O objetivo de projetos de reforma agrária é redistribuir terras de grandes latifúndios para terrenos menores, com destino à agricultura familiar. Um dos principais problemas do Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA) é subdividir uma parcela grande de terra em lotes menores que são balanceados com relação a certos atributos. Este problema é difícil por que precisa considerar diversas restrições legais e éticas. As soluções atuais são auxiliadas por computador, mas manuais, demoradas e suscetíveis a erros, tipicamente produzindo lotes retangulares de áreas similares mas que são injustos com relação a critérios como aptidão do solo ou acesso a recursos hidrográficos. Nesta dissertação, nós propomos um algoritmo genético para gerar subdivisões justas de forma automática. Nós apresentamos um algoritmo construtivo guloso randomizado baseado em locação-alocação para gerar soluções iniciais, assim como operadores de mutação e recombinação que consideram especificidades do problema. Experimentos com 5 instâncias reais e 25 instâncias geradas artificialmente confirmam a efetividade dos diferentes componentes do método proposto, e mostram que ele gera soluções mais balanceadas que as atualmente usadas na prática. / The goal of agrarian reform projects is the redistribution of farmland from large latifundia to smaller, often family farmers. One of the main problems the Brazilian National Institute of Colonization and Agrarian Reform (INCRA) has to solve is to subdivide a large parcel of land into smaller lots that are balanced with respect to certain attributes. This problem is difficult since it considers several constraints originating from legislation as well as ethical considerations. Current solutions are computer-assisted, but manual, time-consuming and error-prone, leading to rectangular lots of similar areas which are unfair with respect to soil aptitude and access to hydric resources. In this thesis, we propose a genetic algorithm to produce fair land subdivisions automatically. We present a greedy randomized constructive heuristic based on location-allocation to generate initial solutions, as well as mutation and recombination operators that consider specifics of the problem. Experiments on 5 real-world and 25 artificial instances confirm the effectiveness of the different components of our method, and show that it leads to fairer solutions than those currently applied in practice.

Nesta dissertação, discute-se o problema de otimização de carteiras de investimento para estratégia passiva de Index Tracking. Os objetivos principais são (i) apresentar um modelo de otimização de Index Tracking e (ii) a solucionar esse modelo com uso do método heurístico de Algoritmos Genéticos (AG) para formação de carteiras com número reduzido de ativos. O índice de referência utilizado é o Ibovespa, para o período de Janeiro/2009 a Julho/2012, com um total de 890 observações diárias de preços. A partir de uma amostra de 67 ativos, são formadas carteiras sem limite de ativos e limitadas a 40, 30, 20, 10 e 05 ativos; os intervalos de rebalanceamento das carteiras são 20, 40 e 60 períodos (dias úteis), ou seja, rebalanceamento mensal, bimestral e trimestral. É verificado que, para essa amostra, não é possível formar carteiras de 20 ou menos ativos via otimização direta com o solver Cplex com menos de 1 hora de processamento e gap abaixo de 5%. Com uso da heurística de Algoritmos Genéticos, são formadas carteiras de 10 e 05 ativos com tempo de processamento em torno de 5 minutos; nesse caso, o gap médio fica abaixo de 10% para ambos os tipos de carteira. E, com tempo de processamento do AG um pouco maior, em torno de 8 minutos, o algoritmo fornece soluções para carteiras de 10 e 05 ativos com gap médio abaixo de 5%. / In this master’s thesis it is discussed the portfolio optimization problem using the passive investment strategy of Index Tracking. The main goals are (i) to present an optimization model for the Index Tracking problem and (ii) to solve this model using the heuristic approach of Genetic Algorithms (GA) to create portfolios with reduced amount of stocks. The benchmark used is the Ibovespa Index (main reference for the Brazilian Stock Market), during the period from January/2009 to July/2012 (using a total of 890 daily stock prices). The sample contains 67 assets, and the model is used to build portfolios without limit in the amount of assets and portfolios limited to 40, 30, 20, 10 and 05 assets; the ranges of time to rebalance the portfolios are 20, 40, and 60 trading days, which means to rebalance monthly, bimonthly and quarterly. The results show that, considering this sample, it is not possible to build portfolios with 20 stocks (or less than 20) through direct optimization using the solver Cplex with computational processing time less than 1 hour and results with gap below 5%. On the other hand, using the Genetic Algorithms heuristic approach, portfolios limited to 10 and 05 stocks are built with computational time close to 5 minutes; for both types of portfolio, the solutions provided by the GA have average gap below 10%. Also, with a computational time slightly bigger, close to 8 minutes, the algorithm provides solutions with average gap below 5% for portfolios limited to 10 and 05 stocks.

