[pt] Os sistemas de múltiplas antenas empregam diferentes técnicas de processamento de sinais em ambos extremos do sistema de comunicações para se beneficiar das múltiplas dimensões espaciais e transmitir para diversos usuarios usando os mesmos recursos de tempo e frequência. Desta forma, uma alta eficiência espectral pode ser atingida sem precisar de largura de banda extra. No entanto, o desempenho depende de uma estimativa do canal altamente precisa do lado do transmissor, a qual é denominada channel state information at the transmitter (CSIT). Se o valor estimado do canal for perfeito, o sistema consegue suprimir a interferência multiusuário (MUI), que é a principal responsável pela degradação do desempenho do sistema. Porém, supor uma estimativa perfeita é bastante otimista pois sistemas reais introduzem incerteza devido ao processo de estimação, a erros de quantização e a retardos próprios dos sistemas. Nesse contexto, a técnica conhecida como divisão de taxas ou rate splitting (RS) surge como uma ferramenta promissora para lidar com as imperfeições na estimativa do canal. RS divide os dados em um fluxo comum e vários fluxos privados e então sobrepõe o fluxo comum no topo dos fluxos privados. Esta tese propõe várias técnicas de processamento que aumentam ainda mais os benefícios dos sistemas RS. Neste trabalho, consideramos o downlink (DL) de um sistema de comunicações sem fio onde o transmissor envia mensagens independentes para cada usuário. A métrica usada para avaliar o desempenho do sistema é a soma das taxas ergódica (ESR). Diferente dos trabalhos convencionais em RS, consideramos que os terminais dos usuários estão equipados com múltiplas antenas. Isso nos permite implementar na recepção combinadores de fluxos que aumentem a taxa do fluxo comum. Aumentar esta taxa é um dos grandes problemas dos sistemas RS, uma vez que a taxa comum é limitada pelo pior usuário o que pode degradar fortemente o desempenho do sistema. Assim, três combinadores de fluxos diferentes são propostos e as expressões analíticas para calcular a soma das taxas são apresentadas. Os combinadores são derivados empregando-se os critérios Min-Max, MRC e MMSE. O critério Min-Max seleciona para cada usuário a melhor antena para decodificar o símbolo comum. O MRC visa maximizar o SNR ao decodificar o símbolo comum. Finalmente, o critério MMSE minimiza o quadrado da diferença entre o símbolo comum e o sinal recebido. Até o momento, RS foi considerado com precodificadores lineares. Devido a isto, neste trabalho investigamos o desempenho do RS com precodificadores não lineares. Para este fim, usamos diferentes tipos de precodificador Tomlinson-Harashima (THP) baseados nos precodificadores lineares ZF e MMSE. Em seguida, propomos um algoritmo multi-branch (MB) adequado para o RS-THP proposto. Este algoritmo cria vários padrões de transmissão e seleciona o melhor padrão para efetuar a transmissão. Esta técnica de préprocessamento aumentam ainda mais a soma das taxas obtida, uma vez que o desempenho do THP depende da ordem dos símbolos, porém também aumenta a complexidade computacional. Expressões analíticas para calcular a soma das taxas das técnicas propostas são derivadas por meio de análises estatísticas dos principais parâmetros. Finalmente, propomos quatro técnicas adaptativas diferentes de alocação de potência, as quais se caracterizam por sua baixa complexidade computacional. Duas destas técnicas são projetadas para sistemas SDMA convencionais, enquanto as outras duas são projetadas para sistemas RS. Um dos principais objetivos dos algoritmos propostos é realizar uma alocação de potência robusta capaz de lidar com os efeitos prejudicias das imperfeições no CSIT. É importante mencionar que a alocação de potência em sistemas RS é uma das tarefas mais importantes e deve ser realizada com extremo cuidado. Se a potência não for alocada corretamente, o desempenho do sistema RS será bastante degradado e as arquiteturas convencionais, como SDMA e NOMA, poderão ter um desempenho melhor. No entanto, a alocação de potência em sistemas RS precisa da solução de problemas complexos de otimização, o que aumenta o tempo gasto no processamento do sinal. Os algoritmos adaptativos