[pt] A matriz brasileira de transporte retrata a dominância rodoviária sobre os demais modais, na movimentação de cargas no país. O aumento da eficiência operacional e redução de custos é fator que pode elevar a participação e competitividade dos trens nesse contexto. A aplicação de técnicas de otimização no processo de dimensionamento e planejamento operacional da frota de locomotivas possui grande potencial de economia de recursos, principalmente devido aos seus elevados custos de aquisição e manutenção. O presente trabalho apresenta uma metodologia para obtenção de uma solução exata para um horizonte mensal de planejamento, aproveitando se do caráter cíclico da grade de formação dos trens de carga geral, para definir o tamanho ótimo da frota necessário ao seu adequado funcionamento. A metodologia, implementada em linguagem Python e aplicada em um cenário de uma grade conhecida, teve sua frota resultante comparada com o dimensionamento manual realizado em uma concessionária brasileira e foi capaz de indicar a redução de 2 locomotivas no planejamento de frota. Associada a esta redução, a economia de capital estimada seria entre 400 mil reais e 20 milhões de reais, para o cenário conservador de economia dos gastos de manutenção e para o cenário mais otimista evitando a aquisição de novas locomotivas. Além da redução de frota e aumento na competitividade tarifária dos trens de carga geral, a metodologia cria, por meio de critérios científicos, diretrizes objetivas para o processo de dimensionamento e planejamento da frota de locomotivas, em substituição ao processo empírico atualmente aplicado na referida concessionária. / [en] The Brazilian transport matrix presents the road dominance over other modes in the movement of cargo in the country. The increase in operational efficiency and cost reduction is a factor that can increase the participation and competitiveness of trains in this context. The application of optimi zation techniques in the process of dimensioning and operational planning of the locomotive fleet has great potential for saving resources, mainly due to its high acquisition and maintenance costs. This work presents a methodology to obtain an exact soluti on for a monthly planning horizon, taking advantage of the cyclical character of the general freight trains timetables and defining the optimum fleet size necessary for its proper functioning. The methodology, implemented in Python language and applied in a scenario of a defined timetable had its resulting fleet compared with the manual sizing process carried out in a Brazilian dealership and was able to indicate the reduction of 2 locomotives in the fleet planning. Associated with this reduction, the est imated capital savings would be between 400 thousand reais and 20 million reais, for the conservative scenario of savings in maintenance costs and for the more optimistic scenario avoiding the acquisition of new locomotives. In addition to reducing the fleet and increasing the tariff competitiveness of general freight trains, the methodology creates, through scientific criteria, objective guidelines for the process of dimensioning and planning the locomotive fleet, replacing the empirical process currently applied in the aforementioned concessionaire.

[pt] A Petrobras, maior empresa de óleo e gás do Brasil e uma das maiores do mundo, possui mais de 94 porcento da sua produção proveniente de campos offshore. Na região Sudeste o transporte dos trabalhadores para as unidades marítimas de exploração e produção é realizado por modal aéreo, através de helicópteros afretados de médio a grande porte. Para atender ao grande número de voos, a Petrobras possui uma central de planejamento e programação de voos, cujo objetivo é construir escalas de atendimento eficientes, em relação ao uso de recursos e ao nível de serviço. Um dos desafios enfrentados é gerar, manualmente, programações dos voos em situações de ruptura do atendimento, como por exemplo quando ocorre interrupção de pousos e decolagens devido a condições meteorológicas adversas (exigindo que os voos sejam programados para horários posteriores aos previamente planejados). Nessa dissertação de mestrado, é proposta uma abordagem de programação estocástica para gerar a programação de voos offshore ótima do ponto de vista do nível de serviço, reduzindo os atrasos esperados nos voos. Considerando a característica combinatória dos problemas de agendamento, utilizou-se o método de Aproximação pela Média Amostral (SAA) para gerar os cenários do modelo de programação estocástica. Um modelo de Simulação de Eventos Discretos também foi desenvolvido para avaliar o nível de serviço das programações de voos geradas. Os resultados numéricos indicam que a abordagem estocástica pode reduzir atrasos imprevisíveis, que causam grande impacto nos passageiros e na cadeia de suprimentos. / [en] Petrobras, the largest oil and gas company in Brazil and one of the largest in the world, has more than 94 percent of its production from offshore fields. In the Southeast region, workers are transported to offshore exploration and production units by air, using medium size to large size chartered helicopters. To serve the large number of flights, Petrobras has a flight planning and scheduling center, with the objective of building efficient service scales, related to the use of resources and the level of service. One of the challenges faced is to generate, manually, flight schedules in situations of disruption of service, such as when there is an interruption of landings and takeoffs due to adverse weather conditions (requiring that flights be scheduled for times after those previously planned). In this master s thesis, a stochastic programming approach is proposed to generate the optimal offshore flight schedule from the service level point of view, reducing expected flight delays. Considering the combinatorial characteristic of scheduling problems, the Sample Average Approximation (SAA) method was used to generate the scenarios of the stochastic programming model. A Discrete Event Simulation model was also developed to evaluate the service level of the generated flight schedules. The numerical results indicate that the stochastic approach can reduce unpredictable delays, which have a major impact on passengers and the supply chain.

