O autômato celular Game of LIFE (GL) exibe comportamento coletivo não-trivial (Classe IV de Wolfram) a partir de regras locais simples. Na década de 1990, conjecturou-se que o autômato seria um exemplo de sistema não-conservativo com criticalidade auto-organizada. Nesse trabalho refutamos essa conjectura verificando que o regime transiente para estados absorventes não escala de forma correta para redes grandes. Usando uma aproximação de campo médio com considerações sobre interfaces para a rede quadrada, definimos um parâmetro de controle sigma0 relacionado com a razão de ramificação da interface da fase absorvente. A partir da análise de um grande número de autômatos celulares (6144), encontramos uma transição de fase descontínua no espaço de regras dos autômatos celulares totalistas. Também encontramos que o GL é um autômato celular quasi-crítico, com sigma0=1.006, ou seja, o GL equivale a um processo de nucleação quasi-crítico. Mostramos que essa quasi-criticalidade é resultado da coexistência e competição entre a fase viva e a fase morta: embora o LIFE esteja destinado à extinção (ao estado absorvente morto), o decaimento é adiado devido a um forte ralentamento crítico. / The cellular automaton Game of LIFE exhibits non-trivial collective behavior (Wolfram Class IV) from local simple rules. In the 1990s, it was conjectured that the automaton would be an example of self-organized criticality in non-conservative systems. In this work we refute this conjecture by verifying that the transient regime to absorbing states does not scale for large lattice sizes. By using a mean-field approximation with considerations about interfaces in square lattices, we define a control parameter sigma0 related to the interfacial absorbing phase branching rate. From the analysis of a large number of cellular automata (6144), we find a discontinuous phase transition in the cellular automata rule space. We also find that LIFE is a quasi-critical cellular automaton, with sigma0=1.006, that is, LIFE is a quasi-critical nucleation process. It is shown that this quasi-criticality is a result of coexistence and competition between the living and dead phases: although LIFE is destined to extinction (to the dead absorbing state), this decay is delayed due to a strong critical slowing down.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANA LEDA SILVA MORAES.pdf: 1708515 bytes, checksum: 8e07dd190f9a5fd165c14e35c2c626b0 (MD5) Previous issue date: 2016-02-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Epidemiology is the science that studies the occurrence of diseases in a population. The results of these studies allow a comprehension of a disease propagation and enable actions in order to control epidemics. There are many mathematical models used in epidemiological studies; in which SIR-like models are the most used. In this model, the population is divided into three groups: S - susceptible individuals to infection, I - infected individuals, and R - recovered individuals. The proposal of this thesis is, based on a new SIR model, taking into consideration the effect of recovered individuals on the propagation of contagious diseases and on the recovery of sick individuals. This can be relevant to the study of propagation of typical diseases in children, since immune individuals can catalyze the encounters among susceptible children and infected children, as well as to contribute to the recovery of sick individuals. The predictive ability of the proposed model is evaluated from the records refering to the incidence of chickenpox in Belgium, Germany and Italy, in a pre-vaccination era. / Epidemiologia é a ciência que estuda as ocorrências de doenças numa população. Os resultados desses estudos permitem uma compreensão do comportamento da incidência da doença e possibilita ações a fim de controlar epidemias. Há vários modelos matemáticos que são utilizados para estudos epidemiológicos, sendo modelos do tipo SIR os mais empregados. Nesse modelo, divide-se a população em três classes: 𝑆 - indivíduos suscetíveis à infecção, 𝐼 - indivíduos infectados, e 𝑅 - indivíduos recuperados. A proposta desta dissertação é, a partir de um novo modelo SIR, levar em consideração o efeito de indivíduos recuperados na propagação de doenças contagiosas e na recuperação de indivíduos doentes. Isso pode ser relevante no estudo da propagação de infecções típicas de crianças, já que indivíduos imunes podem servir como catalisador de encontros entre crianças suscetíveis e crianças infectadas, bem como contribuir para a recuperação de indivíduos doentes. A capacidade preditiva do modelo proposto é avaliada a partir dos registros referentes à incidência de varicela na Alemanha, Bélgica e Itália, numa era pré-vacinação.