Sensoriamento urbano e cidades inteligentes têm sido tópicos derivados da computação ubíqua em alta nos últimos anos, tanto para a academia como para a indústria, devido ao contínuo avanço tecnológico aliado à maior facilidade de acesso e aceitação pelos usuários. Na literatura pesquisada sobre plataformas que englobam tais tópicos foi constatado que diversas delas possuem algum processo autonômico utilizado para atender alguma necessidade de autoadaptação em tempo de execução. Apesar disso, nenhuma das plataformas pesquisadas focou especificamente em encontrar e propor uma solução para tratar exclusivamente a autoadaptação. Nesse contexto, esta dissertação tem por objetivo propor um mecanismo de autoadaptação para sistemas de sensoriamento urbano, além de avaliar seu comportamento. Como primeiro passo para realizar tal objetivo, foi conduzida uma pesquisa literária tendo em vistas identificar os principais casos de adaptação em sistemas de sensoriamento urbano, além de requisitos específicos da arquitetura de sensoriamento urbano UrboSenti, utilizada para implementação. Como segundo passo, a partir dos requisitos identificados, o modelo MAPE-K da computação autonômica foi escolhido como a base da construção do mecanismo de autoadaptação. A implementação deste modelo utilizou as técnicas de eventos passivos para monitoramento do ambiente, regras Evento-Condição-Ação, para tomada de decisão, planos estáticos para planejamento e adaptações por parâmetros e componentes para execução. Tanto o modelo como as técnicas escolhidas foram implementadas devido atenderem as necessidades dos cenários avaliados. Por fim, as avaliações aplicadas apontam resultados preliminares satisfatórios, dados os casos avaliados e os experimentos de tempo de resposta a eventos internos e interações; no entanto, tais avaliações revelarem diversos pontos que devem ser explorados em trabalhos futuros. / In the last years, urban sensing and smart cities have been popular topics derived from the ubiquitous computing, for both the academia and the industry, due to its continuous technological development combined with greater facilities of access and acceptance by the users. The reviewed literature about platforms that encompass such topics showed that many of them have some kind of autonomic process used to meet any need for self-adaptation at runtime. Despite this, none of the researched platforms focused in proposing a solution to exclusively meet the self-adaptation properties. In this way, this dissertation aims to propose a self-adaptive mechanism to urban sensing systems, as well as evaluating its behavior. As the first step to achieving such goal, a literature review was performed aiming to identify the main adaptation cases in urban sensing systems, as well to identify the specific requirements of the UrboSenti architecture for urban sensing. As the second step, the autonomic computing MAPE-K model was chosen to compose the foundation of the self-adaptive mechanism based on the identified requirements. The implementation of this model used the techniques of passive events for monitoring, rules Event-Condition-Action for decision making, static plans for planning and parameter and component adaptations for execution were used in the proposed implementation to meet the evaluated scenario needs. Lastly, the applied evaluations indicate satisfactory results, given the assessed cases and the experiments of scalability at the response of internal events and interactions. However, they have left many open points that should be explored in future works.

Este trabalho descreve uma técnica para a implementação de mesas digitalizadoras de alta resolução. Inicialmente é examinado o princípio de funcionamento das mesas digitalizadoras capacitivas, sendo, a seguir, detalhadas as principais causas de erros. Os resultados apresentados foram obtidos através da construção de um protótipo de baixa resolução e de programas de simulação. / This work describes a technique for implementing high resolution digitizers and tablets. Firstly, the operating principle of capacitive digitizers is examined, and, then, the main causes of errors are discussed in detail. The results shown were obtained through the implementation of low resolution prototype and simulating programs.

Este trabalho descreve uma técnica para a implementação de mesas digitalizadoras de alta resolução. Inicialmente é examinado o princípio de funcionamento das mesas digitalizadoras capacitivas, sendo, a seguir, detalhadas as principais causas de erros. Os resultados apresentados foram obtidos através da construção de um protótipo de baixa resolução e de programas de simulação. / This work describes a technique for implementing high resolution digitizers and tablets. Firstly, the operating principle of capacitive digitizers is examined, and, then, the main causes of errors are discussed in detail. The results shown were obtained through the implementation of low resolution prototype and simulating programs.

