ataque conhecido como criptoanálisediferencial, além da possibilidade de implementação eficiente em hardware, usufruindo doparalelismo do modelo.
Mestre em Ciência da Computação

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1RONALDO DE CASTRO CORREA.pdf: 1467426 bytes, checksum: a5e2b011297c7075c278d2dfd4502c98 (MD5) Previous issue date: 2015-11-23
Cellular automata are discrete dynamic systems that by local action rules, even verysimple, can present arbitrarily complex global processing. The reversibility is a propertythat a few rules have and guarantees the existence of an inverse rule capable of reversingthe temporal evolution of the original rule. For a rule be reversible all possibleconfigurations of lattices must have only one predecessor, i.e., only one pre-image.In this context, it had been proposed in the literature the concept of rules may becharacterized by its relative partial reversibility, that is, rules can be more or less reversiblethan others. This notion is represented by the rule pre-image pattern, which is composedof the quantities ordered pre-images of all the possible configurations of lattices up to amaximum size. To sort the rules of the reversible for less reversible, or group them if theyhad the same reversibility was made lexicographical ordering patterns of pre-images.This paper reviewed the original definition, based on elementary cellular automata,although the results are applicable to any other one-dimensional family rules. Thus,proposed it was a measure of the reversibility level of a rule, also based on its defaultpre-image, but now from the probability of correctly reverse each possible configurationsof lattices up to a given maximum size. This measure allows us to analyze the degree ofreversibility of a rule in absolute terms and not relative to other rules.Thus, it becomes possible to individually analyze the reversibility levels of rules,making it possible to infer the degree of rules reversible for lattices arbitrarily larger thancalculated, in particular, identifying rules that tend to be reversible when the size of thelattices tends to infinity.It was also possible to define an operation that, from their own state transitions rule,allows to obtain partially rules that have the same level of reversibility without the needof standard calculating preview image, which is extremely expensive computationally.
Autômatos celulares são sistemas dinâmicos discretos que, por meio de regras de açãolocal, até mesmo muito simples, podem apresentar processamento global arbitrariamentecomplexo. A reversibilidade é uma propriedade que poucas regras possuem e que garantea existência de uma regra inversa capaz de reverter a evolução temporal da regra original.Para uma regra ser reversível, todas as configurações possíveis de reticulado devem possuirsomente uma única configuração antecessora, ou seja, uma única pré-imagem.Nesse contexto, havia sido proposto na literatura o conceito de regras poderem ser caracterizadas por sua reversibilidade parcial relativa, ou seja, regras poderem ser maisou menos reversíveis que outras. Essa noção é representada por meio do padrão de pré-imagemda regra, que é composto pelas quantidades ordenadas de pré-imagens de todasas configurações possíveis de reticulado, até um tamanho máximo. Para classificar asregras das mais reversíveis para as menos reversíveis, ou agrupá-las caso possuíssem amesma reversibilidade, era feita a ordenação lexicográfica dos padrões de pré-imagens.Este trabalho reavaliou a definição original, com base nos autômatos celulares elementares,apesar de os resultados serem aplicáveis a qualquer outra família unidimensionalde regras. Assim, foi proposta uma grandeza que representa o nível de reversibilidadede uma regra, também baseada em seu padrão de pré-imagem, mas agora a partir daprobabilidade de reverter corretamente cada configuração possível de reticulado, até umtamanho máximo dado. Tal medida permite analisar o nível de reversibilidade de umaregra em termos absolutos, e não mais relativamente a outras regras.Dessa forma, torna-se possível analisar individualmente os níveis de reversibilidadedas regras, o que possibilitou inferir o nível de reversibilidade de regras para reticuladosarbitrariamente maiores que os calculados, em particular, identificando regras que tendema ser reversíveis conforme o tamanho do reticulado tende a infinito.Também foi possível definir uma operação que, a partir das próprias transições deestado de uma regra, permite obter parcialmente as regras que possuem o mesmo nívelde reversibilidade, sem a necessidade do cálculo do padrão de pré-imagem, que é extremamentecustoso computacionalmente.

