Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-05-02T21:35:34Z No. of bitstreams: 2 DEIVISON MARQUES GANDINI.pdf: 718569 bytes, checksum: 17068734115834a9f648e43cf2ee4b15 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-06-08T20:54:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 DEIVISON MARQUES GANDINI.pdf: 718569 bytes, checksum: 17068734115834a9f648e43cf2ee4b15 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T20:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DEIVISON MARQUES GANDINI.pdf: 718569 bytes, checksum: 17068734115834a9f648e43cf2ee4b15 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-21 / Epidemiological studies aim to understand and predict the spreading of contagious diseases. In many of these studies, SIR-type models are employed. In these models, each individual of the host population is, at each time step, in one of three states: susceptible (S), infected (I) or recovered (R). In this dissertation, a SIR model is implemented by using a probabilistic cellular automaton (PCA). The PCA parameters are identi ed by using a genetic algorithm and two data sets: ctitious data and realistic data of varicella cases in Germany prior to the vaccination era. This work shows that di erent sets of PCA parameters can lead to similar steady-state solutions. The limitations of the identi cation procedure are discussed, especially in the case of realistic data, in which the amount of infected individuals is too small. / Estudos epidemiológicos buscam entender e prever a propagação de doen_cas contagiosas. Em muitos desses estudos, empregam-se modelos do tipo SIR. Nesses modelos, cada indivíduo da população hospedeira está, a cada passo de tempo, em um de três estados: suscetível (S), infectado (I) ou recuperado (R). Nesta dissertação, um modelo SIR é implementado usando um autômato celular probabilista (ACP). Os parâmetros do ACP são identificados usando um algoritmo genético e dois conjuntos de dados: dados fictícios e dados realistas de casos de varicela na Alemanha antes da era da vacinação. Este trabalho mostra que conjuntos distintos de parâmetros do ACP podem levar a soluções em regime permanente similares. As limitações do procedimento de identificação são discutidas, principalmente no caso de dados realistas, em que a quantidade de infectados é muito pequena.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:29:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4269_1.pdf: 4893766 bytes, checksum: 6aa27b0811c489ef4d710c33a660acc5 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado da Bahia / Por muito tempo, foi (e ainda é) comum entre físicos estatísticos acreditarem que transições fásicas só poderiam ocorrer em sistemas com dimensões maiores que um. Baseados nesta tradição e em simulações computacionais [1], vários autores propuseram uma conjectura conhecida como Conjectura de taxas positivas , chamada aqui CTP, a qual defende que todo autômato celular unidimensional com interação local uniforme, não-degenerado é ergódico. Vários autores tentaram refutar esta hipótese, mas somente um obteve sucesso completo: Gács [2] propôs um sistema muito complicado com 2100 estados, o qual refuta a CTP. Gray em trabalho posterior [3] explica os resultados obtidos por Gács sobre o refutar da CTP e expressou acreditar que sistemas muito simples não podem refutar a CTP. Toom em [4] propôs uma nova classe de sistemas unidimensionais com interação local, onde componentes pode aparecer e desaparecer durante o processo de evolução. Após, o mesmo propôs um sistema muito simples desta nova classe [5], e provou que, embora unidimensional, exibe alguma forma de não-ergodicidade. Neste processo, partículas enumeradas por números inteiros interagem em todo passo de tempo discreto somente com seus vizinhos mais próximos. Toda partícula tem dois estados, chamados menos e mais . Inicialmente, o processo começa na configuração todos menos . Em cada passo de tempo duas transformações ocorrem. A primeira transforma todo menos em mais com probabilidade independentemente do que acontece nos outros lugares. Sob a ação da segunda, sempre que um mais é um vizinho esquerdo de um menos, ambos desaparecem com probabilidade independentemente dos outros lugares. Dentre os resultados deste processo, Toom provou que quando é pequeno, a densidade de mais é sempre pequena. Porém, o caso que chamamos problemático , com = 1, não foi considerado por Toom, pois neste caso mesmo a exist encia do processo não é evidente. No primeiro capítulo de nosso trabalho, mostramos rigorosamente que o processo de Toom está definido para este caso também e que os maiores resultados dele sobre não ergodicidade ainda permanecem válidos, e até mesmo apresentam melhores estimações numéricas. No segundo caítulo, nós estudamos o mesmo processo com qualquer valor de 2 [0, 1] e usamos método de Monte Carlo e aproximção de campo médio para estimar a linha que separa as regiões para as quais