propostos reduzem a complexidade computacional e são uma solução atrativa para aplicações práticas em sistemas de grande porte. / [en] Multiple-antenna systems employ different signal processing techniques at both ends of the communication to exploit the spatial dimensions and serve multiple users simultaneously in the same time-frequency domain. In this way, high spectral efficiency can be reached without the need of extra bandwidth. However, such gain depends on a highly accurate channel state information at the transmitter (CSIT). Perfect CSIT allows the system to suppress the multi user interference (MUI), which is the main responsible of the performance degradation. Nonetheless, assuming perfect CSIT is rather optimistic since the estimation procedure, quantization errors and delays of real system lead to CSIT uncertainties. In this context, rate splitting (RS) has arisen as a promising technique to deal with CSIT imperfections. Basically, RS splits the data into a common stream and private streams and then superimposes the common stream on top of the private streams. This thesis proposes several processing techniques which further enhance the benefits of RS systems. We consider the downlink (DL) of a wireless communications system, where the transmitter sends independent messages to each receiver. The ergodic sum rate (ESR) is adopted as the main metric to evaluate the performance of the system. Different from conventional RS works, we consider that the users are equipped with multiple antennas. This allows us to implement stream combiners for the common stream at the receivers. The implementations of the stream combiners improves the common rate performance, which is a major problem of RS systems since the common rate is limited by the performance of the worst user and can be heavily degraded. In this work, three different stream combiners are proposed along with analytical expressions to compute their sum rate performance. Specifically, the combiners are derived employing the min-max, maximum ratio combining (MRC), and minimum mean square error (MMSE) criteria. The min-max criterion selects at each user the best receive antenna to decode the common symbol. The MRC criterion aims at maximizing the SNR when decoding the common symbol. Finally, the MMSE criterion minimizes the squared difference between the common symbol and the received signal. So far, RS has been predominantly considered with channel inversiontype linear precoders. Therefore, this motivates us to investigate the performance of RS with non-linear precoders. For this purpose, we employ different architectures of the Tomlinson-Harashima precoder (THP) which are based on the zero-forcing (ZF) and MMSE precoders. We then propose a multi-branch (MB) algorithm for the proposed RS-THP, which creates several transmit patterns and selects the best for transmission. This pre-processing techniques further enhance the sum rate obtained since the performance of THP is dependent on the symbol ordering but also increases the computational complexity. Analytical expressions to calculate the sum rate of the proposed techniques are derived through statistical evaluation of key parameters. Finally, we propose four different adaptive power allocation techniques, which are characterized by their low computational complexity. Two of them are designed for conventional SDMA systems whereas the other two are intended for RS systems. One major objective of the proposed algorithms is to perform robust power allocation capable of dealing with the detrimental effects of imperfect CSIT. It is important to mention that power allocation in RS systems is one of the critical tasks that should be carefully performed. If the power is not properly allocated the performance of RS systems is heavily degraded and conventional architectures such as SDMA and NOMA could perform better. However, RS rely on solving complex optimization problems to perform power allocation, increasing the time and effort dedicated to signal processing. The proposed adaptive power allocation algorithms reduce the computational complexity and are an attractive solution for practical applications with large-scale systems.

