[pt] Quando entregamos e apresentamos aplicações multimídia por meio de uma rede de comunicação, a latência de exibição pode representar um fator central e crítico que afeta a qualidade da apresentação multimídia. Na entrega de uma apresentação multimídia de boa qualidade o sincronismo é prevalecido, consequentemente, os conteúdos são exibidos de forma contínua, conforme as especificações do autor da aplicação. Nesta tese, um plano de pré-busca de conteúdos multimídia é proposto com o intuito de reduzir a latência de exibição e garantir o sincronismo entre os objetos de mídia que fazem parte da apresentação multimídia. O mecanismo proposto considera as aplicações multimídia desenvolvidas na linguagem declarativa NCL e utiliza a vantagem do sincronismo estar baseado em eventos, na determinação da ordem adequada de recuperação dos diferentes objetos de mídia e no cálculo dos seus tempos de início de recuperação. Aspectos importantes a serem considerados em um ambiente de pré-busca são levantados e os diferentes algoritmos que compõem o plano de pré-busca são desenvolvidos. / [en] When delivering and presenting multimedia applications through a communication network, the presentation lag could be a major and critical factor affecting the multimedia presentation quality. In a good quality presentation the synchronism is always preserved, hence all the contents are presented in a continue way according to the authoring specifications. In this dissertation, a multimedia content prefetching plan is proposed in order to minimize the presentation lag and guarantee the synchronism between the media objects, which constitute the multimedia application. The proposed mechanism regards the multimedia applications developed using the NCL declarative language and it uses the events based synchronism advantage to determinate the ideal retrieval order of the media objects and to calculate their start retrieval times. Furthermore, important issues to be considered in a prefetch ambient are raised and the different algorithms that belong to the prefetching plan are developed.

[pt] Através das técnicas utilizadas em Identificação de Sistemas é possível obter um modelo matemático para um sistema dinâmico somente a partir de dados medidos de suas entradas e saídas. Por possuírem comportamento naturalmente dinâmico e um procedimento de treinamento simples e rápido, o uso de redes neurais do tipo Echo State Networks (ESNs) é vantajoso nesta área. Entretanto, as ESNs possuem hiperparâmetros que devem ser ajustados para que obtenham um bom desempenho em uma dada tarefa, além do fato de que a inicialização aleatória de pesos da camada interna destas redes (reservatório) nem sempre ser a ideal em termos de desempenho. Por teoricamente conseguirem obter boas soluções com poucas avaliações, o AEIQ-R (Algoritmo Evolutivo com Inspiração Quântica e Representação Real) e a estratégia evolucionária com adaptação da matriz de covariâncias (CMA-ES) representam alternativas de algoritmos evolutivos que permitem lidar de maneira eficiente com a otimização de hiperparâmetros e/ou pesos desta rede. Sendo assim, este trabalho propõe um modelo neuroevolucionário que define automaticamente uma ESN para aplicações de Identificação de Sistemas. O modelo inicialmente foca na otimização dos hiperparâmetros da ESN utilizando o AEIQ-R ou o CMA-ES, e, num segundo momento, seleciona o reservatório mais adequado para esta rede, o que pode ser feito através de uma segunda otimização focada no ajuste de alguns pesos do reservatório ou por uma escolha simples baseando-se em redes com reservatórios aleatórios. O método proposto foi aplicado a 9 problemas benchmark da área de Identificação de Sistemas, apresentando bons resultados quando comparados com modelos tradicionais. / [en] Through System Identification techniques is possible to obtain a mathematical model for a dynamic system from its input/output data. Due to their intrinsic dynamic behavior and simple and fast training procedure, the use of Echo State Networks, which are a kind of neural networks, for System Identification is advantageous. However, ESNs have global parameters that should be tuned in order to improve their performance in a determined task. Besides, a random reservoir may not be ideal in terms of performance. Due to their theoretical ability of obtaining good solutions with few evaluations, the Real Coded Quantum-Inspired Evolutionary Algorithm (QIEA-R) and the Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (CMA-ES) represent efficient alternatives of evolutionary algorithms for optimizing ESN global parameters and/or weights. Thus, this work proposes a neuro-evolutionary method that automatically defines an ESN for System Identification problems. The method initially focuses in finding the best ESN global parameters by using the QIEA-R or the CMA-ES, then, in a second moment, in selecting its best reservoir, which can be done by a second optimization focused on some reservoir weights or by doing a simple choice based on networks with random reservoirs. The method was applied to 9 benchmark problems in System Identification, showing good results when compared to traditional methods.