o processo é ergódico vs. não ergódico e em adição observamos que para pequenos valores de e , esta linha separadora tem a inclinação positiva na origem. Uma limitação do processo considerado nos capítulos um e dois é que ao imaginarmos sistemas finitos, teremos que em média o processo descrito acima diminui e portanto não tem análogo finito. No terceiro capítulo, nós apresentamos um outro processo com os mesmos dois estados menos e mais , mas com tempo contínuo, composto por três transformações: a primeira, chamada flip, muda menos para mais e mais para menos com uma taxa . Uma outra chamada aniquilação elimina as duas partículas vizinhas com uma taxa , se estas estiverem em estados diferentes. A terceira, chamada mitose, duplica qualquer partícula com uma taxa . Mitose não foi utilizada no processo de Toom. Sua presença com uma taxa satisfatória previne nosso processo de diminuir . O processo com mitose exibiu a mesma forma de não ergodicidade como Toom provou. Nós mostramos isto usando simulação de Monte Carlo e estimamos as taxas para as quais nosso processo é ergódico vs. não ergódico e diminui vs. não diminui

Cerný, em 1964, conjecturou que um autômato sincronizado com n estados possui uma palavra sincronizadora mínima de tamanho no máximo (n-1)². Esta conjectura permanece em aberto. Neste trabalho são apresentados algoritmos para obter palavras sincronizadoras e é feito um experimento comparativo entre os resultados obtidos por estes algoritmos em relação a algumas séries infinitas de autômatos. Por fim, é feito um breve histórico sobre os resultados parciais obtidos até a presente data e alguns destes trabalhos são apresentados em mais detalhes. / Cerný, on 1964, conjectured that a synchronizing automata with n states has a synchronizing word of size at most (n-1)². The conjecture remains open. We show some algorithms for obtaining synchronizing sequences and a comparative experiment between these algorithms with respect to some infinite series of automata. Furthermore, we briefly survey some of the partial results obtained until the present day.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wander Lairson Costa.pdf: 1957133 bytes, checksum: 6819580d97bb5eaca5ea04352fcda0b8 (MD5) Previous issue date: 2013-03-15 / Universidade Presbiteriana Mackenzie / Cellular automata are totally discrete systems that act locally in a simple and deterministic way, but whose resulting global behavior can be extremely complex. The set of possible global configurations in one finite time step for a CA can be described by a regular language, which in turn can be represented by a finite automaton, more precisely the so-called process graph, in which all states are initial and final. Here, we study the temporal evolution complexity of the elementary cellular automata (i.e., one-dimensional, binary, with radius 1), and related previous works are revisited and discussed, indicating problems and their consequences. We also start up a novel approach for the problem, substituting the process graph based representation that describes the configuration at each time step by adjacency matrices derived from them. In fact, we extend the classical adjacency matrix notation, as they cannot fully represent process graphs. With this new notation, we show that it is possible to obtain the algorithm to generate a process graph for an arbitrary finite time step for each of the rules at study. In conclusion, although advancing the limit graph problem, it still remains open, and we provide suggestions for further research. / Autômatos celulares são sistemas totalmente discretos que agem localmente de forma simples e determinística, mas cujo comportamento global resultante pode ser extremamente complexo. O conjunto de possíveis configurações globais em um passo de tempo t finito para um autômato celular pode ser descrito por uma linguagem regular, a qual por sua vez pode ser representada por meio de um autômato finito, mais precisamente, pelo chamado grafo de processo, em que todos os estados são iniciais e finais. Estuda-se aqui a complexidade da evolução temporal dos autômatos celulares elementares (i.e., unidimensionais, binários, de raio 1), e trabalhos anteriores são revisitados e discutidos, no quais apontam-se problemas e suas consequências. Também inicia-se uma nova abordagem para o problema, substituindo a representação dos grafos de processo que descrevem a configuração a cada passo de tempo por matrizes de adjacência deles derivadas. De fato, estende-se a notação clássica de matriz de adjacência, já que ela se mostra insuficiente para descrever completamente os grafos de processo em questão. Com essa nova notação, mostra-se que é possível obter o algoritmo que gere o grafo de processo de tempo t para cada uma das regras estudadas. Conclui-se que, embora houve avanços para o problema do grafo limite, este ainda permanece aberto, e sugestões para continuação da pesquisa são dadas.