[pt] As atividades de transporte aéreo devem ser fiscalizadas para garantir a adequação dos níveis de segurança e procedimentos operacionais, no Brasil essa atividade é realizada pela Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC). Diversos aeroportos devem ser fiscalizados e em cada um deles uma inspeção diferente pode ser necessária. Os inspetores estão alocados em centros da ANAC em diferentes estados e é importante que o custo dessa atividade de inspeção seja minimizado, respeitando as regras existentes. Nesse sentido, essa dissertação de mestrado propõe dois modelos matemáticos para alocação de agentes qualificados para a realização de missões de fiscalização no território brasileiro. O objetivo é a definição de quais colaboradores formarão cada equipe de fiscalização, minimizando o custo de deslocamento dos agentes. O modelo proposto nesse trabalho é multi-período, para o planejamento operacional quinzenal, com a definição do período que as atividades devem ocorrer, da equipe de inspetores multi-habilitados em atividades de inspeção, multi-origens e multi-destinos. A modelagem é feita no LINGO e em Julia com a utilização do pacote JuMP e dos solvers Gurobi e CPLEX. O Modelo 1 propõe uma reformulação de artigos da literatura e possui tempo de solução entre 2 e 25 vezes menor. O Modelo 2 leva em consideração aspectos não considerados até então no Modelo 1, além disso, dada a quantidade de variáveis de decisão, foi utilizada para resolução do modelo heurística baseada na geração de colunas com programação dinâmica, proposta pelo autor, capaz de reduzir em até 95 porcento a quantidade de variáveis de decisão. A heurística permitiu a obtenção de solução inteira em instâncias que não a obtiveram com o modelo completo. / [en] Air transport activities must be inspected to ensure the adequacy of safety levels and operating procedures, in Brazil this activity is carried out by the National Civil Aviation Agency (ANAC). Several airports must be inspected and at each airport a different inspection may be required. The inspectors are located in ANAC centers in different states and it is important that the cost of this inspection activity is minimized, respecting the existing rules. In this sense, this master s thesis proposes two mathematical models for the allocation of qualified workforce to carry out inspection missions in the Brazilian territory. The objective is to define which employees will form in each inspection team, minimizing the cost of displacement of agents. The model proposed in this work is multi-period, for fortnightly operational planning, with the definition of the period that the activities must occur, of a team of multiskilled inspectors in inspection activities, multi-sources and multi-destinations. Modeling is done in LINGO and Julia using the JuMP package and the solvers Gurobi and CPLEX. Model 1 proposes a reformulation of articles in the literature and has a solution time between 2 and 25 times shorter. The second model takes into account aspects not considered so far in Model 1, in addition, given the amount of decision variables, it was used to solve the heuristic model based on the generation of columns with dynamic programming, proposed by the author, capable of reducing by up to 95 percent the amount of decision variables. The heuristic allowed obtaining an integer solution in instances that did not have a solution with the complete model.

[pt] O trabalho Alocação de Custos pelo Uso do Sistema de Transmissão via Otimização Binível propõe uma nova abordagem para o problema de alocação de custos do sistema de transmissão, combinando os problemas de fluxo de potência e de cálculo das tarifas de transmissão, usualmente resolvidos separadamente, em um modelo de otimização binível. A proposta se baseia na multiplicidade de soluções viáveis para a alocação de custos através das componentes de fluxo. Tal conjunto viável de soluções existe devido às diferentes hipóteses que podem ser assumidas para calcular o caso base de fluxo de potência e para decompor os fluxos obtidos, atribuindo as componentes resultantes a geradores e demandas. Diante da diversidade de soluções, é proposto que seja escolhida àquela que atende de maneira ótima aos objetivos almejados pelo regulador e pelos usuários do sistema no que diz respeito à alocação de custos de transmissão. Devido à interdependência entre os problemas mencionados, tais objetivos são inseridos em um problema de otimização binível no qual o nível superior define o resultado de fluxo de potência, tendo como restrição o nível