Ein wichtiger Aspekt der Analyse von dynamischen Systemen ist die Transiente einer Trajektorie. Im Kontext der Nachhaltigkeitsforschung bearbeite ich diesbezüglich zwei Fragen: (i) ”Wie kann man die Zeit zum Erreichen des Attraktors quantifizieren?“ und (ii) ”Kann man es verhindern, bestimmte Grenzen zu überschreiben und somit sicher zu bleiben?“ Bzgl. (i) analysiere ich mehrere Probleme, welche bei der Quantifizierung solcher transienter Zeiten auftreten, und definiere vier Bedingungen, die eine Antwort auf Frage (i) erfüllen soll. Weiterhin führe ich zwei Metriken, Area under Distance Curve und Regularized Reaching Time, ein, die verschiedene Aspekte der transienten Dynamik einfangen. Frage (ii) bezieht sich auf Systeme mit sowohl erwünschten und unerwünschten Zuständen als auch Möglichkeiten zur Beeinflussung. Ich stelle ”Topology of Sustainable Management“ als ein Werkzeug zur Analyse solcher Modelle vor. Diese baut auf ”Viabilitätstheorie“ auf, um den dazugehörigen Saint-Pierre Algorithmus (SPA) verwenden zu können. Ich erweitere den Algorithmus zur Schätzung von ”implicitly-defined Capure Basins“ und löse zwei substanzielle Probleme, welche häufig bei der Anwendung von SPA vorkommen. Zur Demonstration verwende ich ein Beispielmodell, das auf Klimawandel, Wirtschaftsleistung und die Transformation des Energiesystems fokussiert. Danach nutze ich funktionale Klimanetzwerke, um zu analysieren, wie sich die transien- te Phase nach großen Klimastörungen – die El Niño- und La Niña-Phasen von ENSO und die drei größten Vulkaneruptionen seit 1950 – die Telekonnektionsstruktur der globalen Oberflächentemperatur auswirkt. Die Resultate bestätigen den globalen Einfluss von ENSO durch das Zusammenbrechen der modularen Struktur des global SAT-Feldes. Dies zeigt die Emergenz starker Telekonnektionen. Weiterhin habe ich deutlich, qualitative Unterschiede zwischen diesen global Klimaextremsituationen identifizieren können. / An important feature of dynamical systems is the transient phase of a trajectory that I approach with two question: (i) “How can we properly quantify the time to reach a system’s attractor?” and (ii) “Can we avoid transgressing certain boundaries and stay safe (& just)?” In particular, I consider these questions in the context of sustainability science. Concerning (i), I analyze several problems that come up when quantifying such transient times and define four conditions that a metric answering question (i) should fulfill. Further, I introduce two metrics, Area under Distance Curve and Regularized Reaching Time, capturing two complementary aspects of the transient dynamics. Question (ii) concerns with systems having distinctions of the state space in desirable and undesirable, e.g. defined by “planetary boundaries”, and some sort of influencing/managing it. I present Topology of Sustainable Management as a tool to analyze such models. It is built on concepts from viability theory (VT) in order to use the Saint-Pierre algorithm (SPA). I extend the SPA to compute so-called implicitly defined capture basins and solve two substantial problems repeatedly occuring when using the SPA. For Demonstration, I use a three-dimensional model focusing on climate change, economic output and energy transformation. Finally, I use functional climate networks to analyze how the transient phase after major climate perturbations – the El Niño and La Niña phases of ENSO and three largest recent volcanic eruptions – influence the teleconnectivity structure of the surface area temperature field (SAT). The results confirm the existence of global effects of ENSO by breaking down the modular structure of the global SAT field, and I have identified distinct qualitative differences between theses two global climate extreme situation.