Abstract:

Resumo: Desde que os autômatos celulares (AC) foram criados, vêm sendo muito utilizados em diversas áreas de conhecimento, pois são sistemas simples e de fácil implementação computacional. Em geral, AC são compostos por redes de células, onde cada célula assume um valor numérico que determina seu estado. O tempo é discreto e o valor do estado de cada célula num tempo posterior depende do valor dos estados de seus vizinhos no tempo anterior. A exata conexão entre estas quantidades é estabelecida por uma regra dinâmica específica (a regra de atualização). Existem milhares de regras distintas para AC. Em nosso trabalho utilizaremos uma regra simples, onde o estado da célula no tempo t + 1 depende da soma dos estados de seus vizinhos no tempo t. Consideramos 3 estados, sendo 2 ativos (+1, -1), que competem dinamicamente, um passivo (zero), que não influencia a regra de mudança. Definimos também um “estado interno”, a inércia, que é um ingrediente novo no AC. Essa inércia (que pode variar de 0 ao número máximo de vizinhos) confere a cada célula uma resistência à mudança de seu estado. Discutimos então, no caso de um AC bidimensional, como a inércia modifica os padrões de evolução e as propriedades dinâmicas do sistema. Estudamos diferentes aspectos do problema, populações das configurações finais, tempos de convergência, dinâmica de invasão, geração de padrões espaciais, dinâmica da competição entre os estado ativos e assim por diante. De forma geral encontramos que a inércia pode alterar de forma bastante significativa a dinâmica e o comportamento médio típico de um mesmo AC.

Abstract:

Neste trabalho demonstramos que padrões e aleatoriedade estão intimamente relacionados, ao contrário do que intuitivamente é considerado como campos opostos. Esta abordagem visa dois propósitos: por um lado, obter vantagens das propriedades caóticas para medir pseudo-aleatoriedade, e por outro lado, extrair padrões de diagramas espaço-tempo como método de reconhecimento de padrões. Este trabalho centrou-se em dois métodos relacionados com sistemas complexos, como sistemas dinâmicos de tempo discreto, redes complexas, autômatos celulares (AC) e suas combinações. O primeiro método foi explorar as propriedades das profundezas do caos como fonte de pseudo-aleatoriedade a partir de sistemas dinâmicos caóticos, como o mapa logístico e o mapa da tenda. Observamos que os padrões desaparecem e a pseudo-aleatoriedade é aumentada pela remoção de k dígitos à direita da vírgula dos pontos de uma órbita original de um mapa caótico. Portanto, foi encontrada uma fonte caótica interessante para obter geradores de números de pseudo-aleatórios (PRNGs) parametrizada por k. Um segundo método foi proposto com base na incorporação de autômatos celulares na topologia de rede, também chamada de rede-autômato, visando caracterizar as redes a partir da dinâmica espaço-temporal intrínseca dessas redes. Quatro problemas de grande demanda foram explorados, tais como (i) identificar redes sociais online; (ii) identificar organismos de diferentes domínios da vida através de suas redes metabólicas; (iii) classificar padrões de distribuição de estômatos variando de acordo com diferentes condições ambientais; e (iv) o problema de identificação de autoria. Finalmente, essa mesma abordagem foi utilizada para analisar as sequências de números pseudo-aleatórios gerados pelo padrão ouro do k-mapa logístico no contexto do reconhecimento de padrões. A abordagem proposta permitiu explorar padrões e pseudoaleatoriedade extraídos de uma miríade de sistemas com resultados bem-sucedidos em termos de acerto e boa pseudo-aleatoriedade. Além disso, este trabalho trouxe consigo progressos significativos em aplicações de reconhecimento de padrões do mundo real de um amplo ramo de campos como criptografia, criptoanálise, biologia e ciência dos dados.
In this work, we demonstrate that patterns and randomness are close related, contrary to what intuitively is considered as opposite fields. We aimed for a pattern recognition approach that aims for two purposes: (i) to take advantages from the chaotic properties as a source of pseudo-randomness in order to measure pseudo-randomness and (ii) to extract patterns from spatio-temporal diagrams obtained from complex systems models as a pattern recognition method. This work has focused on different complex systems such as discrete dynamical systems, complex networks, cellular automata (CA), and their combinations. The first method was to explore the chaotic properties in a deep-zoom manner as a source of pseudo-randomness from chaotic dynamical systems such as the logistic map and the tent map. We observed that the patterns vanish and therefore pseudo-randomness is increased by removing k right digits from the original orbit sequences. Therefore, we found an interesting chaotic source to obtain pseudo-randomness number generators (PRNGs). A second method was proposed based on the embedding of cellular automata (CA) over a network topology, also called network automata, aiming to characterize networks from the intrinsic spatio-temporal dynamics of these networks. Various on-demand problems were explored such as (i) identifying online social networks; (ii) identifying organisms from distinct domains of life through their metabolic networks; (iii) classifying stomata distribution patterns varying according to different environmental conditions; and (iv) the authorship identification problem. Finally, this same approach was used to analyze the sequences of pseudo-random numbers generated by the gold standard k-logistic map in the context of pattern recognition. So far, the proposed pattern recognition approach based on non-linear systems allowed us to explored patterns and pseudo-randomness extracted from a myriad of systems with successful results in terms of accuracy and good pseudorandomness. The proposed method has made significant progress in real-world pattern recognition applications from a wide branch of fields such as Cryptography, Cryptanalysis, Biology and Data Science.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1Pericles do Prado Turnes Junior.pdf: 1375255 bytes, checksum: 24dc630ef135368b840995d533e161e8 (MD5) Previous issue date: 2014-07-29
Instituto Presbiteriano Mackenzie
There are many epidemiological models written in terms of ordinary differential equations (ODE). This approach is based onthe hom*ogeneous mixing assumption; that is, the topological structure of the network of social contacts, established by the individuals in the population, is not relevant to forecast thepropagation of the studied pathogen. In this work, an epidemiological model formulated in terms of ODE and probabilistic cellular automata (PCA) is proposed to study the spread ofcontagious diseases that do not conferimmunity. The state variables of this model are the percentages of susceptible individuals, infected individuals and empty space. It is shown that this dynamical system can experience Hopf and transcritical bifurcations. Then, this model is used to evaluate the validity of thehom*ogeneous mixing assumption, by using real data related tothe transmission of gonorrhea, hepatitis C virus, human immunodeficiency virus and obesity.
Muitos modelos epidemiológicos são escritos em termos deequações diferenciais ordinárias (EDO). Essa abordagem baseia-se no pressuposto de mistura hom*ogênea; ou seja, a estrutura topológica da rede de contatos sociais, estabelecidapelos indivíduos da população, não é relevante para prever o avanço do patógeno em estudo. Neste trabalho, é proposto um modelo epidemiológico formulado em termos de EDO e de autômato celular probabilista (ACP) para estudar a propagaçãode doenças contagiosas que não conferem imunidade. As variáveis de estado desse modelo são as porcentagens de indivíduos suscetíveis, de indivíduos infectados e de espaço vazio.Mostra-se que esse sistema dinâmico pode apresentar bifurcações de Hopf e transcrítica. O modelo é , então, usado para avaliar a validade da hipótese de mistura hom*ogênea, usando dados relacionados à transmissão de gonorreia, vírus da hepatite C, vírus da imunodeficiência humana e obesidade.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1CARLOS EDUARDO PROFETA DE CARVALHO.pdf: 1714302 bytes, checksum: 9f543bb164424f04ade23ddc5bedeb07 (MD5) Previous issue date: 2015-03-04
Cellular automata are discrete complex systems and also fully distributed computationalsystems, with arbitrarily simple local processing. One of computations that can be madewith cellular automata is sorting of numerical sequences. Sorting is a quite relevant topicand widely used in computing, as one of its fundamental processes. This research aimedat the development of sorting algorithms based on one-dimensional cellular automata.Two new versions with range 1 and 3 have been proposed, inspired by the characteristicsof existing studies in the literature. In the analysis carried out, the proposed cellularautomata have advantages over the approaches that originated them.
Autômatos celulares são sistemas complexos discretos e também sistemas computacionaistotalmente distribuídos, com processamento local arbitrariamente simples. Uma dascomputações que se pode realizar com autômatos celulares é a ordenação de sequênciasnuméricas. A ordenação é um tema bastante relevante e utilizado amplamente na computação, como um de seus processos fundamentais. A presente pesquisa visou o desenvolvimentode algoritmos de ordenação baseados em autômatos celulares unidimensionais.Foram propostas duas novas versões, de raios 1 e 3, inspirados por características de trabalhosexistentes na literatura. Em análise realizada, os autômatos celulares propostosapresentam vantagens com relação às abordagens que lhes deram origem.

