[pt] Devido à introdução da competição na indústria de energia elétrica, tornou-se importante determinar e identificar, nas perdas da rede de transmissão, a parcela de responsabilidade para cada agente do sistema (fornecedores e consumidores), assim como determinar a participação de cada gerador no consumo das cargas. Nesta tese, através do uso da teoria dos jogos, método de Aumann-Shapley, e da teoria de circuitos propõem-se métodos que fornecem atribuições de responsabilidade consistentes para estes problemas. As alocações refletem a localização dos geradores e das cargas na rede em conformidade com as leis de circuitos. Considera-se a influência da componente real da corrente nas perdas e cargas reativas, assim como a influência da componente imaginária da corrente nas perdas e cargas ativas. Contra-fluxos, e alocações negativas são tópicos apresentados e discutidos. Com a finalidade de demonstrar a aplicabilidade dos métodos propostos, exemplos numéricos são apresentados e discutidos. / [en] Due to the introduction of competition in the energy industry, it has become very important to determine and quantify the responsibility of each agent in transmission system losses, as well as to determine the participation of each generator to the loads. In this thesis, through the use of game theory, Aumann- Shapley method, and circuit theory are proposed methods that determine responsibilities consistent to these problems, reflecting the position of generators and loads on network in accordance with the circuit laws. The influence of active current component on reactive losses and demand, as well as the influence of reactive current component on active losses and demand are considered. Counter-flow and negative allocation issues are discussed. Numerical examples are presented and discussed in order to demonstrate the applicability of the proposed methods.

[pt] O papel das agências de rating de crédito no mercado de capitais tem evoluído ao longo dos últimos anos, passando de um provedor de informação aos agentes financeiros a um quase-regulador do mercado. Em princípio, supõe-se que as avaliações concedidas pelas agências de rating são imparciais e, consequentemente, indicadoras de qualidade de crédito dos mais diversos instrumentos financeiros. Porém, deve ser observado que à medida que esses instrumentos disponíveis no mercado foram se tornando mais complexos, o valor agregado das avaliações das agências diminuiu consideravelmente. A fim de analisar o problema da imparcialidade das agências de rating, conforme proposto por Hirth (2014), fez-se uso da estrutura espacial em comparação à solução analítica apresentada como condição de equilíbrio para o jogo evolucionário, com população well-mixed. Sendo assim, para a modelagem do problema apresentado, foi criado um programa computacional baseado a fim de apresentar uma solução compatível com a literatura sobre Teoria dos Jogos, expandindo seus conceitos e aplicações para uma Estrutura de Jogos Espaciais. Por fim, foi desenvolvida uma extensão ao programa, a qual, dentro do meu melhor conhecimento, representa uma inovação à literatura ao estender as abordagens de Chan et al. (2013), Hauert (2004) e Zhong et al. (2006), considerando a Estrutura de Jogos Espaciais, para o conceito de duas populações. A partir dos casos estudados, pode-se concluir que a população ser well-mixed ou estar disposta ao longo de um grid espacial não implica em diferenças significativas nos resultados para os mesmos valores dos parâmetros. / [en] The role of the credit rating agencies in the capital market has evolved in the last years, turning from a data provider to financial agents into a market quasi-regulator . Primarily, it is supposed that the evaluations provided by the rating agencies are impartial and, consequently, indicative of credit quality of a wide range of financial instruments. Nevertheless, it is important to note that as these instruments available in the market became more complex, the aggregate value of evaluations of agencies decrease considerably. In order to analyze the rating agencies impartiality issues, as proposed by Hirth (2014), this study uses the spatial structure in comparison to the analytical solution presented as equilibrium condition to the evolutionary game, with well-mixed population. Therefore, in order to model the presented problem, this study presents a computational program that aims to present a solution that matches the Game Theory literature, expanding its concepts and applications to a Spatial Games Structure. Finally, we created an extension of the program, which, in my best knowledge, is an innovation to the literature since it extends the approaches of Chan et al. (2013), Hauert (2004) e Zhong et al. (2006), regarding the Spatial Games Structure, to the concept of two populations. From the studied cases, we concluded that the fact of the population being well-mixed or disposed in a spatial grid does not imply differences of significance in the results to the same parameters values.