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pericles do Prado Turnes Junior.pdf: 1375255 bytes, checksum: 24dc630ef135368b840995d533e161e8 (MD5) Previous issue date: 2014-07-29 / Instituto Presbiteriano Mackenzie / There are many epidemiological models written in terms of ordinary differential equations (ODE). This approach is based on the homogeneous mixing assumption; that is, the topological structure of the network of social contacts, established by the individuals in the population, is not relevant to forecast the propagation of the studied pathogen. In this work, an epidemiological model formulated in terms of ODE and probabilistic cellular automata (PCA) is proposed to study the spread of contagious diseases that do not conferimmunity. The state variables of this model are the percentages of susceptible individuals, infected individuals and empty space. It is shown that this dynamical system can experience Hopf and transcritical bifurcations. Then, this model is used to evaluate the validity of the homogeneous mixing assumption, by using real data related to the transmission of gonorrhea, hepatitis C virus, human immunodeficiency virus and obesity. / Muitos modelos epidemiológicos são escritos em termos de equações diferenciais ordinárias (EDO). Essa abordagem baseia-se no pressuposto de mistura homogênea; ou seja, a estrutura topológica da rede de contatos sociais, estabelecida pelos indivíduos da população, não é relevante para prever o avanço do patógeno em estudo. Neste trabalho, é proposto um modelo epidemiológico formulado em termos de EDO e de autômato celular probabilista (ACP) para estudar a propagação de doenças contagiosas que não conferem imunidade. As variáveis de estado desse modelo são as porcentagens de indivíduos suscetíveis, de indivíduos infectados e de espaço vazio. Mostra-se que esse sistema dinâmico pode apresentar bifurcações de Hopf e transcrítica. O modelo é , então, usado para avaliar a validade da hipótese de mistura homogênea, usando dados relacionados à transmissão de gonorreia, vírus da hepatite C, vírus da imunodeficiência humana e obesidade.

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Angelo Schranko de Oliveira1.pdf: 925871 bytes, checksum: 812a592f67dbda8b36f5168fbd5f2598 (MD5) Angelo Schranko de Oliveira2.pdf: 2918106 bytes, checksum: 0969a0bf28b426ce84fe4595d80a73c2 (MD5) Previous issue date: 2009-01-28 / Wolfram Research, Inc. / Cellular automata (CAs) can be defined as discrete dynamical systems over n-dimensional networks of locally connected components, whose evolution occur in a discrete, synchronous and homogeneous fashion. Among their several applications, they have been used as a tool for complex systems modeling governed by fundamental laws of conservation (number-conserving cellular automata) or reversibility (reversible cellular automata). Another fundamental property that can be observed in CAs is regarding to their linearity (linear cellular automata) or nonlinearity. Usually, linear phenomena present low dynamic complexity, however, nonlinear phenoma can present complex behaviours like sensitive dependence on initial conditions and routes to chaos. This work focuses on investigating properties of cellular automata belonging to the intersection of those four classes, namely, reversible, number-conserving, and linear or nonlinear cellular automata. After presenting basic definitions, the notions of number-conserving cellular automata, conservation degree and reversibility are reviewed. Following, a dynamical characterisation parameter which relates the reversibility property of a onedimensional cellular automaton and the pre-images of their basic blocks is introduced, and some proofs of its general properties are given. Empirical observations herein suggest that a cellular automaton is reversible and number-conserving if, and only if, its local transition function is a composition of the local transition functions of the reversible, number-conserving cellular automata with neighbourhood size n=2; such an observation was drawn for neighbourhood sizes n∈{2, 3, 4, 5, 6} and number of states q=2; n∈{2, 3} and q=3; n∈{2, 3} and q=4. A proof for such a conjecture would allow the enumeration between neighbourhood lengths and the quantity of reversible, numberconserving cellular automata in the corresponding space, which can be easily identified by working out the compositions of the