This work analyses properties of relational structures that imply a high degree of symmetry. A structure is called homogeneous if every mapping from any finite substructure can be extended to a mapping over the whole structure. The various types of these mappings determine corresponding types of homogeneity. A prominent position belongs to ultrahomogeneity, for which every local isomorphism can be extended to an automorphism. In contrast to graphs, the classification of ultrahomogeneous relational struc- tures is still an open problem. The task of this work is to characterize "the distance" to homogeneity using two approaches. Firstly, the classification of homogeneous structures is studied when the "complexity" of a structure is increased by introducing more relations. This leads to various classifications of homomorphism-homogeneous L-colored graphs for different L, where L- colored graphs are graphs having sets of colors from a partially ordered set L assigned to vertices and edges. Moreover a hierarchy of classes of ho- mogeneous structures defined via types of homogeneity is studied from the viewpoint of classes coincidence. The second approach analyses for fixed classes of structures the least way to extend their language so as to achieve homogeneity. We obtain results about relational complexity for finite...

Este trabalho foca no estudo de duas redes complexas. A primeira é um modelo de Ising com campo aleatório. Este modelo segue uma distribuição de campo gaussiana e bimodal. Uma técnica de conectividade finita foi utilizada para resolvê-lo. Assim como um método de Monte Carlo foi aplicado para verificar os resultados. Há uma indicação em nossos resultados que para a distribuição gaussiana a transição de fase é sempre de segunda ordem. Para as distribuições bimodais há um ponto tricrítico, dependente do valor da conectividade . Abaixo de um certo mínimo de , só existe transição de segunda ordem. A segunda é uma rede neural atratora métrica. Mais precisamente, estudamos a capacidade deste modelo para armazenar os padrões estruturados. Em particular, os padrões escolhidos foram retirados de impressões digitais, que apresentam algumas características locais. Os resultados mostram que quanto menor a atividade de padrões de impressões digitais, maior a relação de carga e a qualidade de recuperação. Uma teoria, também foi desenvolvido como uma função de cinco parâmetros: a relação de carga, a conectividade, o grau de densidade da rede, a relação de aleatoriedade e a correlação do padrão espacial. / This work focus on the study of two complex networks. The first one is a random field Ising model. This model follows a gaussian and bimodal distribution, for the random field. A finite connectivity technique was utilized to solve it. As well as a Monte Carlo method was applied to verify our results. There is an indication in our results that for a gaussian distribution the phase transition is always second-order. For the bimodal distribution there is a tricritical point, tha depends on the value of the connectivity . Below a certain minimum , there is only a second-order transition. The second one is a metric attractor neural network. More precisely we study the ability of this model to learn structured patterns. In particular, the chosen patterns were taken from fingerprints, which present some local features. Our results show that the higher the load ratio and retrieval quality are the lower is the fingerprint patterns activity. A theoretical framework was also developed as a function of five parameters: the load ratio, the connectivity, the density degree of the network, the randomness ratio and the spatial pattern correlation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente observa-se uma expressiva perda de biodiversidade global resultante de atividades antrópicas, sendo a introdução de espécies exóticas uma das mais impactantes. A jaqueira Artocarpus heterophyllus é uma espécie exótica introduzida no Brasil durante o período colonial, sendo considerada invasora em diversas localidades. Na Mata Atlântica invade áreas de mata aberta e de borda, habitualmente associadas a ambientes antrópicos. Na Ilha Grande é encontrada em grande abundância em decorrência do histórico de ocupação humana. Para compreender como a mastofauna responde a presença da jaqueira, o Laboratório de Ecologia de Mamíferos da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) vem desenvolvendo um estudo ao longo de seis anos nos arredores da Vila Dois Rios, localizada na face oceânica da Ilha Grande. A partir dos resultados prévios iniciou-se uma segunda etapa do estudo no mesmo local que buscou avaliar diferentes métodos de controle das jaqueiras. O presente estudo é uma continuação direta desses dois trabalhos anteriores e teve como objetivo acompanhar as respostas da comunidade de pequenos mamíferos no período imediatamente posterior ao controle. Durante 