Neste trabalho estudamos o espectro de grafos, que é o conjunto de autovalores da sua matriz de adjacência. Apresentamos uma teoria baseada na função geradora do número de passeios de um grafo para obter o polinômio característico de algumas classes de grafos. Também desenvolvemos um novo método para o cálculo do polinômio característico de árvores que utiliza um algoritmo geométrico -- também por nós apresentado-- para o determinante de matrizes da forma A+a.I, onde A é a matriz de adjacências e a. é um número real arbitrário. O custo computacional desse algoritmo é O(n2 ), que é menor do que os algoritmos previamente conhecidos. Finalmente apresentamos alguns resultados que visam determinar a estrutura de um grafo a partir de suas propriedades espectrais. / In this dissertation, we study the spectra of graphs, which is the set o f the eigenvalues ofits adjacency matrix. We present a theory, based on the generating function o f the number o f walks, in order to obtain the characteristic polynomial o f certa in classes of graphs. We also develop a new method to compute the characteristic polynomial of a tree's adjacency matrix that hinges on a geometric algorithm --- also introduced in this work ---to obtain the determinant of matrices A+a l, where Ais the adjacency matrix and a an arbitrary real number. The computational cost of this algorithm is O(n2 ) , which is lower than any previously known algorithm. Finally, we present results that try to determine the structure o f a graph from its spectral properties.

A dissertação pretende permitir ao leitor simular a forma de pensar de Daniel Dennett, e perpassa toda sua filosofia, com ênfase em seu tratamento de o que são padrões, o algoritmo evolutivo, intuition pumps, consciência, e seu uso dos conceitos de illata, abstracta, semântica e sintaxe para compreender a natureza, a biologia e a mente humana. O trabalho reapresenta, sob nova luz, grande parte das ideias mais importantes de Dennett, e procura fazer a engenharia reversa de o que o levou a pensar de determinadas maneiras, guiando o leitor através de caminhos similares, procurando fomentar um aprendizado ativo de uma forma de pensar, acima e além de uma exposição dos resultados obtidos ao longo de décadas desse pensamento no próprio Dennett / This dissertation intends to provide the reader with an inner simulation of Daniel Dennetts form of reasoning, spreading over his whole philosophy, emphasizing his treatment of patterns, the evolutionary algorithm, consciousness, and his use of illata, abstracta, semantic, and synthax, to carve nature at its joints, especially biology and the human mind. It recasts, in a new light, great part of his most important ideas, and reverse engineers what made him think in particular ways, walking the reader through similar pathways, fostering an active learning of a thinking style, above and beyond a mere exposition of the results obtained by this thinking style over the years

Nesta dissertação apresentamos um trabalho de desenvolvimento e utilização de pulsos de radiofreqüência modulados simultaneamente em freqüência, amplitude e fase (pulsos fortemente modulados, SMP, do inglês Strongly Modulated Pulses) para criar estados iniciais e executar operações unitárias que servem como blocos básicos para processamento da informação quântica utilizando Ressonância Magnética Nuclear (RMN). As implementações experimentais foram realizas em um sistema de 3 q-bits constituído por spins nucleares de Césio 133 (spin nuclear 7/2) em uma amostra de cristal líquido em fase nemática. Os pulsos SMP´s foram construídos teoricamente utilizando um programa especialmente desenvolvido para esse fim, sendo o mesmo baseado no processo de otimização numérica Simplex Nelder-Mead. Através deste programa, os pulsos SMP foram otimizados de modo a executarem as operações lógicas desejadas com durações consideravelmente menores que aquelas realizadas usando o procedimento usual de RMN, ou seja, seqüências de pulsos e evoluções livres. Isso tem a vantagem de reduzir os efeitos de descoerência decorrentes da relaxação do sistema. Os conceitos teóricos envolvidos na criação dos SMPs são apresentados e as principais dificuldades (experimentais e teóricas) que podem surgir devido ao uso desses procedimentos são discutidas. Como exemplos de aplicação, foram produzidos os estados pseudo-puros usados como estados iniciais de operações lógicas em RMN, bem como operações lógicas que foram posteriormente aplicadas aos mesmos. Utilizando os SMP\'s também foi possível realizar experimentalmente os algoritmos quânticos de Grover e Deutsch-Jozsa para 3 q-bits. A fidelidade das implementações experimentais foi determinadas utilizando as matrizes densidade experimentais obtidas utilizando um método de tomografia da matriz densidade previamente desenvolvido. / This dissertation presents the development and use of radiofrequency pulses simultaneously modulated in frequency, amplitude and phase (Strongly Modulated Pulses, SMP) for creating initial states and executing logical operations used as building blocks for Quantum Information Processing via Nuclear Magnetic Resonance (NMR-QIP). The experimental implementations were carried out in a 3 qubits system accomplished by Cesium 133 nuclei (nuclear spin 7/2) in a nematic liquid crystal. The SMP pulses were theoretically constructed using a home made computer program, which is based in the Simplex Nelder-Mead optimization procedure. Using this program, the SMP were optimized to the desired quantum logical operation with shorter durations than those achieved with conventional sequence of pulses and free evolutions as used in most NMR applications. This has the advantage of reducing decoherence effects that may appear as a results of the system relaxation. The main theoretical concepts are discussed together with the main experimental difficulties found in the SMP optimizations and executions. As application examples, the pseudo-pure state used as input for NMR-QIP and a 3 qubit logical gate were obtained. Besides, using the SMP\'s, the Grover and Deutsch-Jozsa quantum algorithms were experimentally executed. The experimental performance of the implementations was evaluated by a fidelity parameter calculated from the output density matrix, which were obtained using a quantum state tomography method previously developed.