inferior que define o resultado de decomposição de fluxos e consequentemente de alocação de custos através de tarifas de transmissão. Neste trabalho, os objetivos representados no modelo de otimização proposto incluem dois pontos principais. O primeiro consiste em obter uma alocação que reflita os custos marginais de longo prazo (CMLP) do sistema. Assim, no nível superior, um modelo de fluxo de potência de pior caso maximiza os fluxos nas linhas de transmissão com o intuito de caracterizar a maior necessidade de investimentos na rede, e de refletir o CMLP. Já o segundo consiste em suavizar o valor das elevadas tarifas alocadas a usuários localizados em pontos desfavoráveis do sistema, e que não possuem flexibilidade para escolher seu ponto de instalação. É o caso, entre outros, dos geradores renováveis de grande porte do sistema brasileiro, instalados em pontos distantes dos grandes centros de demanda devido à disponibilidade geográfica do recurso renovável. Desta forma, no nível inferior, minimiza-se a amplitude tarifária do sistema, considerando restrições que mantém a coerência locacional da sinalização econômica das tarifas. O modelo proposto admite ainda limites máximo e mínimo de tarifas para garantir a suavização tarifária desejada, caso esta seja viável. De acordo com tais limites, a solução ótima do modelo binível proposto pode gerar três situações distintas: (i) os limites são restritos ao ponto tornar o problema inviável, (ii) os limites são tais que os dois níveis do problema são acoplados, ou (iii) os limites são menos restritos, e o resultado ótimo equivale à prática usual de resolver os dois níveis sequencialmente. Resultados numéricos são apresentados para um sistema didático de 6 barras e para o sistema IEEE 118 barras em diferentes configurações de demanda. / [en] The thesis Transmission Cost Allocation via Bilevel Optimization proposes a new approach to the transmission usage cost allocation problem, combining the power flow and tariff computation problems, usually solved separately, in a bilevel optimization model. The proposal is based on the multiplicity of feasible solutions to allocate costs by power flow components. Such a feasible set exists because of the different hypothesis that can be assumed to calculate the base case power flow, and to decompose the obtained power flows, assigning its components to generators and demands. Given the diversity of solutions, it is proposed that the chosen one should optimally meet the objectives specified by the system regulator and users concerning the costs allocation. Because of the interdependence between the mentioned problems, such objectives are inserted into a bilevel optimization problem in which the upper level defines the power flow results, having the lower level as a constraint that gives the power flow decomposition solution and, as a consequence, the cost allocation through tariffs assigned to generators and demands. In this work, the objectives represented in the optimization model include two main aspects. The first one is to obtain a cost allocation that reflects the system s long run marginal costs (LRMC). Thus, in the upper level, a worst-case power flow model maximizes the lines flows in order to characterize the base case that causes the greatest need for transmission investments, and reflects the LRMC. The second consists in smooth out the high tariffs assigned to users located at unfavorable regions of the system and that do not have the freedom to choose their location. This is the case, among others, of the renewable generators in the Brazilian transmission system that are part of the system expansion planning, and are placed far away from the load centers due to the geographic availability of the renewable resource. Hence, in the lower level, the transmission tariff amplitude is minimized considering constraints that ensure the locational coherence of the tariffs economic signals. Additionally, the proposed model admits upper and lower tariff bounds to ensure the desired tariff smooth, if it is feasible. Given these bounds in, the optimal solution of the proposed bilevel model can provide three different situations: (i) the limits are restricted to the point that the problem is infeasible, (ii) the limits are such that the levels are coupled, or (iii) the limits are less restricted, and the optimal solution is equivalent to the common practice of solve both levels sequentially. Numerical results are presented to a 6-bus didactic system and to the IEEE 118-bus system under different demand configurations.