local transition functions with n=2. Finally, some relationships between reversible, number-conserving, linear and nonlinear CA rules, their spatio-temporal diagrams and basin of attraction fields are presented. / Autômatos celulares (ACs) podem ser definidos como sistemas dinâmicos sobre redes ndimensionais de componentes localmente conectados, cuja evolução ocorre de forma discreta, síncrona e homogênea. Dentre suas diversas aplicações, têm sido utilizados como ferramenta para modelagem de sistemas complexos regidos por leis fundamentais de conservação (autômatos celulares conservativos) ou reversibilidade (autômatos celulares reversíveis). Outra propriedade fundamental que pode ser observada nos ACs diz respeito à sua linearidade (autômatos celulares lineares) ou nãolinearidade. Fenômenos lineares normalmente apresentam menor complexidade dinâmica, enquanto fenômenos não-lineares podem apresentar propriedades tais como sensibilidade às condições iniciais e rotas para caos. O presente trabalho concentra-se na investigação de propriedades de autômatos celulares unidimensionais pertencentes à interseção dessas quatro classes, isto é, autômatos celulares unidimensionais conservativos, reversíveis, e lineares ou não-lineares. Após definições básicas, são revisitados os conceitos de conservabilidade e reversibilidade. Em seguida, introduz-se um parâmetro de caracterização dinâmica que relaciona a distribuição do número de pré-imagens dos blocos básicos à reversibilidade de autômatos celulares unidimensionais e apresentam-se algumas demonstrações decsuas propriedades gerais. Observações empíricas aqui realizadas sugerem que um autômato celular unidimensional é conservativo e reversível se, e somente se, sua função local de transição de estados é uma composição das funções locais de transição de estado dos autômatos celulares conservativos e reversíveis de vizinhança de comprimento n=2; tal observação foi constatada para vizinhanças de comprimento n∈{2, 3, 4, 5, 6} e quantidade de estados q=2; n∈{2, 3} e q=3; n∈{2, 3} e q=4. Uma demonstração para tal conjectura permitiria estabelecer uma enumeração entre os comprimentos das vizinhanças e a quantidade de autômatos celulares unidimensionais conservativos e reversíveis no espaço correspondente, os quais podem ser facilmente identificados através do cálculo das composições das funções locais de transição de estados com n=2. Por fim, apresentam-se relações entre as classes dos ACs conservativos, reversíveis, lineares e não-lineares, suas dinâmicas espaçotemporais e campos de bacias de atração.

Orientador: Carlos Roberto de Souza Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-12T04:50:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_FabianeHilariodosSantos_D.pdf: 3757483 bytes, checksum: 369720c360cc4dec0417fd66b15d21f8 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A área de estudo situa-se o Vale do Ribeira, região sul do Estado de São Paulo e nordeste do Estado do Paraná, dentro da Faixa de Dobramentos Apiaí e comporta depósitos de chumbo e zinco. Esteve sob a influência das atividades de mineração de chumbo e de uma usina de refino dos minérios que eram produzidos nas minas da região até o final de 1995. A área exibe solos enriquecidos em As e metais pesados, derivados do intemperismo de rochas metassedimentares e metabásicas hospedeiras de mineralizações. O presente trabalho foi desenvolvido visando demonstrar à evolução dos processos erosivos e está estruturado através de quatro abordagens. Primeiramente, através de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicou-se o modelo EUPS (Equação Universal de Perda de Solo), tendo como saída do modelo mapas potenciais de erosão. A segunda abordagem foi à modelagem espaçotemporal baseada em autômatos celulares como ferramenta de análise das mudanças de uso do solo, incrementado pela análise de demandas pela cadeia de Markov, e com cálculo de preferências de alocação através da Regressão Logística. Gerou-se a evolução do uso do solo de 1990 a 2010, demonstrando que há um aumento nas áreas com solos expostos, fazendo-se necessário o uso de práticas conservacionistas. Sabendo que a erosão é um problema grave, a terceira abordagem buscou quantificar a produção de sedimentos utilizando os caminhos do escoamento com auxílio do modelo numérico do terreno. Como resultado, obteve-se mapas temporais de perdas de sedimento, sendo possível quantificar as áreas com altas perdas e sua relação com a anomalia natural existente na área de estudo. Finalmente, com o intuito de reconhecer padrões em solos, realizou-se