A teoria do caos estuda o tipo de comportamento, aparentemente aleatório, que apresentam alguns sistemas complexos sensíveis à perturbação dos seus parâmetros, como por exemplo sistemas dinâmicos, fractais, autômatos celulares, entre outros. Os autômatos celulares (ACs) são sistemas dinâmicos discretos que podem apresentar comportamentos caóticos a partir de regras simples. Os ACs tem sido empregados em diversas aplicações principalmente em simulações, mas também tem contribuído no reconhecimento de padrões, processamento de imagens e na Criptografia. A necessidade em transmitir informação de forma mais segura vem crescendo com a necessidade por novos algoritmos criptográficos. Paralelamente, os criptoanalistas vem progredindo constantemente na quebra e na procura de vulnerabilidades destes algoritmos, sendo necessaria a incursão de novas abordagens para atender estes desafios. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento e avaliação de algoritmos criptográficos, assim como um novo método de criptoanálise, motivados pela adequação dos ACs caóticos com os princípios de confusão e difusão da Criptografia, seguindo critérios apropriados para a boa construção destes algoritmos, que são sintetizados em três partes: (i) Na proposta do algoritmo de cifra criptográfico baseado no AC caótico, foi sugerida uma estratégia de seleção de ACs em base a combinação de vários critérios como o expoente de Lyapunov, a entropia e a distância de Hamming; visando selecionar um AC apropriado para a geração de números pseudo-aleatórios usados no processo de encriptação/decriptação do algoritmo, o qual é validado por diversos testes de aleatoriedade. (ii) Foi proposto o algoritmo de hash criptográfico baseado numa abordagem híbrida dos ACs e as redes complexas, visando a construção de um algoritmo flexível e de bom desempenho. Os resultados alcançados por ambos os algoritmos criptográficos mostraram-se relevantes quando comparados com o estado da arte, com boas qualidades de segurança e um grande potencial para ser aplicados em problemas reais. (iii) Na proposta do método de criptoanálise foi sugerido traçar equivalências entre os sistemas criptográficos e os ACs caóticos visando explorar e analisar seu comportamento dinâmico, por meio da adaptação do algoritmo do expoente de Lyapunov dos ACs, cujos resultados permitiram encontrar padrões característicos nos modos de operação criptográficos. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem dos ACs caóticos para desenvolver os algoritmos pode ser bastante útil em aplicações de Criptografia e Criptoanálise. / Chaos theory studies the apparently random behaviour from some complex systems with highly sensitive to the initial conditions, such as dynamical systems, fractals, cellular automata, among others. Cellular automata (CA) are discrete dynamical systems that may exhibit chaotic behaviour from simple rules. CA have been employed in many multidisciplinary applications, most of them in simulations systems, including pattern recognition, image processing and Cryptography. Nowadays, the development of new cryptographic algorithms is required in order to fulfil the increasing demand for secure transmission of confidential information. These algorithms are intensively analyzed, most of them broken by the cryptanalyst community. We proposed to develop two cryptographic algorithms: a block cipher and a hash function based on chaotic CA and its corresponding evaluation. We also proposed a new cryptanalysis methodology motivated by the strong relationship between the chaotic properties of CA and the cryptographic principles of confusion and diffusion, by following appropriate criteria to the proper design of these algorithms, which are summarized into three parts: (i) To proposed the block cipher proposed it was suggested a methodology to select a suitable CA to Cryptography by means of compounded measures such as the Lyapunov exponent, entropy and Hamming distance. Moreover, this selected CA is employed to generate pseudo-random numbers, which are further used in the encryption/decryption of the proposed block cipher and validated under several randomness tests. The results obtained by this cryptographic algorithm achieved similar and even higher performance when compared to others found in literature. (ii) The cryptographic hash function was developed using an hybrid approach of CA and complex networks, in order to build a flexible algorithm with acceptable performance when compared to conventional hash functions. In general, the results obtained from both cryptographic algorithms showed good security qualities and great potential to be applied in real problems. (iii) To proposed the cryptanalysis methodology it was suggested to draw parallels between cryptographic systems and CA, in order to explore and analise their dynamic behaviour. Hence, upon drawing such parallels, we have a means to adapt the Lyapunov exponent algorithm conceived in the framework of CA. Unexpectedly, the results obtained allow to discriminate among cryptographic modes of operation, which provides significant contributions to the field. Finally, we proved that the chaotic cellular automata approach can be quite useful in applications cryptography and cryptanalysis.