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-06-29T10:56:16Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Barbosa Franco - 2018.pdf: 2597060 bytes, checksum: b4c3ff56766b29c5a01cd7de1c3ba60a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-06-29T11:55:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Barbosa Franco - 2018.pdf: 2597060 bytes, checksum: b4c3ff56766b29c5a01cd7de1c3ba60a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T11:55:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Felipe Barbosa Franco - 2018.pdf: 2597060 bytes, checksum: b4c3ff56766b29c5a01cd7de1c3ba60a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-04-03 / This work is theoretical, and its methodology was initially based on the research and bibliographic review of the Euclidean Algorithm, as well as the use of games in Mathematics education. A proposal was elaborated for the 7th year of Middle School, based on the Algebraic Dominoes of Freitas-Teodoro [8]. This proposal follows the methodology of Souza [22], which has lesson plans defined in four different moments. An analysis was made to justify the efficiency and importance of the Adapted Algebraic Domino restricted to the Use of Games in education based on the work of authors Regina Grando [10], Kishimoto [13], [14], [15], [16], [17] and Cristiano Muniz [18]. In addition, some simulations of plays related to the Algebraic Domino were made, for better understanding of the proposed subject. / Este trabalho é de cunho teórico, cuja metodologia baseou-se inicialmente na elaboração de pesquisas e revisões bibliográficas sobre o Algoritmo de Euclides, bem como sobre do Uso de Jogos no ensino de Matemática. Foi elaborada uma proposta inédita para o Sétimo Ano do Ensino Fundamental com base no Dominó Algébrico de Freitas-Teodoro [8]. Essa proposta segue a metodologia de Souza [22], que tem planos de aula definidos em quatro Momentos. Foi realizada uma análise para justificar a eficiência e importância da proposta do Dominó Algébrico Adaptado restritas ao Uso de Jogos no ensino com base em obras dos autores Regina Grando [10], Tizuko Kishimoto [13], [14], [15], [16], [17] e Cristiano Muniz [18]. Ademais, foram realizadas algumas simulações de jogadas relativas ao jogo Dominó Algébrico para melhor elucidação do tema proposto.

Nas últimas décadas, considerável evidência tem sido direcionada no desenvolvimento de métodos computacionais que analisam os comportamentos não lineares das estruturas. O método da corda é considerado o tipo de método de seguimento de trajetórias que possui a técnica mais comum e versátil para analisar tais comportamentos não lineares. No entanto, testes realizados pelos autores concluem que tais métodos ainda apresentam algumas dificuldades quando as estruturas possuem formas complexas e comportamentos fortemente não lineares. Devido a isso, o objetivo do trabalho em questão é acrescentar duas modificações ao método da corda, a fim de desenvolver um modelo mais seguro e estável. A esses métodos, inclui-se (i) uma equação alternativa para o passo previsor, que tornará o método mais estável ao ultrapassar pontos críticos; e (ii) um parâmetro de controle, que através do conceito de soma dos comprimentos de corda, é chamado de método da corda acumulado. Ao final, por consequência destas alterações, um procedimento mais robusto para o método da corda é obtido. Sua validação é apresentada, pelos autores, através de exemplos utilizando estruturas treliçadas (bidimensionais e tridimensionais) em um programa de simulação numérica desenvolvida. / In the last decades, a considerable effort has been directed to develop of computational methods to analyze the nonlinear behavior of structures. The arc-length method is considered the type of path following method which have the most common and versatile techniques for analyzing such nonlinear behaviors. Nevertheless, tests performed by the authors conclude that such methods present some difficulties when the structures possess complex shapes and strongly nonlinear behaviors. Due to this, the purpose of the present work is to add two amendments to the arc-length method, in order to develop a model safer and more stable. In such methods, it is included (i) an alternative equation for the predictor step, that will make the method most stable to overcoming critical points, and (ii) a control parameter, through the concept of sum of the arc length up to now, referred to as accumulated arc-length method. By the end, as a result of these modifications, a more robust procedure for the method of the string is obtained. And its validation is presented by the authors through examples using truss structures in a two-dimensional and three-dimensional numerical simulation program developed.

