Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MAURICIO VERARDO DA COSTA.pdf: 829862 bytes, checksum: 7cb233efb8692b0820e30cf2bdbf4a76 (MD5) Previous issue date: 2015-02-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The notion of a template for representing cellular automata (CA) rules is introduced. This enhances the standard representation based on a rule table, in that it refers to families of cellular automata, instead of a rule alone. Operations applicable to the templates are defined herein, and their use is exemplified in the context of finding representations for rule sets that share properties. Wolfram Mathematica's functional nature and built-in equation-solving capabilities are central to develop these algorithms. The perspectives for using templates in further contexts are also discussed, along with possible extensions to the present work. As a support to the template concept, a Wolfram Mathematica package called CATemplates is presented, shared with the community using a public repository. / A noção de representação de autômatos celulares (ACs) por meio de templates é aqui introduzida. Ela consiste em uma generalização da tabela de transições de estado clássica, permitindo a representação de subespaços de autômatos celulares, ao invés de apenas indivíduos isolados. São definidas operações aplicáveis aos templates, e seu uso é exemplificado por meio da obtenção de algoritmos que encontram subespaços de regras que apresentam propriedades em comum. Para o desenvolvimento destes algoritmos, a utilização do software Wolfram Mathematica é central, dada sua capacidade de resolução automática de sistemas de equações, além da natureza funcional e simbólica da Wolfram Language, linguagem de programação a ele associada. Também são discutidas as vantagens e desvantagens da utilização deste tipo de representação em outros contextos, e possiblidades de extensão para o trabalho. Como apoio ao conceito dos templates, é apresentada a biblioteca para o Wolfram Mathematica chamada CATemplates, disponibilizada em um repositório público.

Abstract Not Available.

La dynamique des courants de turbidité est fortement contrôlée par la morphologie du fond marin. Les turbidites issues de ces courants constituent des réservoirs d’hydrocarbures très importants dans les bassins sédimentaires à travers le monde. L'objectif principal de ce travail est de comprendre comment le paleorelief a contrôlé la géométrie et l'architecture des réservoirs turbiditiques, en utilisant comme zone d'étude les réservoirs du Crétacé d'un champ pétrolier du bassin de Campos (offshore du Brésil), où la tectonique a été en partie dominée par l'halocinèse. La méthodologie utilisée dans cette thèse a couplé deux approches. La première a inclus à la fois la description des séquences sédimentaires, à partir de données de sismique-réflexion et de puits, et les restaurations structurales. Six horizons régionaux et quatre unités-réservoirs ont été identifiés et cartographiés afin de construire un modèle géologique multi-2D. Ces surfaces ont ensuite été aussi restaurées. Les résultats de cette étape suggèrent que les failles liées à l'halocinèse ont contraint la paléotopographie pour le dépôt des réservoirs plus anciens et que des structures tectoniques et un canyon ont formés les contraintes paléotopographiques pour la distribution des réservoirs plus jeunes. La seconde approche a été l'analyse du rôle des paramètres des écoulements en effectuant des simulations numériques du type stratigraphique (Dionisos) et des automates cellulaires (CATS). Une surface restaurée, considérée comme référence pour le dépôt des unités-réservoirs a été utilisée comme paléotopographie pour les simulations CATS. Le modèle numérique a été contraint par les données réservoirs. Cette utilisation inédite des simulations 3D avec des automates cellulaires dans une étude de cas réel concernant des dépôts marins anciens a produit des résultats réalistes par rapport aux exemples modernes connus. Elle a également fourni des résultats plus exploitables à l'échelle de réservoir que les modèles numériques de type "stratigraphique". Ce travail met en évidence l'importance des interactions tectonique-sédimentation et de la paléotopographie pour la distribution de réservoirs turbiditiques. / The dynamic of gravity-driven turbidity currents is strongly influenced by the morphology of the seafloor. The resulting turbidites constitute important hydrocarbon reservoirs in sedimentary basins throughout the world. The main objective of the present work is thus to understand the way the paleorelief controls turbidite reservoir architectures, with application in a specific study area with Cretaceous reservoirs in Campos Basin (Brazilian offshore). The tectonics in this Basin was partly controlled by halokinesis. The first approach was describing the local Cretaceous sedimentary sequence architecture, from seismic and well data, and performing structural restorations. Six regional horizons and four reservoir-scale units were identified and mapped in order to build a multi-2D geological model. Structural restorations highlighted the structural evolution and allowed the related horizon palaeotopography to be obtained. The results of this work step suggest that the halokinesis-related listric faults regulated the distribution of the basal reservoirs. Moreover, at the top of the Albian carbonates, a canyon was identified, which, in association with the tectonic structures, forms the palaeotopographic constraints for the upper reservoir geometry. The second approach was analyzing the role of flow controlling parameters by performing stratigraphic (Dionisos) and cellular automata-based (CATS) numerical simulations. The latter provided a more appropriate reservoir scale-simulation process than Dionisos. A restored surface, considered as reference for the deposition of the reservoir units, was used as the palaeotopography for CATS simulations, having as constraints the reservoir data. This pioneer use of cellular automata simulations in a real subsurface case study produced coherent results when compared with the actual reservoir distribution. This work sheds light on the importance of tectonic-sedimentation interactions and of palaeotopography for the distribution of turbidite reservoirs.