Abstract:

O estudo da dinâmica de populações vem adquirindo grande importância atualmente, por suas aplicações nas mais diversas áreas do conhecimento, como a biologia evolutiva, ecologia, economia e computação, entre outras. O uso de redes, ou autômatos celulares, para modelar dinâmicas populacionais é um recurso frequentemente utilizado por sua simplicidade no tratamento de problemas com alto grau de complexidade. Neste trabalho utilizamos autômatos celulares para simular dinâmicas populacionais onde analisamos transições de fases longe do equilíbrio em modelos de replicação em uma e duas dimensões, classificando-as de acordo com suas classes de universalidade. Também utilizamos redes para estudar as possíveis origens dos ciclos primos presentes nas cigarras do gênero Magicicada que habitam a América do Norte, mostrando que a predação não é necessária para o surgimento deste comportamento.
The study of population dynamics becomes even more important nowadays because of its applications in a wide range of subjects, such as evolutive biology, ecology, economics and computational sciences, among many others. The use of networks, as well as cellular automata, to simulate populational dynamics is an ordinary tool because of its simplicity in the treatement of very complicated problems. In this work we use cellular automata to simulate populational dynamics where non equilibrium phase transitions in replicator models in one and two dimensions are analyzed and characterized by their universality classes. We also use cellular automata to study the possible origins of prime number cycling present in northern american Magicicada, showing that it is possible to generate prime number year life cycles whithout any predation effects.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1Eurico Luiz Prospero Ruivo.pdf: 15234351 bytes, checksum: 5a581041d50f5cbd30ccc684b8112487 (MD5) Previous issue date: 2012-12-11
Universidade Presbiteriana Mackenzie
The Fourier spectra of cellular automata rules give a characterisation of the limit configurations generated by them at the end of their time evolution. In the present work, theFourier spectra of each rule of the elementary cellular automata rule space are computed, under periodic and non-periodic boundary conditions, and the space is then partitionedaccording to the similarity among these computed spectra, what gives the notion of spectral classes in such space. For the partition obtained under periodic boundary condition,each spectral class is analysed in terms of the behaviour of each of its rules and how this behaviour affects the correspondent spectrum. Finally, the spectral classes are related in terms of the similarity among them, for both boundary conditions, what results in graphs depicting the proximity among the spectral classes.
Os espectros de Fourier de regras de autômatos celulares fornecem uma caracterização da configuração limite gerada por elas ao fim de suas evoluções temporais. Neste trabalho,são calculados os espectros de Fourier de todas as regras do espaço dos autômatos celulares elementares, sob condições de contorno periódica e não-periódicas, e o espaço é então particionado de acordo com a similaridade entre os espectros calculados, dando origem à noção de classes espectrais no espaço em questão. Para a participação gerada sob condição de contorno periódica, cada classe espectral é analisada de acordo com o comportamento de cada regra e a implicação deste no espectro obtido. A seguir é analisada a relação de similaridade entre as classes espectrais geradas em cada tipo de condição de contorno, o que d´a origem a grafos representando a proximidade entre as classes espectrais.