modelagem espacial em dados multifonte através de redes neurais artificiais. Foi possível reconhecer a assinatura dos padrões nos mapas multifonte e em áreas onde não se tem análises geoquímicas. Para validação desta modelagem, realizou-se o mesmo procedimento para dados de chumbo em sedimentos de corrente, que abrangem uma área maior de amostragem, mostrando-se coerentes com as áreas obtidas para solos. / Abstract: This paper comprises an experiment to map hidden patterns in multi-source data that could be associated with Pb geochemical soil anomalies. The study area is confined between the Apiaí Fold-Belt, hosts numerous Pb and Zn deposits; it was under the influence of regional Pb mining and Pb refinery factory activities until 1995; and exhibits soils enriched in Pb, As and other heavy metals yielded from the supergenic alteration of metavolcanic and metasedimentary rocks that host the metallic mineralizations. Using Neural Networks available in the ArcSDM (Arc Spatial Data Modeler) package, it was demonstrated that there is a signature indicated by the data that agrees with anomalous concentrations of Pb in soil over control areas. This signature was also detected in sectors for which no soil geochemical surveys were available, but a regional stream sediment survey. This survey also revealed a coincidence among tracts with local multi-source signatures and high concentration in Pb, indicating the consistency of the pattern against both soil and stream sediment Pb anomalies. This results have several implications to the use of scarcely spaced sampling geochemistry to detect patterns that can be linked to environmental risk areas. / Doutorado / Metalogenese / Doutor em Ciências

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-25T11:55:26Z No. of bitstreams: 1 wolmararaujoneto.pdf: 9045744 bytes, checksum: 685167b5aabc68d680681643c44b7a4e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T12:12:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 wolmararaujoneto.pdf: 9045744 bytes, checksum: 685167b5aabc68d680681643c44b7a4e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T12:12:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 wolmararaujoneto.pdf: 9045744 bytes, checksum: 685167b5aabc68d680681643c44b7a4e (MD5) Previous issue date: 2014-08-25 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A presente dissertação tem como objetivo principal desenvolver uma metodologia capaz de auxiliar no projeto e implementação de controles para sistemas a eventos discretos (SED) de forma a otimizar a modelagem, documentação e implantação da planta estudada. Para tanto a definição tradicional de autômato foi alterado para incluir um novo subconjunto de estados obrigatórios, isto é, estados que o sistema deve passar antes de chegar a um estado marcado. Seguindo a modelagem tradicional, cada subsistema é modelado através desta nova abordagem. Em uma segunda etapa, uma nova iteração de análise de cada subsistema é realizada para restringir situações indesejadas do sistema. Com esta fase finalizada os subsistemas são mesclados através de uma técnica tradicional de autômatos em paralelo. O sistema final resultante é apresentado a um otimizador, baseado em PROLOG, que busca a melhor sequência de eventos obedecendo a todas as restrições modeladas e termine no estado marcado informado pelo projeto. Este resultado fornece a Rede de Petri ideal do sistema e sua programação em GRAFCET. Tais métodos serão testados em componentes de um sistema de manufatura flexível real. / The present master thesis has as its main goal to develop a methodology able to assist in design and implementation of discrete event system (DES) controllers in order to optimize the modeling, documentation and deployment of plant in study. To do so the automaton traditional concept was changed to include a new subset of mandatory states, i.e. states that the system should pass before reach a marked state. Following the traditional modeling, each subsystem is modeled using this new approach. In a second step, a new iteration of analysis of each subsystem is performed to restrain system’s unwanted situations. At the end of this step the subsystems are composed by a traditional parallel automatons technique. The resulting system is presented to an optimizer, based in PROLOG, which searches the best event sequence obeying to all modeled restrictions and ends in the marked state defined in design. This result provides the ideal Petri Net of the system and its GRAFCET programming. Such methods will be tested in a flexible real manufacturing system.