[pt] Tradicionalmente, os testes de formação em poços de petróleo buscam caracterizar o campo de permeabilidades a partir da interpretação dos transientes de pressão (PTA) nos períodos de fluxo e estática baseados em modelos isotérmicos de escoamento em meios porosos. Com o avanço da instrumentação dos testes, registros mais precisos de temperatura passaram a estar disponíveis e fomentaram a pesquisa baseada em modelos não isotérmicos que possibilitaram a análise a partir dos transientes de temperatura (TTA). Além da caracterização de parâmetros do reservatório como permeabilidade e porosidade com a interpretação dos transientes de temperatura, os dados de pressão obtidos a partir de um modelo não isotérmico representa de forma mais fidedigna o fenômeno físico sobretudo quando os testes são submetidos a maiores diferenciais de pressão. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um simulador para teste de formação que considera a modelagem não isotérmica de reservatório unidimensional radial acoplado a um poço produtor e na utilização deste simulador, associado a métodos de otimização multivariável, para resolução do problema inverso da caracterização de parâmetros do reservatório. Alguns métodos de otimização foram testados e o algoritmo do Simplex de Nelder-Mead apresentou melhor eficácia. Foram estabelecidos três tipos de problemas e utilizados em três casos hipotéticos considerando inclusive a imposição artificial de ruídos nos sinais de pressão e temperatura utilizados para resolução do problema inverso. / [en] Traditionally, oil well formation tests aim to characterize the reservoir permeability field from pressure transient analysis (PTA) of drawdown and build up based on isothermal flow models in porous media. With the advancement of well test instrumentation, more accurate temperature records became available and have encouraged researches based on non-isothermal models that made possible the temperature transient analysis (TTA). In addition to the characterization of reservoir parameters such as permeability and porosity by TTA, the pressure data obtained from a non-isothermal model represent better the physical phenomenon, especially when the tests are subjected to greater drawdowns. This work consists in the development of a simulator for formation test that considers non-isothermal modeling of a unidimensional radial reservoir coupled to a production well and in the use of this simulator, associated with multivariable optimization methods, to solve the inverse problem of reservoir parameters characterization. Some optimization methods were tested and the Nelder-Mead Simplex algorithm presented better efficiency. Three types of problems were established and used in three hypothetical cases, including artificially imposed noise in pressure and temperature signals used to solve the inverse problem.