[pt] O presente estudo aborda o planejamento operacional de lavra de minério de ferro com alocação dinâmica de caminhões, em um complexo de minas, no Estado do Pará. O objetivo é balancear as taxas de utilização dos recursos logísticos utilizados em operações de extração e transporte de minério de ferro, considerando aumento ou diminuição em suas unidades de uso. Inicialmente, é feita uma revisão da literatura que apresenta como a logística e seus componentes de desempenho se associam a produção de minério de ferro no estado, identificando as principais incertezas dos processos logísticos considerados, além de apresentar o problema operacional de lavra com alocação dinâmica de caminhões e técnicas de simulação e de otimização individualmente, ressaltando seu melhor desempenho em conjunto. Esta revisão respalda a fase de aplicação da Simulação-Otimização, que ocorre em um sistema dinâmico, estocástico e de eventos discretos. A análise consistiu no diagnóstico do sistema produtivo, avaliação dos relacionamentos entre os processos envolvidos, construção de um modelo de simulação a partir dos dados coletados e otimização, verificando-se seus outputs como origem dos cenários a serem propostos na nova simulação, para avaliar as potenciais modificações na utilização dos recursos. A Simulação- Otimização foi executada utilizando-se o pacote de simulação ProModel, que inclui um software de Otimização baseado em Algoritmos Genéticos, o SimRunner. Como resultado, o modelo de Simulação-Otimização foi construído para apoiar decisões estratégicas e operacionais da empresa em estudo, apresentando resultados satisfatórios para o balanceamento das taxas de utilização dos recursos logísticos envolvidos na operação. / [en] The present study highlights the operational mining planning of iron ore with dynamic allocation of trucks in a mining complex in the State of Pará. The goal is to balance the utilization rates of logistical resources used in mining operations and transportation of iron ore, considering the increase or decrease of the number of resources in use. Initially, a literature review presents how the logistics and its performance components are associated with the iron ore production in the State of Pará, identifying uncertainties on key logistics processes, also presenting the operational mining planning with dynamic allocation of trucks and techniques of simulation and optimization individually, highlighting the best setting when considered together. This review endorses the implementation of the Simulation-Optimization phase, which occurs in a dynamic, stochastic and discrete events system. The analysis consisted in the diagnosis of the production system, the evaluation of the relationships between the logistics processes involved, the construction of a simulation model based on the collected data and optimization, verifying their outputs as the source for the scenarios to be proposed in the new simulation to evaluate the potential changes in resource utilization. The Simulation-Optimization was performed using the ProModel simulation package, which includes an optimization software based on Genetic Algorithms, the SimRunner. As a result, the Simulation-Optimization model was built to support strategic and operational decisions of the studied company, presenting satisfactory results to balance the utilization rates of all logistical resources involved in the operation.

[pt] Com a implantação do novo modelo econômico nos sistemas de potência, a justa remuneração das empresas provedoras de serviços ancilares tem se tornado um assunto grande importância. O suporte de potência reativa, por se tratar também de um serviço ancilar, está inserido neste contexto. Desta forma, a factível identificação dos agentes beneficiários pelo suporte, bem como as proporções deste beneficiamento podem implicar em um mecanismo viável de remuneração para os custos de cada fonte provedora. Este trabalho apresenta um método de alocação de custos pelo suporte de potência reativa baseado nos princípios fundamentais da teoria de circuitos elétricos, buscando determinar a contribuição de potência reativa de cada fonte para cada barra de carga. Para isto, é sugerida uma modelagem de fontes de tensão, que permite levar em conta a natureza local da relação Q-V, proporcionando uma abordagem simples e clara do problema. Complementarmente é apresentado um método de alocação das perdas reativas em cada ramo de transmissão entre as fontes provedoras de potência reativa. Para validar o método proposto, são realizados testes em sistemas de potência de pequeno e médio porte, apresentado as parcelas de contribuição de cada fonte de potência reativa para cada carga, e adicionalmente para as perdas reativas em cada ramo de transmissão. Comparações são estabelecidas com um método existente, onde é constatado que o método proposto apresenta maior coerência com as propriedades elétricas dos sistemas de potência, destacando-se a verificação clara da natureza local do consumo de potência reativa. Em relação aos resultados da alocação de perdas reativas, verifica-se que o método serve como indicativo sobre o uso da rede de transmissão por parte de cada fonte de potência reativa. / [en] After implantation of power systems` new economic model, a fair remuneration strategy of ancillary services suppliers had became an important issue. Reactive power support is also an ancillary service, thus, it belongs to this context. Then, identification of service beneficiaries as well as the benefit proportions may take a feasible remuneration mechanism for each source. This work presents a reactive power support cost allocation method based on fundamental principles of circuit theory, where reactive power contribution from each source to each load is calculated. This method suggests a modeling of voltage sources, which takes into account the Q-V relationship, providing a simple and clear treatment of the problem. Additionally, a reactive loss allocation method to each branch is presented. To validate the proposed method, tests with small and medium size systems are realized. So, there are presented results of reactive power demand and transmission losses allocation into systems` sources. Comparisons with an existent method are established, when we can verify that the proposed method brings more coherence with the electrical properties of power systems and the local nature of reactive power consumption. In the other hand, results of reactive losses allocation can indicate the transmission network usage by each reactive power source.