A experimentação e testes com o uso de protótipos físicos ou simulação em computadores é uma prática utilizada para o desenvolvimento de diversos produtos industriais. As indústrias aeronáutica, automobilística, mecânica, naval, petrolífera e microeletrônica, entre outras, há muito empregam uma ou ambas as técnicas citadas. No entanto, inexistem referências ou estudos sobre a aplicação prática e conceitual desse assunto dentro do ambiente bancário mundial. O propósito desta pesquisa é descrever e interpretar os modos de experimentação empregados atualmente para a formação de fundos de investimento no mercado financeiro brasileiro e propor novos procedimentos para o seu desenvolvimento em analogia ao processo industrial. A metodologia proposta foi demonstrada com a utilização de dados reais levantados durante quatro anos no mercado financeiro para o desenvolvimento de um fundo aberto referenciado DI fictício simulados com o auxílio de técnicas de Dinâmica de Sistemas e de Inteligência Artificial. Os resultados reforçam as possibilidades de analogia entre o desenvolvimento de produtos industriais tangíveis e serviços intangíveis, quebrando paradigmas e propondo novos conceitos sob uma ótica renovadora para o desenvolvimento de produtos financeiros. O problema de otimização apresentado representa um novo campo de aplicação para o uso integrado de Dinâmica de Sistemas com algoritmos inteligentes, sendo que os algoritmos genéticos provaram ser uma ferramenta de suporte à decisão adequada para um ambiente competitivo e globalizado. / Experimentation and tests using physical prototypes or computer simulation are practices used in the development of various industrial products. The aeronautical, automobile, mechanical, naval, petroleum and micro-electronics industries have been using one or both of the mentioned techniques for a very long time. However, this issue has not been studied in detail in the banking area. The aim of this research is to describe and interpret the experimentation modes currently used in the Brazilian financial market in order to propose new procedures to develop investment funds akin to the industrial process. The proposed methodology was tested using 4 years of real data of the Brazilian financial market in order to develop a fictional investment fund based on Dynamic Systems and Artificial Intelligence (genetic algorithms) simulation principles. The results strengthen the possible analogy between the development of tangible industrial products and intangible services and propose new concepts according to an innovative development methodology for financial products. The related optimization problem represents a new field of application for Dynamic Systems combined with intelligent algorithms and, particularly, the Genetic Algorithms (GA) based model provided an efficient decision-making tool to be used in a competitive and globalized environment.

Imagens de satélite dos canais visível, infravermelho e vapor d\'água são ferramentas essenciais para o diagnóstico de previsão do tempo observação de cada imagem, é possível determinar a distribuição de diversos tipos de nuvens e estimar o seu respectivo potencial pluviométrico. A imagem de um mesmo tipo de nuvem apresenta-se de diferentes maneiras, quando registrada em cada um dos espectros. Neste trabalho, será implementada a fusão dessas três imagens, considerando-se que a imagem resultante deve conter todas as informações relevantes de cada espectro. Os algoritmos de fusão aqui descritos são obtidos tendo como base a execução da transformada pirâmide de cada imagem original, resultando em uma pirâmide de imagens. Esta consiste em um conjunto de cópias de imagem inicial, onde cada cópia representa um padrão de informação em diferentes formatos: 512 x 512; 256 x 256; 128 x 128, por exemplo. Com essa transformada multiescalar é possível determinar em que escala, ou em que resolução, se encontra a melhor informação, seguindo critério pré-determinados para a obtenção de uma imagem fundida na escala das imagens iniciais. Serão apresentados os métodos e os resultados qualitativos de fusões de imagens. São dados exemplos práticos, com aplicações meteorológicas, uma delas envolvendo imagens captadas pelo INPE, de três canais, cujos resultados são discutidos. / Weather forecast diagnosis is done having as a fundamental tool the analysis of satellite images such as visible (VIS), infra-red (IR) and water vapour (WV) channels. By observing each image it is possible to determine the distribution of many kinds of clouds and to estimate its respective pluviometric potential. The image of clouds of the same kind presents itself in different ways when it is registered in each of the channels. Here it will be implemented the fusion of these three images, taking into consideration that the resulting image should have all the important information of each spectrum and its use in the weather forecast determination by observing the screen images. The fusion algorithms described here are obtained from the execution of the so called transformed pyramid of each original image, resulting in an image pyramid. A pyramid of images is a set of copies of the first image, each copy representing an information standard in different formats, 512 x 512, 256 x 256, 128 x 128, for example. With this changed multiscale it is possible to determine in which scale or in which resolution is the best piece of information following pre-determined rules to obtain an image that is a fusion of the first ones. There will be presented the methods and qualitative results of image fusions, practical examples will be presented given, with meteorological applications, one of them involving images capted by INPE, of three channels, and the results will be discussed.