After a brief review of machine learning techniques and applications, this Ph.D. thesis examines several approaches for implementing machine learning architectures and algorithms into hardware within our laboratory. From this interdisciplinary background support, we have motivations for novel approaches that we intend to follow as an objective of innovative hardware implementations of dynamically self-reconfigurable logic for enhanced self-adaptive, self-(re)organizing and eventually self-assembling machine learning systems, while developing this new particular area of research. And after reviewing some relevant background of robotic control methods followed by most recent advanced cognitive controllers, this Ph.D. thesis suggests that amongst many well-known ways of designing operational technologies, the design methodologies of those leading-edge high-tech devices such as cognitive chips that may well lead to intelligent machines exhibiting conscious phenomena should crucially be restricted to extremely well defined constraints. Roboticists also need those as specifications to help decide upfront on otherwise infinitely free hardware/software design details. In addition and most importantly, we propose these specifications as methodological guidelines tightly related to ethics and the nowadays well-identified workings of the human body and of its psyche.

The dynamics of many aspects of social behaviour, such as spread of fads and fashion, collective action, group decision-making, homophily and disagreement, have been captured by mathematical models. The power of these models is that they can provide novel insight into the emergent dynamics of groups, e.g. 'epidemics' of memes, tipping points for collective action, wisdom of crowds and leadership by small numbers of individuals, segregation and polarisation. A current weakness in the scientific models is their sheer number. 'New' models are continually 'discovered' by physicists, engineers and mathematicians. The models are analysed mathematically, but very seldom provide predictions that can be tested empirically. In this work, we provide a framework of simple models, based on Lotka's original idea of using chemical reactions to describe social interactions. We show how to formulate models for social epidemics, social recovery, cycles, collective action, group decision-making, segregation and polarisation, which we argue encompass the majority of social dynamics models. We present an open-access tool, written in Python, for specifying social interactions, studying them in terms of mass action, and creating spatial simulations of model dynamics. We argue that the models in this article provide a baseline of empirically testable predictions arising from social dynamics, and that before creating new and more complicated versions of the same idea, researchers should explain how their model differs substantially from our baseline models. / Matematiska modeller kan hjälpa oss att förstå många typer av sociala fenomen, som ryktesspridning, spridning av memes, gruppbeslut, segregation och radikalisering. Det finns idag otaliga modeller för sociala beteenden hos människor och djur, och fler presenteras kontinuerligt. Det stora antalet modeller försvårar navigering inom forskningsfältet, och många av modellerna är dessutom komplicerade och svåra att verifiera genom experiment. I detta arbete föreslås ett ramverk av grundläggande modeller, som var och en modellerar en aspekt av socialt beteende; det gäller sociala epidemier, cykler, gemensamt handlande, gruppbeslut, segregation och polarisering. Vi menar att dessa modeller utgör majoriteten av de verifierbara aspekter av socialt beteende som studeras, och att de bör behandlas som en utgångspunkt när en ny modell ska introduceras. Vilka av mekanismerna från utgångspunkten finns representerade i modellen? Skiljer den sig ens nämnvärt från utgångspunkten? Genom att ha en god förståelse för grundmodellerna, och genom att förklara på vilket sätt en ny modell skiljer sig från dem, kan forskare undvika att presentera modeller som i praktiken är mer komplicerade varianter av sådana som redan finns. I detta arbete visar vi hur dessa grundläggande modeller kan formuleras och studeras. Modellerna bygger på enkla regler om vad som händer när individer i en befolkning möter varandra. Till exempel, om en person som har vetskap om ett rykte träffar någon som inte har det, kan ryktet