[pt] Os sistemas de inferência fuzzy são técnicas de aprendizado de máquina que possuem a capacidade de modelar incertezas matematicamente. Eles são divididos em sistemas de inferências fuzzy tipo-1 e fuzzy tipo-2. O sistema de inferência fuzzy tipo-1 vem sendo amplamente aplicado na solução de diversos problemas referentes ao aprendizado de máquina, tais como, controle, classificação, clusterização, previsão, dentre outros. No entanto, por apresentar uma melhor modelagem matemática das incertezas, o sistema de inferência fuzzy tipo-2 vem ganhando destaque ao longo dos anos. Esta melhora modelagem vem também acompanhada de um aumento do esforço matemático e computacional. Visando reduzir tais pontos para solucionar problemas de classificação, este trabalho apresenta o desenvolvimento e a comparação de duas funções de pertinência Gaussiana para um sistema de inferência fuzzy tipo-2 intervalar usando o método superior e inferior. São utilizadas as funções de pertinência Gaussiana com incerteza na média e com incerteza no desvio padrão. Ambos os modelos fuzzy abordados neste trabalho são treinados por algoritmos baseados em informações de primeira ordem. Além disso, este trabalho propõe a extensão dos modelos fuzzy tipo-2 intervalar para apresentarem múltiplas saídas, reduzindo significativamente o custo computacional na solução de problemas de classificação multiclasse. Finalmente, visando contextualizar a utilização desses modelos em aplicações de engenharia mecânica, este trabalho apresenta a solução de um problema de detecção de falhas em turbinas a gás, utilizadas em aeronaves. / [en] Fuzzy logic systems are machine learning techniques that can model mathematically uncertainties. They are divided into type-1 fuzzy, and type-2 fuzzy logic systems. The type-1 fuzzy logic system has been widely applied to solve several problems related to machine learning, such as control, classification, clustering, prediction, among others. However, as it presents a better mathematical modeling of uncertainties, the type-2 fuzzy logic system has received much attention over the years. This modeling improvement is also accompanied by an increase in mathematical and computational effort. Aiming to reduce these issues to solve classification problems, this work presents the development and comparison of two Gaussian membership functions for a type-2 interval fuzzy logic system using the upper and lower method. Gaussian membership functions with uncertainty in the mean and with uncertainty in the standard deviation are used. Both fuzzy models covered in this work are trained by algorithms based on first order information. Furthermore, this work proposes the extension of interval type-2 fuzzy models to present multiple outputs, significantly reducing the computational cost in solving multiclass classification problems. Finally, aiming to contextualize the use of these models in mechanical engineering applications, this work presents the solution of a problem of fault detection in aircraft gas turbines.

[pt] A otimização combinatória (OC) está presente em inúmeras aplicações práticas (por exemplo, planejamento de produção, logística, etc.). Ao longo dos anos, OC e aprendizado de máquina (AM) surgiram, juntas, como uma área prospectiva de pesquisa para melhorar processos de tomada de decisão. Nesse contexto, há interesse em utilizar algoritmos de AM para melhorar métodos de OC. Por outro lado, como muitas tarefas de AM podem ser reformuladas como problemas de otimização, há um amplo interesse em utilizar métodos de OC para resolver esses problemas. Nesta tese, três estudos que conectam OC e AM em torno de duas aplicações importantes são conduzidos: o problema de roteamento de veículos capacitado (PRVC) e máquinas de vetores de suporte com perda em margem rígida (SVM-HML – do inglês support vector machines with hard-margin loss). No primeiro estudo, uma estratégia para explorar vizinhanças de busca local de alta ordem por mineração de padrões em duas meta-heurísticas estado da arte para o PRVC é proposta. Em um segundo estudo, também no contexto do PRVC, critérios de relacionamento para nós de clientes baseados em saídas de redes neurais em grafos são explorados. Com base nessas saídas, medidas de relação podem ser exploradas para orientar a busca local e estender operadores de cruzamento em um algoritmo genético estado da arte. Por fim, no terceiro estudo, uma abordagem eficiente de programação inteira mista baseada em cortes combinatórios de Benders e estratégias de amostragem são utilizadas para treinar modelos de SVM-HML de maneira mais eficiente. / [en] Combinatorial optimization (CO) is ubiquitous in myriad practical applications (e.g., production planning, scheduling, logistics, etc.). Over the years, CO and machine learning (ML) have emerged, together, as a prospective area of research for improving decision-making processes. There is interest to harness ML algorithms to improve existing CO methods. Conversely, since many ML tasks can be reformulated as optimization problems, there is broad interest in leveraging state-of-the-art CO methods for them. In this thesis, we conduct three studies that connect CO and ML around two important applications: the capacitated vehicle routing problem (CVRP) and support vector machines with hard-margin loss (SVM-HML). Our first study proposes a strategy to explore high-order local-search neighborhoods by pattern mining into two state-of-the-art metaheuristics for the CVRP. In a second study, also in the context of the CVRP, we exploit relatedness criteria for customer nodes using predictions from graph neural networks. We show that relatedness measures can be exploited to steer local search and extend crossover operators in a stateof- the-art genetic algorithm. Lastly, in a third study, we propose an efficient mixed-integer programming approach based on Combinatorial Benders cuts and sampling strategies for optimally training the SVM-HML.