O presente trabalho tem como objetivo analisar a dinâmica da transmissão da política monetária através dos canais de crédito (Canal de Empréstimo Bancário e Canal dos Balanços Patrimoniais), utilizando conceitos e ferramentas da área de Sistemas Complexos para simular uma economia representada por diferentes setores em que os agentes estão interconectados através de relacionamentos de crédito. O presente modelo baseia-se no trabalho de Gatti et al. (2009). A novidade foi introduzir um mecanismo de transmissão da política monetária através de um mercado interbancário e de uma taxa básica de juros permitindo analisar os impactos na economia através dos canais de crédito. O resultado da simulação mostra que o impacto das políticas monetárias no âmbito microeconômico podem se desenvolver como resultado da interação complexa desses agentes heterogêneos através de relacionamentos de crédito ao longo do tempo, e as variáveis no âmbito macroeconômico, como a taxa básica de juros, afetam o próprio sistema através de um processo de retroalimentação ou feedback. / This study aims to analyze the dynamics of the monetary policy transmission through the credit channels (Bank Lending Channel and Balance Sheets Channel), using concepts and tools from the Complex Systems field to simulate an economy represented by different sectors in which agents are interconnected via credit relationships. This model is based on the work of Gatti et al. (2009) that used agent-based modeling. The novelty was to introduce a transmission mechanism of monetary policy through an interbank market and a primary interest rate, allowing the analysis of the impacts on the economy through the credit channels. The simulation results show that the impact of monetary policy on microeconomic level can be developed as a result of the complex interaction of these heterogeneous agents via credit relationships over time, and the variables in the macroeconomic context, such as the primary interest rate, affect the system through a feedback process.

As crises financeiras são processos de perdas decorrentes do mecanismo do mercado financeiro. Elas afetam as instituições do sistema financeiro e por meio do processo de contágio se espalham por ele, algumas vezes analogamente ao efeito dominó. Este processo pode levar muitas instituições financeiras saudáveis a se tornarem insolventes. Isso acontece porque os agentes econômicos estão interligados por meio de relações contratuais e se tornam dependentes uns aos outros. O risco sistêmico pode ser entendido como o risco de uma grande perda em um sistema. O presente trabalho tem como objetivo utilizar as propriedades de um modelo de contágio, proposto para estudar os efeitos da propagação de crises financeiras, bem como a mensuração do risco sistêmico no sistema interbancário. Este problema foi investigado considerando três diferentes topologias de rede: Erdös-Rényi, Livre de Escala (ou Scale-Free) e Interbancária Empírica. A escolha destas topologias foi pelo fato de que duas delas - Livre de Escala e Interbancária Empírica - podem emular o sistema bancário real e a de Erdös-Rényi ter sido utilizada em diversos modelos da literatura. Cada nó representa um banco que possui balanço patrimonial constituído de passivos (patrimônio líquido, empréstimos e depósitos) e ativos (empréstimos, títulos e valores mobiliários). Foi analisada a influência da alavancagem do sistema, da probabilidade inicial de default e do número de clusters da rede Interbancária Empírica. O risco sistêmico foi medido utilizando o Indicador de Risco Sistêmico, o Índice de Risco Sistêmico e o VaR Sistêmico. Mostrou-se que as redes Livres de Escala são mais robustas em relação aos ataques aleatórios evitando o aumento da inadimplência. O aumento abrupto do impacto causados pela crise acontece devido ao aumento do grau de alavancagem do sistema. O número de clusters da rede Interbancária Empírica impacta a robustez do sistema. O modelo reproduz o resultado conhecido como Muito Interconectado para Falhar, que é quando bancos mais interconectados oferecem maior risco ao sistema. / The financial crises are processes of losses arising from financial market mechanism. They affect the institutions of the financial system by the process of contagion. Sometimes it is equal to the domino effect. This process can make many healthy financial institutions become insolvents. It happens because economic agents are interconnected through contractual relations and become dependent on each other. Systemic risk can be understood as the risk of a huge loss in a system. The present work aims to study the properties of a contagion model proposed to study the effects of the spread of financial crises, as well as the measurement of systemic risk in the interbank system. This problem was investigated considering three different network topologies: Erdös-Rényi, Scale-Free and Empirical Interbank. The choice of these topologies was made by the fact that two of them - Scale-Free and Empirical Interbank - may emulate the real banking system and Erdös-Rényi has been used in several models in the literature. Each node is a bank and consists on a balance sheet split as liabilities (equity, borrowings and deposits) and assets (lendings, bonds and securities). It was analyzed the influence of the coefficient of leverage, the influence of the initial probability of default and the influence of the number of clusters on the Empirical Interbank. The systemic risk was measured using the Systemic Risk Indicator, Systemic Index and Systemic Value at Risk. It was shown that Scale-Free networks are more robust against random attacks, avoiding increases in the number of defaults. The abrupt increase in the impact caused by the crisis happens due to the increase in coefficient of leverage. The number of clusters on Empirical Interbank network impacts the robustness of the system. The model reproduces the result known as Too Interconnected to Fail, that is, banks more interconnected offer higher risk to the system.

