Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Introducao.pdf: 140805 bytes, checksum: fc7ea84f193f6d764fa24f41af40d07f (MD5) Previous issue date: 2007-03-09 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho trata do problema de controle H-infinito de uma classe de sistemas lineares com saltos Markovianos (MJLS) a tempo contínuo, onde a cadeia de Markov toma valores em um conjunto infinito enumerável. Um bounded real lemma (que chamamos JBRL) é desenvolvido, estabelecendo que a factibilidade de um conjunto infinito de desigualdades matriciais lineares (LMIs) interconectadas é necessária e suficiente para que um dado sistema seja estocasticamente estável (SS) e atenda a um desempenho H-infinito prescrito. O problema H-infinito estudado consiste na atenuação do efeito que perturbações estocásticas de energia finita causam na saída de um sistema, no pior caso. Neste problema, conhecido na literatura como "disturbance attenuation" (DA), assumimos ainda que o controlador somente tem acesso ao processo de saltos e a uma saída do sistema. Os controladores de interesse devem garantir que tanto a estabilidade (SS) quanto um desempenho H-infinito sejam observados no sistema em malha fechada - donde as condições impostas pelo JBRL são determinantes para a existência de soluções. Um importante aspecto dessa nova abordagem é que ferramentas tão fundamentais quanto o Complemento de Schur ou o Lema da Projeção, p.ex., não podem mais ser usados para manipular os conjuntos de LMIs infinitamente acopladas - tal dificuldade é contornada pela introdução de versões estendidas desses resultados, no início do trabalho. Um dos principais resultados deste trabalho caracteriza a existência de soluções através de dois problemas LMI complementares, um dos quais torna possível o design computacional de controladores. Por fim, são apresentados algoritmos para a construção prática de controladores, ótimos ou sub-ótimos, dando origem a um conjunto de ferramentas que, especialmente no caso em que a cadeia de Markov é finita, podem ser implementadas computacionalmente de maneira imediata. Mesmo no caso finito, os resultados da tese são mais fortes do que aqueles atualmente encontrados na literatura.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese.pdf: 5590910 bytes, checksum: a89ccd96ade2b696f0e5b9163dc31bf5 (MD5) Previous issue date: 2006-11-13 / Lagrangian stochastic models are a largely used tool in the study of passive substances dispersion inside the Atmospheric Boundary Layer. Its application is related to the trajectory computation of thousands of particles, that numerically simulate the dispersion of suspense substances in the atmosphere. In this study, the basic concepts related to the Lagrangian stochastic modelling are presented and discussed together with its main characteristics and its computational implementation, to the study of particles dispersion in the atmosphere. In a computational experiment, the obtained results are compared with observational data from the TRACT experiment, that took place in Europe in 1992. The input data needed for the dispersion model are extracted from simulations with the numerical weather forecast model RAMS. Dispersion over Rio de Janeiro region is also tested in a second experiment. / Modelos Lagrangianos estocásticos constituem ferramenta muito utilizada no estudo da dispersão de substâncias passivas na Camada Limite Atmosférica. Sua aplicação consiste em calcular a trajetória de milhares de partículas, que simulam numericamente a dispersão de uma substância em suspensão na atmosfera. Nesta tese, são apresentados e discutidos os conceitos básicos relacionados à Modelagem Lagrangiana Estocástica de Partículas, bem como suas principais características e sua implementação computacional, para o estudo da dispersão de partículas na atmosfera. Numa experimentação computacional, comparam-se os resultados obtidos com dados observacionais provenientes do experimento TRACT, realizado na Europa em 1992. Os dados de entrada necessários ao modelo de dispersão são extraídos de simulações do modelo de previsão numérica do tempo RAMS. A dispersão sobre o Estado do Rio de Janeiro é também testada em um segundo experimento.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Marcelo Barros.pdf: 906132 bytes, checksum: 67f089fdd05da5a2f2ab6d807fbbf51b (MD5) Previous issue date: 2007-03-23 / Several areas of knowledge use fractal geometry to help to understand natural objects and phenomena. Irregular self-similar - in which parts resemble the whole - objects may be better understood through fractal dimensions which provide how a property varies with resolution or scale. We present a new approach to calculate fractal dimensions that, instead of the frequently used methods based on covering, seeks geometry information from physical characteristics. Here, we treat the element of a fractal sequence as structures. Imposing constraints on the structures, we build simple harmonic oscillators. The variation of the period of these oscillators with respect to a determined measure of length provides a fractal dimension. This techinique was tested for a family of continuous self-similar plane curves, including the classical Koch triadic. We show that this dynamical dimension may be related to