[pt] Narrativas acerca de intervenções de infraestrutura e de segurança nas favelas do Rio de Janeiro são construídas em torno da chegada do Estado onde ele supostamente estava ausente com o objetivo de resolver o problema favela, tanto em termos da dita informalidade e precariedade, quanto em termos da suposta marginalidade dos seus habitantes, e integrálas ao restante da cidade como forma de superar a cidade partida. A concretude de sucessivas intervenções de infraestrutura e as frequentes intervenções de segurança, no entanto, permitem o questionamento desse mito da ausência do Estado nas favelas, enquanto a proximidade geográfica entre favela e asfalto, a circulação do espaço e a mão de obra que sustenta as relações na cidade empreendidas por seus moradores, e toda a sua vibrante produção social e cultural permitem o questionamento do mito da cidade partida. A principal pergunta que se coloca, portanto, é como o Estado brasileiro atua sobre esses espaços e corpos onde tradicionalmente é visto como ausente e frágil. Para tal, o presente trabalho partirá da literatura de Relações Internacionais para entender a relação entre discursos de falência, fragilidade, desordem e práticas específicas de intervenção e reconstrução no âmbito global (a partir dos conceitos de Estado falido, peacebuilding e nexo segurança-desenvolvimento), passando por uma literatura que mobiliza esses conceitos para pensar o urbano, pensar a cidade como um problema e suas possíveis soluções (em termos de peacebuilding urbano, cidades frágeis, urbanismo militar). Então, a partir da literatura brasileira especializada em favelas, questionará a construção da favela enquanto problema e as soluções articuladas por meio de formas específicas de presença do Estado, de forma a repactuar o problema como sendo um problema da atuação seletiva e imperfeita, muitas vezes racista, do Estado nesses espaços. Finalmente, a partir das contribuições e insuficiências dos conceitos e literaturas anteriores, o trabalho refletirá como as intervenções estatais, com foco em intervenções de infraestrutura e segurança, materializam-se especificamente no Complexo da Maré, reproduzindo exclusões e desigualdades, e como os moradores e organizações locais resistem a elas. / [en] Narratives about infrastructure and security interventions in Rio de Janeiro favelas are often built around the arrival of the State in places where it was supposedly absent, aiming at resolving the favela problem, both in terms of their informality and precariousness, and in terms of the marginality and criminality, and at integrating them with the formal neighborhoods so as to overcome the divided city. The concrete reality of successive infrastructure and security interventions, however, allows us to question the myth of State absence in favelas, whereas the territorial proximity between favelas and the rest of the city, their residents labor and circulation across the city and their vibrant social and cultural production allow us to question the myth of the divided city. Therefore, the main question posed is how the Brazilian State acts upon these spaces and bodies where it is traditionally seen as fragile and absent. With this aim, the presente work mobilizes International Relations literature to understand the relation between failure, fragility, disorder and practices of intervention in the global realm (which involves concepts such as failed State, peacebuilding and security-development nexus), and also literatures which mobilize such concepts in order to understand the urban realm, to understand cities as problems and their solutions (in terms of urban peacebuilding, fragile cities, military urbanism). Then, departing from a favela-focused Brazilian literature, the work questions the myth of the favela problem and also the solutions which are articulated in terms of specific forms of state presence, so as to reframe the problem as a problem of selective and imperfect, often racist, state actions. Finally, building upon those literatures contributions and limitations, the work reflects upon how state interventions, especially insfrastructure and security interventions, materialize in Complexo da Maré, reproducing exclusion and inequality, and how residents and local organizations resist those interventions.