In contrast to established approaches that analyze networks based on their structural properties, networks can also be studied by investigating the patterns that are evolved by a discrete dynamical system built upon them, such as cellular automata (CAs). Combined with networks these tools can be used to map the relationship between the network architecture and its impact on the patterns evolved by the governing spatially discrete dynamical system. This thesis focuses on the investigation of discrete spatially explicit models (SEMs), among which are CAs, for network analysis and characterization. The relationship between network architecture and its dynamic aspects concerning pattern formation is studied. Additionally, this work aims at the development of evolutionary methods that can be employed for extracting features from such patterns and then be used as network descriptors. In order to achieve this goal, methods that integrate the network structure with the SEMs were proposed, implemented and analyzed. The proposed family of network automata is characterized by birth-survival dynamics that results in different categories of spatio-temporal patterns. Such patterns were quantitatively assessed and used to characterize different network topologies and perform classification tasks in the context of pattern recognition. Inspired by the classic Life-like CA, the proposed Life-like Network Automata (LLNA) illustrate how such tasks can be performed in real-world applications. In addition, the rock-paper-scissors (RPS) model, normally implemented on square lattices, was investigated by defining it on networks. The obtained results confirm the potential of the proposed quantitative analysis of the spatio-temporal patterns for network classification. This quantitative analysis was performed for a set of different pattern recognition tasks and for the majority of them, the classification performance improved. In addition, the reliability of LLNA as a general tool for pattern recognition applications was demonstrated in a diverse scope of classification tasks. The applicability of structural network descriptors was also highlighted in the context of shape characterization in computer vision. Through the proposed approach, the link between these network descriptors and the shape properties, such as angle and curvature, was illustrated. Moreover, when chosen adequately, the network descriptors led to a better classification performance for different shape recognition tasks. Regarding the RPS model, we demonstrated that the presence of long-range correlations in some networks directly influence the RPS dynamics. Finally, it was shown how a commuter network can be used to predict influenza outbreaks. All the proposed methods use different aspects of network analysis and contribute to the study of CAs and other SEMs on irregular tessellations, in contrast to the commonly used regular topologies. In addition, new insights were obtained concerning pattern recognition in networks through the use of spatio-temporal patterns as network descriptors. / Em contraste às abordagens clássicas que analisam redes com base em suas propriedades estruturais, as redes também podem ser estudadas investigando-se os padrões desenvolvidos por um sistema dinâmico discreto construído sobre essas redes, como os autômatos celulares (CAs). Combinadas às redes, essas ferramentas podem ser usadas para se mapear a relação entre a arquitetura da rede e seu impacto nos padrões obtidos pelo sistema dinâmico subjacente. Esta tese está focada na investigação de modelos discretos espacialmente explícitos (SEMs), entre os quais os CAs, para análise e caracterização de redes. A relação entre a arquitetura da rede e seu aspecto dinâmico em relação à formação de padrões é investigada. Além disso, este trabalho visa o desenvolvimento de métodos evolutivos que podem ser usados para extrair características de tais padrões para, então, serem usados como descritores de redes. Para atingir este objetivo, métodos que integram a estrutura da rede com os SEMs foram propostos, implementados e analisados. A família de redes-autômatos proposta é caracterizada por uma dinâmica de nascimento-sobrevivência que resulta em diferentes categorias de padrões espaço-temporais. Tais padrões foram avaliados quantitativamente e utilizados para caracterizar diferentes topologias de redes e realizar tarefas de classificação no contexto do reconhecimento de padrões. Inspirados pelo clássico