A Computação Quântica é uma área de pesquisa científica onde a teoria da Mecânica Quântica é usada para descrever um conceito mais geral que o da Máquina Universal de Turing clássica. esta abordagem permite o desenvolvimento de algoritmos que podem ser consideravelmente mais rápidos que suas contrapartidas clássicas. Todos os algoritmos quânticos conhecidos até hoje que são exponencialmente mais rápidos que seus correspondentes clássicos utilizam a transformada de Fourier Quântica (QFT) em alguma parte. Nesta dissertação, as versões exata e aproximada da QFT são construídas usando uma abordagem que generaliza o resultado fundamental de Coppersmith. O processo inicia com a representação matricial genérica da Transformada de Fourier Rápida (FFT) clássica, como descrita por Knuth, seguida por sua decomposição em termos de operadores quânticos universais. Tal decomposição também é alcançada por meio de uma abordagem recursiva. A simulação de computadores quânticos também é discutida. Experimentos computacionais são realizados com o objetivo de simular a QFT Aproximada sobre estados da base computacional e gatos de Schrödinger, e com diferentes níveis de aproximação. A qualidade das soluções e a complexidade computacional são estudadas, levando a resultados consistentes com a teoria.

Descrevemos a transformada de Fourier em grupos não abelianos motivado por suas aplicações em algoritmos quânticos para a computação quântica. A transformada de Fourier em grupos é descrita em termos das representações irredutíveis da teoria da representação de grupos finitos. Essa teoria é a peça chave para atacar o famoso Problema do Subgrupo Escondido (PSE), que consiste na determinação de geradores de um subgrupo, uma vez dado um oráculo que diz se um elemento pertence ou não a esse subgrupo. Neste trabalho, nós apresentamos um algoritmo quântico para o PSE Diedral (DN). A complexidade de tempo do nosso algoritmo é O( N log2 N ). Ele é baseado no método padrão de solução: a transformada de Fourier de um estado quântico |ψ é calculada e medida. O objetivo do nosso algoritmo é reconstruir o subgrupo H de DN gerado por uma reflexão, uma vez dado uma função f em DN, constante nas classes laterais de H e distinta em cada classe lateral.

Nas últimas décadas, observou-se um interesse crescente por aplicações de técnicas de dinâmica de fluidos na geração de efeitos visuais para a indústria cinematográfica e de jogos eletrônicos. Estas aplicações fazem parte da chamada Animação Computacional de Fluidos; a qual é uma área multidisciplinar, envolvendo também conceitos e métodos em computação gráfica e visualização científica. Nesta área, uma vez resolvidas numericamente as equações de fluidos, passa-se à fase de rendering, onde técnicas de visualização são aplicadas sobre os campos gerados, com o objetivo de criar efeitos visuais, tais como transparência, imagens refletidas na superfície de um líquido, ou mesmo, efeitos especiais que incluem deformação de paisagens, incêndios, etc. O métodos de Diferenças Finitas é o mais tradicional em trabalhos de animação de fluidos em computação gráfica. Nos últimos anos, porém, métodos baseados em sistemas de partículas, e livres de malhas, tais como o Smoothed Particle Hydrodinamics (SPH), foram utilizados na tentativa de resolver limitações inerentes aos métodos baseados em malhas. Por outro lado, métodos baseados em uma classe de autômatos celulares (AC), cuja evolução imita um sistema de partículas, vêm sendo também estudados como uma alternativa ao uso de equações diferenciais parciais e métodos numéricos para simulação de fluidos. Nesta tese, são estudados os aspectos teóricos e práticos da animação computacional de fluidos para computação gráfica, utilizando autômatos celulares e SPH. São propostos dois modelos para animação de sistemas bifásicos (gás-líquido, por exemplo), um deles baseado em SPH e AC, e um segundo totalmente baseado em AC. Finalmente, descrevemos um aplicativo, desenvolvido no âmbito desta tese, para animação de fluidos via AC. / The past two decades showed a rapid growing of physically-based modeling of fluids for computer graphics applications. Techniques in the field of Computational Fluid Dynamics (CFD) have been applied for realistic fluid animation for virtual surgery simulators, computer games and visual effects. In this approach, since the equation is solved numerically the next step is the rendering. A majority of fluid animation methods in computer graphics 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. Recently mesh-free methods like Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) have been applied. On the other hand, cellular automata (CA) are discrete models based on point particles that move on a lattice, according to suitable and simple rules in order to mimic a fully molecular dynamics. Such bottom-up framework needs low computational resources for both the memory allocation and the computation itself. In this work, we study the theoretical and practice aspects for computational animation of fluids in computer graphics, using cellular automata and SPH. We propose two models for animation of two-phase systems (e.g. gas-liquid), one based on SPH and CA and another only on CA. Finally, we describe a software developed in the context of this thesis for animation of fluids by CA.