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThesisJaquelineSilva.pdf: 11035936 bytes, checksum: 593b1276f8343f4172ebbb8e0f37d955 (MD5) Previous issue date: 2011-12-16 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / Most processes that affect the distribution, structure and dynamics of tree populations occur early in the plant life cycle. Hence, it is very important to study seed germination and seedling establishment processes to understand the growth and the dispersion of plant populations. In this work, we present three vegetation models to represent the tree growth process in flooded areas of the Amazon Forest that use cellular automata. We consider seed dispersion, seedling establishment, in uence of light, recruitment of individuals, as well as the ood gradient in the models.The first model represents the influence of flooding in the vegetation dynamic only through data and adequate hypotheses about the ooded regions. The second model represents the influence of ooding in the vegetation dynamic taking into account its in uence on mortalities. The third model represents the ood varying along time and includes topographic information.We analyze the in uence of each parameter on the vegetation dynamic. Furthermore, we present a statistical analysis of the results, evaluating the model behavior and the consistency and stability of the results obtained by the computational models. / Muitos dos processos que afetam a distribuição, estrutura e dinâmica de uma população arbórea vegetal podem ocorrer muito cedo na vida de uma planta. Desta forma, o estudo dos processos de germinação e estabelecimento das plantas e fundamental para entender o crescimento populacional e a dispersão de suas sementes. Neste trabalho, apresentamos modelos de vegetação que usam autômatos celulares para representar o crescimento de espécies arbóreas nas áreas alagáveis da floresta amazônica considerando a dispersão de suas sementes, o recrutamento dos indivíduos e a influência da inundação. O primeiro dos modelos representa a dinâmica de vegetaão sem considerar diretamente a influência do pulso de inundação. O segundo modelo representa a influência da inundação via a mortalidade dos indivíduos da população. O terceiro modelo acrescenta a variação no tempo da altura da inundação,adicionando informações sobre o relevo da regi ão. É feita uma análise da influência de cada parâmetro principal na dinâmica da vegetação. Além disso apresentamos uma análise dos resultados que avaliam o comportamento do modelo, bem como a consistência e a estabilidade dos resultados obtidos pelos modelos computacionais.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A região Centro-Oeste do Brasil tornou-se nos últimos 40 anos grande produtora de grãos e carne bovina. As condições edafoclimáticas, o sistema de manejo do solo e o descumprimento de leis ambientais trouxeram conseqüências drásticas à região como o agravamento do processo hídrico erosivo, principalmente na Bacia do Alto Taquari (BAT). Cerca de 90% da BAT localiza-se na porção norte do estado de Mato Grosso do Sul (MS), porém os efeitos do transporte de sedimentos e volume de água são refletidos a jusante dos rios, na Bacia do Pantanal. Utilizando-se pressupostos do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC) foram estabelecidos cenários de mudanças climáticas na Bacia do Alto Taquari, visando identificar áreas com maior vulnerabilidade ao processo erosivo em função de pressões de uso da terra. Usando a modelagem dinâmica no TerraME (Environment Modeling) foram gerados cenários topopluviais até 2100, considerando-se para a temperatura do ar média anual um aumento de 1C, em cenário otimista e, em pessimista, elevações térmicas de 3C. Para a precipitação pluvial média anual um cenário foi com aumento de 15% e outro com reduções de 15%. Os dados foram espacializados no ArcGis 9.2 e exportados para o TerraView 3.2, criando-se espaços celulares e integrando-se com as informações do modelo digital do terreno do Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) para geração dos mapas topoclimáticos e simulações de cenários no TerraMe. Os resultados apontam que 85% da área da BAT nas condições atuais as temperaturas médias variam entre 23,6 a 25,7C. As simulações térmicas no cenário otimista indicam que em 40 anos as temperaturas tendem a superar o maior limite térmico médio nas áreas ao longo