Hausdorff-Besicovitch dimension. With random geometry, the techinique besides providing a fractal dimension, identifies randomness. A new kind of fractal is also presented. The ideia is to use more than one generator in the generation process of a fractal to obtain mixed fractals. / Diversas áreas do conhecimento têm utilizado a geometria fractal para melhor entender muitos objetos e fenômenos naturais. Objetos irregulares com padrão auto-similar onde as partes se assemelham ao todo podem ser melhor compreendidos através de dimensões fractais que fornecem como o valor de uma propriedade varia dependendo da resolução, ou escala, em que o objeto é observado ou medido. Apresentamos uma nova abordagem para calcular dimensões fractais através de características físicas. Neste trabalho busca-se uma caracterização da dinâmica de estruturas lineares com geometria fractal. Trata-se os elementos de uma sequência geradora de um fractal como estruturas. Osciladores harmônicos simples são construídos com tais estruturas. A variação do período de vibração desses osciladores com uma determinada medida de comprimento nos fornece uma dimensão fractal. A técnica foi testada para a família de curvas contínuas e auto-similares no plano, onde está incluída a clássica triádica de Koch. Mostramos que essa dimensão dinâmica pode ser relacionada à dimensão de Hausdorff-Besicovitch. Com geometria aleatória, a técnica além de fornecer a dimensão fractal, identifica a aleatoriedade. Um novo tipo de fractal é apresentado. A idéia é usar mais de um gerador no processo de geração de um fractal para obter os fractais mistos.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese-Carlos-Magno1.pdf: 616333 bytes, checksum: 65e51c95902afd18d11a1d7366653fc0 (MD5) Previous issue date: 2008-03-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / We present an efficient quantum algorithm for the Hidden Subgroup Problem (HSP) on the semidirect product of the cyclic groups and , where is any odd prime number, and are positives integers and the homomorphism which defines the group is given by the root such that . As a consequence we can solve efficiently de HSP on the semidirect product of the groups by , where has a special prime factorization. / Neste trabalho apresentamos um algoritmo quântico eficiente para o Problema do Subgrupos Oculto (PSO) no produto semidireto dos grupos cíclicos e , onde é qualquer número primo ímpar, e são inteiros positivos e o homomorfismo que define o grupo é dado por uma raiz para a qual . Como conseqüência, podemos resolver eficientemente o PSO também no produto semidireto dos grupos por , onde o inteiro possui uma especial fatoração prima.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LNCC_2009_Sicilia_Judice.pdf: 24029440 bytes, checksum: aa6b5db9b8745db2d37133d63a7521ce (MD5) Previous issue date: 2009-08-10 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Physically-based techniques for the animation of fluids (gas or liquids) have taken the attention of the computer graphics community. The traditional fluid animation methods rely on a top down viewpoint that uses 2D/3D mesh based approaches motivated by the Eulerian methods of Finite Element (FE) and Finite Difference (FD), in conjunction with Navier-Stokes equations of fluids. Alternatively, lattice methods comprised by the Lattice Gas Cellular Automata (LGCA) and Lattice Boltzmann (LBM) can be used. The basic idea behind these methods is that the macroscopic dynamics of a fluid is the result of the collective behavior of many microscopic particles. Such bottom-up approaches need low computational resources for both the memory allocation and the computation itself. In this work, we consider animation of fluids for computer graphics applications, using a LGCA method called FHP, and a LBM method called D2Q9, both bidimensional models. We propose 3D fluid animation techniques based on the FHP and D2Q9 as well as interpolation methods. Then, we present two animating frameworks based on the mentioned lattice methods, one for a real time implementation and the other for an off-line implementation. In the experimental results we emphasize the simplicity and power of the presented models when combined with efficient techniques for rendering and compare their efficiency. / Técnicas baseadas em física têm chamado a atenção da comunidade de computação gráfica, em especial para animação de fluidos (gás ou líquidos). As técnicas tradicionais para animação de fluidos são metodologias top-down baseadas em malhas 2D/3D, tais como Diferenças Finitas e Elementos Finitos, em conjunto com equações de fluidos Navier-Stokes. Entretanto, tais métodos têm um custo computacional alto. Uma alternativa é o uso de técnicas baseadas em Autômatos Celulares do tipo Lattice Gas (LGCA) e o Método de Lattice Boltzmann (LBM). A idéia básica desses métodos consiste em obter a dinâmica macroscópica de um fluido a partir do comportamento coletivo de diversas partículas microscópicas. Em geral, tais metodologias bottom-up são eficientes do ponto de vista computacional. Neste trabalho, são estudados os aspectos teóricos e práticos da animação computacional de fluidos bidimensionais para computação gráfica, usando um método LGCA chamado FHP, e um método LBM chamado D2Q9. É proposto um modelo de fluido 3D baseado nos modelos bidimensionais FHP e D2Q9, bem como em métodos de interpolação. Em seguida, são apresentadas duas aplicações para animação de fluidos através dos métodos mencionados, uma para execução em tempo real e outra para execução off-line. Nos resultados dos experimentos computacionais são enfatizados a simplicidade e o potencial dos modelos propostos quando combinados com técnicas eficientes de rendering.