Nos últimos anos a preocupação com uma possível elevação da desigualdade social aumentou consideravelmente, principalmente por conta da obra de Piketty intitulada O Capital no século XXI. Para Piketty a diminuição da natalidade entre os ricos será um dos pontos cruciais para este aumento. As previsões contidas no livro são avassaladoras, se nada for feito a desigualdade aumentará a ponto de ameaçar a democracia e os sistemas políticos e sociais vigentes. Porém, alguns economistas, como por exemplo: Matthew Rognlie, não concordam com esta tese e apontam supostos erros e falhas cometidos pelo economista francês. O intuito deste trabalho é tentar um caminho diferente do trilhado por Piketty, utilizando outros meios e técnicas, este trabalho se propõem a analisar a questão da desigualdade causada pela herança dos bens. Para tanto, foi implementado e adaptado o algoritmo descrito no artigo A family-network model for wealth distribution in societies para analisar esta questão à luz de técnicas e métodos como: monte carlo, grafos e simulações computacionais. O resultado obtido vai ao encontro dos resultados obtidos por Piketty / In recent years a concern for a possible rise in social inequality has increased considerably, especially on account of Piketty\'s work entitled \"Capital in the 21st Century.\" For a small reduction in the birth rate among the rich, it will be one of the crucial points for this increase. As predictions contained in the book are overwhelming, there is nothing for an inequality will increase a threatening point to democracy and existing political and social systems. However, some economists, such as Matthew Rognlie, do not agree with this article and point out supposed errors and failures committed by the French economist. The purpose of this paper is to try a different path from Piketty, using other means and techniques, this work is useful for an analysis of the issue of inequality caused by the inheritance of goods. A model of family network for the distribution of wealth in societies \"to a model of family network for the distribution of wealth in societies. The result obtained is in line with the results obtained by Piketty

Neste trabalho são estudados os efeitos, causados por variações na topologia de rede, no comportamento de quatro modelos de dinâmica de opinião: o Modelo Votante, o Modelo Confiança Limitada, o Modelo da Regra da Maioria e o Modelo CODA. Primeiramente estes modelos são utilizados em simulações que usam uma série de diversas redes sociais complexas, geradas para apresentar diferentes combinações de valores de certas propriedades chave, como aglomeração, conectividade, assortatividade e distâncias internas. Em seguida, são realizados experimentos que mostram como a topologia influencia os resultados na modelagem de cenários de debates públicos, onde duas opiniões rivais, A e B, disputam sob condições desiguais o consenso de uma população simulada. / This work studies the effects caused by variations in network topology in the behavior of four different models of opinion dynamics: the Voter Model, Bounded Confidence Model, the Majority Rule Model and the CODA Model. First, these models are used in simulations over a number of different complex social networks, generated to show sereval combinations of key properties such as clustering, connectivity, assortativity and path distances. Then, we perform experiments that show how the topology influences the results in modeling scenarios of public debates, where two rival opinions, A and B, compete under unequal conditions for the consensus of a simulated population.