[pt] Este trabalho apresenta um sistema multi-agente para negociação em leilões simultâneos de bens relacionados. A dissertação descreve a arquitetura multiagente, como também a análise e desenvolvimento de estratégias para negociação em leilões simultâneos, onde são desejados bens relacionados, em contrapartida com bens isolados. Alguns problemas bem conhecidos em negociação foram identificados no projeto da arquitetura do sistema, tais como predição de preços, alocação de bens, tomadas de decisão, raciocínio sob incerteza e segmentação de demanda. Cada agente que compõe o sistema trata um destes subproblemas. Isto torna possível a aplicação de diferentes técnicas de computação para resolver os subproblemas separadamente e depois combinar as soluções. Utilizou-se o Trading Agent Competition (TAC) para exemplificar as técnicas examinadas. O TAC foi escolhido para testar as heurísticas desenvolvidas por apresentar um conjunto de características que se enquadram adequadamente no domínio em exame. Cada heurística desenvolvida foi testada e seus resultados comparados com edições anteriores do TAC. O sistema multi- agente apresentou uma boa performance em cenários competitivos testados usando o servidor TAC. / [en] This work presents a multi-agent system to trade in simultaneous auctions of related goods. The dissertation describes the multi-agent architecture, and also the analysis and development of strategies for trading in simultaneous auctions, where the purchase of combined goods is required. Some well known problems in trading were identified in order to design the architecture, such as price prediction, good allocation, decision making, reasoning under uncertainty, and demand segmentation. Each agent that composes the system is concerned with one of those trading subproblems. This makes possible to apply different computational techniques to separately solve the subproblems and then combine the solutions. The Trading Agent Competition (TAC) is used to illustrate our approach. TAC was chosen to test the developed heuristics since it presents a set of characteristics that adequately fits the problem domain. Each heurist developed was tested and had its results compared to TAC previous editions. Finally, the system shows a high performance on very competitive scenarios tested by using the TAC server environment.

[pt] A alocação de ativos é uma das mais importantes decisões financeiras para investidores. No entanto, as decisões humanas não são totalmente racionais. Sabemos que as pessoas cometem muitos erros sistemáticos como, excesso de confiança, aversão à perda irracional e mau uso da informação entre outros. Nesta tese desenvolvemos duas metodologias distintas para enfrentar esse problema. A primeira abordagem é qualitativa, utiliza o modelo de Black-Litterman e tenta mapear a visão que o investidor tem do mercado. Esse método tenta mitigar a irracionalidade na tomada de decisão tornando mais fácil para um investidor demonstrar suas preferências em relação aos ativos. Black e Litterman desenvolveram um método para otimização de carteiras com a proposta de melhorar o modelo Markowitz, utilizando a construção de visões para representar a opinião do investidor sobre o futuro. No entanto, a forma de construir essas visões é bastante confusa e exige que o investidor estime vários parâmetros que são subjetivos. Assim, propomos uma nova forma de criar essas visões, utilizando Análise Verbal de Decisão. A segunda pesquisa envolve métodos quantitativos para resolver o problema de alocação de ativos com múltiplos estágios com premissas mais realistas. Embora a Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE) seja uma técnica promissora para a solução de problemas de grande porte, não é adequada para o problema de alocação de ativos devido à dependência temporal associada aos retornos dos ativos. PDDE assume que o processo estocástico tem independência por estágio assegurando uma função única de custo futuro para cada estágio. No problema de alocação de ativos, a dependência do tempo é tipicamente não-linear e no lado esquerdo, o que torna PDDE tradicional