Made available in DSpace on 2014-12-17T15:47:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SamuelOA.pdf: 1023593 bytes, checksum: 651d5e25960d6664c54a1e7690f2acb6 (MD5) Previous issue date: 2007-08-06 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In this work, we propose a multi agent system for digital image steganalysis, based on the poliginic bees model. Such approach aims to solve the problem of automatic steganalysis for digital media, with a case study on digital images. The system architecture was designed not only to detect if a file is suspicious of covering a hidden message, as well to extract the hidden message or information regarding it. Several experiments were performed whose results confirm a substantial enhancement (from 67% to 82% success rate) by using the multi-agent approach, fact not observed in traditional systems. An ongoing application using the technique is the detection of anomalies in digital data produced by sensors that capture brain emissions in little animals. The detection of such anomalies can be used to prove theories and evidences of imagery completion during sleep provided by the brain in visual cortex areas / Neste trabalho, propomos um sistema multi-agentes para estegan?lise em imagens digitais, baseado na met?fora das abelhas polig?nicas. Tal abordagem visa resolver o problema da estegan?lise autom?tica de m?dias digitais, com estudo de caso para imagens digitais. A arquitetura do sistema foi projetada n?o s? para detectar se um arquivo ? ou n?o suspeito de possuir uma mensagem oculta em si, como tamb?m para extrair essa mensagem ou informa??es acerca dela. Foram realizados v?rios experimentos cujos resultados confirmam uma melhoria substancial (de 67% para 82% de acertos) com o uso da abordagem multi-agente, fato n?o observado em outros sistemas tradicionais. Uma aplica??o atualmente em andamento com o uso da t?cnica ? a detec??o de anomalias em dados digitais produzidos por sensores que captam emiss?es cerebrais em pequenos animais. A detec??o de tais anomalias pode ser usada para comprovar teorias e evidencias de complementa??o do imageamento durante o sono, provida pelo c?rebro nas ?reas visuais do c?rtex cerebral

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:47:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LauraEASS.pdf: 1648653 bytes, checksum: 0aa1d6a5cd26175688d09f2c09459503 (MD5) Previous issue date: 2008-02-01 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In systems that combine the outputs of classification methods (combination systems), such as ensembles and multi-agent systems, one of the main constraints is that the base components (classifiers or agents) should be diverse among themselves. In other words, there is clearly no accuracy gain in a system that is composed of a set of identical base components. One way of increasing diversity is through the use of feature selection or data distribution methods in combination systems. In this work, an investigation of the impact of using data distribution methods among the components of combination systems will be performed. In this investigation, different methods of data distribution will be used and an analysis of the combination systems, using several different configurations, will be performed. As a result of this analysis, it is aimed to detect which combination systems are more suitable to use feature distribution among the components / Em sistemas que combinam as sa?das de classificadores de padr?es, sistemas de combina??o, como comit?s e sistemas multiagentes para classifica??o, um dos principais problemas ? que os componentes do sistema (classificadores ou agentes) devem ser diversos entre si. Em outras palavras, n?o existe ganho de desempenho em sistemas formados por um conjunto de componentes id?nticos. Um modo de aumentar a diversidade do sistema ? distribuir os dados do padr?o entre os classificadores que comp?em o sistema. Neste trabalho ser? feita uma investiga??o sobre o impacto do uso de t?cnicas de distribui??o de dados, mais especificamente distribui??o de caracter?sticas, entre os componentes de sistemas de combina??o de classificadores. Nesta investiga??o, diferentes t?cnicas de distribui??o de caracter?sticas ser?o usadas e uma an?lise comparativa entre diferentes sistemas de combina??o, usando diferentes configura??es, ser? feita. Como resultado desta an?lise, espera-se detectar que sistemas de combina??o s?o mais adequados para usar distribui??o de caracter?sticas entre os componentes

