O tempo de simulação computacional em planejamento de radioterapia ainda é muito alto. Diversas técnicas de redução de variância têm sido desenvolvidas para o transporte de elétrons a fim de reduzir o tempo de simulação. Destacamos algumas delas: Macro Monte Carlo (MMC), Response History Monte Carlo (RHMC) e Macro Response Monte Carlo (MRMC). Todas es- sas técnicas utilizam base de dados onde as histórias dos elétrons foram previamente simuladas. Tais algoritmos, até o presente momento, foram somente avaliados através da dose absorvida. Neste trabalho, fazemos uma comparação dos espectros dos elétrons utilizando uma implemen- tação própria do MRMC. A base de dados do MRMC consiste de histórias pré-simuladas de elétrons em pequenas esferas de material homogêneo (chamadas de kugel) para diferentes ti- pos de energias e tamanhos de raios. O MRMC usa o kugel de maior raio para transportar o elétron, desde que o mesmo não cruze nenhuma interface entre materiais. Nesta implementa- ção, o transporte do elétron através de uma interface é aproximado por uma linha reta e, ao final, corrige-se sua energia pela perda contínua de energia. A base de dados kugel foi gerada pelo Geant4 versão 8.0 para água, tecido mole e osso compacto, para a faixa de energia de 31,63 MeV até 178 keV, com raios de 0,025 cm a 1,0 cm. Os testes consistem na simulação de um feixe estreito de elétrons em objetos simuladores homogêneos e heterogêneos de forma cilíndrica. Foram obtidos os espectros frontais e laterais pelo MRMC e comparados aos respec- tivos espectros simulados pelo Geant4. Foram simulados 106 histórias em ambos os sistemas, por este motivo não houve a necessidade de normalizar os histogramas. Os espectros avaliados mostram uma boa concordância para energias acima de 5 MeV. A diferença entre as energias dos picos foi menor que 1,7%, para energias acima de 5 MeV em objetos simuladores homo- gêneos. Para o osso compacto as diferenças entre os espectros frontais foram cerca de 5%, e para os laterais menor que 2% para energias acima de 5 MeV. Os tempos de simulação com o MRMC foram de até 15 vezes menores para objetos simuladores homogêneos e cerca de 5 vezes menores para objetos simuladores heterogêneos. / In radiotherapy the computer simulation elapsed time for treatment planning is still a prob- lem. Several techniques for electron transport variance reduction have been developed in order to speed up the calculations. Some of them are: Macro Monte Carlo (MMC), Response History Monte Carlo (RHMC) and Macro Response Monte Carlo (MRMC). All of them use a database where electrons histories were previously simulated. These algorithms have been evaluated only by absorbed dose. This work shows a comparison between electron spectra simulated by our implementation of MRMC. Such algorithm uses a database where electron histories were pre-simulated in small homogeneous spheres (called kugel) for several different initial ener- gies and some different radii. The MRMC transportation code uses the largest kugel size for electron transportation, since it does not cross any material boundary. In this implementation the electron transport through a boundary is done in a straight line and the energy correction is made by continuous slowing down approximation. The kugel database has been generated using Geant4 version 8.0 for water, soft tissue and compact bone, with energy range spanning from 31.63 MeV down to 178 keV and with radius range from 0.025 to 1.0 cm. The MRMC benchmarks consist of an electron pencil beam simulation in homogeneous and heterogeneous cylindrical phantoms. The forward and lateral electron output spectra are computed and com- pared against Geant4 simulations. We have simulated 106 histories in both systems, so the histograms are compared without any normalization factors. The agreement between spectra shapes have been evaluated and show to be good above 5 MeV. The results show an agreement better than 1.7% in the peak energy for energies above 5 MeV, for water and soft tissue homo- geneous phantoms. The agreement for compact bone homogeneous phantom between peaks of forward spectra were around 5% and for side spectra were better than 2% for energies above 5 MeV. The benchmarks have shown that our implementation of MRMC are up to 15 times faster than Geant4 for homogeneous phantoms and 5 times for heterogeneous ones.