18 meses foram amostradas bimestralmente 18 grades, 10 aonde foi efetuado o controle das jaqueiras e 8 aonde não foi constatada a presença desta árvore. Em cada grade foram colocadas 11 armadilhas de captura viva sendo banana a isca utilizada. Os mamíferos capturados foram medidos e suas fezes coletadas. A quantidade de jacas em cada área também foi anotada bimensalmente. As fezes foram analisadas em laboratório e as sementes encontradas identificadas. Os resultados obtidos indicam que a influência de A. heterophyllus sobre a estrutura da comunidade de pequenos mamíferos foi menor após o tratamento de controle. A única espécie que parece ainda responder a abundância de jaqueiras é o roedor Trinomys dimidiatus, que apresentou densidades mais elevadas nas áreas em tratamento, porém mais próximas a resultados obtidos para espécies congêneres em áreas pouco antropizadas. Utilizando uma abordagem de redes complexas observamos que, embora T. dimidiatus seja a espécie mais abundante em termos de número de indivíduos, o gambá Didelphis aurita parece ser a espécie de mamífero mais importante para dispersão de sementes nativas, aparecendo como espécie com maior número de conexões com espécies de sementes nas redes contruídas para as áreas sem jaqueiras e com jaqueiras antes e após o tratamento. Finalmente, a partir dos dados obtidos criamos um modelo matemático para a população de T. dimidiatus dos arredores da Vila Dois Rios, baseado em um crescimento logístico. Os resultados do modelo proposto se mostraram correlacionados com os dados de abundância reais, de modo que ele parece ser um simulador adequado da população local. / Currently, the world is experiencing a severe loss of biodiversity as consequence of human activities. Of these, the introduction of exotic species is one of the most harmful. The jackfruit tree, Artocarpus heterophyllus, is considered an exotic species in Brazil, where it was introduced during colonial times. In the Brazilian Atlantic Rainforest, A. heterophyllus colonizes open canopy and edge areas, mostly associated with anthropic environments. In Ilha Grande it can be found in high densities as a result of the historical process of human occupation of the island. To better understand if and how the small mammalian fauna responded to the presence of A. heterophyllus, the Laboratory of Mammal Ecology of Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) has been developing a study in the course of the last six years in the surroundings of Vila Dois Rios, located in the oceanic front of Ilha Grande. Based on previous results, a second phase of the study was implemented in the same local. This second study aimed to evaluate the best control method for the jackfruit trees (Moura 2011). The present study is a direct continuation of both studies, its main objective being to accompany the responses of mammalian community in the period immediately after the treatment of the jackfruit trees. During the course of 18 months 18 grids were sampled in a bimonthly basis, 10 where the jackfruit trees were treated and 8 where jackfruit trees were absent. In each grid 11 live traps were opened, and the bait was banana. The captured mammals were ear-tagged and measured and their feces collected. The number of jackfruits was also counted in each area bimonthly. The feces were analyzed in laboratory and the found seeds identified. Our results indicate that the community structure is being less influenced by A. heterophyllus abundances after the control treatment. The only species that still presented a response to the presence of A. heterophyllus was the spiny rat Trinomys dimidiatus. Even so, although the density of T. dimidiatus was high, it was lower than the density found previously, being more similar to results obtained for congeneric species in less anthropized sites. By using complex network analysis we observed that, although T. dimidiatus is the most abundant species in the study area, the opossum Didelphis aurita seems to be the most important species in terms of seed dispersal. D. aurita was the species with most connections in all built networks for areas without jackfruit trees and with jackfruit trees before and after the treatment. Finally, based on the obtained results we created a mathematical model for T. dimidiatus population of the surroundings of Vila Dois Rios, based on the logistic growth equation. The results of the proposed model were statistically correlated with our actual data, and so may be considered an adequate simulator for this particular population.