spridas vidare. Därför har antaganden om vilka personer som kan träffa varandra stor påverkan på de resultat som modellerna ger. I detta arbete studeras varje modell med två olika metoder: i den ena har alla personer i befolkningen samma sannolikhet att träffa varandra, i den andra representeras befolkningen av ett rutnät, där varje plats motsvarar en individ. I den senare har alltså varje person ett begränsat antal grannar att interagera med. Vilken av dessa två metoder man väljer har stor betydelse för vilka beteenden modellerna förutspår. Som ett komplement till detta arbete presenteras ett verktyg i form av ett Python-program som utför analysen av modellerna. Detta kan användas för att undersöka grundmodellerna som presenteras i detta arbete, men också för att formulera och analysera nya modeller på samma sätt. På det viset kan nya modeller enkelt jämföras mot grundmodellerna. Verktyget är användbart både som introduktion för de som är nya inom social dynamik, men också för de forskare som som vill ta fram nya modeller och föra forskningsfältet vidare.

This master's thesis deals with the topic of cellular automata and their utilization in the research of self-replication, especially with the focus on self-replicating loops. It also shows several possible approaches how to optimize the replication process. The first part is focused on theoretical aspects of cellular automata. It acquaints the readers with the questions of self-replication in the cellular automata and present some of the existing self-replicating loops, starting with the widely known Langton's loop. The second part presents the optimization of the replication process considering two selected variants of self-repricating loops - Byl's loop and Chou-Reggia loop. Two approaches are introduced together with their possible combination. The first approach is based on multiple self-replication. The second one is based on the reduction of the number of steps of the cellular automaton needed to create a copy of the loop.

Le développement futur des performances sportives est un sujet de mythe et de désaccord entre les experts. Un article, publié en 2004, a donné lieu à un vif débat dans le domaine universitaire. Il suggère que les modèles linéaires peuvent être utilisés pour prédire -sur le long terme- la performance humaine dans les courses de sprint. Des arguments en faveur et en défaveur de cette méthodologie ont été avancés par différent scientifiques et d'autres travaux ont montré que le développement des performances est non linéaire au cours du siècle passé. Une autre étude a également souligné que la performance est liée au contexte économique et géopolitique. Dans ce travail, nous avons étudié les frontières suivantes: le développement temporel des performances dans des disciplines Olympiques et non Olympiques, avec le vieillissement chez les humains et d'autres espèces (lévriers, pur sangs, souris). Nous avons également étudié le développement des performances d'un point de vue plus large en analysant la relation entre performance, durée de vie et consommation d'énergie primaire. Nous montrons que ces développements physiologiques sont limités dans le temps et que les modèles linéaires introduits précédemment sont de mauvais prédicteurs des phénomènes biologiques et physiologiques étudiés. Trois facteurs principaux et directs de la performance sportive sont l'âge, la technologie et les conditions climatiques (température). Cependant, toutes les évolutions observées sont liées au contexte international et à l'utilisation des énergies primaires, ce dernier étant un paramètre indirect du développement de la performance. Nous montrons que lorsque les indicateurs des performances physiologiques et sociétales -tels que la durée de vie et la densité de population- dépendent des énergies primaires, la source d'énergie, la compétition inter-individuelle et la mobilité sont des paramètres favorisant la réalisation de trajectoires durables sur le long terme. Dans le cas contraire, la grande majorité (98,7%) des trajectoires étudiées atteint une densité de population égale à 0 avant 15 générations, en raison de la dégradation des conditions environnementales et un faible taux de mobilité. Ceci nous a conduit à considérer que, dans le contexte économique turbulent actuel et compte tenu de la crise énergétique à venir, les performances sociétales et physiques ne devraient pas croître continuellement.