[pt] Nesta dissertação, diversos algoritmos adaptativos para processamento de sinais com seleção de dados são desenvolvidos e estudados, com o objetivo de resolver dois problemas diferentes. O primeiro problema envolve ambientes com sistemas esparsos, onde uma função penalidade é incorporada na função de custo para aproveitar a esparsidade do modelo. Nesta perspectiva, são propostos três algoritmos com função penalidade ajustável, o primeiro baseado na função penalidade l1 é denominado SM-NLMS com atração para zero e função penalidade ajustável (ZA-SM-NLMS-ADP). O segundo algoritmo está baseado na função penalidade log-sum e o terceiro na função penalidade l0 , denominados SM-NLMS com atração ponderada para zero e função de penalidade ajustável (RZA-SM-NLMS-ADP) e SM-NLMS com atração para zero exponencial e função de penalidade ajustável (EZA-SM-NLMSADP), respectivamente. Além disso, foi desenvolvida uma análise estatística do algoritmo SM-NLMS com uma função penalidade genérica, obtendo expressões matemáticas para o erro médio quadrático em estado estacionário. O segundo problema abordado, considera algoritmos adaptativos não lineares baseados em funções de kernels. Neste contexto, são desenvolvidos dois algoritmos com seleção de dados, o algoritmo SM-NKLMS e o algoritmo SM-KAP, os quais possuem a capacidade de limitar o crescimento da estrutura criada pelas funções de kernels, tratando um dos maiores problemas que surge quando se utilizam algoritmos baseados em kernels. Os algoritmos baseados em kernels foram testados para predição de séries temporais. Também é realizada uma análise estatística do algoritmo SM-NKLMS. As simulações mostram que os algoritmos desenvolvidos superam os algoritmos lineares e não lineares convencionais tanto na velocidade de convergência quanto no erro médio quadrático atingido. / [en] In this dissertation, several data-selective adaptive signal processing algorithms are derived and investigated for solving two different problems. The first one involves scenarios handling sparse systems, where we introduce a framework in which a general penalty function is incorporated into the cost function for exploiting the sparsity of the model. Under this scope, we propose three algorithms with an adjustable penalty function, the first one based on the l1 - norm, which we term zero-attracting SM-NLMS with adjustable penalty function (ZA-SM-NLMS-ADP). The second algorithm is based on the log-sum penalty function and the third one on the l0 - norm, named reweighted ZASM- NLMS (RZA-SM-NLMS-ADP) and the exponential ZA-SM-NLMS (EZASM- NLMS-ADP), respectively. We also carry out a statistical analysis of the sparsity-aware SM-NLMS algorithms with a general penalty function, arriving at mathematical expressions for the mean-square error at steady state. The second problem addressed considers nonlinear adaptive algorithms based on kernel functions. In this context, we develop two data selective algorithms, the Set-Membership Normalized Kernel Least Mean Squares (SM-NKLMS) algorithm and the Set-Membership Kernel Affine Projection (SM-KAP) algorithm, which have the capability of naturally limiting the growing structure created by the kernels, dealing with one of the major problems presented when working with kernel algorithms. The kernel algorithms developed have been tested for a time series prediction task. A statistical analysis of the proposed SM-NKLMS algorithm is also developed. Simulation results show that the proposed algorithms, outperform standard linear and nonlinear adaptive algorithms in both convergence rate and steady state performance.

[pt] O objetivo deste trabalho é projetar e implementar um algoritmo eficiente, confiável e preciso para a interseção de superfícies triangulares que representam modelos geológicos complexos. A grandeza das coordenadas espaciais desses modelos, em contraste com o relativamente pequeno tamanho médio de seus elementos, levam a problemas numéricos que podem gerar modelos ruins ou a erros graves do modelador geométrico. Além disso, um alto nível de precisão é desejável para se evitar erros de modelagem que possam gerar acidentes no campo de exploração. Neste trabalho, é proposta uma solução para reduzir os problemas numéricos com o uso de algumas estratégias geométricas e da Aritmética Exata. Exemplos demonstram estes problemas de robustez e validam o algoritmo proposto. / [en] The goal of this work is to design and to develop an efficient, reliable, and accurate algorithm for the intersection of triangular surfaces that represent complex geological models. The wide range of these models coordinates in contrast with the relatively small average size of its elements lead up to numerical instability problems, which may generate bad models or crash the geometric modeler. Additionally, a high degree of precision is desired in the model to avoid accidents in the field of oil exploration. In this work, it is proposed a solution to reduce the numerical issues by the use of some geometrical strategies and the Exact Arithmetic. Examples are used to demonstrate these robustness problems and to validate the proposed algorithm.