Esta dissertação resultou de um sistema computacional voltado para a visualização gráfica de análises comparativas entre genomas de procariotos. O sistema denominado de GINGA Graphical Interface for comparative Genome Analysis foi desenvolvido basicamente para analisar genomas parcialmente seqüenciados por meio da comparação com genomas completos. O sistema mostra a representação do alinhamento entre seqüências de reads, contigs e scaffolds do genoma parcial com a seqüência completa do outro genoma, permitindo a identificação de blocos comuns, regiões específicas e rearranjos. GINGA é um sistema web-based que foi desenvolvido em linguagem PERL para acessar um banco de dados MySQL, onde estão armazenadas as informações obtidas nas análises comparativas. O módulo de interface da biblioteca gráfica GD da linguagem PERL foi utilizado para a construção da ferramenta de visualização. A representação gráfica criada permite a navegação com opções de zoom in/out, disponibilizando as informações de montagem, anotação das seqüências codificadoras e da organização das seqüências entre os genomas. Relatórios são ainda disponibilizados como fonte complementar da apresentação dos resultados. O sistema GINGA foi utilizado para analisar de maneira comparativa o genoma das bactérias Leifsonia xyli subsp. cynodontis (Lxc genoma parcialmente seqüenciado) e Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx genoma completamente seqüenciado). Lxx provoca o raquitismo da soqueria em cana-de-açúcar, enquanto Lxc é capaz de colonizar cana-de-açúcar sem provocar sintomas de doença. O objetivo foi revelar, ainda durante o processo de seqüenciamento do genoma de Lxc, diferenças genéticas existentes entre os genomas dessas duas bactérias. Fizeram parte das análises comparativas um total de 9.754 reads do genoma de Lxc que formaram 1.064 contigs e 317 scaffolds, totalizando 1.470.731 de bases não redundantes. GINGA permitiu a identificação de 206.320 bases (~19%) em seqüências de contigs específicos (contigs que não apresentaram alinhamento algum com o genoma completo de Lxx) e 19 scaffolds (5,9%) que totalizaram 56.884 bases específicas ao genoma de Lxc, além de aproximadamente 1 milhão de nucleotídeos alinhados ao genoma de Lxx e pelo menos 6 grandes rearranjos. Estes resultados foram disponibilizados em uma interface gráfica e relatórios, permitindo orientar o andamento do projeto de seqüenciamento do genoma de Lxc quanto à seleção das regiões a serem seqüenciadas e, simultaneamente, oferecendo informações para a formalização de hipóteses relevantes à biologia destes microorganismos. / This study aimed to develop a computational system applied to the comparative analysis of prokaryotic genomes in a graphical view. The system named GINGA Graphical Interface for comparative Genome Analysis was developed to analyse a draft genome sequence in comparison to a complete genome. The system shows the alignment between sequence of reads, contigs and scaffolds from partial sequenced genomes and the complete sequence of another genome and allows the identification shared and unique regions as well as rearrangements. GINGA is a web-based system developed using the PERL language to access a MySQL database where all the information regard to the comparative analysis is stored. The module of the interface to GD (Graphics Library) was used to help the construction of the graphical tool. The graphical view allows zoom in/out on the information on assembly, annotation and the organization of the sequences. Supplementary information can be accessed in the form of reports. GINGA system was used to compare the genomes of Leifsonia xyli subsp. cynodontis (Lxc draft genome sequence) and Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx complete genome sequence). The mail goal was to identify genetic differences that may help to understand the pathogeniciy of Lxx towards sugarcane. A total of 9.754 reads assembled in 1.064 contigs and 317 scaffolds produced 1.470.731 of no redundant bases of Lxc genome and were used in the analysis. GINGA allowed the identification of 206.320 bp (~20%) of Lxc specific sequences organized in contigs and 56.884 bp organized in 19 scaffolds (5,9%), around 1 milion bp aligned to Lxx genome and at least 6 large scale genomic rearrangements. These results were presented in a graphical interface and allowed to guide the partial genome sequencing, helping to decide which regions should be further sequenced and at the same time allowing the formulation of hypothesis related to important biological aspects of these microorganisms