Cette thèse concerne l'ingénierie des systèmes complexes à partir d'une dynamique souhaitée. En particulier, nous nous intéressons aux populations d'oscillateurs et aux réseaux de régulation génétique. Dans une première partie, nous nous fondons sur une hypothèse, introduite en neurosciences, qui souligne le rôle de la synchronisation neuronale dans le traitement de l'information cognitive. Nous proposons de l'utiliser sur un plan plus large pour étudier le traitement de l'information par des populations d'oscillateurs. Nous discutons des isochrons de quelques oscillateurs classés selon leurs symétries dans l'espace des états. Cela nous permet d'avoir un critère qualitatif pour choisir un oscillateur. Par la suite, nous définissons des procédures d'impression, de lecture et de réorganisation de l'information sur une population d'oscillateurs. En perspective, nous proposons un système à couches d'oscillateurs de Wilson-Cowan. Ce système juxtapose convenablement synchronisation et désynchronisation à travers l'utilisation de deux formes de couplage: un couplage continu et un couplage par pulsation. Nous finissons en proposant une application de ce système: la détection de contours dans une image. En deuxième partie, nous proposons d'utiliser une approche par contraintes pour identifier des réseaux de régulation génétique à partir de connaissances partielles sur leur dynamique et leur structure. Le formalisme que nous utilisons est connu sous le nom de réseaux d'automates booléens à seuil ou réseaux Hopfield-semblables. Nous appliquons cette méthode, afin de déterminer le réseau de régulation de la morphogenèse florale d'Arabidopsis thaliana. Nous montrons l'absence d'unicité des solutions dans l'ensemble des modèles valides (ici, 532 modèles). Nous montrons le potentiel de cette approche dans la détermination et la classification de modèles de réseaux de régulation génétique. L'ensemble de ces travaux mène à un certain nombre d'applications, en particulier dans le développement de nouvelles méthodes de stockage de l'information et dans le design de systèmes de calcul non conventionnel.

This thesis deals with cellular systems and their applications to self - replication data structures. The sector cellular automats is a very interesting and inspiring area which seems now as a very suitable environment for the simulation of various phenomen. One of these phenomen may be, for example, artificial life or self- replication the structure, which transmits some useful information or carry out the necessary calculations. In this thesis is detailed subscribe cellular automats and their division. It focuses on Langtons loop, Codds automata, Byls loop, Chou-Reggia loop, Tempesti loop, Perrier loop, SDSR loop, Evoloop and Sexyloop. Part of the work is to accelerate replication Byls loops through change to the rules of cellular automat and the addition of functionality to the ability to release space to the completion of replication loops. At thesis, I also dealt with the evolutionary design of the rules of cellular automata.

This thesis presents the development and evaluation of a 2D simulation model designed to predict the spread and behavior of forest fires, with a specific focus on Swedish forest ecosystems. Despite the model's simplicity and inherent limitations due to assumptions such as homogeneity in fuel distribution and the exclusion of topographical influences, the simulations yield remarkably accurate predictions of fire spread and intensity. The model integrates basic meteorological data (wind speed and direction, temperature) and uses a discretized spatial approach to simulate the dynamics of forest fires. Initial results suggest that even with minimal input variables and broad assumptions, the model offers significant predictive capabilities, highlighting potential areas for future refinement. Key aspects such as the interaction between conduction and advection terms, the role of water vaporization in fire dynamics, and the influence of wind on fire propagation are discussed. The findings encourage further development of the model, aiming at incorporating more complex variables such as topography and more forest fuels, potentially enhancing its utility in real-time fire management and decision-making processes.