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:35:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1691868 bytes, checksum: 62324ed588f110298d6a2dc7a9e33ca9 (MD5) Previous issue date: 2011-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Phase transitions into absorbing states, configurations from which the system can not escape, are currently a topic in the frontier of nonequilibrium Statistical Physics. Along with a growing interest in phase transitions on complex topologies, there are still many problems being investigated in regular networks, such as the effects of quenched disorder, diffusion, etc. In recent decades, complex networks have been a subject of increasing interest in the scientific community due to the fact that they describe a wide diversity of systems of both technological and intellectual relevance. Gathering the huge size and dynamic nature of real complex networks, the Statistical Physics approach has proven to be very convenient because of its connection with graph theory and the possibility of characterizing the macroscopic phenomena emerging in terms of the dynamics of the basic elements composing the system. In the first part of this dissertation, we have performed simulations using the quasi-stationary (QS) method proposed by Oliveira and Dickman for the contact process (CP), the susceptible-infected-susceptible (SIS) and the contact replication process (PRC) models in three dimensions, besides reproducing some results already known in the literature with the QE method. Using this method, we determined, for the first time, the moment ratios of the order parameter for the directed percolation (DP) class in three dimensions. We have also shown that the mean-field exponents for the three-dimensional PRC reported in the literature, are transients observed in the spreading analysis. In the second part, we have investigated the phase transition in a new model, proposed in this dissertation: the threshold contact process (TCP). Analyses were performed on regular and scale-free networks. We show that the TCP belongs to the DP universality class in regular networks. In scale-free networks, we show that the critical exponents for the finite-size scaling analysis of the quasi-stationary density of active sites and for the lifetime are the same obtained for the CP on scale-free networks, both in the heterogeneous mean-field theory, and in the QS simulations. / Transições de fase para estados absorventes, configurações das quais o sistema não pode escapar, são atualmente um tópico na fronteira da física estatística fora do equilíbrio. Concomitantemente com um crescente interesse em tais transições de fase em topologias complexas, ainda há muitos problemas em aberto sendo investigados em redes regulares, tais como os efeitos de desordem congelada, difusão, etc. Nas últimas décadas, redes complexas tem sido alvo de crescente interesse da comunidade científica devido ao fato de estas descreverem uma grande variedade de sistemas que possuem relevância tanto tecnológica quanto intelectual. Levando em conta a natureza dinâmica e o enorme tamanho das redes complexas reais, a abordagem da Física Estatística mostra-se muito conveniente devido a sua ligação com a teoria de grafos e a possibilidade de caracterizar fenômenos macroscópicos emergentes em termos da evolução dinâmica de elementos básicos que compoem o sistema. Na primeira parte desta dissertação, realizamos simulações pelo método quase-estacionário (QE) proposto por Oliveira e Dickman para o processo de contato (PC), para o modelo suscetível-infectado-suscetível (SIS) e para o processo de replicação por contato (PRC), em três dimensões, além de reproduzir alguns resultados já conhecidos pelo método QE. Utilizando este método, foi possível determinar as razões entre momentos dos parâmetros de ordem para a classe da percolação direcionada em três dimensões. Também mostramos que os expoentes de campo médio para o PRC tridimensional relatados na literatura são um transiente observado na análise de espalhamento. Na segunda parte, investigamos a transição de fase em um novo modelo, proposto nesta dissertação: o processo de contato por limiar (PCL). Análises foram realizadas em redes regulares e sem escala. Mostramos que o PCL pertence à classe da percolação direcionada em redes regulares. Em redes sem escala, mostramos que os expoentes críticos da análise de escalonamento de tamanho finito da densidade quase-estacionária de sítios ativos e do tempo de vida são os mesmos que foram obtidos para o PC em redes sem escala, tanto na teoria de campo médio heterogênea, quanto nas simulações QE.