[pt] Diversos problemas em engenharia, aprendizado de máquina e economia podem ser resolvidos através de Programação Semidefinida (SDP). Potenciais aplicações podem ser encontradas em telecomunicações, fluxo de potência e teoria dos jogos. Além disso, como SDP é uma subclasse de otimização convexa, temos uma série de propriedades e garantias que fazem da SDP uma tecnologia muito poderosa. Entretanto, dentre as diferentes subclasses de otimização convexa, SDP ainda permanece como uma das mais desafiadoras. Instancias de larga escala ainda não podem ser resolvidas pelos atuais softwares disponíveis. Nesse sentido, esta tese porpõe um novo algoritmo para resolver problemas de SDP. A principal contribuição deste novo algoritmo é explorar a propriedade de posto baixo presente em diversas instancias. A convergência desta nova metodologia é provada ao mostrar que o algoritmo proposto é um caso particular do Approximate Proximal Point Algorithm. Adicionalmente, as variáveis ótimas duais são disponibilizadas como uma consequência do algoritmo proposto. Além disso, disponibilizamos um software para resolver problemas de SDP, chamado ProxSDP. Três estudos de caso são utilizados para avaliar a performance do algoritmo proposto. / [en] Many problems of interest can be solved by means of Semidefinite Programming (SDP). The potential applications range from telecommunications, electrical power systems, game theory and many more fields. Additionally, the fact that SDP is a subclass of convex optimization brings a set of theoretical guarantees that makes SDP very appealing. However, among all sub-classes of convex optimization, SDP remains one of the most challenging in practice. State-of-the-art semidefinite programming solvers still do not efficiently solve large scale instances. In this regard, this thesis proposes a novel algorithm for solving SDP problems. The main contribution of this novel algorithm is to achieve a substantial speedup by exploiting the low-rank property inherent to several SDP problems. The convergence of the new methodology is proved by showing that the novel algorithm reduces to a particular case of the Approximated Proximal Point Algorithm. Along with the theoretical contributions, an open source numerical solver, called ProxSDP, is made available with this work. The performance of ProxSDP in comparison to state-of-the-art SDP solvers is evaluated on three case studies.

[pt] Uma maneira de localizar uma informação em uma base de dados grande e caótica como a Internet é utilizar um índice hierárquico que respeita alguma maneira de categorizar os dados. Exemplos desta hierarquia são os serviços de diretório, comuns em sites de busca. Porém, esta abordagem pode apresentar algumas desvantagens, como a necessidade de percorrer muitas páginas até chegar em uma informação muito acessada. Uma maneira de tratar este problema é o uso de hotlinks, hyperlinks adicionais que servem como atalho em uma busca. Estudamos algoritmos eficientes para atribuir hotlinks em um diretório web, de modo a reduzir o número máximo ou o número médio de acessos em uma busca. Fornecemos para o problema de minimização do número máximo de acessos um algoritmo (14/3)-aproximado e um algoritmo polinomial exato baseado em programação dinâmica. Por outro lado, para o problema de minimizar o número médio de acessos, adaptamos o algoritmo exato do problema anterior. Entretanto, este algoritmo adaptado é polinomial apenas para sites representados por árvores com altura O(log n). Por isso, introduzimos um parâmetro que permite ao usuário reduzir o tempo de execução em detrimento da qualidade da solução. Para este problema de minimizar o número médio de acessos, realizamos também experimentos comparando nosso algoritmo, um modelo em programação inteira, e alguns algoritmos propostos por outros autores. Introduzimos modificações práticas que melhoraram a performance do nosso algoritmo. / [en] An approach to search an information in a large and chaotic data base like the Internet is to use a hierarquical index regarding some categorization of the data. As an example, we have the web directories, usually found in search engines. However, this approach may have problems, as the need of visiting too many web pages to find a very accessed information. A way to address this problem is the use of hotlinks, which are hyperlinks added to the web site and used as shortcuts in a search. We studied efficient algorithms to assign hotlinks in web directories, in such a way to minimize the maximum or the average number of accesses to find an information. For the problem of minimizing the maximum number of accesses, we provide an (14/3)-approximation algorithm and an exact polinomial time algorithm based on dynamic programming. On the other hand, for the problem of minimizing the expected number of accesses, we adapted the previous exact algorithm. However, this adapted algorithm is polinomial only for web sites represented by trees with height O(log n). So, we introduce a parameter that allows the user to reduce the execution time under the cost of reducing the solution quality. For this problem of minimizing the expected number of accesses, we also made experiments comparing our algorithm, an integer programming model, and some algorithms proposed by other authors. We introduce pratical changes that improved the performance of our algorithm.