Abstract:

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1ANA LEDA SILVA MORAES.pdf: 1708515 bytes, checksum: 8e07dd190f9a5fd165c14e35c2c626b0 (MD5) Previous issue date: 2016-02-01
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Epidemiology is the science that studies the occurrence of diseases in a population. Theresults of these studies allow a comprehension of a disease propagation and enable actionsin order to control epidemics. There are many mathematical models used in epidemiologicalstudies; in which SIR-like models are the most used. In this model, the population isdivided into three groups: S - susceptible individuals to infection, I - infected individuals,and R - recovered individuals. The proposal of this thesis is, based on a new SIR model,taking into consideration the effect of recovered individuals on the propagation of contagiousdiseases and on the recovery of sick individuals. This can be relevant to the studyof propagation of typical diseases in children, since immune individuals can catalyze theencounters among susceptible children and infected children, as well as to contribute tothe recovery of sick individuals. The predictive ability of the proposed model is evaluatedfrom the records refering to the incidence of chickenpox in Belgium, Germany and Italy,in a pre-vaccination era.
Epidemiologia é a ciência que estuda as ocorrências de doenças numa população. Os resultadosdesses estudos permitem uma compreensão do comportamento da incidência dadoença e possibilita ações a fim de controlar epidemias. Há vários modelos matemáticosque são utilizados para estudos epidemiológicos, sendo modelos do tipo SIR os mais empregados.Nesse modelo, divide-se a população em três classes: 𝑆 - indivíduos suscetíveisà infecção, 𝐼 - indivíduos infectados, e 𝑅 - indivíduos recuperados. A proposta desta dissertaçãoé, a partir de um novo modelo SIR, levar em consideração o efeito de indivíduosrecuperados na propagação de doenças contagiosas e na recuperação de indivíduos doentes.Isso pode ser relevante no estudo da propagação de infecções típicas de crianças, jáque indivíduos imunes podem servir como catalisador de encontros entre crianças suscetíveise crianças infectadas, bem como contribuir para a recuperação de indivíduos doentes.A capacidade preditiva do modelo proposto é avaliada a partir dos registros referentes àincidência de varicela na Alemanha, Bélgica e Itália, numa era pré-vacinação.

Abstract:

In this work we apply the methodology of CA modeling to study interface growth processes which depend on height differences between neighbours. The rules associate a probability pi(t) for site i to receive a particle at time t, where pi(t) = ½ exp[·¡i(t)]. Here, ½ and · are two parameters and ¡i(t) is a kernel that depends on the height hi(t) of the site i and on the heights of its neighbours, at time t. We specify the functional form of this kernel by the discretization of the deterministic part of theequation associated to a given growth process. For example, in processes where surface relaxation plays a major role, we have a Laplacian as the main term in the growth equation (Edwards-Wilkinson equation) and, in this case, ¡i(t) = hi+1(t) + hi¡1(t) ¡ 2hi(t), which follows from the discretization of r2h. Furt hermore, we study dynamics with rules depending on r4h term (equation of growth with diffusion). By means ofsimulations and statistical analysis of the height distributions of the generated profiles, we obtain the growth, roughness and dynamic exponents, ¯, ® and z, whose values confirm that the defined processes are indeed in the universality class of the original growth equation.
Neste trabalho introduzimos um método para estudar a dinâmica de crescimento de interfaces rugosas geradas a partir de regras probabilísticas de autômatos celulares, onde o processo de deposição depende das diferenças de alturas entre sítios vizinhos. Essas regras associam a cada sítio uma probabilidade pi(t) de receber uma partícula, onde pi(t) = r exp[k Gi(t)]. Aqui, r e k são dois parâmetros e Gi(t)é um kernel que depende da altura hi(t) do sítio i e de seus vizinhos. Esse kernel corresponde a uma discretização da parte determinística da equação associada a um dado processo de crescimento. Assim, por exemplo, para processos onde a relaxação superficial é preponderante, o termo nabbla2h domina equação de Edwards-Wilkinson - e Gi(t) = hi+1(t) + hi-1(t) - 2hi(t). Além dessa equação, analisamos dinâmicas cujas regras dependem de nabbla4h na equação de crescimento com difusão. Através de simulações e de estudos estatísticos da distribuição de alturas dos perfis gerados, obtemos o expoente de crescimento b, o de rugosidade a e o dinâmico z, que comprovam que o método proposto simula o processo descrito pela equação diferencial considerada.