O uso de códigos de simulação Monte Carlo em radiologia vem crescendo com o aparecimento de diferentes códigos de simulação, desenvolvidos especificamente para aplicações em radiologia, como, por exemplo, PENELOPE. Cada um desses códigos utiliza diferentes algoritmos para o transporte de partículas resultando em diferentes níveis de dificuldade de uso, acurácia nos resultados e desempenho nas simulações. O código de simulação Monte Carlo PENELOPE utiliza um algoritmo misto de transporte da radiação, definido por meio dos parâmetros de entrada da simulação. Normalmente utilizado para aplicações em feixes de altas energias, a influência desses parâmetros no transporte de partículas com o código PENELOPE ainda não foi completamente estabelecida para aplicações que utilizam feixes de radiodiagnóstico e geometrias delgadas. Especificamente em estudos de características dosimétricas de detectores de radiação que possuem espessuras delgadas, como câmaras de ionização, o tipo de algoritmo de transporte pode influenciar nos resultado das simulações. Neste trabalho, o estudo da influência dos parâmetros que controlam o algoritmo de transporte utilizado pelo código de simulação Monte Carlo PENELOPE em feixes de radiodiagnóstico e geometrias delgadas foi realizado através da simulação dos coeficientes de atenuação linear em diferentes materiais, espessuras e energias. A validação desse código nessa faixa de energia permitiu a determinação do fator de retroespalhamento para feixes polienergéticos, contribuindo para sua aplicação em radiodiagnóstico. / The use of Monte Carlo simulation in radiology has been growing with the appearance of different simulation codes that have been developed specifically for applications in radiology, as for example PENELOPE. Each of these codes use different algorithms for particle transport resulting in different levels of difficulty for its use as well as of accuracy and performance. The PENELOPE code uses a mixed algorithm for radiation transport that is defined by entrance parameters. Most of the applications of PENELOPE code have been performed with high energy beams, however the influence of the entrance parameters in the particle transport is not established for applications evolving radiodiagnostic beams and thin geometries. Specifically for the study of dosimetric characteristics of radiation detectors that have small thicknesses, as ionization chambers, the algorithm transport influences the results of the simulation. In this work, the study of the influence of entrance parameters on the transport algorithm used in PENELOPE Monte Carlo simulation code was performed by the simulation of the linear attenuation coefficients in different materials, thickness and energies used in radiodiagnostic. The validation of this code in such energy range allowed the determination of the backscatter factor for polienergetic beams, aiding its application in radiodianogsis.

Estudamos o comportamento dinâmico do algoritmo de Wolff no modelo de Ising diluído com correlação de sítios e ligações (modelo SBC). Nosso objetivo principal foi estudar a performance deste algoritmo em um sistema onde além da desordem à presença de impurezas não magnéticas, houvesse mais um parâmetro presente, a correlação espacial. Além disto foi possível obter o diagrama de fases para o modelo, o qual possibilita entendermos um pouco o efeito da desordem e da correlação no sistema.Verificamos que o diagrama de fases por nós obtidos está em boa concordância com os dados experimentais obtidos com o composto magnético Knip Mg1-pF3, o qual foi a motivação para o modelo SBC. O estudo do comportamento dinâmico nos possibilitou entender um pouco mais como o algoritmo de Wolff se comporta quando submetido a sistemas mais complexos, como é o caso do modelo em estudo, verificamos uma melhor performance deste algoritmo à medida que tanto a diluição quanto a correlação é aumentada. Esse comportamento é oposto àquele verificado nos algoritmos locais. Essa melhor performance do algoritmo de Wolff quando submetido a tais sistemas é bastante positivo, pois isto possibilita obtermos medidas de quantidades físicas de interesse de forma mais precisa, pois há uma redução drástica da correlação estatística entre configurações produzidas por esta dinâmica. / We extend the Wolff Algorithm to include correlated spin interactions in diluted magnetic systems. This algorithm is applied to study the site-bond-correlated Ising model on a two-dimensional square lattice. We use a finite-size scaling procedure to obtain the phase diagram in the temperature-concentration space. Our results are in excellent agreement with the experimental data for the Knip Mg1-pF3, compound. We also present the critical dynamical behavior of the Wolff algorithm for this system. We have verified that the autocorrelation time diminishes in the presence of dilution and correlation, showing that the Wolff algorithm performs even better in such situations. This behavior is completely different from those exhibited by the single spin-flips algorithms.

Thesis (Ph.D.). / Written for the Dept. of Physics. Title from title page of PDF (viewed 2009/11/06). Includes bibliographical references.