[pt] Estudamos duas classes de equações diferenciais parciais, nomeadamente: uma equação de transferência radiativa e uma equação do calor duplamente não-linear. O primeiro modelo envolve uma equação não-local, na presença de um operador de espalhamento. Estuda-se a boa colocação do problema no semi-plano, no regime peaked. Prova-se um lema de averaging, que produz regularidade interior para o problema, além de regularização fracionária para as derivadas temporais da solução. O segundo conjunto de resultados da tese trata de uma equação de Trudinger com graus de não-linearidade distintos. Aproxima-se este problema pela p-equação do calor e importa-se regularidade da última para a primeira. Como consequência, mostra-se um resultado de regularidade melhorada no contexto não homogêneo. / [en] We consider two classes of partial differential equations. Namely: the radiative transfer equation and a doubly nonlinear model. The former concerns a nonlocal problema, driven by a scattering operator. We study the well-posedness of solutions in the peaked regime, for the half-space. A new averaging lemma yields interior regularity for the solutions and improved fractional regularization for the time derivatives. The second model we examine is a Trudinger equation with distinct nonlinearities degrees. Inspired by ideas launched by L. Caffarelli, we resort to approximation methods and prove improved regularity results for the solutions. The strategy is to relate our equation with p-caloric functions.

[pt] Esta pesquisa de tese teve como objetivo explorar a análise de mídias sociais, especialmente as disponíveis em comunidades online de sites de redes sociais, a fim de realizar estudos sociais sobre questões de saúde. Com base em uma abordagem prática foi definido um processo para realizar esses estudos. Este processo contou com ferramentas computacionais adaptados para fornecer apoio em tarefas específicas, tais como recuperação de conteúdo, seleção e análise. Duas ferramentas que se destacam são apresentadas por causa de sua utilidade e a complexidade do processo em que a sua construção se baseou. Para o benefício da análise de comunidades online, o Mapa de Associação de Comunidades é um processo desenvolvido para apoiar especialistas em compreender os interesses dos usuários com base em suas associações dentro de suas comunidades. A outra ferramenta visa auxiliar analistas a selecionar discussões de fóruns online a serem analisados manualmente com técnicas de pesquisa qualitativa, por exemplo, análise de conteúdo e do discurso. Esta ferramenta, TorchSR, foi criada baseada em aprendizado de máquina não supervisionado, usando agrupamento hierárquico, para dar suporte na resolução do problema de seleção de conteúdo. Um estudo de caso exploratório mostra que esta ferramenta ajuda na resolução do problema. O processo proposto foi utilizado em dois estudos sobre questões relevantes de saúde (hepatite C e o abuso de drogas), que resultou em descobertas relevantes sobre saúde pública. Em conclusão, este trabalho apresenta a aplicação prática de ciência social computacional no campo da saúde, através do desenvolvimento de um processo e ferramentas utilizadas para apoiar os analistas e melhorar a sua aplicação. / [en] This research thesis is aiming to exploit valuable social media, especially those available in online communities of social network sites, in order to perform social studies about healthcare issues. Based on a practical approach, a process was defined to conduct such studies. This process relied on tailored computational tools to provide support for specific tasks such as contente retrieval, selection, and analysis. Two tools that stand out are presented because of their utility and the complexity of the process in which their development was based on. The first tool, for the benefit of online community analysis, is the Community Association Map, a process developed to support experts in understanding users’ interests based on their associations within their communities. Our second tool (TorchSR) aims to aid analysts in the selection of discussions from online forums to be manually analyzed by (qualitative) research techniques (e.g. content and discourse analysis). This task, which was defined as solving the content selection problem, was tackled with a tool based on unsupervised machine learning techniques, such as hierarchical clustering. An exploratory study case shows that TorchSR helps analysts in dealing with the problem. The proposed process was employed in two studies about relevant healthcare issues (i.e. hepatitis C and drug abuse) which resulted in interesting findings in the field of public health. In conclusion, this thesis presents a practical application of computational social science to the field of health, through development of a process and tools used to support analysts and improve its application.