Dans ce travail de thèse, nous abordons les problèmes liés au partitionnement et à la distribution des grands volumes d’entrepôts de données distribués avec Mapreduce. Dans un premier temps, nous abordons le problème de la distribution des données. Dans ce cas, nous proposons une stratégie d’optimisation du placement des données, basée sur le principe de la colocalisation. L’objectif est d’optimiser les traitements lors de l’exécution des requêtes d’analyse à travers la définition d’un schéma de distribution intentionnelle des données permettant de réduire la quantité des données transférées entre les noeuds lors des traitements, plus précisément lors phase de tri (shuffle). Nous proposons dans un second temps une nouvelle démarche pour améliorer les performances du framework Hadoop, qui est l’implémentation standard du paradigme Mapreduce. Celle-ci se base sur deux principales techniques d’optimisation. La première consiste en un pré-partitionnement vertical des données entreposées, réduisant ainsi le nombre de colonnes dans chaque fragment. Ce partitionnement sera complété par la suite par un autre partitionnement d’Hadoop, qui est horizontal, appliqué par défaut. L’objectif dans ce cas est d’améliorer l’accès aux données à travers la réduction de la taille des différents blocs de données. La seconde technique permet, en capturant les affinités entre les attributs d’une charge de requêtes et ceux de l’entrepôt, de définir un placement efficace de ces blocs de données à travers les noeuds qui composent le cluster. Notre troisième proposition traite le problème de l’impact du changement de la charge de requêtes sur la stratégie de distribution des données. Du moment que cette dernière dépend étroitement des affinités des attributs des requêtes et de l’entrepôt. Nous avons proposé, à cet effet, une approche dynamique qui permet de prendre en considération les nouvelles requêtes d’analyse qui parviennent au système. Pour pouvoir intégrer l’aspect de "dynamicité", nous avons utilisé un système multi-agents (SMA) pour la gestion automatique et autonome des données entreposées, et cela, à travers la redéfinition des nouveaux schémas de distribution et de la redistribution des blocs de données. Enfin, pour valider nos contributions nous avons conduit un ensemble d’expérimentations pour évaluer nos différentes approches proposées dans ce manuscrit. Nous étudions l’impact du partitionnement et la distribution intentionnelle sur le chargement des données, l’exécution des requêtes d’analyses, la construction de cubes OLAP, ainsi que l’équilibrage de la charge (Load Balacing). Nous avons également défini un modèle de coût qui nous a permis d’évaluer et de valider la stratégie de partitionnement proposée dans ce travail. / In this manuscript, we addressed the problems of data partitioning and distribution for large scale data warehouses distributed with MapReduce. First, we address the problem of data distribution. In this case, we propose a strategy to optimize data placement on distributed systems, based on the collocation principle. The objective is to optimize queries performances through the definition of an intentional data distribution schema of data to reduce the amount of data transferred between nodes during treatments, specifically during MapReduce’s shuffling phase. Secondly, we propose a new approach to improve data partitioning and placement in distributed file systems, especially Hadoop-based systems, which is the standard implementation of the MapReduce paradigm. The aim is to overcome the default data partitioning and placement policies which does not take any relational data characteristics into account. Our proposal proceeds according to two steps. Based on queries workload, it defines an efficient partitioning schema. After that, the system defines a data distribution schema that meets the best user’s needs, and this, by collocating data blocks on the same or closest nodes. The objective in this case is to optimize queries execution and parallel processing performances, by improving data access. Our third proposal addresses the problem of the workload dynamicity, since users analytical needs evolve through time. In this case, we propose the use of multi-agents systems (MAS) as an extension of our data partitioning and placement approach. Through autonomy and self-control that characterize MAS, we developed a platform that defines automatically new distribution schemas, as new queries appends to the system, and apply a data rebalancing according to this new schema. This allows offloading the system administrator of the burden of managing load balance, besides improving queries performances by adopting careful data partitioning and placement policies. Finally, to validate our contributions we conduct a set of experiments to evaluate our different approaches proposed in this manuscript. We study the impact of an intentional data partitioning and distribution on data warehouse loading phase, the execution of analytical queries, OLAP cubes construction, as well as load balancing. We also defined a cost model that allowed us to evaluate and validate the partitioning strategy proposed in this work.