[pt] Um dos problemas mais antigos da computação gráfica tem sido a determinação de visibilidade. Vários algoritmos têm sido desenvolvidos para viabilizar modelos cada vez maiores e detalhados. Dentre estes algoritmos, destaca-se o frustum culling, cujo papel é remover objetos que não sejam visíveis ao observador. Esse algoritmo, muito comum em várias aplicações, vem sofrendo melhorias ao longo dos anos, a fim de acelerar ainda mais a sua execução. Apesar de ser tratado como um problema bem resolvido na computação gráfica, alguns pontos ainda podem ser aperfeiçoados, e novas formas de descarte desenvolvidas. No que se refere aos modelos massivos, necessita-se de algoritmos de alta performance, pois a quantidade de cálculos aumenta significativamente. Este trabalho objetiva avaliar o algoritmo de frustum culling e suas otimizações, com o propósito de obter o melhor algoritmo possível implementado em CPU, além de analisar a influência de cada uma de suas partes em modelos massivos. Com base nessa análise, novas técnicas de frustum culling serão desenvolvidas, utilizando o poder computacional da GPU (Graphics Processing Unit), e comparadas com o resultado obtido apenas pela CPU. Como resultado, será proposta uma forma de frustum culling híbrido, que tentará aproveitar o melhor da CPU e da GPU. / [en] The definition of visibility is a classical problem in Computer Graphics. Several algorithms have been developed to enable the visualization of huge and complex models. Among these algorithms, the frustum culling, which plays an important role in this area, is used to remove invisible objects by the observer. Besides being very usual in applications, this algorithm has been improved in order to accelerate its execution. Although being treated as a well-solved problem in Computer Graphics, some points can be enhanced yet, and new forms of culling may be disclosed as well. In massive models, for example, algorithms of high performance are required, since the calculus arises considerably. This work analyses the frustum culling algorithm and its optimizations, aiming to obtain the state-of-the-art algorithm implemented in CPU, as well as explains the influence of each of its steps in massive models. Based on this analysis, new GPU (Graphics Processing Unit) based frustum culling techniques will be developed and compared with the ones using only CPU. As a result, a hybrid frustum culling will be proposed, in order to achieve the best of CPU and GPU processing.

[pt] A existência de várias tecnologias para acesso a Internet é uma realidade dos nossos dias. Um subconjunto muito importante destas tecnologias, que segue em pleno desenvolvimento, é o das redes sem fio. Diante das alternativas tecnológicas e da demanda crescente por aplicações multimídia, de preferência com conexões do tipo AAA (Anyone Anywhere Anytime), a interoperação entre diferentes redes de acesso sem fio se torna bastante interessante. Seguindo esta tendência, o IEEE (Institute of Electrical and Eletronics Engineers) realizou a especificação de um protocolo que auxilia o processo de handover entre redes de diferentes tecnologias (handover vertical) chamado IEEE 802.21 conhecido também por MIH (Media Independent Handover). Esta dissertação apresenta um estudo sobre aspectos de gerência de mobilidade e do processo de handover vertical entre as tecnologias UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), WiMax (IEEE 802.16) e WiFi (802.11) através do protocolo IEEE 802.21. Nela, é confeccionada uma proposta teórica de um algoritmo de decisão de handover vertical entre redes sem fio locais e geograficamente distribuídas para uma topologia comumente encontrada atualmente. São realizadas, através do software ns2 (Network Simulator), simulações do handover vertical envolvendo as tecnologias referidas com o suporte do protocolo IEEE 802.21. Ao final, são feitas as análises e conclusões dos resultados obtidos. / [en] A variety of technologies to access the Internet is a reality today. An important subset of these technologies, which follows in full development, is the wireless networks. Given the technological alternatives and increasing demand for multimedia applications, preferably with connections AAA (Anyone Anywhere Anytime), interoperation between different wireless access networks is quite interesting. Following this trend, the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) held a protocol specification that helps the process of handover between networks of different technologies (vertical handover) called IEEE 802.21 also known as MIH (Media Independent Handover). This work presents a study on aspects of mobility management and vertical handover process between UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), WiMax (IEEE 802.16) and WiFi (802.11) technologies using IEEE 802.21 protocol. In it, there is a theoretical proposal of a decision algorithm for vertical handover between local and geographically distributed wireless networks to a topology commonly found today. Simulations involving vertical handover in these technologies, with the support of the IEEE 802.21 protocol, are performed using the software ns2 (Network Simulator). At the end, analyzes and conclusions of results are made.