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_erasmo_digital.pdf: 2003361 bytes, checksum: 220a10261604ff1d47174ccfbcec41a9 (MD5) Previous issue date: 2009-04-03 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The element helium, found mainly in natural gas reserves, condenses at temperature of 4.2K, and is the unique known substance that remains in liquid to absolute zero. In the liquid phase, the helium presents still another phase change in 2.19K, where passes of common liquid to superfluous liquid, with almost zero viscosity. These properties give the helium important applications. One of the major applications is as a coolant in superconductors, such as in the particle accelerator LHC, which is being built in the French border with Switzerland, in magnetic resonance devices, artificial satellites, etc.. In this paper, we present two mathematical models for heat transfer in liquid helium. The first model, considering only macroscopic movements, is derived based on constitutive laws of Fourier and Gorter-Mellink. The second model, based on techniques of Fremond, includes microscopic movements and can be seen as a regularization of the first model. Both models are governed by highly nonlinear differential equations resulting from the nonlinearity of the law of Gorter-Mellink and change of phase. Both models can be considered special cases of the Stefan problem in two phases, with phase one of the heat flux is governed by non-linear equation of the problem known as p-Laplacian, with p = 4/3. We also presented techniques to efficiently solve the problem of p-Laplacian, both for large values of p, p>> 2, and for values of p close to 1, which are major numerical challenges. Are proposed two simple iterative methods, one based on the method of quasi-Newton, with the relaxation term and the other by the Helmholtz decomposition, creating a system of equations whose matrices are constant, which reduces significantly the computational cost. Numerical experiments are conducted to test the efficiency of numerical models proposed and the algorithms developed for solving systems of nonlinear algebraic equations arising from approximations by finite elements. Are also presented results of studies of convergence, showing rates of optimal or near optimal convergence, comparable to that of interpolates. For the problem with phase change, due to the discontinuity of the gradient of temperature on the interface separating the two phases of liquid helium, the rate of convergence is not optimal. Using adaptive mesh, it is also great rates to the problem with change of phase. Using experimental data found in literature, for the parameters of thermal conductivity, density and specific heat, temperature dependent, are also presented for validation testing of the model and examples of possible applications. In tests for validating the model, compared to the numerical solution of the mathematical model with experimental results for the temperature found in literature. / O elemento hélio, encontrado principalmente em reservas de gás natural, entra em condensação à temperatura de 4,2K, e é a única substância conhecida que permanece no estado líquido até o zero absoluto. Na fase liquida, o hélio apresenta ainda, em K, outra mudança de fase, onde passa de líquido comum à superfluido, com viscosidade praticamente nula. Estas propriedades conferem ao hélio importantes aplicações. Uma hdas principais aplicações é como agente refrigerante em supercondutores, como por exemplo, no acelerador de partículas LHC, que está sendo construído na fronteira da França com a Suíça, em aparelhos de ressonância magnética, satélites artificiais, etc. Neste trabalho, são apresentados dois modelos matemáticos para a transferência de calor no hélio líquido. O primeiro modelo, considerando apenas movimentos macroscópicos, é derivado com base nas leis constitutivas de Fourier e de Gorter-Mellink. O segundo modelo, baseado nas técnicas de Fremond, inclui movimentos microscópicos e pode ser visto como uma regularização do primeiro modelo. Os dois modelos são governados por equações diferenciais fortemente não lineares resultantes da não linearidade da lei de Gorter-Mellink e da mudança de fase. Ambos os modelos podem ser considerados casos particulares do problema de Stefan de duas fases, sendo que em uma das fases o fluxo de calor é governado pela equação não-linear do problema conhecido como p-laplaciano, com p=4/3. São também apresentadas técnicas para resolver de forma eficiente o problema do p-laplaciano, tanto para valores grandes de p, p>>2, quanto para valores de p próximos à 1, que constituem importantes desafios numéricos. Para tanto são propostos dois métodos iterativos simples, um baseado no método de quase-Newton, com termo de relaxação e, outro através da decomposição de Helmholtz, gerando um