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Bayesian neural networks (BNNs) are a rich and flexible class of models that have several advantages over standard feedforward networks, but are typically expensive to train on large-scale data. In this thesis, we explore the use of small-variance asymptotics-an approach to yielding fast algorithms from probabilistic models-on various Bayesian neural network models. We first demonstrate how small-variance asymptotics shows precise connections between standard neural networks and BNNs; for example, particular sampling algorithms for BNNs reduce to standard backpropagation in the small-variance limit. We then explore a more complex BNN where the number of hidden units is additionally treated as a random variable in the model. While standard sampling schemes would be too slow to be practical, our asymptotic approach yields a simple method for extending standard backpropagation to the case where the number of hidden units is not fixed. We show on several data sets that the resulting algorithm has benefits over backpropagation on networks with a fixed architecture. / 2019-01-02T00:00:00Z

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-graduação em Física, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T14:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 286975.pdf: 1093886 bytes, checksum: 05e4860e403592e905912422db8046ad (MD5) / Nesta Tese estudamos o efeito do acoplamento dipolar nas propriedades magnéticas de dois tipos de sistemas. O primeiro deles consiste de duas pequenas partículas cujos spins estão acoplados ferromagneticamente. Cada partícula é descrita por uma estrutura bidimensional finita de spins interagindo através da hamiltoniana de Ising, ou por uma rede finita em duas ou três dimensões de spins interagindo através da hamiltoniana de Heisenberg com spins clássicos. Em ambas as situações temos um spin central rodeado por um número variável de camadas magnéticas. O acoplamento entre spins dentro de cada partícula é ferromagnético, e consideramos uma interação dipolar apenas entre as partículas. Nós investigamos o sistema bidimensional de spins de Ising através da aproximação de campo médio e simulações de Monte Carlo. A interação dipolar é calculada de duas maneiras diferentes. Em uma delas, assumimos que a interação dipolar ocorra entre momentos magnéticos efetivos localizados nos centros das partículas, e na outra, computamos diretamente as interações entre todos os pares de spins, um em cada partícula. Mostramos que a diferença entre os valores da energia dipolar calculada pelos dois métodos é descrita por uma lei de potência do tipo d5, onde d é a distância entre os centros das partículas. Calculamos a magnetização e a susceptibilidade em função da temperatura, do número de camadas e da distância entre os centros de partículas. Mostramos que a temperatura crítica aumenta com o número de spins em cada partícula, e isso é mais notável nos cálculos realizados através da aproximação de campo médio que nas simulações de Monte Carlo. O segundo problema estudado nesta Tese consiste de um conjunto de partículas de monodomínio. Este sistema é investigado através de simulações de Monte Carlo em três redes diferentes. Consideramos uma rede cúbica simples, uma rede cúbica de face centrada e uma estrutura tipo líquido. As partículas são acoplados pela interação dipolar de longo alcance e apresentam uma anisotropia uniaxial, cuja magnitude é escolhida a partir de uma distribuição de Gauss e cujos eixos de fácil magnetização estão orientados aleatoriamente no espaço tridimensional. Determinamos a temperatura de bloqueio e as curvas de histerese em função da razão entre as magnitudes da interação dipolar e da anisotropia uniaxial. Mostramos que a remanência e o campo coercivo dependem fortemente da estrutura considerada. Estes resultados são comparados com aqueles obtidos para um sistema de partículas não interagentes.