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioMF_TESE.pdf: 2442431 bytes, checksum: 5b4a291a0463cccea8bc8ffd82ea7840 (MD5) Previous issue date: 2011-02-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work we study a connection between a non-Gaussian statistics, the Kaniadakis statistics, and Complex Networks. We show that the degree distribution P(k)of a scale free-network, can be calculated using a maximization of information entropy in the context of non-gaussian statistics. As an example, a numerical analysis based on the preferential attachment growth model is discussed, as well as a numerical behavior of the Kaniadakis and Tsallis degree distribution is compared. We also analyze the diffusive epidemic process (DEP) on a regular lattice one-dimensional. The model is composed of A (healthy) and B (sick) species that independently diffusive on lattice with diffusion rates DA and DB for which the probabilistic dynamical rule A + B &#8594; 2B and B &#8594; A. This model belongs to the category of non-equilibrium systems with an absorbing state and a phase transition between active an inactive states. We investigate the critical behavior of the DEP using an auto-adaptive algorithm to find critical points: the method of automatic searching for critical points (MASCP). We compare our results with the literature and we find that the MASCP successfully finds the critical exponents 1/&#1141; and 1/z&#1141; in all the cases DA =DB, DA <DB and DA >DB. The simulations show that the DEP has the same critical exponents as are expected from field-theoretical arguments. Moreover, we find that, contrary to a renormalization group prediction, the system does not show a discontinuous phase transition in the regime o DA >DB. / Neste trabalho, estudamos a conex?o entre uma estat?stica n?o Gaussiana, a estat?stica de Kaniadakis, e as redes complexas. N?s mostramos que a distribui??o de conectividades P(k), de uma rede livre de escala, pode ser determinada usando a maximiza??o da entropia de informa??o no contexto de estat?sticas n?o Gaussianas. Como exemplo, discutimos uma an?lise num?rica baseada no modelo de crescimento com liga??o preferencial e comparamos o comportamento num?rico da distribui??o de conectividade entre as estat?sticas de Kaniadakis e a de Tsallis. Analisamos, ainda, o processo de propaga??o de epidemia em uma rede regular unidimensional. O sistema que comp?e o modelo ? composto de esp?cies A (sadios) e esp?cies B (doentes) que se difundem, independentemente na rede, com taxas DA e DB e seguem a regra din?mica probabil?stica A+B &#8594; 2B e B &#8594; A. Este modelo, pertence ? categoria de sistemas de n?o equil?brio com um estado absorvente e uma transi??o de fase entre os estados ativo-inativo do sistema. Investigamos o comportamento cr?tico, usando um algoritmo auto-adaptativo para encontrar pontos cr?ticos: o m?todo de busca autom?tica para pontos cr?ticos (MBA). Comparamos nossos resultados com os correspondentes da literatura cient?fica e encontramos que o MBA determina, com sucesso, os expoentes cr?ticos 1/&#1141; e 1/z&#1141; em todos os casos DA = DB, DA < DB e DA > DB. As simula??es mostraram que o processo epid?mico difusivo tem os mesmos expoentes cr?ticos encontrados no contexto da Teoria de Campo. Al?m disso, encontramos que, ao contr?rio das predi??es de Grupo de Renormaliza??o, o sistema n?o mostra uma transi??o de fase descont?nua para o regime DA > DB

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GabrielAM_DISSERT.pdf: 3905570 bytes, checksum: 4c0d9aa1885448450fe9583dac769de6 (MD5) Previous issue date: 2011-02-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this thesis we investigate physical problems which present a high degree of complexity using tools and models of Statistical Mechanics. We give a special attention to systems with long-range interactions, such as one-dimensional long-range bondpercolation, complex networks without metric and vehicular traffic. The flux in linear chain (percolation) with bond between first neighbor only happens if pc = 1, but when we consider long-range interactions , the situation is completely different, i.e., the transitions between the percolating phase and non-percolating phase happens for pc < 1. This kind of transition happens even when the system is diluted ( dilution of sites ). Some of these effects are investigated in this work, for example, the extensivity of the system, the relation between critical properties and the dilution, etc. In particular we show that the dilution does not change the universality of the system. In another work, we analyze the implications of using a power law quality distribution for vertices in the growth dynamics of a network studied by Bianconi and Barab?si. It incorporates in the preferential attachment the different ability (fitness) of the nodes to compete for links. Finally, we study the vehicular traffic on road networks when it is submitted to an increasing flux of cars. In this way, we develop two models which enable the analysis of the total flux on each road as well as the flux leaving the system and the behavior of the total number of congested roads / Nesta tese abordaremos problemas f?sicos que apresentam um alto grau de complexidade utilizando ferramentas e modelos da Mec?nica Estat?stica. Daremos ?nfase ao estudo de sistemas com intera??es de longo alcance dentre estes, o caso da percola??o com liga??es de longo alcance em cadeias lineares, redes complexas sem m?tricas e tr?fego em redes complexas. O fluxo numa cadeia