[pt] O papel da punição e os efeitos de uma população distribuída espacialmente na promoção da cooperação são questões relevantes. Num modelo de Snowdrift Game (SG) que incorpora um agente Punidor (P), Chan et al. (2013) estudaram os efeitos de uma população ligada por uma rede espacial. Os punidores, que carregam um caráter cooperativo (C), estão dispostos a pagar um custo alfa, de modo a punir um desertor (D), isto é, um oponente com comportamento não-cooperativo, em um custo beta. Dependendo dos valores atribuídos para alfa, beta, a razão de custo-benefício r, e da alocação das frequências iniciais, o sistema apresenta um comportamento evolutivo que pode ser homogêneo, com apenas uma única estratégia se perpetuando no longo prazo, ou não-homogêneo, com mais de uma estratégia correspondendo ao equilíbrio assintótico. A estrutura espacial impõe uma restrição geométrica sobre o ambiente competitivo. Neste trabalho, estendeu-se a modelagem de Chan et al. (2013) para duas populações com arranjo espacial. São apresentados os resultados de simulações numéricas. As dinâmicas observadas no mecanismo de replicação por imitação em duas redes espaciais são analisadas e discutidas. Em contraste com uma única população estruturada, a estratégia P sobrevive apenas em um dos casos analisados. Além do equilíbrio evolucionário de longo prazo, a dinâmica competitiva do jogo disposto em duas populações espaciais se difere daquela apresentada por Chan et al. (2013), na medida em que podemos observar a formação de populações inteiras de C e de D ou com a coexistência de C e P numa mesma população no caso em que o custo pelo benefício de cooperar é baixo. / [en] The role of punishment and its effects in a spatial structured population in promoting cooperation are relevant issues. In the Snowdrift Game (SG) incorporating a Punisher agent (P), Chan et al. (2013) studied the effects of a population linked by a spatial network. Punishers, which carry a cooperative character (C), are willing to pay a cost alpha in order to punish a defector (D), i.e., a non-cooperative opponent, in a beta cost. Depending on the values assigned to alpha, beta, the ratio of cost-benefit r, and the initial distribution of the frequency of the strategies, the system displays an evolutionary behavior that can be homogeneous, with only a single strategy perpetuating in the long run, or non-homogeneous, with over a strategy corresponding to the asymptotic equilibrium. The spatial structure imposes a geometric constraint on the competitive environment. In this work, we extended the model proposed by Chan et al. (2013) for two populations with spatial arrangement. The results of numerical simulations are presented. The dynamic observed in the Agent Based Simulation approach in two spatial networks is discussed. In contrast to a single structured population, punishing strategy (P) survive in only one of the cases we shown. In the evolutionary equilibrium long-term, the competitive dynamics set in two spatial populations differs from that one presented by Chan et al. (2013). In this sense, we can observe the formation of entire populations of cooperators and defectors or the coexistence of C and P in each of the two populations for the case that the cost to benefit of cooperation is extremely low.

[pt] O objetivo desta dissertação é analisar a aplicação de metodologias de alocação de capacidade firme de usinas termelétricas através da teoria dos jogos cooperativos e suas conseqüências na cooperação entre os agentes. Mostra-se que não existe uma maneira ótima, única, de se fazer esta repartição, mas existem critérios para verificar se uma metodologia de repartição específica apresenta algum aspecto inadequado. Um desses critérios é a justiça. Mostra-se que este sentido de justiça equivale a pertencer ao chamado núcleo de um jogo cooperativo, onde não há subsídio de um subgrupo por outro. O cálculo da capacidade firme ou Capacidade de Suprimento de Carga será formulado como um problema de otimização linear e serão investigadas vantagens e desvantagens de distintos métodos de alocação (benefícios marginais, última adição, Nucleolus, Shapley). A aplicação desses métodos tem um crescimento exponencial de esforço computacional, o método de Aumann- Shapley abordado em seguida fornece para o problema de alocação de capacidade firme uma solução computacional mais eficiente, embora em sua descrição aparentemente o método aumente o esforço computacional. Em seguida foram realizados resultados numéricos com sistemas genéricos de pequeno porte. / [en] The objective of this work is to investigate the application of different methodologies of allocation of firm capacity rights among thermal plants using a game-theoretic framework and the consequences in the cooperation among the agents. It is shown that there is not an optimal and unique approach to make this allocation but there are criteria to verify if a given approach presents any inadequate aspect. One of these criteria is the justice, or fairness. It is shown that a one sense of justice is equivalent to the condition of the core of a cooperative game. The calculation of the firm capacity will be formulated as a linear program and advantages/disadvantages of different allocation methods (marginal allocation, incremental allocation, Nucleolus, Shapley) will be investigated. The complexities of these methods are exponential, so it will be shown that the Aumann-Shapley (AS) scheme to the problem of allocation of capacity rights will be more efficient. Numerical results about the difference allocations in these methods are presented in general smalls systems.