[pt] Nesta tese de mestrado, foram analisados aspectos, propriedades, utilidade e desempenho do bootstrap, um método de reamostragem, na estimação de um parâmetro relacionado à memória longa, ou longa dependência, em séries temporais. Entre outras coisas, obtém-se estimativas do desvio-padrão do estimador do parâmetro, e um teste de hipóteses para o parâmetro. O bootstrap pode conseguir propriedades de grandes amostras a partir de um número pequeno de observações. O procedimento do bootsptrap consiste de reamostrar, com reposição, da amostra original um número grande de amostras do mesmo tamanho. A longa dependência ou memória longa (long memory) pode se caracterizado por um lento decaimento das autocorrelações conforme cresce o valor do lag. A longa dependência pode ser estudada por modelos ARIMA (p,d,q.), com o parâmetro d, relativo integração a ser feita em ruídos brancos na construção da série (ARFIMA), assumindo valor fracionário. Este trabalho está relacionado com o uso do bootstrap na estimação do parâmetro d fracionário dos modelos ARFIMA (p,d,q). / [en] This thesis treats features, properties, utility and performance of the use of bootstrap, a resample techique, in the estimation of a parameter related to long memory in times. Among other things, we estimate the standard deviation of the parameter estimator and define a null hypothesis test for the parameter. With bootstrap, we can get large sample properties from a small sample. It consists of many resamples, with reposition, of the original sample, all with the same size as the original. Long memory can be featured by a small decay of the autocorrelations as the lag tends to infinity. Long memory can be studied by ARIMA (p,d,q) models with the d parameters assuming a fractional value (ARFIMA). This work concerns the use of bootstrap in the estimation of the fractional d parameter of ARFIMA (p,d,q) models.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-17Bitstream added on 2014-06-13T20:19:00Z : No. of bitstreams: 1 borges_a_me_ilha.pdf: 1084225 bytes, checksum: 63e5cb04f3f23d44251cc6144dca0b85 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Utilizando a simulação molecular com método Monte Carlo estudou-se neste trabalho as características estruturais e termodinâmicas dos líquidos puros N–Metilformamida (NMF) e Tetrahidrofurano (THF), bem como de suas misturas em diferentes concentrações. Realizou- se também um estudo das características estruturais e termodinâmicas de misturas N– Metilformamida–Água, em diferentes concentrações, para fins de comparação. Os resultados estruturais obtidos para os líquidos puros foram comparados com resultados experimentais de difratometria de nêutrons com posterior refinamento estrutural por potencial empírico (EPSR). Na simulação computacional foi utilizado o programa DIADORIM. As simulações foram realizadas no ensemble estatístico NpT, ou seja, com número de moléculas, pressão e temperatura constantes. O número total de moléculas na caixa de simulação foi de 400, à pressão de 1 atm e à temperatura de 298,15K. A concordância entre os resultados experimentais e teóricos dos líquidos puros foi boa, o que permitiu prosseguir sabendo que os resultados obtidos para as misturas seriam confiáveis. Em relação aos líquidos puros foi mostrada a presença de ligações de hidrogênio na estrutura da NMF e da água, sendo que estes líquidos apresentam-se bem estruturados. Conclui-se que o THF apresenta estrutura ―desorganizada‖.Os resultados obtidos para a mistura NMF–THF sugerem a existência de ligações de hidrogênio entre estas moléculas de NMF e THF no líquido, e os valores de suas energias de ligação de hidrogênio, segundo os resultados obtidos, apresentam valores semelhantes à interação NMF–NMF, o que juntamente com a observação das propriedades termodinâmicas estudadas neste trabalho indicam um comportamento ideal da solução. Também pode ser observado... / The structural and thermodynamic properties of pure liquids N-methylformamide (NMF) and Tetrahydrofuran (THF), as well as their mixture in different concentrations were studied through Monte Carlo simulation. The structural and thermodynamic properties of N– Methylformamide–water in different concentrations was also investigated, aiming comparisons. The structural results obtained to pure liquids were compared to experimental results of neutron diffratometry with empirical potential structure refinement (EPSR). For the computational simulation, was used the DIADORIM program. The simulations were carried out on the NpT statistical ensemble. The total number of molecules in the simulation box was 400, over a 1 atm pressure and 298,15K temperature. The accordance between the experimental and theoretical structure of pure liquids was good, what permits to infer on the reliability of the results obtained for the mixtures. Regarding to pure liquids it was shown the presence of hydrogen bonds in NMF and water structures, being that those liquids are well structured. It was not observed the presence of hyrogen bonds among the molecules of THF presenting this liquid a disorganized structure. The obtained results of the NMF–THF mixture, suggest the presence of hydrogen bonds between those molecules in the liquid. It was also observed by the obtained results that this liquid is well structured. The mixture NMF–water, as well as the mixture NMF-THF, are well structured, but either NMF and water are proton acceptors and donors and leads to the presence of two hydrogen connections between NMF and water molecules. The study of structural and thermodynamic properties of the mixture NMF–water, show a proper behavior for the solution, as in the case THF-NMF, but when comparing NMF-NMF in both cases, the water appeared to interfere more on the interaction between NMF molecules than THF ones