linear (percola??o) com intera??es de primeiros vizinhos s? ocorre em pc = 1, por?m se levarmos em conta liga??es de longo alcance o quadro ? completamente diferente, ou seja, a transi??o entre a fase percolante e a fase n?o percolante ocorre para um valor de p < 1. Esse tipo de transi??o continua ocorrendo mesmo quando dilu?mos o sistema ( dilui??o dos s?tios ). Outros efeitos estudados nesse trabalho foram a extensividade do sistema, a evolu??o das propriedades cr?ticas em fun??o da dilui??o, etc. Em particular, mostramos que a dilui??o n?o altera a universalidade do sistema. Em outro trabalho, veremos as implica??es em utilizar uma distribui??o de qualidade obedecendo uma lei de pot?ncia na din?mica de crescimento de uma rede estudada por Bianconi e Barab?si. Este incorpora na liga??o preferencial as diferentes habilidades (qualidades) dos s?tios na competi??o por liga??es. Por ?ltimo, estudamos o tr?fego em redes complexas e na malha rodovi?ria sui?a a fim de entender como o congestionamento se alastra numa rede quando submetida a um fluxo crescente de carros. Nesse sentido, desenvolvemos dois modelos que nos possibilitam a an?lise do fluxo total em todas as ruas, bem como o fluxo nas sa?das do sistema e o comportamento do n?mero total de ruas congestionadas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente observa-se uma expressiva perda de biodiversidade global resultante de atividades antrópicas, sendo a introdução de espécies exóticas uma das mais impactantes. A jaqueira Artocarpus heterophyllus é uma espécie exótica introduzida no Brasil durante o período colonial, sendo considerada invasora em diversas localidades. Na Mata Atlântica invade áreas de mata aberta e de borda, habitualmente associadas a ambientes antrópicos. Na Ilha Grande é encontrada em grande abundância em decorrência do histórico de ocupação humana. Para compreender como a mastofauna responde a presença da jaqueira, o Laboratório de Ecologia de Mamíferos da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) vem desenvolvendo um estudo ao longo de seis anos nos arredores da Vila Dois Rios, localizada na face oceânica da Ilha Grande. A partir dos resultados prévios iniciou-se uma segunda etapa do estudo no mesmo local que buscou avaliar diferentes métodos de controle das jaqueiras. O presente estudo é uma continuação direta desses dois trabalhos anteriores e teve como objetivo acompanhar as respostas da comunidade de pequenos mamíferos no período imediatamente posterior ao controle. Durante 18 meses foram amostradas bimestralmente 18 grades, 10 aonde foi efetuado o controle das jaqueiras e 8 aonde não foi constatada a presença desta árvore. Em cada grade foram colocadas 11 armadilhas de captura viva sendo banana a isca utilizada. Os mamíferos capturados foram medidos e suas fezes coletadas. A quantidade de jacas em cada área também foi anotada bimensalmente. As fezes foram analisadas em laboratório e as sementes encontradas identificadas. Os resultados obtidos indicam que a influência de A. heterophyllus sobre a estrutura da comunidade de pequenos mamíferos foi menor após o tratamento de controle. A única espécie que parece ainda responder a abundância de jaqueiras é o roedor Trinomys dimidiatus, que apresentou densidades mais elevadas nas áreas em tratamento, porém mais próximas a resultados obtidos para espécies congêneres em áreas pouco antropizadas. Utilizando uma abordagem de redes complexas observamos que, embora T. dimidiatus seja a espécie mais abundante em termos de número de indivíduos, o gambá Didelphis aurita parece ser a espécie de mamífero mais importante para dispersão de sementes nativas, aparecendo como espécie com maior número de conexões com espécies de sementes nas redes contruídas para as áreas sem jaqueiras e com jaqueiras antes e após o tratamento. Finalmente, a partir dos dados obtidos criamos um modelo matemático para a população de T. dimidiatus dos arredores da Vila Dois Rios, baseado em um crescimento logístico. Os resultados do modelo proposto se mostraram correlacionados com os dados de abundância reais, de modo que ele parece ser um simulador adequado da população local. / Currently, the world is experiencing a severe loss of biodiversity as consequence of human activities. Of these, the introduction of exotic species is one of the most harmful. The jackfruit tree, Artocarpus heterophyllus, is considered an exotic species in Brazil, where it was introduced during colonial times. In the Brazilian Atlantic Rainforest, A. heterophyllus colonizes open canopy and edge areas, mostly associated with anthropic environments. In Ilha Grande it can be found in high densities as a result of the historical process of human occupation of the island. To better understand if and how the small mammalian fauna responded to the presence of A. heterophyllus, the Laboratory of Mammal Ecology of Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) has