não aplicável. Propomos uma variação do PDDE usando modelo oculto de Markov com estados discretos para resolver problemas reais de alocação de ativos com múltiplos períodos e dependência no tempo. Ambas as abordagens foram testadas em dados reais e empiricamente analisadas. As principais contribuições são as metodologia desenvolvidas para simplificar a construção de portfólios e para resolver o problema de alocação de ativos com múltiplos estágios. / [en] Asset allocation is one of the most important financial decisions made by investors. However, human decisions are not fully rational, and people make several systematic mistakes due to overconfidence, irrational loss aversion and misuse of information, among others. In this thesis, we developed two distinct methodologies to tackle this problem. The first approach has a more qualitative view, trying to map the investor s vision of the market. It tries to mitigate irrationality in decision-making by making it easier for an investor to demonstrate his/her preferences for specirfic assets. This first research uses the Black-Litterman model to construct portfolios. Black and Litterman developed a method for portfolio optimization as an improvement over the Markowitz model. They suggested the construction of views to represent an investor s opinion about future stocks returns. However, constructing these views has proven difficult, as it requires the investor to quantify several subjective parameters. This work investigates a new way of creating these views by using Verbal Decision Analysis. The second research focuses on quantitative methods to solve the multistage asset allocation problem. More specifically, it modifies the Stochastic Dynamic Dual Programming (SDDP) method to consider real asset allocation models. Although SDDP is a consolidated solution technique for large-scale problems, it is not suitable for asset allocation problems due to the temporal dependence of returns. Indeed, SDDP assumes a stagewise independence of the random process assuring a unique cost-to-go function for each time stage. For the asset allocation problem, time dependency is typically nonlinear and on the left-hand side, which makes traditional SDDP inapplicable. This thesis proposes an SDDP variation to solve real asset allocation problems for multiple periods, by modeling time dependence as a Hidden Markov Model with concealed discrete states. Both approaches were tested in real data and empirically analyzed. The contributions of this thesis are the methodology to simplify portfolio construction and the methods to solve real multistage stochastic asset allocation problems.

[pt] Este trabalho propõe um modelo de previsão de matrizes de covariância realizada de altíssima dimensão, com aplicação para os componentes do índice S e P 500. Para lidar com o altíssimo número de parâmetros (maldição da dimensionalidade), propõe-se a decomposição da matriz de covariância de retornos por meio do uso de um modelo de fatores padrão (e.g. tamanho, valor, investimento) e uso de restrições setoriais na matriz de covariância residual. O modelo restrito é estimado usando uma especificação de vetores auto regressivos heterogêneos (VHAR) estimados com LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator). O uso da metodologia proposta melhora a precisão de previsão em relação a benchmarks padrões e leva a melhores estimativas de portfólios de menor variância. / [en] We propose a model to forecast very large realized covariance matrices of returns, applying it to the constituents of the S and P 500 on a daily basis. To deal with the curse of dimensionality, we decompose the return covariance matrix using standard firm-level factors (e.g. size, value, profitability) and use sectoral restrictions in the residual covariance matrix. This restricted model is then estimated using Vector Heterogeneous Autoregressive (VHAR) models estimated with the Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO). Our methodology improves forecasting precision relative to standard benchmarks and leads to better estimates of the minimum variance portfolios.