Orientador: Fernando Antônio Campos Gomide / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Walter_IgorAlexandre_D.pdf: 1762436 bytes, checksum: 257485271a6580f86b0b466799ceff14 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Sugerimos uma abordagem evolutiva para o projeto de estratégias de interação em sistemas multiagentes, especialmente estratégias de oferta modeladas como sistemas baseados em regras nebulosas. O objetivo é a aprendizagem das estratégias de oferta em leilões em modelos em que a base de conhecimento sofre evolução para melhorar o desempenho dos agentes atuando em um ambiente competitivo. Dados para aprendizagem e otimização das estratégias são raros em ambientes competitivos como os leilões. Introduzimos um modelo de sistema genético fuzzy (GFS) cujos operadores genéticos utilizam uma representação de tamanho variável do cromossomo e uma relação hierárquica estabelecida através do fitness dos indivíduos, em um esquema que explora e explota o espaço de busca ao longo das gerações. A evolução de estratégias de interação permite a descoberta de comportamentos dos agentes previamente desconhecidos e inesperados, permitindouma análise mais rica dos mecanismos de negociação e seu papel como protocolo de coordenação. A aplicação da abordagem proposta no mercado de energia elétrica permite a simulação destes mercados através da evolução de estratégias de oferta (bidding) em leilões de energia. A reestruturação destes mercados nas economias contemporâneas apresenta novos desafios e oportunidades, uma vez que não há consenso sobre qual seria sua melhor organização. A evolução da estrutura organizacional destes mercados salienta a falta de discernimento sobre as principais questões a serem analisadas e levadas em consideração. Argumenta-se que a abordagem econômica neoclássica se mostra limitada na análise dos efeitos da reestruturação e no estudo do comportamento dos agentes econômicos competindo nos mercados de energia elétrica reestruturados. Apresentamos uma arquitetura computacional inspirada na Economia Computacional baseada em Agentes que permite a modelagem, estudo e simulação destes mercados. Aplicamos ferramentas de inteligência computacional adequadas à concepção dos agentes participantes nos mercados de energia e que podem ser estendidas a outros mecanismos de mercado e negociação. Os mercados de energia elétrica são sistemas complexos habitados por agentes econômicos com interesse próprio que interagem entre si. Concluímos que é natural modelar e simular estes mercados como sistemas multiagentes. A evolução de estratégias de oferta permite a descoberta de comportamentos que auxiliam na tomada de decisão de um participante e na avaliação do mecanismo de negociação por parte de seus projetistas / Abstract: We suggest an evolutionary approach to design interaction strategies for multiagent systems, focusing on strategies modeled as fuzzy rule-based systems. The aim is to learn models represented by evolving knowledge bases to achieve agents' performance improvement when playing in a competitive environment. In competitive situations data for learning and tuning are rare and rule bases must jointly evolve with the databases. We introduce an evolutionary algorithm whose operators use variable length chromosome, a hierarchical relationship among individuals through fitness, and a scheme that successively explores and exploits the search space along generations. Evolution of interaction strategies uncovers unknown and unexpected agent behaviors and allows a richer analysis of negotiation mechanisms and their role as a coordination protocol. An application concerning an electricity market illustrates the effectiveness of the approach and allows to simulate the market through evolutionary bidding strategies. The restructuring process of power markets raises new challenges and opportunities, since there is no consensual market architecture. The evolution of the power industry organization shows a lack of insight about the issues to be addressed and taken into account. Several authors have considered the available tools based on the neoclassical economics theory a limited approach to analyze the effects of the industry restructuring and to study economical agents behavior participating in a restructured electricity market. We present Artificial Economy Multiagent System (AEMAS), a computational architecture inspired on Agent-based Computational Economics (ACE) that allows to model, study and simulate a power market. We apply Computational Intelligence tools to conceive the market agents that we expect could be extended to other negotiation environments. A power market is a complex system populated by self interested economical agents that interact. We conclude that it is feasible to model and simulate these markets on a multiagent system based approach. The evolution of bidding strategies allows to uncover new and unexpected behaviors that help to address the negotiation mechanism analysis by its designers and to support a market player decision process / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:57:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jair Abu Bechir.pdf: 1897586 bytes, checksum: 834fb42cf429bcbe21e61df13dc6bc01 (MD5) Previous issue date: 2010-10-04 / The objective of this dissertation is to present the framework Airetama. This framework is based on Multiagent Systems and Semantic Web principles. It provides a semantic, distributed and open-source infrastructure for the creation of Virtual Communities of Practice on the Web. It makes possible, through the use of agents, coupling of resources and tools that use semantic technologies. Integration of semantic in the current Web has as main objective to allow such software agents can use their pages more intelligently, thus offering better service. / O objetivo desta dissertação é apresentar o arcabouço Airetama. Este arcabouço é baseado em Sistemas Multiagentes e nos princípios da Web Semântica. Ele fornece uma infraestrutura semântica, distribuída e open-source para a criação de Comunidades Virtuais de Prática na Web. Possibilita, através do uso de agentes, o acoplamento de ferramentas que utilizam recursos e tecnologias semânticas. A inserção de semântica na Web atual tem como principal objetivo permitir que tais agentes de software possam utilizar suas páginas de maneira mais inteligente, oferecendo melhores serviços.