do rio Taquari, no sentido Oeste-Leste. Esses valores evidenciam elevações nas taxas evapotranspiratórias de matas ciliares, indicando reduções na vazão do Taquari. Em cenário pessimista essas temperaturas antecipam sua ocorrência, em um prazo de 20 anos. Os cenários com acréscimo de 15% na precipitação pluvial mostram aumentos no volume de água precipitada na parte norte da Bacia, região mais vulnerável aos problemas de erosão hídrica. Cenários do regime térmico-hídrico apontam áreas mais sensíveis às mudanças climáticas na parte oeste da BAT e impactos ambientais também na Bacia do Pantanal. Conclui-se que o TerraME é indicado para gerar cenários de mudanças climáticas em bacias hidrográficas. / Due to agriculture frontier advance in Centre-Western Brazil in the last 40 years, the region became a major grain and meat producer. Soil and Climate particular characteristics, associated to soil management system brought drastic environmental consequences, such as erosion process, mainly in Upper Taquari Basin (UTB). Approximately 86% of UTB is located in North of Mato Grosso do Sul, however the sediment transport effects are reflected downstream, at Pantanal Basin. This study aimed at modeling meteorological variables and simulating climate change scenarios applying dynamic modeling techniques coupled to geoprocessing tools in UTB in order to support land use planning in the region. IPCC assumptions were adopted to simulate two termopluvial scenarios until 2100 applying TerraME (Modelling Environment) tool. An optimistic scenario considers that yearly average air temperature would be increased by 1C, while pessimistic scenario points out 3C as average temperature elevation. Regarding to annual pluvial precipitation means, an optimistic scenario forecasts 15% of precipitation increment. Reductions of 15% in precipitation are waited in pessimistic foreseen. Isolines spatial distribution was calculated using DEM (Digital Elevation Model) based on SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Scenarios generate different spatial topoclimate patterns in the basin. Prevalent mean temperatures currently vary from 23.6 to 25.7C. After 100 years in simulation, optimistic scenario shows a displacement to thermal range from 22.1 to 23.0C. In the next 40 years, on areas along Taquari river basin, from West to East direction, temperatures will overcome current mean superior thermal limit for the region of UTB, i.e., evapotranspiration rates in riparian zone are likely to increase. This indicates a trend to reduction in stream discharges. In the pessimistic scenarios, these temperatures will be anticipated in 20 years. Scenario with 15% higher pluvial precipitation shows that north part of UTB will receive larger rainfall volumes, what should make erosion problem worse. These scenarios demonstrate spatial-temporal dynamic model potential. Among studied climate variables, air temperature is the most sensitive to express climate change effects in Upper Taquari Basin.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1996.pdf: 1191035 bytes, checksum: b157897bb46cbc27928eb487403c2e75 (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / Privacy has become an important aspect when modeling computational systems that have personal information and actions that deal with them. Control access models are used to provide security of such information. Some of these models, altough, are just applied to specific domains. It is proposed an access control model simple yet generic enough to comply with the security and privacy aspects of a system. The proposed model uses an adaptive automaton to perform the access control, and has a set of privacy commands, coded from a legislation or policy. These commands verify if a certain action in the systen may be characterized as a privacy violation. Moreover, the model may be used with auditing mechanisms to register actions in the system and guarantee the privacy. / A privacidade tornou-se um aspecto importante na modelagem de sistemas computacionais que envolvem informações pessoais e ações que as manipulam. Para garantir a segurança das informações, são utilizados modelos de controle de acesso. Alguns destes modelos tratam dos requisitos de privacidade, mas possuem aplicação apenas para domínios específicos. Este trabalho propõe um modelo de controle de acesso simplificado e genérico o suficiente para contemplar os requisitos de segurança e privacidade de um sistema. O modelo proposto utiliza um autômato adaptativo para realizar o controle de acesso, e possui um conjunto de comandos de privacidade, codificados a partir de uma legislação ou política, que verificam se uma determinada ação no sistema pode ser caracterizada como violação de privacidade. Além disso, o modelo permite a utilização de mecanismos de auditoria para registrar as ações no sistema e garantir a privacidade.