Life-Like CA, a rede-autômato proposta, Life-like (LLNA), ilustra como tais tarefas podem ser realizadas em aplicações mais realistas. Além disso, o modelo de rock-paper-scissors (RPS), normalmente implementado em reticulados quadrados, foi investigado usando-se redes como tesselações. Os resultados obtidos confirmam o potencial da análise quantitativa proposta dos padrões espaço-temporais para classificação de redes. Essa análise quantitativa foi realizada para um conjunto de tarefas de reconhecimento de padrões, e, para a maioria dessas tarefas, o desempenho da classificação melhorou. Além disso, a confiabilidade do LLNA como uma ferramenta genérica para reconhecimento de padrões foi demonstrada para várias tarefas de classificação de diferentes escopos. A aplicabilidade de descritores estruturais de redes também foi destacada no contexto de caracterização de formas em visão computacional. Através da abordagem proposta, a ligação entre esses descritores de rede e as propriedades da forma, como ângulo e curvatura, foi ilustrada. Além disso, quando escolhidos adequadamente, os descritores de rede levam a um melhor desempenho de classificação para diferentes tarefas de categorização de formas. No que diz respeito ao modelo RPS, demonstramos que a presença de correlações de longo alcance nas redes afeta diretamente a dinâmica do modelo. Finalmente, foi apresentado como uma rede de transporte pode ser usada para prever surtos de gripe. Todos os métodos propostos utilizam diferentes aspectos da análise de redes e contribuem para o estudo de CAs e outras SEMs em tesselações irregulares, uma vez que estes modelos são geralmente descritos em topologias regulares. Além disso, uma nova metodologia foi proposta em relação ao reconhecimento de padrões em redes através do uso de padrões espaço-temporais como descritores da rede.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LNCC_2009_Sicilia_Judice.pdf: 24029440 bytes, checksum: aa6b5db9b8745db2d37133d63a7521ce (MD5) Previous issue date: 2009-08-10 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Physically-based techniques for the animation of fluids (gas or liquids) have taken the attention of the computer graphics community. The traditional fluid animation methods rely on a top down viewpoint that uses 2D/3D mesh based approaches motivated by the Eulerian methods of Finite Element (FE) and Finite Difference (FD), in conjunction with Navier-Stokes equations of fluids. Alternatively, lattice methods comprised by the Lattice Gas Cellular Automata (LGCA) and Lattice Boltzmann (LBM) can be used. The basic idea behind these methods is that the macroscopic dynamics of a fluid is the result of the collective behavior of many microscopic particles. Such bottom-up approaches need low computational resources for both the memory allocation and the computation itself. In this work, we consider animation of fluids for computer graphics applications, using a LGCA method called FHP, and a LBM method called D2Q9, both bidimensional models. We propose 3D fluid animation techniques based on the FHP and D2Q9 as well as interpolation methods. Then, we present two animating frameworks based on the mentioned lattice methods, one for a real time implementation and the other for an off-line implementation. In the experimental results we emphasize the simplicity and power of the presented models when combined with efficient techniques for rendering and compare their efficiency. / Técnicas baseadas em física têm chamado a atenção da comunidade de computação gráfica, em especial para animação de fluidos (gás ou líquidos). As técnicas tradicionais para animação de fluidos são metodologias top-down baseadas em malhas 2D/3D, tais como Diferenças Finitas e Elementos Finitos, em conjunto com equações de fluidos Navier-Stokes. Entretanto, tais métodos têm um custo computacional alto. Uma alternativa é o uso de técnicas baseadas em Autômatos Celulares do tipo Lattice Gas (LGCA) e o Método de Lattice Boltzmann (LBM). A idéia básica desses métodos consiste em obter a dinâmica macroscópica de um fluido a partir do comportamento coletivo de diversas partículas microscópicas. Em geral, tais metodologias bottom-up são eficientes do ponto de vista computacional. Neste trabalho, são estudados os aspectos teóricos e práticos da animação computacional de fluidos bidimensionais para computação gráfica, usando um método LGCA chamado FHP, e um método LBM chamado D2Q9. É proposto um modelo de fluido 3D baseado nos modelos bidimensionais FHP e D2Q9, bem como em métodos de interpolação. Em seguida, são apresentadas duas aplicações para animação de fluidos através dos métodos mencionados, uma para execução em tempo real e outra para execução off-line. Nos resultados dos experimentos computacionais são enfatizados a simplicidade e o potencial dos modelos propostos quando combinados com técnicas eficientes de rendering.