Made available in DSpace on 2015-04-11T14:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ricardo.pdf: 2499178 bytes, checksum: 722bfd9fd0d7c53ffddbc4cf6c42eeff (MD5) Previous issue date: 2010-06-01 / With the increasing availability of distance courses and educational software that support the teaching learning, the use of virtual learning environments has been gaining increasing attention from researchers in Artificial Intelligence and Computer Science in Education. This work proposes a distinct use of these environments, creating an educational software based on Multiagent Systems (MAS) to support teaching and learning process of agent oriented programming (AOP), ie, the main idea is to use agents who teach the program agents. Through this approach can guide the student through some areas of the learning process, initially by looking at the most relevant concepts and in the future, interacting more actively with the scenarios that compose the proposed environment. / Com a crescente oferta de cursos à distância e de softwares educacionais que apóiam o processo de ensino e aprendizagem, a utilização de ambientes virtuais de aprendizagem (AVA) vem ganhando cada vez mais atenção por parte dos pesquisadores das áreas de Inteligência Artificial e Informática na Educação. Este trabalho propõe uma utilização diferenciada destes ambientes, criando um software educacional baseado em Sistemas Multiagente (SMA) para apoiar o processo de ensino e aprendizagem da programação orientada a agentes (AOP), ou seja, a idéia principal consiste em utilizar agentes que ensinam a programar agentes. Através desta abordagem é possível guiar o aluno por algumas áreas do processo de aprendizado, inicialmente, observando os conceitos mais relevantes e, futuramente, interagindo de forma mais ativa com os cenários que compõem o ambiente proposto.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-04-27T12:53:22Z No. of bitstreams: 3 Dissertação - Ericsson Santana Marin - 2013 (1).pdf: 19159669 bytes, checksum: d6cdfd312c164ffbf7fd3f9ef057e9b4 (MD5) Dissertação - Ericsson Santana Marin - 2013 (2).pdf: 3072357 bytes, checksum: cf07b57f01e07d6c3e432eba959e106a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-04-27T12:59:35Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Ericsson Santana Marin - 2013 (1).pdf: 19159669 bytes, checksum: d6cdfd312c164ffbf7fd3f9ef057e9b4 (MD5) Dissertação - Ericsson Santana Marin - 2013 (2).pdf: 3072357 bytes, checksum: cf07b57f01e07d6c3e432eba959e106a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-27T12:59:35Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Dissertação - Ericsson Santana Marin - 2013 (1).pdf: 19159669 bytes, checksum: d6cdfd312c164ffbf7fd3f9ef057e9b4 (MD5) Dissertação - Ericsson Santana Marin - 2013 (2).pdf: 3072357 bytes, checksum: cf07b57f01e07d6c3e432eba959e106a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-02-25 / O propósito desta dissertação é a realização de um estudo sobre redes, mais especificamente das redes sociais, visando à criação de modelos, técnicas e ferramentas para simular a sua geração, produzir o seu mapeamento estrutural gráfico, e viabilizar a realização de buscas nos ambientes que as representam. A geração e visualização de redes, ou grafos, assim como a realização de buscas, compõem um ramo continuamente estudado por diversos profissionais que ingressaram recentemente em uma nova ciência interdisciplinar, enraizada em pesquisas sociológicas e na Teoria dos Grafos: a Ciência das Redes. Alguns resultados provenientes das pesquisas desta ciência subverteram conceitos previamente definidos, e apresentaram características reveladoras sobre o universo social interconectado. Dentre eles destacam-se a desmistificação dos seis graus de separação com a comprovação do fenômeno do "mundo pequeno". Tais revelações inserem-se particularmente no estudo das redes sociais, mas demonstraram ser uma característica onipresente nas demais redes pesquisadas pelos cientistas. Consequentemente, as pesquisas sobre redes sociais principiaram o estudo sobre redes de forma mais geral, produzindo inúmeros trabalhos sobre o tema. Dentro deste contexto, a aplicação Fluzz, engendrada sob os alicerces dos Sistemas Multiagentes e dos princípios da contemporânea Ciência das Redes, é introduzida para prover ferramentas de visualização e de simulação da geração de redes