sistema de equações cujas matrizes são constantes, o que diminui significativamente o custo computacional. Experimentos numéricos são realizados para testar a eficiência dos modelos numéricos propostos bem como dos algoritmos desenvolvidos para resolver os sistemas de equações algébricas não lineares resultantes das aproximações por elementos finitos. São apresentados resultados de estudos de convergência, mostrando taxas de convergência ótimas ou quase ótimas, comparáveis às das interpolantes. Para o problema com mudança de fase, devido à descontinuidade do gradiente da temperatura sobre a interface que separa as duas fases do hélio líquido, as taxas de convergência não são ótimas. Usando malhas adaptativas, consegue-se taxas ótimas também para o problema com mudança de fase. Usando dados experimentais, encontrados na literatura, para os parâmetros de condutividade térmica, densidade e calor específico, dependentes da temperatura, são também apresentados testes de validação do modelo e exemplos de possíveis aplicações. Nos testes de validação do modelo, compara-se a solução numérica do modelo matemático com resultados experimentais para a temperatura, encontrados na literatura.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 2079516 bytes, checksum: 3232c130f07c34bec216c5c6008d6256 (MD5) Previous issue date: 2009-07-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / In this dissertation, a hypothetical aquifer that has been contaminated by the dumping of toxic substances is modeled. The remediation strategy considered is based on withdrawal, which requires the removal of contaminated groundwater from the aquifer by pumping. The design of such a system involves the choice of the number of extracting wells to be installed, their locations and pumping rates,with the goal of maximizing the amount of contaminant extracted, while minimizing the cost of the system. To find the optimal solution, a numerical simulation optimization parallel system is used, which is composed by three subsystems: (a) numerical simulator - numerically solves the mathematical model ofthe contaminated aquifer; (b) optimizer - implements the genetic algorithm method to search for optimal locations and pumping rates for the extracting wells; (c)distributed computing system - manages the distribuition and parallel execution of the numerical simulations. Experiments were done in many different computational environments: homogeneous, heterogeneous, in large scale, using non dedicated computers, connected via local network, and computational grids, and their results demonstrate the methodology s applicability. / Neste trabalho, modela-se a ocorrência de contaminação de um aquífero hipotético por derramamento de substância tóxica e analisa-se a solução de descontaminação baseada na retirada do contaminante através de bombeamento feito por poços de extração. O projeto do sistema de remediação envolve a escolha do número de poços a serem instalados, suas localizações e vazões de modo a maximizar a quantidade de poluente extraída e ao mesmo tempo minimizar o custo total do sistema. A busca da solução ótima é feita de forma automática, através de um sistema paralelo de otimização por simulação numérica, composto por três subsistemas: (a) simulador numérico - resolve numericamente o modelo matemático do aquífero contaminado; (b) otimizador automático - implementa o método dos algoritmos genéticos para busca das localizações e vazões ótimas dos poços de extração; (c)sistema computacional distribuído - gerencia a distribuição e a execução paralela das simulações numéricas. Foram feitos experimentos em vários ambientes computacionais: homogêneo, heterogêneo, em grande escala, usando máquinas não dedicadas, interligadas por rede local e ambiente de grade, e seus resultados demonstram a aplicabilidade da metodologia.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Demerson.pdf: 742439 bytes, checksum: 534128a7d9b5cfc57f84985cd77ac16d (MD5) Previous issue date: 2009-08-28 / We present a new polynomial-time quantum algorithm that solves the hidden subgroup problem (HSP) for a special class of metacyclic groups, namely Z_{p} \rtimes \Z_{q^s}, with q \mid (p-1) and p/q= \up{poly}(\log p), where p, q are any odd prime numbers and s is any positive integer. This solution generalizes previous algorithms presented in the literature. In a more general setting, without imposing a relation between p and q, we obtain a quantum algorithm with time and query complexity 2^{O(\sqrt{\log p})}. In any case, those results improve the classical algorithm, which needs {\Omega}(\sqrt{p}) queries. We also present quantum algorithms for the HSP over non-abelian groups of order 2^{n+1} which have a cyclic subgroup of index 2 and for some semidirect product \Z_N^m \rtimes \Z_p, where N has a special prime factorization. / Neste trabalho apresentamos um novo algoritmo quântico eficiente para o Problema do Subgrupo Oculto (PSO) sobre uma classe especial de grupos metacíclicos, Z_p \rtimes Z_q^s, com q | (p-1) e p/q= poli(log p), onde p, q são números primos ímpares distintos e s um inteiro positivo qualquer. Em um contexto mais geral, sem impor uma relação entre p e q obtemos um algoritmo quântico com complexidade de tempo 2^{O(\sqrt{log p})}. Em qualquer caso, esses resultados são melhores que qualquer algoritmo clássico para o mesmo fim, cuja complexidade é \Omega(\sqrt{p}). Apresentamos também, algoritmos quânticos para o PSO sobre grupos não abelianos de ordem 2^{n+1} que possuem subgrupos cíclicos de índice 2 e para certos produtos semidiretos de grupos Z_N^m \rtimes Z_p, com m, N inteiros positivos e N fatorado de forma especial.