been developing a study in the course of the last six years in the surroundings of Vila Dois Rios, located in the oceanic front of Ilha Grande. Based on previous results, a second phase of the study was implemented in the same local. This second study aimed to evaluate the best control method for the jackfruit trees (Moura 2011). The present study is a direct continuation of both studies, its main objective being to accompany the responses of mammalian community in the period immediately after the treatment of the jackfruit trees. During the course of 18 months 18 grids were sampled in a bimonthly basis, 10 where the jackfruit trees were treated and 8 where jackfruit trees were absent. In each grid 11 live traps were opened, and the bait was banana. The captured mammals were ear-tagged and measured and their feces collected. The number of jackfruits was also counted in each area bimonthly. The feces were analyzed in laboratory and the found seeds identified. Our results indicate that the community structure is being less influenced by A. heterophyllus abundances after the control treatment. The only species that still presented a response to the presence of A. heterophyllus was the spiny rat Trinomys dimidiatus. Even so, although the density of T. dimidiatus was high, it was lower than the density found previously, being more similar to results obtained for congeneric species in less anthropized sites. By using complex network analysis we observed that, although T. dimidiatus is the most abundant species in the study area, the opossum Didelphis aurita seems to be the most important species in terms of seed dispersal. D. aurita was the species with most connections in all built networks for areas without jackfruit trees and with jackfruit trees before and after the treatment. Finally, based on the obtained results we created a mathematical model for T. dimidiatus population of the surroundings of Vila Dois Rios, based on the logistic growth equation. The results of the proposed model were statistically correlated with our actual data, and so may be considered an adequate simulator for this particular population.

Dans le contexte des réseaux complexes, la structure communautaire du réseau devient un sujet important pour plusieurs domaines de recherche. Les communautés sont en général vues comme des groupes intérieurement denses. La détection de tels groupes offre un éclairage intéressant sur la structure du réseau. Par exemple, une communauté de pages web regroupe des pages traitant du même sujet. La définition de communautés est en général limitée à une partition de l’ensemble des nœds. Cela exclut par définition qu’un nœd puisse appartenir à plusieurs communautés, ce qui pourtant est naturel dans de nombreux (cas des réseaux sociaux par exemple). Une autre question importante et sans réponse est l’étude des réseaux et de leur structure communautaire en tenant compte de leur dynamique. Cette thèse porte sur l’étude de réseaux dynamiques et la détection de communautés recouvrantes. Nous proposons deux méthodes différentes pour la détection de communautés recouvrantes. La première méthode est appelée optimisation de clique. L'optimisation de clique vise à détecter les nœds recouvrants granulaires. La méthode de l'optimisation de clique est une approche à grain fin. La seconde méthode est nommée détection floue (fuzzy detection). Cette méthode est à grain plus grossier et vise à identifier les groupes recouvrants. Nous appliquons ces deux méthodes à des réseaux synthétiques et réels. Les résultats obtenus indiquent que les deux méthodes peuvent être utilisées pour caractériser les nœds recouvrants. Les deux approches apportent des points de vue distincts et complémentaires. Dans le cas des graphes dynamiques, nous donnons une définition sur la relation entre les communautés à deux pas de temps consécutif. Cette technique permet de représenter le changement de la structure en fonction du temps. Pour mettre en évidence cette relation, nous proposons des diagrammes de lignage pour la visualisation de la dynamique des communautés. Ces diagrammes qui connectent des communautés à des pas de temps successifs montrent l’évolution de la structure et l'évolution des groupes recouvrantes., Nous avons également appliquer ces outils à des cas concrets. / In complex networks, the notion of community structure refers to the presence of groups of nodes in a network. These groups are more densely connected internally than with the rest of the network. The presence of communities inside a network gives an insight on network structural properties. For example, in social networks, communities are based on common interests, location, hobbies.... Generally, a community structure is described by a partition of the network nodes, where each node belongs to a unique community. A more reasonable description seems to be overlapping community structure, where