sociais, baseadas nos modelos já propostos na literatura e em um novo modelo concebido nesta obra. Para o processo de busca, agentes de software capazes de atuar de forma distribuída e paralela, foram implementados utilizando-se de diversas abordagens intrínsecas à Inteligência Artificial, como Algoritmo de Dijkstra, Otimização por Colônia de Formigas e Algoritmos Genéticos. Tais agentes foram projetados para maximizar a probabilidade de influência entre os indivíduos das redes sociais, contribuindo para o aumento da atividade de conexão, de interação, e consequentemente de cooperação entre os mesmos. / O propósito desta dissertação é a realização de um estudo sobre redes, mais especificamente das redes sociais, visando à criação de modelos, técnicas e ferramentas para simular a sua geração, produzir o seu mapeamento estrutural gráfico, e viabilizar a realização de buscas nos ambientes que as representam. A geração e visualização de redes, ou grafos, assim como a realização de buscas, compõem um ramo continuamente estudado por diversos profissionais que ingressaram recentemente em uma nova ciência interdisciplinar, enraizada em pesquisas sociológicas e na Teoria dos Grafos: a Ciência das Redes. Alguns resultados provenientes das pesquisas desta ciência subverteram conceitos previamente definidos, e apresentaram características reveladoras sobre o universo social interconectado. Dentre eles destacam-se a desmistificação dos seis graus de separação com a comprovação do fenômeno do "mundo pequeno". Tais revelações inserem-se particularmente no estudo das redes sociais, mas demonstraram ser uma característica onipresente nas demais redes pesquisadas pelos cientistas. Consequentemente, as pesquisas sobre redes sociais principiaram o estudo sobre redes de forma mais geral, produzindo inúmeros trabalhos sobre o tema. Dentro deste contexto, a aplicação Fluzz, engendrada sob os alicerces dos Sistemas Multiagentes e dos princípios da contemporânea Ciência das Redes, é introduzida para prover ferramentas de visualização e de simulação da geração de redes sociais, baseadas nos modelos já propostos na literatura e em um novo modelo concebido nesta obra. Para o processo de busca, agentes de software capazes de atuar de forma distribuída e paralela, foram implementados utilizando-se de diversas abordagens intrínsecas à Inteligência Artificial, como Algoritmo de Dijkstra, Otimização por Colônia de Formigas e Algoritmos Genéticos. Tais agentes foram projetados para maximizar a probabilidade de influência entre os indivíduos das redes sociais, contribuindo para o aumento da atividade de conexão, de interação, e consequentemente de cooperação entre os mesmos.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jaclason Machado Veras.pdf: 1682090 bytes, checksum: 035fe122eaaac20d2dba05af3e7eab78 (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / This work proposes a general modeling for an educational software which will serve to verify the knowledge of geometry of fourth grade students of elementary school. The Virtual-Taneb will be based on Basic Education Evaluation System (SAEB) which is an evaluative instrument used in Brazil originated from the guidelines of the National Assessment of Educational Progress (NAEP), which is currently applied manually by written tests. One of the motivations for developing this tool was to reduce the delivery time of obtained results through the resolution of written tests, obeying Basic Education Courseworks. Another motivation was the inclusion of the Item Response Theory (IRT) as an educational evaluation quantifier and qualifier, allowing a statistical analysis from items such as central elements of tests, since the need to monitor the development process of educational evaluation systems. However, there are factors that suppress the use of IRT on a large scale, such as customizing each application and the mathematical complexity of the methods involved. This prototype of educational software will be applied to elementary schools in the State of Maranhão, Brazil. It will be adapted to the cognitive level of students through the inclusion of recourses from the area of Artificial Intelligence and besides it will enable an effective analysis of students knowledge using the IRT on the responses made. Virtual-Taneb will provide some benefits to the Brazilian society, as to favor a long-term