No presente trabalho, exploramos dois temas de interesse em finanças, economia e antropologia social, através da aplicação de técnicas da teoria da informação e da mecânica estatística. No primeiro tópico, estudamos a conexão entre teoria de dependência estatística, teoria de informação e teoria da cópulas. O conceito de distribuição cópula é revisto e aplicado em reformulação das definições de medida de dependência dadas por Rényi 1. Em seguida, mostramos que a informação mútua satisfaz todos os requisitos para ser uma boa medida de dependência. Obtemos uma identidade entre a informação mútua e a entropia da distribuição cópula e uma decomposição mais específica da informação mútua de uma distribuição elíptica nas suas partes linear e não-linear. Avaliamos o risco de usar quantidades ingênuas como medidas de dependência estatística, mostrando que a correlação linear pode subestimar grosseiramente a dependência. Esses resultados são utilizados para desenvolver um método de detectação de desvios de dependência gaussiana em pares de variáveis aleatórias e aplicá-lo a séries temporais financeiras. Finalmente, discutimos um método para ajustar t-cópulas a dados empíricos 2 através da medida da informação mútua e do tau de Kendall. No segundo tópico, desenvolvemos um modelo para o surgimento de autoridade em sociedades humanas pré-agrícolas. Discutimos motivações empíricas com raízes em neurociência, primatologia e antropologia para um modelo matemático capaz de explicar a ampla variabilidade de formas de organização social humana no eixo igualitário hierárquico. O modelo resulta da aplicação de teoria da informação a uma hipótese sobre os custos evolutivos envolvidos na vida social. O modelo gera um diagrama de fase rico, com diferentes regimes que podem ser interpretados como diferentes tipos de organização social. Os parâmetros de controler do modelo estão ligados à capacidade cognitiva da espécie em questão, ao tamanho do grupo e a pressões ecológicas e sociais. / In the present work we explore two topics of interest in finance, economics and social anthropology through the application of techniques from information theory and statistical mechanics. In the first topic we study the connexion between statistical dependency theory, information theory and copula theory. The concept of copula distribution is reviewed and applied to the reformulation of the definition of dependency measures given by Rényi 3. It is then shown that the mutual information satisfy all the requirements to be a good dependency measure. We derive an identity between mutual information and the entropy of the copula distribution and a more specific decomposition of the mutual information of an elliptical distribution into its linear and non-linear parts. We evaluate the risk of using naive measures as statistical dependency measures by showing that linear correlation can grossly underestimate dependency. Those results are used to develop a method to detect deviation from gaussian dependence in pairs of random variables and apply it to financial time series. Finally, we discuss a method to adjust t-copulas to empirical data4 through the determination of the mutual information and Kendalls tau. In the second topic we develop a model for the emergence of authority in pre-agricultural human societies. We discuss empirical motivations with roots in neuroscience, primatology and anthropology for a mathematical model able to explain the ample variability of forms of human social organization in the egalitarian-hierarchical axis. The model results from the application of information theory on a hypothesis about the evolutive costs involved in social life. It generates a rich phase diagram, with different regimes which can be interpreted as different types of societal organization, from egalitarian to hierarchical. The control parameters of the model are connected to the cognitive capacity of the species in question, the size of the group and ecological and social pressures.

Recentemente, pesquisadores têm se dedicado a investigar a similaridade entre os mundos virtuais e o que se sabe sobre o comportamento social do mundo real (YEE et al., 2009; JIANG et al., 2009; JONSSON, F., et al., 2011). Muitas relações têm se mostrado apropriadas, dando indicativos de que a atividade on-line pode constituir um verdadeiro laboratório para as ciências sociais. O intuito da pesquisa aqui apresentada é justamente contribuir para essa investigação. Realizamos esforços para identificar aspectos do mundo on-line análogos aos observados em sociedades do mundo real. Estamos especialmente interessados em avaliar, segundo a teoria de Durkheim (1893), qual tipo de solidariedade, mecânica ou orgânica, pode ser observada no mundo on-line. Outro foco de interesse é a existência dos laços fracos, descritos por Granovetter (1973), e sua função no mundo on-line. Elegemos uma guilda1 do jogo \"Zodiac Online\" como o objeto de nossa investigação. Esse jogo foi escolhido devido às suas características sociais e demográficas. Optamos por usar duas metodologias paralelas para proceder a nossa coleta de dados. A primeira destas sendo a netnografia, método análogo à etnografia porem adaptado ao mundo on-line. A segunda coleta de dados é feita automaticamente pelo servidor do jogo que iremos estudar: um registro de toda a atividade de cada jogador é gerado simultaneamente a cada interação realizada dentro do jogo. Com os dados coletados, desenhamos redes que representam as trocas de itens entre os membros da guilda em questão e procedemos então a uma análise das redes. Baseando-nos nesses procedimentos observamos uma tendência a solidariedade orgânica, embora nossos resultados não sejam conclusivos isso torna esse grupo online mais comparável a subcomunidades de mesma natureza do mundo real. Quanto aos laços fracos, pudemos observar sua ocorrência, mas, provavelmente devido ao tamanho e características do grupo observado, sua função parece ser diferente, e menos importante, do que aquela que espera-se observar no