nodes are allowed to be shared by several communities. Moreover, when considering dynamic networks whose interactions between nodes evolve in time, it appears crucial to consider also the evolution of the intrinsic community structure. This thesis focus on mining dynamic community evolution and overlapping community detection. We have proposed two distinct methods for overlapping community detection. The first one named clique optimization and the second one called fuzzy detection. Our clique optimization aims to identify granular overlaps and it is a fine grain scale approach. Our fuzzy detection is at a coarser grain scale with the strategy of identifying modular overlaps. Their applications in synthetic and real networks indicate that both methods can be used for characterizing overlapping nodes but in distinct and complementary views. We also propose the definition of predecessor and successor in mining community evolution. Such definition describes the relationship between communities at different time steps. We use it to detect community evolution in dynamic networks and show how modular overlaps evolve over time. A visualization tool called lineage diagrams is used to show community evolution by connecting communities in relationship of predecessor and successor. Several cases are studied.

Cette thèse fournit au lecteur un recueil d'applications de la théorie des graphes ; à ce but, des outils sur mesure, adaptés aux applications considérées, ont été conçus et mis en œuvre de manière inspirée par les données.Dans la première partie, une nouvelle métrique de centralité, nommée “bridgeness”, est présentée, basée sur une décomposition de la centralité intermédiaire (“betweenness centrality”) standard. Une composante, la “connectivité locale”, correspondante approximativement au degré d'un noeud, est différenciée de l'autre, qui, en revanche, évalue les propriétés structurelles à longue distance. En effet, cette dernière fournit une mesure de l'efficacité de chaque noeud à “relayer” parties faiblement connectées d'un réseau ; une caractéristique importante de cette métrique est son agnosticisme en ce qui concerne la structure de la communauté sous jacente éventuelle.Une deuxième application vise à décrire les caractéristiques dynamiques des graphes temporels qui apparaissent au niveau mésoscopique. L'ensemble de données de choix comprend 40 ans de publications scientifiques sélectionnées. L'apparition et l'évolution dans le temps d'un domaine d'étude spécifique (les ondelettes) sont capturées, en discriminant les caractéristiques persistantes des artefacts transitoires résultants du processus de détection des communautés, intrinsèquement bruité, effectué indépendamment sur des instantanées statiques successives. La notion de “flux laminaire”, sur laquelle repose le “score de complexité” que nous cherchons à optimiser, est présentée.Dans le même ordre d'idées, un réseau d'investisseurs japonais a été construit, sur la base d'un ensemble de données qui comprend des informations (indirectes) sur les filiales étrangères en copropriété. Une question très débattue dans le domaine de l'économie industrielle, l'hypothèse de Miwa-Ramseyer, a été démontrée de manière concluante comme fausse, du moins sous sa forme forte. / This thesis provides the reader with a compendium of applications of network theory; tailor-madetools suited for the purpose have been devised and implemented in a data-driven fashion. In the first part, a novel centrality metric, aptly named “bridgeness”, is presented, based on adecomposition of the standard betweenness centrality. One component, local connectivity, roughlycorresponding to the degree of a node, is set apart from the other, which evaluates longer-rangestructural properties. Indeed, the latter provides a measure of the relevance of each node in“bridging” weakly connected parts of a network; a prominent feature of the metric is its agnosticism with regard to the eventual ground truth community structure.A second application is aimed at describing dynamic features of temporal graphs which are apparent at the mesoscopic level. The dataset of choice includes 40 years of selected scientific publications.The appearance and evolution in time of a specific field of study (“wavelets”) is captured,discriminating persistent features from transient artifacts, which result from the intrinsically noisy community detection process, independently performed on successive static snapshots. The concept of “laminar stream”, on which the “complexity score” we seek to optimize is based, is introduced.In a similar vein, a network of Japanese investors has been constructed, based on a dataset which includes (indirect) information on co-owned overseas subsidiaries. A hotly debated issue in the field of industrial economics, the Miwa-Ramseyer hypothesis, has been conclusively shown to be false, at least in its strong form.