reduction of economic investment in the evaluation process, resulting in improvements for present and future generations. Another benefit is the adequation possibility of this software to other evaluation systems, as an example, the International Program of Students Assessment (PISA), the National Examination of High School (ENEM), Prova Brasil, among others. In the future, though the adaptation of the Virtual-Taneb software, there will be the possibility of adding other subjects to the test. / Esse trabalho propõe uma modelagem geral para um software educacional que atuará na verificação do conhecimento de geometria de alunos da quarta série do ensino fundamental. O Virtual-TANEB estará baseado no Sistema de Avaliação da Educação Básica (SAEB) que é um instrumento avaliativo usado no Brasil originado a partir das diretrizes do National Assessment of Educational Progress (NAEP), que, atualmente, é aplicado de forma manual por meio de cadernos de provas. Uma das motivações para o desenvolvimento dessa ferramenta foi reduzir o tempo de entrega dos resultados obtidos, através da resolução dos cadernos de provas, obedecendo à Matriz Curricular da Educação Básica. Outra motivação foi a inclusão da Teoria da Resposta ao Item (TRI) como quantificadora e qualificadora da avaliação educacional, permitindo uma análise estatística a partir de itens como elementos centrais da prova, visto a necessidade de acompanhar o processo de evolução dos sistemas de avaliação educacional. Porém, existem fatores que suprimem a utilização da TRI em larga escala, tais como: a personalização de cada aplicação e a complexidade matemática dos métodos envolvidos. Este protótipo de software educacional será aplicado às escolas do ensino fundamental no Estado do Maranhão, Brasil. Ele se adaptará ao nível cognitivo dos alunos através da inclusão de recursos provenientes da área de Inteligência Artificial e, além disso, possibilitará uma análise mais efetiva do conhecimento dos alunos usando a TRI sobre as respostas efetuadas. O Virtual-TANEB irá proporcionar alguns benefícios para a sociedade, como favorecer a longo prazo a redução de investimento econômico no processo de avaliação, resultando em melhorias para gerações presentes e futuras. Outro beneficio é a adequação desse software a outros sistemas de avaliação, por exemplo, Programa Internacional de Avaliação de Alunos (PISA), Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM), Prova Brasil, dentre outros. No futuro, mediante uma adaptação no software Virtual-TANEB, haverá a possibilidade de realizar a inclusão de outras disciplinas à prova.

Kollektives Handeln ist erforderlich um nachhaltige Entwicklungspfade in gekoppelten sozial-ökologischen Systemen zu erschließen, fernab von gefährlichen Kippelementen. Ohne anderen Modellierungsprinzipien ihren Nutzen abzuerkennen, schlägt diese Dissertation die Agent-Umwelt Schnittstelle als die mathematische Grundlage für das Modellieren sozial-ökologischer Systeme vor. Zuerst erweitert diese Arbeit eine Methode aus der Literatur der statistischen Physik über Lerndynamiken, um einen deterministischen Grenzübergang von etablierten Verstärkungslernalgorithmen aus der Forschung zu künstlicher Intelligenz herzuleiten. Die resultierenden Lerndynamiken zeigen eine große Bandbreite verschiedener dynamischer Regime wie z.B. Fixpunkte, Grenzzyklen oder deterministisches Chaos. Zweitens werden die hergeleiteten Lerngleichungen auf eine neu eingeführte Umwelt, das Ökologisches Öffentliches Gut, angewendet,. Sie modelliert ein gekoppeltes sozial-ökologisches Dilemma und erweitert damit etablierte soziale Dilemmaspiele um ein ökologisches Kippelement. Bekannte theoretische und empirische Ergebnisse werden reproduziert und neuartige, qualitativ verschiedene Parameterregime aufgezeigt, darunter eines, in dem diese belohnungsoptimierenden Lern-Agenten es vorziehen, gemeinsam unter einem Kollaps der Umwelt zu leiden, als in einer florierenden Umwelt zu kooperieren. Drittens stellt diese Arbeit das Optimierungsparadigma der Lern-Agenten in Frage. Die drei Entscheidungsparadimen ökonomischen Optimierung, Nachhaltigkeit und Sicherheit werden systematisch miteinander verglichen, während sie auf das Management eines umweltlichen Kippelements angewendet werden. Es wird gezeigt, dass kein Paradigma garantiert, Anforderungen anderer Paradigmen zu erfüllen, sowie dass das