[pt] As decisões estratégicas das empresas são afetadas pelas oportunidades de investimento e as ações das suas concorrentes. Imai e Watanabe propõem um modelo de opções reais para determinar a decisão de investimento ótima de uma empresa, considerando um jogo de múltiplos estágios com duas firmas sob um processo trinomial multiperíodo em um modelo discreto. Utilizamos o modelo de Imai e Watanabe para determinar o momento estratégico ótimo para investimento em uma nova tecnologia em função da variação do custo de investimento e da demanda inicial, considerando duas empresas concorrentes no mercado brasileiro de telecomunicações, onde uma empresa é líder (L) e a outra é seguidora (S). Considerando que ambas empresas já atuam no mercado e pretendem investir em uma nova tecnologia que permitirá a expansão dos seus negócios, determinamos a curva de gatilho do custo do investimento e da demanda inicial dos serviços que delimitam a estratégia de investimento ótima da empresa líder. / [en] Corporate strategic decisions are affected by investment opportunities and actions of rival firms. Imai and Watanabe suggest a real option and game theory model to determine optimal investment decision considering a two firms multistage game following a multiperiod trinomial process in a discret model. Imai & Watanabe model is used to define this optimal time to invest in a new tecnology as a function of the cost of investment and initial demand. We consider two competing firms in the Brazilian telecommunication market where one firm is leader (L) and the other is the follower (S). We assume both firms are already active in this market and intend to invest in a new technology that will allow them to expand their business. We define a trigger curve of cost of investment and initial demand of the services that define optimal investment strategy for the leading firm.

[pt] Esta dissertação apresenta um modelo de programação linear para mercados virtuais, que tem como objetivo principal incentivar vendedores a oferecerem preços mais baixos e compradores a pagarem mais pelos produtos. Esse incentivo é feito através de compensações aos participantes do mercado que agirem desta forma. O modelo funciona basicamente como um leilão bi-lateral, onde tanto vendedores quanto compradores podem dar seus lances. Para este modelo básico foram modeladas extensães como: existência de custo de transporte entre vendedores e compradores; economia de escala no preço do comprador; possibilidade de múltiplos produtos em um mesmo leilão. Para o modelo básico e cada uma das extensões propostas foi elaborado o sistema de compensações baseados em princípios da Teoria dos Jogos. Em cada caso, foi verificada a existência de soluções de núcleo e como essas soluções determinam as características do mercado. / [en] This work presents a linear programming model for virtual markets. The main objective is to encourage sellers to offer lower prices and buyers to pay more for products. This is done through a system where the agents are awarded for acting this way. The basic version of the model works as an auction where buyers and sellers can make their bids. Some extensions were developed for this basic model, to allow situations like: transportation cost between buyers and sellers; scale economy for the buyer's price; multiples products in the same auction. For the basic model and each of its extensions, the system of awards has been developed based on Game Theory principles. In each case, the model was reinterpreted as a game and its core solutions were found. It was also verified how these solutions determine market's behavior.