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesisAlbino.pdf: 7858077 bytes, checksum: c060d6e1ca39e253884a9704701bd989 (MD5) Previous issue date: 2009-07-24 / This thesis addresses the problem of algorithmic understanding of digital video applied to the design of Human-Computer Interaction (HCI) systems based on hand posture and motion. Such systems are often referred as a type of Perceptual User Interface (PUI), which is an interface that enables the computer to detect and recognize users' actions in an active way. PUI is believed to be a paradigm that is going to supplement the current standard Graphical User Interfaces(GUI), that are based on mice and keyboards for user input. The main motivation of the research done in hand-gesture HCI is to enable people to interact in a more natural way with computational devices, for example, by letting the users manipulate computer programs, files and folders in a way that resembles the handling of familiar physical objects. In this work a toolset is proposed for hand tracking -position and in-plane rotation- as well as posture recognition from hand contours. A novel approach to pixel-level processing based on machine learning forms the fundamental building block of a level set contour tracking method, as well as for the measurement module of the tracker, which is formulated as a filtering problem in state-spaces where the dynamics is modeled with Markov jumps linear systems. Low error rates are achieved for posture classification using a shape descriptor based on 2D moments invariant measures. / Esta tese aborda o problema de entender videos digitais algoritmicamente aplicado ao design de sistemas de Interação Homem-Computador (HCI do Inglês: Human-Computer Interaction) baseados na postura e movimento da mão. Tais sistemas são frequentemente referidos como um tipo de Interface Perceptual com o usuário (PUI do Inglês: Perceptual User Interface), que é uma interface que habilita o computador a detectar e reconhecer ações dos usuários de forma ativa. Acredita-se que PUI é um paradigma que irá suplementar o padrão atual, as Interfaces Gráficas com o Usuário (GUI do Inglês: Graphical User Interfaces), que são baseadas em mouses e teclados para entrada do usuário. A principal motivação da pesquisa feita em HCI por gestos manuais é habilitar as pessoas a interagir de uma forma mais natural com dispositivos computacionais, por exemplo, ao permitir que usuários manipulem programas, arquivos e pastas de computador de uma forma similar ao manuseio de objetos físicos familiares. Neste trabalho é proposto um ferramental para rastreamento da mão --posição e rotação no plano-- assim como para reconhecimento de postura da mão a partir dos contornos da mão. Uma nova abordagem de processamento de pixels baseada em aprendizagem de máquina forma o bloco fundamental para um método level set de extração de contornos, tão bem como para um módulo de mensuração do rastreador, que é formulado como um problema de filtragem em espaço de estados onde a dinâmica do sistema é modelada com sistemas lineares com saltos markovianos. Baixas taxas de erro de classificação de postura são alcançadas com o uso de um descritor de formas baseados em medidas invariantes de momentos bidimensionais.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_raqueline.pdf: 1022175 bytes, checksum: 12f505a41f92171e321e1b57c568631a (MD5) Previous issue date: 2010-03-05 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / In Computer Science, random walks are used in randomized algorithms, specially in search algorithms, where we desire to find a marked state in a Markov chain.In this type of algorithm,it is interesting to study the Hitting Time, which is associated to its computational complexity. In this context, we describe the classical theory of Markov chains and random walks,as well as their quantum analogue.In this way,we define the Hitting Time under the scope of quantum Markov chains. Moreover, analytical expressions calculated for the quantum Hitting Time and for the probability of finding a marked element on the complete graph are presented as the new results of this dissertation. / Em Ciência da Computação, os caminhos aleatórios são utilizados em algoritmos randômicos, especialmente em algoritmos de busca, quando desejamos encontrar um estado marcado numa cadeia de Markov. Nesse tipo de algoritmo é interessante estudar o Tempo de Alcance, que está associado a sua complexidade computacional. Nesse contexto, descrevemos a teoria clássica de cadeias de Markov e caminhos aleatórios, assim como o seu análogo quântico. Dessa forma, definimos o Tempo de Alcance sob o escopo das cadeias de Markov quânticas. Além disso, expressões analíticas calculadas para o tempo de Alcance quântico e para a probabilidade de encontrarmos um elemento marcado num grafo completo são apresentadas como os novos resultados dessa dissertação.