O cérebro humano é considerado uma rede complexa em termos estruturais e funcionais em diferentes escalas. A caracterização da arquitetura desta rede pode ser considerada uma importante ferramenta no auxílio ao estudo de diferentes doenças neurodegenerativas. No presente estudo propusemos um software desenvolvido em JAVA para investigar esta arquitetura com base na correlação estatística de características morfológicas entre diferentes regiões do córtex. Foram utilizados dados de espessura cortical obtidos a partir de imagens de ressonância magnética de 191 indivíduos saudáveis e 93 pacientes com epilepsia. Foi proposto um modelo não linear para considerar o efeito da idade na espessura cortical com identificação de duas etapas: amadurecimento e envelhecimento. Os pacientes, quando comparados aos controles, apresentaram uma redução significativa na espessura cortical fundamentalmente nas regiões para-central, pericalcarina e do pré-cuneo no hemisfério direito. Esta diminuição também se manifestou ao longo da idade, com uma maior taxa de queda na região parahipocampal direita. Considerando a conectividade anatômica aqui calculada, o grupo de pacientes evidenciou alterações em 31\\% das possíveis conexões e de forma difusa. Adicionalmente, nas redes cerebrais dos pacientes houve uma diminuição de 15\\% no comprimento médio do caminho e no coeficiente de agrupamento. Aplicando-se um algoritmo de agrupamento, foram detectadas três comunidades para os indivíduos saudáveis e seis comunidades para os pacientes, confirmando uma quebra de organização estrutural neste ultimo grupo. Com este software esperamos trazer à comunidade mais uma ferramenta para análise das conexões cerebrais e suas modificações em determinadas patologias, contribuindo com seu entendimento e possível diagnóstico. / The human brain can be characterized as a complex network structurally and functionally in different levels. The description of the architecture of this network can be considered an important tool in understanding different neurodegenerative diseases. In the present study, we developed a software in JAVA to investigate this architecture based on statistical correlation of morphological characteristics between different cortex areas. It was used a database of cortical thickness obtained from magnetic resonance images of 191 healthy subjects and 93 patients with epilepsy. It was implemented a non-linear model to consider the effect of age in cortical thickness with identification of 2 stages: maturation and aging. The patients, when compared to healthy subjects, showed a significant reduction in cortical thickness, particularly at the areas precentral, pericalcarine and pré-cuneus of right hemisphere. This decrease also could be noted through the age, with a higher decrease rate at the right parahipocampal area. Considering the anatomical connectivity calculated, the patients group showed diffuse changes in 31\\% of the possible connections. Furthermore, in the patients brain network it was found a decrease of 15\\% in the characteristic path length and clustering coefficient. By applying a clustering algorithm, 3 clusters were detected in the healthy subjects and 6 clusters in the patients, confirming a breakdown of the structural organization in this last group. With our software we hope to bring to the community another tool to improve the brain connectivity analysis and its modifications in some pathologies, contributing with its understanding and possible diagnosis.