[pt] Um dos principais desafios do mundo moderno é equilibrar o desenvolvimento econômico com a responsabilidade ambiental, de forma a alcançar um crescimento sustentável que minimize os impactos gerados no meio ambiente. Isto tem feito com que muitos governos e empresas estabeleçam políticas ambientais como instrumentos para a garantia de um futuro com sustentabilidade e que favoreçam o bem estar social. A proposta desta dissertação é utilizar a teoria dos jogos evolucionários para analisar as interações entre agentes reguladores de políticas ambientais de comando e controle e os agentes (firmas) que impulsionam o desenvolvimento econômico, porém que impactam de alguma forma o meio ambiente. Enquanto os primeiros precisam determinar as melhores ações estratégicas para implementar a política e aumentar o bem estar social, os segundos só irão se adequar à regulamentação ambiental estabelecida se esta escolha lhe render um maior retorno (payoff). Os resultados mostram que o custo de fiscalização é determinante para estabelecer a política ambiental mais adequada e, dependendo da magnitude deste custo, existem diferentes formas de iniciar sua implementação a fim de favorecer o melhor resultado possível sob o ponto de vista do bem estar social. / [en] The modern world faces the great challenge of balancing economic development and environmental responsibility in order to achieve sustainable growth that minimizes the impacts generated on the environment. This has forced some governments and firms establish environmental policies as instruments to guarantee a future with sustainability and favors social welfare. Using evolutionary games theory, this work aims to analyze the interactions between environmental policies regulators and firms that provide economic development impacting the environment. While the firsts need to choose the best strategic actions to established and inspect environmental standards sets to increase social welfare, the company will only complies if this choice yields a better payoff. The results show how the inspection cost is decisive for establishing the better environmental policy and depending on the magnitude of this cost, there are different ways to introduce it in order to provide a better social welfare result.

[pt] Este trabalho possui como principal propósito a utilização da teoria dos jogos para modelar interações estratégias entre participantes de atos de bullying. Primeiramente, exporemos tópicos e conceitos importantes no campo da teoria dos jogos, tais como jogo, classificação de estratégias, formas de encontrar soluções dos jogos, dentre outros. Em seguida, abordaremos de forma introdutória aspectos referentes a temática do bullying, particularmente quanto a definição e estatísticas de ocorrência. Finalmente, os jogos modelados são apresentados, onde os comportamentos dos jogadores são avaliados em diferentes cenários, uma vez que esses possuem diferentes características que variam em função do grau de atenção que as autoridades escolares atribuem ao bullying. / [en] This work has as main purpose the use of game theory to model strategic interactions between participants in acts of bullying. To begin with, we will expose important topics and concepts in the field of game theory, such as games, classification of strategies, and ways to find game solutions, among others. Then, we will exhibit in an introductory way aspect related to the theme of bullying, particularly regarding the definition and statistics of occurrence. Finally, the modeled games are presented, where the behaviors of the players are evaluated in different scenarios, since they have different characteristics that vary according to the degree of importance that the school authorities attribute to bullying.

[pt] O trabalho desenvolve um modelo de licitações públicas com favoritismo e uma regra de decisão em dois estágios. Devido à existência de favoritismo, a qualidade mínima exigida pela agência para aprovar um projeto é determinada de forma a beneficiar uma das firmas. Mostramos que, mesmo supondo simetria ex-ante entre as firmas participantes e independência entre as distribuições de custo e qualidade, as ofertas de preço serão assimétricas em equilíbrio. Em particular, a firma beneficiada escolhe preços maiores do que as demais para um dado nível de custo. Além disso, simulações do modelo indicam que revelar o número de participantes qualificados diminui o preço que o governo espera pagar pelo bem. / [en] We study procurement auctions under favoritism and a two-stage decision rule. Because of favoritism, the minimum quality required in order to approve a project is endogenously determined to benefit the recipient of the agency s bias. We show that, even with ex-ante symmetry and independence between the distributions of costs and quality, equilibrium bidding behavior will be asymmetric and the favorite firm will bid less aggressively than the others. A mechanism design approach indicates that revealing the number of qualified participants or adopting a second-price rule would decrease expected prices and costs of realizing the project, due to the elimination of the asymmetric bidding behavior. Finally, simulations for the uniformly distributed case show that while adopting one of the alternative rules increases efficiency, it also increases the favorite firm s ex-ante profits and therefore may facilitate collusion between the agency and a firm.