mundo real. / Recently, researchers have been devoting remarkable eefort to investigate the similarity between virtual worlds and what is known about the social behavior of the real world (YEE et al., 2009; JIANG et al., 2009; JONSSON, F., et al., 2011). Many relationships have been shown to be appropriate, giving indications that online activity may be a real laboratory for the social sciences. The purpose of the present research is precisely to contribute to this interest. We carry out efforts to identify aspects of the online world similar to those observed in the real world societies. We are especially interested in evaluating, according to Durkheims theory (1893), which kind of solidarity, mechanical or organic, can be seen in the online world. Another interesting point is the existence of weak ties, described by Granovetter (1973), and its role in the online world. We elected a guild game \"Zodiac Online\" as the object of our investigation. This game was chosen because of its social and demographic characteristics. We chose to use two parallel methodologies to make our data collection. The first of these being the netnography, analogous method put the ethnography adapted to the online world. The second data collection is done automatically by the game server you will study: a record of all activity is generated for each player simultaneously held every interaction within the game. We then proceed to Network analysis to elaborate this data. With the data collected, we design networks that represent the exchange of items between members of the guild in question and then proceed to an analysis of networks. Based on these procedures we observed a tendency to organic solidarity, although our results are not conclusive that makes this online group more comparable to subcommunities that display organic organizations of the same nature in the real world. As for weak ties, we could observe their occurrence, but probably due to the size and characteristics of the observed group, its function seems to be different, and less important than what it is expected to observe in the real world.

Nosso estudo foi elaborado a partir de uma analogia do modelo de Ising em duas dimensões para analisar a influência que a rede de contatos e as forças externas podem exercer no indivíduo para que ele tenha ou não a intenção de agir licitamente. Esse estudo teve como inspiração o modelo proposto no artigo Analysing Tax Evasion Dynamics Via The Ising Model (ZAKLAN; WESTERHOFF; STAUFFER, 2009), porém, com ênfase à intenção dos agentes, que precede a conduta delituosa, e não ao cometimento do crime em si, quando já ocorreu o dano à sociedade. A analogia e inclusão de algumas variáveis ao referido modelo nos possibilitou estudar, de acordo com cada cenário, formas de manter ou reduzir os índices criminais, prever possíveis situações de histerese, suas consequências e possíveis custos para a sociedade e para o governo. / Our study was drawn from an analogy of the Ising model in two dimensions to analyze the influence that the network and the external forces can exert on the individual so that whether or not he intends to act lawfully. This study was inspired by that proposed in the article \"Analysing Tax Evasion Dynamics Via The Ising Model\" (ZAKLAN; WESTERHOFF; STAUFFER, 2009) model, but with emphasis on the intention of the agents, which precedes the criminal conduct, not to the commission of the crime itself, when the damage has already occurred to society. The analogy is the inclusion of some variables that model allowed us to study, according to each scenario, ways to maintain or reduce crime rates, predict possible situations hysteresis, their consequences and potential costs to society and the government.

A inovação é um desafio cada vez mais importante e recorrente no nosso contexto econômico. A formação e operação de redes de inovação entre empresas constituem parte do esforço para enfrentar esse desafio. Esta pesquisa tem como propósito apresentar um modelo de referência para apoiar a formação e operação de redes de inovação auto-organizadas. A metodologia de pesquisa é composta de um estudo bibliográfico para a discussão dos principais constructos sobre redes de inovação e sistemas complexos, e de um estudo de caso múltiplo para a coleta de dados em campo. A análise e discussão do cruzamento entre as evidências teóricas e os dados práticos visa propor um modelo de referência para apoiar a formação e operação de redes de inovação auto-organizadas. O modelo de referência é desenvolvido com a metodologia Enterprise Knowledge Development (EKD). O resultado da pesquisa contribui para ampliar a compreensão dos elementos envolvidos no processo de formação e operação de redes autoorganizadas. Espera-se dessa forma estender a aplicação da auto-organização, enquanto constructo teórico de sistemas complexos, para a área de redes de inovação. / Innovation is an increasingly important challenge and recurrent in our economic context. The formation and operation of innovation networks between companies are part of the effort to meet this challenge. This research is intented to provide a reference model to support the formation and operation of self-organized innovation networks. The research methodology consists of a literature study for the discussion of the main constructs of innovation networks and complex systems, and a case study analysis with multiple units to collect field data. Analysis and discussion of the intersection between theoretical evidence and practical data aims to propose a reference model to support the formation and operation of self-organized innovation networks. The reference model will be developed with the Enterprise Knowledge Development methodology (EKD). The search result helps to broaden the understanding of the elements involved in the formation and operation of self-organized networks. It is hoped in this way to extend the application of self-organization, while theoretical construct of complex systems, to the innovation networks area.