[pt] Na área de Exploração e Produção (EeP) de petróleo, uma das tarefas mais importantes é o estudo minucioso das características do reservatório para a criação de modelos de simulação que representem adequadamente as suas características. Durante a vida produtiva de um reservatório, o seu modelo de simulação correspondente precisa ser ajustado periodicamente, pois a disponibilidade de um modelo adequado é fundamental para a obtenção de previsões acertadas acerca da produção, e isto impacta diretamente a tomada de decisões gerenciais. O ajuste das propriedades do modelo se traduz em um problema de otimização complexo, onde a quantidade de variáveis envolvidas cresce com o aumento do número de blocos que compõem a malha do modelo de simulação, exigindo muito esforço por parte do especialista. A disponibilidade de uma ferramenta computacional, que possa auxiliar o especialista em parte deste processo, pode ser de grande utilidade tanto para a obtenção de respostas mais rápidas, quanto para a tomada de decisões mais acertadas. Diante disto, este trabalho combina inteligência computacional através de Algoritmo Genético Co-Evolutivo com Geoestatística de Múltiplos Pontos, propondo e implementando uma arquitetura de otimização aplicada ao ajuste de propriedades de modelos de reservatórios. Esta arquitetura diferencia-se das tradicionais abordagens por ser capaz de otimizar, simultaneamente, mais de uma propriedade do modelo de simulação de reservatório. Utilizou-se também, processamento distribuído para explorar o poder computacional paralelo dos algoritmos genéticos. A arquitetura mostrou-se capaz de gerar modelos que ajustam adequadamente as curvas de produção, preservando a consistência e a continuidade geológica do reservatório obtendo, respectivamente, 98 por cento e 97 por cento de redução no erro de ajuste aos dados históricos e de previsão. Para os mapas de porosidade e de permeabilidade, as reduções nos erros foram de 79 por cento e 84 por cento, respectivamente. / [en] In the Exploration and Production (EeP) of oil, one of the most important tasks is the detailed study of the characteristics of the reservoir for the creation of simulation models that adequately represent their characteristics. During the productive life of a reservoir, its corresponding simulation model needs to be adjusted periodically because the availability of an appropriate model is crucial to obtain accurate predictions about the production, and this directly impacts the management decisions. The adjustment of the properties of the model is translated into a complex optimization problem, where the number of variables involved increases with the increase of the number of blocks that make up the mesh of the simulation model, requiring too much effort on the part of a specialist. The availability of a computational tool that can assist the specialist on part of this process can be very useful both for obtaining quicker responses, as for making better decisions. Thus, this work combines computational intelligence through Coevolutionary Genetic Algorithm with Multipoint Geostatistics, proposing and implementing an architecture optimization applied to the tuning properties of reservoir models. This architecture differs from traditional approaches to be able to optimize simultaneously more than one property of the reservoir simulation model. We used also distributed processing to explore the parallel computing power of genetic algorithms. The architecture was capable of generating models that adequately fit the curves of production, preserving the consistency and continuity of the geological reservoir obtaining, respectively, 98 percent and 97 percent of reduction in error of fit to the historical data and forecasting. For porosity and permeability maps, the reductions in errors were 79 percent and 84 percent, respectively.

[pt] Nesta dissertação é apresentado um framework para desenvolver critérios de split para lidar com atributos nominais multi-valorados em árvores de decisão. Critérios gerados por este framework podem ser implementados para rodar em tempo polinomial no número de classes e valores, com garantia teórica de produzir um split próximo do ótimo. Apresenta-se também um estudo experimental, utilizando datasets reais, onde o tempo de execução e acurácia de métodos oriundos do framework são avaliados. / [en] In this dissertation we propose a framework for designing splitting criteria for handling multi-valued nominal attributes for decision trees. Criteria derived from our framework can be implemented to run in polynomial time in the number of classes and values, with theoretical guarantee of producing a split that is close to the optimal one. We also present an experimental study, using real datasets, where the running time and accuracy of the methods obtained from the framework are evaluated.