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A região Centro-Oeste do Brasil tornou-se nos últimos 40 anos grande produtora de grãos e carne bovina. As condições edafoclimáticas, o sistema de manejo do solo e o descumprimento de leis ambientais trouxeram conseqüências drásticas à região como o agravamento do processo hídrico erosivo, principalmente na Bacia do Alto Taquari (BAT). Cerca de 90% da BAT localiza-se na porção norte do estado de Mato Grosso do Sul (MS), porém os efeitos do transporte de sedimentos e volume de água são refletidos a jusante dos rios, na Bacia do Pantanal. Utilizando-se pressupostos do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC) foram estabelecidos cenários de mudanças climáticas na Bacia do Alto Taquari, visando identificar áreas com maior vulnerabilidade ao processo erosivo em função de pressões de uso da terra. Usando a modelagem dinâmica no TerraME (Environment Modeling) foram gerados cenários topopluviais até 2100, considerando-se para a temperatura do ar média anual um aumento de 1C, em cenário otimista e, em pessimista, elevações térmicas de 3C. Para a precipitação pluvial média anual um cenário foi com aumento de 15% e outro com reduções de 15%. Os dados foram espacializados no ArcGis 9.2 e exportados para o TerraView 3.2, criando-se espaços celulares e integrando-se com as informações do modelo digital do terreno do Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) para geração dos mapas topoclimáticos e simulações de cenários no TerraMe. Os resultados apontam que 85% da área da BAT nas condições atuais as temperaturas médias variam entre 23,6 a 25,7C. As simulações térmicas no cenário otimista indicam que em 40 anos as temperaturas tendem a superar o maior limite térmico médio nas áreas ao longo do rio Taquari, no sentido Oeste-Leste. Esses valores evidenciam elevações nas taxas evapotranspiratórias de matas ciliares, indicando reduções na vazão do Taquari. Em cenário pessimista essas temperaturas antecipam sua ocorrência, em um prazo de 20 anos. Os cenários com acréscimo de 15% na precipitação pluvial mostram aumentos no volume de água precipitada na parte norte da Bacia, região mais vulnerável aos problemas de erosão hídrica. Cenários do regime térmico-hídrico apontam áreas mais sensíveis às mudanças climáticas na parte oeste da BAT e impactos ambientais também na Bacia do Pantanal. Conclui-se que o TerraME é indicado para gerar cenários de mudanças climáticas em bacias hidrográficas. / Due to agriculture frontier advance in Centre-Western Brazil in the last 40 years, the region became a major grain and meat producer. Soil and Climate particular characteristics, associated to soil management system brought drastic environmental consequences, such as erosion process, mainly in Upper Taquari Basin (UTB). Approximately 86% of UTB is located in North of Mato Grosso do Sul, however the sediment transport effects are reflected downstream, at Pantanal Basin. This study aimed at modeling meteorological variables and simulating climate change scenarios applying dynamic modeling techniques coupled to geoprocessing tools in UTB in order to support land use planning in the region. IPCC assumptions were adopted to simulate two termopluvial scenarios until 2100 applying TerraME (Modelling Environment) tool. An optimistic scenario considers that yearly average air temperature would be increased by 1C, while pessimistic scenario points out 3C as average temperature elevation. Regarding to annual pluvial precipitation means, an optimistic scenario forecasts 15% of precipitation increment. Reductions of 15% in precipitation are waited in pessimistic foreseen. Isolines spatial distribution was calculated using DEM (Digital Elevation Model) based on SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Scenarios generate different spatial topoclimate patterns in the basin. Prevalent mean temperatures currently vary from 23.6 to 25.7C. After 100 years in simulation, optimistic scenario shows a displacement to thermal range from 22.1 to 23.0C. In the next 40 years, on areas along Taquari river basin, from West to East direction, temperatures will overcome current mean superior thermal limit for the region of UTB, i.e., evapotranspiration rates in riparian zone are likely to increase. This indicates a trend to reduction in stream discharges. In the pessimistic scenarios, these temperatures will be anticipated in 20 years. Scenario with 15% higher pluvial precipitation shows that north part of UTB will receive larger rainfall volumes, what should make erosion problem worse. These scenarios demonstrate spatial-temporal dynamic model potential. Among studied climate variables, air temperature is the most sensitive to express climate change effects in Upper Taquari Basin.