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-05-04T23:12:17Z No. of bitstreams: 1 ELTHON ALEX DA SILVA OLIVEIRA - TESE PPGCC 2015..pdf: 4180608 bytes, checksum: 808dd922bbed2d1a31a83917caaf05c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T23:12:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELTHON ALEX DA SILVA OLIVEIRA - TESE PPGCC 2015..pdf: 4180608 bytes, checksum: 808dd922bbed2d1a31a83917caaf05c5 (MD5) Previous issue date: 2015-05-08 / Diversas soluções de software têm sido desenvolvidas para a área de cuidados de saúde. Nesta área, destacam-se as pesquisas em exercícios físicos, que tem recebido grande atenção da Organização Mundial de Saúde por ajudar a diminuir os riscos de diversas doenças e a aumentar a qualidade de vida das pessoas acometidas por alguma delas. Contudo, há três problemas principais nas soluções existentes desenvolvidas para o acompanhamento de exercícios físicos: i) levam em consideração apenas variáveis fisiológicas, ii) necessitam da atenção do profissional de saúde durante a prática do exercício e iii) não fornecem recomendações customizadas. Neste trabalho, é apresentado um método para proporcionar a manutenção de conformidade entre as ações dos indivíduos e as recomendações do profissional de saúde, durante a prática de exercícios, sem a presença do mesmo in loco. Tal método possibilita a construção de um modelo na forma de autômato finito. Este autômato, chamado de modelo de referência, é capaz de descrever como o indivíduo deve se comportar a fim de se manter em conformidade com as recomendações do profissional de saúde. Por ser gerado a partir da composição de modelos menores, a evolução do modelo pode ser obtida e as propriedades garantidas por construção. Além disso, propriedades de vivacidade e segurança são verificadas no modelo construído por meio da técnica de verificação de modelos, fornecendo confiabilidade ao sistema. Algumas tarefas foram executadas no processo de avaliação do método apresentado e demonstraram que: o processo de construção do modelo de referência está de acordo com o processo clínico; o modelo gerado é capaz de representar o conhecimento do especialista, fornecendo recomendações adequadas ao indivíduo; e a solução apresentada é tecnicamente viável de se implementada e executada; e,por fim,este método pode ser usado em cenários reais,desde que os indivíduos não estejam sob condições de estresse. / Several software solutions have been developed for the healthcare area. In this area, we high light the area of physical exercise that has received great attention from World Health Organization for helping decreasing risk of various diseases and improving the quality of life of people affected by some of them. However, there are three main problems with such solutions developed for monitoring of physical exercises: i) only physiological variables are supported, ii) professional attention is required during the exercise, and iii) customized recommendations are not given. In this work,we present a method to provide accordance maintenance between individuals actions and recommendations from health care professional, during the exercise execution, without the presence of himin loco. Such a method makes it possible to build a finite automaton model. Such an automaton, called reference model, describes how an individual must behave aiming to follow recommendations from the health care professional. As it is obtained by means of composition from smaller models, the model evolution is accomplished and properties are guaranteed by means of building process. Besides, liveness and safety properties are checked in the model by the model checking technique,making the model more reliable. Some tasks were performed during the evaluation process and showed that: the building process of the reference model is according to the clinical procedure; the generated reference model is able to represent the knowledge of the health care professional by providing appropriate recommendations; the presented solution is technically feasible to be developed and executed; and such a method can be used in real scenarios, since individuals are not under stress conditions.