Fehlen eines Meisterparadigmas von besonderer Bedeutung für das Klimasystem ist, da dieses sich am Rand zwischen Parameterbereichen befinden kann, wo ökonomische Optimierung weder nachhaltig noch sicher wird. / Collective action is required to enter sustainable development pathways in coupled social-ecological systems, safely away from dangerous tipping elements. Without denying the usefulness of other model design principles, this thesis proposes the agent-environment interface as the mathematical foundation for the design of social-ecological system models. First, this work refines techniques from the statistical physics literature on learning dynamics to derive a deterministic limit of established reinforcement learning algorithms from artificial intelligence research. Illustrations of the resulting learning dynamics reveal a wide range of different dynamical regimes, such as fixed points, periodic orbits and deterministic chaos. Second, the derived multi-state learning equations are applied to a newly introduced environment, the Ecological Public Good. It models a coupled social-ecological dilemma, extending established repeated social dilemma games by an ecological tipping element. Known theoretical and empirical results are reproduced and novel qualitatively different parameter regimes are discovered, including one in which these reward-optimizing agents prefer to collectively suffer in environmental collapse rather than cooperating in a prosperous environment. Third, this thesis challenges the reward optimizing paradigm of the learning equations. It presents a novel formal comparison of the three decision paradigms of economic optimization, sustainability and safety for the governance of an environmental tipping element. It is shown that no paradigm guarantees fulfilling requirements imposed by another paradigm. Further, the absence of a master paradigm is shown to be of special relevance for governing the climate system, since the latter may reside at the edge between parameter regimes where economic welfare optimization becomes neither sustainable nor safe.

Les sujets discutés dans cette thèses’inscrivent dans le cadre général des systèmesinterconnectés. Nous abordons les réseauxmulti-agent qui ont des tâches coopératives etnous proposons un nouveau protocole deconsensus qui comporte des retards et desagents anticipatifs. Nous étudions lesconditions pour lesquelles un réseau organiséconformément au protocole proposé atteint leconsensus. Nous dérivons également desrésultats théoriques valables pour une classeplus générale de systèmes. Ces résultatsconcernent le cas des racines multiples surl’axe des imaginaires, situation qui peutcorrespondre aux réseaux avec une topologiechangeante.Dans notre approche, nous discutonsséparément le cas des racines multiples àl’origine et racines multiples sur l’axe desimaginaires sauf l’origine. Un autre résultatimportant comporte un nouveau modèle pourun réseau génétique qui fonctionne comme unmultiplexeur. Ce circuit innovant utilise troisentrées pour commander deux signaux desortie. Nous effectuons une analyse destabilité pour le modèle proposé et nousdémontrons que son point d’équilibre estunique et stable. Pour valider ce réseaugénétique, nous étudions également le modèlestochastique dérivé du modèle déterministe. / This thesis discusses diverse types ofinterconnected systems through networks. Weaddress networks of agents with cooperativetasks and propose a new consensus protocolwith delays and anticipatory agents. We studythe consensus reaching conditions for networksorganized under the proposed model.Moreover, we derive some theoretical results,which can apply to a more general class ofsystems, concerning stability issues when theconsidered system has multiple imaginaryroots. In terms of networks, this situation cancorrespond to the case of switching topologynetworks, when the network can even bedisconnected at some point.We separately discuss the case of zerocharacteristic roots, and roots laying on theimaginary axis, except the origin. Finally, wepropose a gene network model with afunctionality similar to a multiplexer circuit.Thus, we control two outputs with three inputsignals, and we carry out a stability analysis.We prove the uniqueness and the stability ofthe network steady states, and validate thecontinuous and deterministic model with astochastic model.