[pt] A área das telecomunicações tem presenciado consideráveis avanços tecnológicos dos dispositivos móveis (e. g. telefones inteligentes, relógios inteligentes, tablets, reprodutores de música, entre outros) e da sua crescente popularidade. Dado que esses equipamentos possuem uma série de sensores embutidos como o sistema de posicionamento global, câmera, microfone, bússola, acelerômetro entre outros, e ao mesmo tempo mantêm acesso contínuo às redes de comunicações, eles apresentam uma oportunidade para realizar sensoriamento em grande escala de possíveis eventos do mundo físico e compartilhar os dados obtidos através da internet. Este novo tipo de sensoriamento é conhecido como sensoriamento coletivo móvel ou MCS (Mobile crowd sensing) por sua sigla em inglês, e recentemente tem sido o foco de diversas pesquisas. O maior potencial do MCS é a opção de desenvolver um inúmero de funcionalidades a partir dos próprios recursos internos dos dispositivos móveis e aproveitar seu modelo de mobilidade, baseado no comportamento humano. Em contrapartida existem questões que devem ser consideradas na hora de desenvolver uma rede baseada em MCS. Neste trabalho, apresenta-se a análise realizada sobre os pontos críticos para a criação de uma rede MCS e a partir dos mesmos são apresentadas soluções que permitam criar uma implementação o mais próximo possível da realidade. Foi desenvolvido um modelo de mobilidade para a cidade de Rio de Janeiro baseado na teoria dos grafos, considerando que as atividades diárias das pessoas serão as que definam seu padrão de movimento. A cooptação de usuários é outro dos principais problemas que tem que ser abordado quando se pensa no sensoriamento coletivo móvel. Propõe-se dois modelos de incentivo que consideram e modelam como variáveis as motivações intrínsecas e extrínsecas dos usuários na decisão de participação em uma rede MCS. Consideram também distintos graus de motivação para cada usuário com a finalidade de demonstrar que a resposta dos participantes aos incentivos não é homogênea. O primeiro modelo baseia-se nas respostas consecutivas dos usuários e o segundo baseia-se na teoria de jogos. Em ambos, as decisões tomadas pelos usuários só consideram informações locais ou próprias. Os resultados obtidos permitiram comprovar que os modelos de incentivo propostos conseguem estimar satisfatoriamente o tipo de usuário com o qual está se interagindo e a quantidade de incentivo que deve ser oferecido a cada um deles, além de demonstrar as vantagens de um sistema de incentivo que considera pagamentos variáveis. Também foram analisadas as vantagens de considerar a mobilidade humana neste tipo de abordagem e como a mesma reflete nos modelos de incentivo. / [en] The world of telecommunications has witnessed the growing popularity of mobile devices and its huge technological advancements and innovations (e.g. smartphones, smartwatches, tablets, music players among others). These devices have a series of built-in sensors that measure motion, orientation, and various environmental conditions (e.g. Global Positioning System, camera, microphone, compass, accelerometer, among others). In addition, these devices have continuous network connectivity. So these devices can be seen as a huge opportunity to carry out large-scale sensing of events in the physical world and have the ability of sharing the data obtained through the internet. This new kind of sensor application is known as Mobile crowd sensing (MCS) and it has been a research focus lately. The greatest potential of MCS is found on the versatility that the embedded resources of the mobile devices offer in the development of innumerable functionalities and its mobility model that is based on human behavior. On the other hand, there are issues that must be considered when a MCS-based network is developed. This work presents the analysis performed in order to define issues that are considered critical for the creation and development of an MCS network. From these definitions solutions are proposed that allow to create an implementation as close as possible to reality. A mobility model was developed for the Rio de Janeiro city based on graph theory, and assuming that daily activities of the people will define their movement pattern. Attracting and convincing users is another problem that has to be addressed. Two user incentive models are proposed. Both consider and model the decision of a user to participate in an MCS network based on the intrinsic and extrinsic motivations of the user. The idea is to comprise different levels of motivation for each user in order to demonstrate that the response of the participants to the incentives is not homogeneous. Thus, the first model is based on the consecutive answers of the users and the second model is based on game theory. The results obtained allowed us to prove that the proposed incentive models can satisfactorily estimate the type of user with which we are interacting and the amount of incentive that should be offered to each one of them, besides demonstrating the advantages of an incentive system that considers variable payments. The advantages of considering human mobility in this type of approach and how it affects the incentive models was also analyzed.