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Em diversas situações, o volume de tarefas a serem cumpridas não pode ser realizado por um único robô. Assim, um campo que tem despertado crescente interesse é a investigação do comportamento de enxame de robôs de busca. Estratégias de cooperação e controle desse enxame devem ser consideradas para um desempenho eficiente do time de robôs. Existem várias técnicas clássicas em inteligência artificial que são capazes de resolver este problema. Neste trabalho um conjunto de técnicas bio-inspiradas, que engloba um modelo baseado em autômatos celulares com memória e feromônio invertido, foi considerado inicialmente para coordenar um time de robôs na tarefa de forrageamento para ambientes previamente conhecidos. Os robôs do time compartilham o mesmo ambiente, comunicando-se através do feromônio invertido, que é depositado por todos os agentes a cada passo de tempo, resultando em forças de repulsão e maior cobertura do ambiente. Por outro lado, o processo de retorno para o ninho é baseado no comportamento social observado no processo de evacuação de pedestres, resultando em forças de atração. Todos os movimentos deste processo são de primeira escolha e a resolução de conflitos proporciona uma característica não-determinista ao modelo. Posteriormente, o modelo base foi adaptado para a aplicação nas tarefas de coleta seletiva e busca e resgate. Os resultados das simulações foram apresentados em diferentes condições de ambiente. Além disso, parâmetros como quantidade e disposição da comida, posição dos ninhos e largura, constantes relacionadas ao feromônio, e tamanho da memória foram analisados nos experimentos. Em seguida, o modelo base proposto neste trabalho para tarefa de forrageamento, foi implementado usando os robôs e-Puck no ambiente de simulação Webots, com as devidas adaptações. Por fim, uma análise teórica do modelo investigado foi analisado através da teoria dos grafos e das filas. O método proposto neste trabalho mostrou-se eficiente e passível de ser implementado num alto nível de paralelismo e distribuição. Assim, o modelo torna-se interessante para a aplicação em outras tarefas robóticas, especialmente em problemas que envolvam busca multi-objetiva paralela. / In several situations, the volume of tasks to be accomplished can not be performed by a single robot. Thus, a field that has attracted growing interest is the behavior investigation of the search swarm robots. Cooperation and control strategies of this swarm should be considered for an efficient performance of the robot team. There are several classic techniques in artificial intelligence that are able to solve this problem. In this work a set of bio-inspired techniques, which includes a model based on cellular automata with memory and inverted pheromone, was initially considered to coordinate a team of robots in the task of foraging to previously known environments. The team's robots share the same environment, communicating through the inverted pheromone, which is deposited by all agents at each step of time, resulting in repulsive forces and increasing environmental coverage. On the other hand, the return process to the nest is based on the social behavior observed in the process of pedestrian evacuation, resulting in forces of attraction. All movements in this process are first choice and conflict resolution provides a non-deterministic characteristic to the model. Subsequently, the base model was adapted for the application in the tasks of selective collection and search and rescue. The results of the simulations were presented under different environment conditions. In addition, parameters such as amount and arrangement of food, nest position and width, pheromone-related constants, and memory size were analyzed in the experiments. Then, the base model proposed in this work for foraging task, was implemented using the e-Puck robots in the simulation environment Webots, with the appropriate adaptations. Finally, a theoretical analysis of the investigated model was analyzed through the graphs and queuing theory. The method proposed in this work proved to be efficient and capable of being implemented at a high level of parallelism and distribution. Thus, the model becomes interesting for the application in other robotic tasks, especially in problems that involve parallel multi-objective search. / Tese (Doutorado)