Recentemente, pesquisadores têm se dedicado a investigar a similaridade entre os mundos virtuais e o que se sabe sobre o comportamento social do mundo real (YEE et al., 2009; JIANG et al., 2009; JONSSON, F., et al., 2011). Muitas relações têm se mostrado apropriadas, dando indicativos de que a atividade on-line pode constituir um verdadeiro laboratório para as ciências sociais. O intuito da pesquisa aqui apresentada é justamente contribuir para essa investigação. Realizamos esforços para identificar aspectos do mundo on-line análogos aos observados em sociedades do mundo real. Estamos especialmente interessados em avaliar, segundo a teoria de Durkheim (1893), qual tipo de solidariedade, mecânica ou orgânica, pode ser observada no mundo on-line. Outro foco de interesse é a existência dos laços fracos, descritos por Granovetter (1973), e sua função no mundo on-line. Elegemos uma guilda1 do jogo \"Zodiac Online\" como o objeto de nossa investigação. Esse jogo foi escolhido devido às suas características sociais e demográficas. Optamos por usar duas metodologias paralelas para proceder a nossa coleta de dados. A primeira destas sendo a netnografia, método análogo à etnografia porem adaptado ao mundo on-line. A segunda coleta de dados é feita automaticamente pelo servidor do jogo que iremos estudar: um registro de toda a atividade de cada jogador é gerado simultaneamente a cada interação realizada dentro do jogo. Com os dados coletados, desenhamos redes que representam as trocas de itens entre os membros da guilda em questão e procedemos então a uma análise das redes. Baseando-nos nesses procedimentos observamos uma tendência a solidariedade orgânica, embora nossos resultados não sejam conclusivos isso torna esse grupo online mais comparável a subcomunidades de mesma natureza do mundo real. Quanto aos laços fracos, pudemos observar sua ocorrência, mas, provavelmente devido ao tamanho e características do grupo observado, sua função parece ser diferente, e menos importante, do que aquela que espera-se observar no mundo real. / Recently, researchers have been devoting remarkable eefort to investigate the similarity between virtual worlds and what is known about the social behavior of the real world (YEE et al., 2009; JIANG et al., 2009; JONSSON, F., et al., 2011). Many relationships have been shown to be appropriate, giving indications that online activity may be a real laboratory for the social sciences. The purpose of the present research is precisely to contribute to this interest. We carry out efforts to identify aspects of the online world similar to those observed in the real world societies. We are especially interested in evaluating, according to Durkheims theory (1893), which kind of solidarity, mechanical or organic, can be seen in the online world. Another interesting point is the existence of weak ties, described by Granovetter (1973), and its role in the online world. We elected a guild game \"Zodiac Online\" as the object of our investigation. This game was chosen because of its social and demographic characteristics. We chose to use two parallel methodologies to make our data collection. The first of these being the netnography, analogous method put the ethnography adapted to the online world. The second data collection is done automatically by the game server you will study: a record of all activity is generated for each player simultaneously held every interaction within the game. We then proceed to Network analysis to elaborate this data. With the data collected, we design networks that represent the exchange of items between members of the guild in question and then proceed to an analysis of networks. Based on these procedures we observed a tendency to organic solidarity, although our results are not conclusive that makes this online group more comparable to subcommunities that display organic organizations of the same nature in the real world. As for weak ties, we could observe their occurrence, but probably due to the size and characteristics of the observed group, its function seems to be different, and less important than what it is expected to observe in the real world.