[pt] O problema de como alocar ativos de forma eficiente tem sido uma das questões fundamentais em Finanças. Uma das mudanças recentes no mercado brasileiro tem sido o crescimento dos fundos de Contribuição Definida, seguindo a tendência observada em outros mercados. Entretanto, ao focalizar decisões de investimento sob o ponto de vista do investidor individual, surge a necessidade de incluir a tributação no processo de alocação de carteiras. Neste contexto, este trabalho analisa a decisão de alocação e localização preferencial para as classes de ativos, em veículos de investimento com tributação convencional, ou com diferimento de imposto, mediante a legislação local. O investidor possui dois tipos de riqueza, seu capital financeiro acumulado, e o capital humano, representado pela capacidade de gerar rendimentos futuros. A solução é obtida por alocação multiperiódica de recursos, seguindo o critério de maximização da utilidade esperada da riqueza final. Face à eficiência tributária dos fundos mútuos de ações domésticos, estes podem ser priorizados na localização externa aos planos com tributação diferida, coerente com resultados recentes para o mercado americano. Contudo, se existem diferenças nas rentabilidades das classes de ativos, nos distintos veículos de investimentos, aquela localização prioritária pode mudar, pelo menos para aplicações com objetivos a serem atingidos em prazos reduzidos. / [en] The question of how to allocate assets efficiently has been one of the central issues in Finance. As perceived in other markets, one of the recent trends in the Brazilian market has been the growth of Defined Contribution Funds. However, when focusing on investment decisions for individual investors, taxes must be taken into account. In this context, the asset allocation and location is solved for brazilian assets, when the investor has to save in both investment vehicles with conventional, and deferred taxation, according to the local rules. The investor has two kinds of wealth, the accumulated financial wealth, and the human capital, representing the cash-flows that can be produced in the future. The solution is obtained through multi-period asset allocation, for an investor maximizing the expected utility of terminal wealth. Due to the tax efficiency of domestic equity mutual funds, stocks should have preferential location outside the deferred account, in accordance with recent results for the american market. However, if there are performance differences among the asset classes, within distinct investment vehicles, that preferred location may change, at least for short term investment objectives.

[pt] A constante procura por desenvolvimento sustentável tem originado a criação de novas técnicas de avaliação dos custos ambientais nos sistemas de produção. Atualmente a produção de óleos lubrificantes está sendo ambientalmente avaliada devido aos grandes impactos ambientais gerados pela produção, utilização e disposição final dos óleos de base mineral. Como alternativa para os óleos de bases minerais vem-se estudando a substituição por óleos oriundos de bases animais e vegetais, os quais apresentam melhores características ambientais. Este trabalho teve por objetivo realizar uma análise de ciclo de vida simplificada (berço-porta) das fases de produção de 1 kg de óleo de base mineral e 1 kg de óleo de base de óleo de jatropha com a utilização de uma análise de sensibilidade. A comparação para a obtenção dos dados foi realizada nos mesmos cenários de produção tanto para os óleos lubrificantes de base de jatropha quanto para os óleos lubrificantes de base mineral. Os resultados nestes cenários indicaram que na produção do óleo de jatropha, o potencial de aquecimento global foi 1,01 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral; o potencial de eutrofização de água foi 2,06E-04 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral; o potencial de toxicidade humana foi 0,08 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral e o potencial de depleção de água foi 1,33E-01 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral. No cenário base da produção do óleo mineral, o potencial de depleção de combustíveis fósseis foi 0,70 kg maior do que o cenário base da produção do óleo de jatropha. Entretanto, no contexto desta modelagem deve-se ainda levar em consideração outros parâmetros, como os relacionados às limitações geográficas, pois algumas discrepâncias nas análises do ciclo de vida dos óleos podem ocorrer. / [en] The continuously effort to reach the sustainable development has led to the creation of new techniques for assess environmental costs of the production systems. Nowadays the production of mineral oil base lubricants is assessed due to the large environmental impacts generated in their production, use and final disposal. As alternatives to the substitution of mineral oil base lubricants, vegetable oil base lubricants have been studied and used because their environmental characteristics. Hence, this study focused on execute a simplified LCA (cradle-to-gate analysis) for the production phase of 1 kg of mineral base oil and 1 kg of jatropha base oil trough a sensitivity analysis. The comparison for both oil bases was performed under the same production scenarios. Results shown that the jatropha base oil production scenario presented 1,01 kg more than the base mineral oil production scenario; the fresh water eutrophication potential had 2,06E-04 kg more than the base mineral oil scenario; the human toxicity potential presented 0,08 kg more than the base mineral oil scenario; the water depletion potential showed 1,33E-01 kg more than the base mineral oil scenario. On the mineral base oil production scenario, the fossil depletion potential shown 0,70 kg more than the base jatropha oil production scenario. However, it had to still take in consideration parameters such as geographic limitations, due to some discrepancies in the life cycle assessment of oils can occur.