Discernir as relações evolutivas entre os grandes grupos animais tem representado um formidável desafio para a Ciência. Os filos animais possuem arquiteturas corporais bastante distintas e por isso difíceis de serem comparadas. Ao mesmo tempo, seu registro fóssil converge aproximadamente para um mesmo intervalo na escala geológica, dificultando uma reconstrução filogenética com caracteres morfológicos. A disponibilidade de dados moleculares sobre os organismos abriu, contudo, novas possibilidades na filogenia animal. Esta dissertação buscou explorar essas possibilidades inferindo uma filogenia com métodos de distância e máxima verossimilhança, a partir de todos os genomas mitocondriais, completamente seqüenciados até o momento. No entanto, apenas alguns grandes agrupamentos como Diploblastica, Bilateria, Deuterostomia e Protostomia foram recuperados com forte suporte estatístico, além de pequenos agrupamentos de animais de mesma ordem ou família, indicando que os efeitos da rápida radiação no Cambriano se estenderam também ao registro molecular. Os resultados também indicam a necessidade de buscar modelos de evolução mais aderentes a este cenário. Deuterostomia, por exemplo, só foi recuperado monofileticamente assumindo-se a distribuição gama para variabilidade entre-sítios, ao custo, entretanto, da perda de definição nos ramos menores. Nematóides e Platelmintos, por sua vez, revelam um possível viés no skew (desvio) do conteúdo GC e AT de seus genes mitocondriais, que não é adequadamente mapeado por modelos de substituição reversíveis. Os indícios são de que a resolução da filogenia animal depende ainda de uma melhor compreensão da evolução molecular em escala genômica. / Inferring the evolutive relations between the animal phyla has been a formidable challenge to Science. The animal phyla represent quite distinct baupläne (body architectures) and are, therefore, difficult to compare. At the same time, their fossil record converges mostly to the same period on the geological scale. The recent availability of molecular data has, however, inaugurated a new front in animal phylogeny. The present work explores this opportunity by inferring a phylogeny with distance and maximum likelihood methods, employing all animal mitochondrial genomes ever sequenced. The results present only a few bigger groups with strong statistical support, like Diploblastica, Bilasteria, Protostomia and Deutorostomia, and many smaller groups of animals belonging to the same order or family. These results seems to confirm that the phyla radiated in such a short time interval that the phylogenetic signal did not hold out to produce a satisfactory resolution of the animal tree to date. Some limits may have yet to be tested, through models of evolution more fit to this scenario. For example was only recovered with the use of gamma distances for site-to-site substitution rate variability, at the expense of compressing the smaller branches throughout the tree. Nematodes and Platyhelminthes reveal a bias in GC and AT skew that cannot be adequately mapped by any reversible substitution pattern. Nevertheless, even if corrections are found for these issues, it is well possible that the hope of a better resolution in the animal tree will lie further on, by a better understanding of the evolutive process in a genomic scale.

O uso da tecnologia da informação na implementação de bases de dados com informações sobre a biodiversidade, vem ganhando uma grande importância. Isso se deve a grande necessidade de se promover um acesso livre a dados e informações sobre as espécies. O acesso a essas informações é considerado como fundamental para o desenvolvimento de diferentes áreas do conhecimento. A presente dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema computacional para acesso a informações sobre a biodiversidade do Estado do Rio de Janeiro. O sistema Biota-Rio deverá conter informações sobre as espécies de animais, vertebrados e invertebrados, que foram descritas para o Estado do Rio de Janeiro. Informações como descrições originais, localidades-tipo, ambiente e outras informações estarão disponíveis no sistema. Biota-Rio é um sistema de acesso livre via web, que foi implementado utilizando a linguagem de programação PERL. O MySQL foi o SGBD utilizado na implementação do banco de dados onde estarão depositadas as informações sobre as espécies. Até o momento, foram feitos levantamentos das referências para trinta e seis espécies de mamíferos utilizando a base de dados Zoological Record. / The use of information technology in biodiversity related databases is increasing due to the open access to a large sum of data. Access to this information may be regarded as crucial to different areas of knowledge. The present work aims at the development of a open access computational system on biodiversity of the State of Rio de Janeiro. The Biota-Rio system focuses on the animal species, vertebrates and invertebrates, which were originally described for the State of Rio de Janeiro. In this sense, key information such as original descriptions, type localities, habitats and other are directly available on the system. Biota-Rio is a system in which the user may freely access the information via web that was implemented using the PERL language. The MySQL was the selected DBMS in the implementation of the database in which the informations are deposited. To date, surveys have been made of references to thirty-six species of mammals using the Zoological Record database.

Nesta tese apresenta-se uma nova formulação mista estabilizada regularizada de elementos finitos nas variáveis primais com interpolação contínua para a velocidade e descontínua para a pressão, para problemas de fluidos viscoplásticos.Esta formulação tem base nos métodos de lagrangeano aumentado-regularização e de estabilização por mínimos quadrados.Discutem-se as dificuldades de resolução dos problemas viscoplásticos especialmente aqueles modelados pela relação de Bingham que prevê uma descontinuidade na forma de restrição de desigualdade. São apresentadas criticamente a teoria de lagrangeano aumentado, os modelos regularizados e o método estabilizado via mínimos quadrados. São feitas análises matemáticas para a nova formulação em termos de estabilidade, existência e unicidade de solução. Ordens de convergência ótimas são obtidas matematicamente, superando os métodos clássicos que também apresentam limitação para o valor de tensão limite. Resultados numéricos são apresentados confirmando a teoria aqui desenvolvida e mostrando a robustez do novo método para resolver problemas onde a tensão limite é muito elevada.