A teoria do caos estuda o tipo de comportamento, aparentemente aleatório, que apresentam alguns sistemas complexos sensíveis à perturbação dos seus parâmetros, como por exemplo sistemas dinâmicos, fractais, autômatos celulares, entre outros. Os autômatos celulares (ACs) são sistemas dinâmicos discretos que podem apresentar comportamentos caóticos a partir de regras simples. Os ACs tem sido empregados em diversas aplicações principalmente em simulações, mas também tem contribuído no reconhecimento de padrões, processamento de imagens e na Criptografia. A necessidade em transmitir informação de forma mais segura vem crescendo com a necessidade por novos algoritmos criptográficos. Paralelamente, os criptoanalistas vem progredindo constantemente na quebra e na procura de vulnerabilidades destes algoritmos, sendo necessaria a incursão de novas abordagens para atender estes desafios. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento e avaliação de algoritmos criptográficos, assim como um novo método de criptoanálise, motivados pela adequação dos ACs caóticos com os princípios de confusão e difusão da Criptografia, seguindo critérios apropriados para a boa construção destes algoritmos, que são sintetizados em três partes: (i) Na proposta do algoritmo de cifra criptográfico baseado no AC caótico, foi sugerida uma estratégia de seleção de ACs em base a combinação de vários critérios como o expoente de Lyapunov, a entropia e a distância de Hamming; visando selecionar um AC apropriado para a geração de números pseudo-aleatórios usados no processo de encriptação/decriptação do algoritmo, o qual é validado por diversos testes de aleatoriedade. (ii) Foi proposto o algoritmo de hash criptográfico baseado numa abordagem híbrida dos ACs e as redes complexas, visando a construção de um algoritmo flexível e de bom desempenho. Os resultados alcançados por ambos os algoritmos criptográficos mostraram-se relevantes quando comparados com o estado da arte, com boas qualidades de segurança e um grande potencial para ser aplicados em problemas reais. (iii) Na proposta do método de criptoanálise foi sugerido traçar equivalências entre os sistemas criptográficos e os ACs caóticos visando explorar e analisar seu comportamento dinâmico, por meio da adaptação do algoritmo do expoente de Lyapunov dos ACs, cujos resultados permitiram encontrar padrões característicos nos modos de operação criptográficos. Os resultados obtidos mostraram que a abordagem dos ACs caóticos para desenvolver os algoritmos pode ser bastante útil em aplicações de Criptografia e Criptoanálise. / Chaos theory studies the apparently random behaviour from some complex systems with highly sensitive to the initial conditions, such as dynamical systems, fractals, cellular automata, among others. Cellular automata (CA) are discrete dynamical systems that may exhibit chaotic behaviour from simple rules. CA have been employed in many multidisciplinary applications, most of them in simulations systems, including pattern recognition, image processing and Cryptography. Nowadays, the development of new cryptographic algorithms is required in order to fulfil the increasing demand for secure transmission of confidential information. These algorithms are intensively analyzed, most of them broken by the cryptanalyst community. We proposed to develop two cryptographic algorithms: a block cipher and a hash function based on chaotic CA and its corresponding evaluation. We also proposed a new cryptanalysis methodology motivated by the strong relationship between the chaotic properties of CA and the cryptographic principles of confusion and diffusion, by following appropriate criteria to the proper design of these algorithms, which are summarized into three parts: (i) To proposed the block cipher proposed it was suggested a methodology to select a suitable CA to Cryptography by means of compounded measures such as the Lyapunov exponent, entropy and Hamming distance. Moreover, this selected CA is employed to generate pseudo-random numbers, which are further used in the encryption/decryption of the proposed block cipher and validated under several randomness tests. The results obtained by this cryptographic algorithm achieved similar and even higher performance when compared to others found in literature. (ii) The cryptographic hash function was developed using an hybrid approach of CA and complex networks, in order to build a flexible algorithm with acceptable performance when compared to conventional hash functions. In general, the results obtained from both cryptographic algorithms showed good security qualities and great potential to be applied in real problems. (iii) To proposed the cryptanalysis methodology it was suggested to draw parallels between cryptographic systems and CA, in order to explore and analise their dynamic behaviour. Hence, upon drawing such parallels, we have a means to adapt the Lyapunov exponent algorithm conceived in the framework of CA. Unexpectedly, the results obtained allow to discriminate among cryptographic modes of operation, which provides significant contributions to the field. Finally, we proved that the chaotic cellular automata approach can be quite useful in applications cryptography and cryptanalysis.