A radioterapia é uma modalidade terapêutica que utiliza radiações ionizantes para erradicar as células neoplásicas do organismo humano. Um dos requisitos para o sucesso desta metodologia de tratamento está na utilização adequada dos sistemas de planejamento, os quais, dentre outras informações, estimam a dose a ser administrada aos pacientes. Atualmente, códigos de transporte de radiação têm proporcionado grandes subsídios a estes sistemas de planejamento, uma vez que viabilizam avaliações dosimétricas acuradas nos órgãos e tecidos específicos de um paciente. O modelo utilizado por estes códigos para descrever a anatomia humana de forma realista é denominado Objeto Simulador Segmentado (OSS), que consiste na representação das estruturas anatômicas do corpo em discretos elementos de volume (voxels), os quais são diretamente associados aos dados tomográficos. Atualmente, os OSS possíveis de serem inseridos e processados pelo código de transporte MCNP (Monte Carlo N-Particle), apresentam voxels com resoluções da ordem de 3-4 mm. No entanto, tal resolução compromete a discriminação de algumas estruturas finas do corpo, tais como a pele. Neste contexto, o presente estudo propõe a criação de uma rotina de cálculo que discrimine a região da pele, com espessura e localização próximas do real, nos OSS e os habilite para avaliações dosimétricas acuradas. A metodologia proposta consiste na manipulação dos elementos de volume dos OSS de forma a segmentá-los e subdividi-los em diferentes espessuras de pele. A fim de validar os dados obtidos por cálculos, foram realizadas avaliações experimentais de dosimetria de pele em objetos simuladores antropomórficos com dosímetros termoluminescentes. Verificou-se, ao longo deste estudo, a importância de discriminar a região da pele com localização e espessuras próximas do real, uma vez que foram encontradas diferenças significativas entre as estimativas de dose absorvida na região pelas diferentes representações. A metodologia proposta neste estudo far-se-á útil para avaliações dosimétricas acuradas da região de pele para diversos procedimentos radioterápicos, com particular interesse na radioterapia com feixe de elétrons, na qual se destaca a terapia de irradiação de corpo inteiro (TSET Total Skin Electron Therapy), procedimento radioterápico em implementação no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP). / Radiotherapy is a therapeutic modality that utilizes ionizing radiation for the destruction of neoplastic human cells. One of the requirements for this treatment methodology success lays on the appropriate use of planning systems, which performs, among other information, the patients dose distribution estimate. Nowadays, transport codes have been providing huge subsidies to these planning systems, once it enables specific and accurate patient organ and tissue dosimetry. The model utilized by these codes to describe the human anatomy in a realistic way is known as voxel phantoms, which are represented by discrete volume elements (voxels) directly associated to tomographic data. Nowadays, voxel phantoms doable of being inserted and processed by the transport code MCNP (Monte Carlo N-Particle) presents a 3-4 mm image resolution; however, such resolution limits some thin body structure discrimination, such as skin. In this context, this work proposes a calculus routine that discriminates this region with thickness and localization in the voxel phantoms similar to the real, leading to an accurate dosimetric skin dose assessment by the MCNP code. Moreover, this methodology consists in manipulating the voxel phantoms volume elements by segmenting and subdividing it in different skin thickness. In addition to validate the skin dose calculated data, a set of experimental evaluations with thermoluminescent dosimeters were performed in an anthropomorphic phantom. Due to significant differences observed on the dose distribution of several skin representations, it was found that is important to discriminate the skin thickness similar to the real. The presented methodology is useful to obtain an accurate skin dosimetric evaluation for several radiotherapy procedures, with particular interest on the electron beam radiotherapy, in which highlights the whole body irradiation therapy (TSET), a procedure under implementation at the Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP).