Os princípios e as diretrizes organizativas do SUS, combinados ao modelo estipulado de financiamento da assistência à saúde, conduzem ao surgimento de falhas de mercado, que geram barreiras à apropriada gestão do sistema e, por conseguinte, impedem a concretização dos objetivos do SUS e, potencialmente, acarretam o aprofundamento das iniquidades em saúde na população. As características estruturais e a heterogeneidade de atores no âmbito da rede de serviços do SUS, tendo em vista as configurações diversas assumidas pelas sub-redes regionalmente definidas, cujos gestores apresentam certo grau de autonomia decisória e mantêm interações entre si segundo regras preestabelecidas, impõem dificuldades analíticas que não permitem que as características globais do sistema público de saúde brasileiro sejam apreendidas a partir de uma análise simplista da soma de seus agentes componentes, à medida que sua configuração global é resultado da evolução das interações ocorridas em seu interior. Propõe-se a utilização de métodos quantitativos baseados em dinâmica de agentes inseridos em redes sociais como alternativa ao emprego de métodos quantitativos retrospectivos baseados em estimativas parciais. A modelagem baseada em agentes apresenta significativas vantagens à compreensão da organização, heterogeneidade e dinâmica estrutural da rede de serviços do SUS, assim como possibilita uma busca pela minimização dos efeitos das falhas de mecanismos de mercado no sistema de saúde brasileiro / The principles and organizational guidelines of SUS, combined to set model of health care financing not only the emergence of market failures, which generate barriers to proper management of the system and therefore prevent the achievement of the goals and SUS, potentially, lead to the deepening of health inequities in the population. The structural characteristics and the heterogeneity of actors under the public health network, in view of the different configurations assumed by regionally defined subnets, whose managers have a certain degree of decision-making autonomy and maintain interactions with each other according predetermined rules, impose difficulties analytical that do not allow the global characteristics of the public system of Brazilian health are seized from a simplistic analysis of the sum of its components agents, as its overall configuration is the result of the evolution of interactions occurring inside. It is proposed the use of quantitative methods based on dynamic inserted agents in social networks as an alternative to the use of retrospective quantitative methods based on partial estimates. The modeling based on agents has significant advantages to understand the organization, heterogeneity and structural dynamics of the public health network, as well as enables a search for minimizing the effects of failures of market mechanisms in the Brazilian health system

Sistemas gerenciais em estabelecimentos de saúde podem ser considerados sistemas complexos, tendo em vista interação entre diferentes tipos de agentes na tomada de decisão (médico, paciente, gestor, entre outros), observação de transições de fase em epidemiologia, emergência de padrões de comportamento auto-organizado entre profissionais de saúde e incertezas quanto ao desfecho em saúde pós-tratamento. Em geral, os sistemas de apoio à decisão médica buscam maximizar resultados positivos e minimizar riscos em saúde aos pacientes, assim como propor diretrizes terapêuticas padronizadas e controlar custos em saúde. Há evidências de diferenças nos custos e benefícios derivados de sistemas decisórios Bayesianos centralizados (única distribuição a priori) e descentralizados (uma distribuição a priori por médico) aplicados ao processo de decisão de reserva de leito de Unidades de Terapia Intensiva (UTI) para períodos pós-operatórios. A existência de interação entre médicos com diferentes papéis no sistema decisório de indicação de UTI requer técnicas sofisticadas de avaliação econômica para comparação de vantagens e desvantagens associadas sistemas decisórios Bayesianos centralizados e descentralizados; tendo em vista que a aplicação de técnicas simples, como árvores de decisão ou cadeias de Markov, podem apresentar resultados imprecisos. Os objetivos deste estudo foram analisar a relação custo-benefício de sistemas de apoio à decisão médica centralizados e descentralizados para indicação de reserva de leito de UTI pós-operatório da perspectiva do sistema de saúde. Foi utilizada modelagem baseada em agentes, a partir de simulação de agentes usando raciocínio e atualização de crenças Bayesianos implementada no software NetLogo com análise de sensibilidade em Behavior Space. O modelo de decisão descentralizada apresenta benefício três vezes superior ao modelo centralizado (R$600 contra R$200). O modelo decisório descentralizado apresenta melhor razão custo-benefício ao sistema de saúde, permitindo maior flexibilidade na decisão médica e adaptabilidade dos agentes a diferentes situações. / Management systems in health facilities may be considered complex systems, due to the interaction among different types of agents in the decision process (physician, patient, manager, among other), observation of phase transitions in epidemiology, emergence of patterns in self-organized behavior among health professionals, and uncertainty in relation to health outcomes after treatment. In general, the medical decision support systems seek to maximize positive results and minimize risks in health to patients, as well as to propose standard therapeutic guidelines and to control the treatment costs. There are evidences of differences in costs and benefits derived from centralized (unique distribution a priori) and decentralized (one distribution a priori for each physician) Bayesian decision systems applied to the process related to decision of post-operatory booking of hospital beds in Intensive Care Unit (ICU). The existence of interaction among physicians in different roles in the decision system for ICU indication requires sophisticated techniques in economic evaluation for comparison of advantages and disadvantages associated to centralized and decentralized Bayesian decision systems; since other techniques, as decision trees and Markov chains, may present imprecise results. The objective of this study was to analyze the cost-benefit ratio of centralized and decentralized medical decision support systems for indication of booking of ICU beds in post-operatory period using the perspective of the health system. One agent-based model was applied, using simulation of agents based on Bayesian reasoning and beliefs updating implemented in the software NetLogo with sensitivity analysis in Behavior Space. The decentralized decision model presents benefits three times higher than the centralized decision model (US$270.27 versus US$90.09). The decentralized decision model presents better cost-benefit ratio to the health system, allowing enhanced flexibility in the medical decision process and adaptability of the agents to different situations.

No contexto dos sistemas complexos, o presente trabalho investiga 3 estratégias de precificação:(1)desnatação,(2) penetração e (3)aprendizado, na difusão de carros elétricos em diferentes contextos.Por meio da modelagem baseada em agentes com 100.000 entidades autônomas, o primeiro modelo testa três situações relacionados à demanda energética:(1)desabastecimento,(2)estabilidade e (3)crescimento moderado da demanda.A forte escassez de energia estimulou a rápida migração dos agentes aos carros elétricos. As três estratégias de precificação exibiram resultados similares em termos de faturamento e % na participação do mercado, no entanto a estratégia de penetração foi capaz de capturar uma parcela maior do mercado em menor tempo.No segundo modelo,3 diferentes comportamentos sociais são aplicadas aos agentes: (1)conservador,(2)racional e (3) social,em diferentes proporções afim de avaliar a influência da composição social na dinâmica difusora.No que concerne ao faturamento e % na participação do mercado, o segundo modelo detectou diferenças estatisticamente significativas para cada estratégia de precificação.Em sociedades proeminentemente conservadoras, as três estratégias não apresentaram indícios de diferença significativa no tocante relação ao faturamento,% na participação final do mercado e taxa de adoção média.Sociedades compostas majoritariamente por agentes racionais, apresentaram a mais rápida convergência aos carros elétricos,sendo este, o veículo mais caro.Isto se deve à percepção positiva do custo/benefício ao longo prazo.O maior faturamento é proveniente das sociedades compostas preponderantemente por agentes com atitudes sociais dado à compra e troca mais recorrente entre diferentes veículos no decorrer das interações.A estratégia de desnatação demonstrou maior versatilidade ao exibir performance superior com maior regularidade no que tange em faturamento em todas as composições sociais testadas.A estratégia de penetração exibiu índices maiores em taxa de adoção e faturamento em redes compostas integralmente por agentes com comportamentos sociais iguais,mas não foi possível detectar este padrão em redes parciais. Por fim, a estratégia de aprendizado apresentou o menor faturamento em todos os cenários, no entanto, sua taxa de adoção similar à estratégia de penetração, pode ser a estratégia de precificação mais crível e eficiente para empresas iniciantes / In the context of complex systems,the following research investigated 3 pricing strategies:(1)skimming,(2)penetration and (3)learning, at electric car diffusion in several different scenarios. Through the agent-based modelling with 100.000 autonomous entities, the first model tested 3 situations related to energy demand:(1)severe shortage,(2)stability and (3)moderate growing of demand. The strong shortage of energy forced an fast-paced migration of agents towards the electric cars. The 3 strategies showed up similar results in terms revenues and market share, however the penetration strategy was able to capture a large part of the market faster than others. At the second model, 3 different social behaviors were implemented in each agent:(1)conservative,(2)rational and (3)social,in different proportions in order to assess social composition and its influence in the innovation diffusion process. Revenue and market share as concerned,the second model detected significant statistic difference for each pricing strategy. For societies predominantly conservative, all strategies did not show significant differences evidences regarding to revenue,market share and average adoption rate. Societies comprised mostly of rational agents presented the quickest convergence to electric cars, which it is the most expensive car. This is because a positive perception of benefits over cost in the long term.The largest revenue were derived from societies primarily composed of agents with social behaviors due to recurrent purchase and exchange between different vehicles over the interactions. Skimming strategy demonstrated greater versatility by displaying superior performance more regularly in terms of revenue in every social composition simulated. Penetration strategy exhibited highest rates of adoption and revenue in social networks composed entirely of agents with same social behavior, but it was not possible to detect such pattern at partial social networks. Finally, the learning strategy reported the lowest revenues at every scenario, none the less, its rate of adoption was equivalent to penetrations strategy rates, this strategy could be the most feasible and efficient to startups and small companies

In public policies, agents are part of an emergent and complex context, reason for which their actions should not be examined in isolation. The state of an agent is influenced by the state of others, in an environment where feedback is continuous and full of interactions. These characteristics result in a system where the total is more unpredictable and dazzling than the mere sum of its parts. As a result, there are a growing number of studies that use typical methods of complex systems to analyze public policies in various areas, such as healthcare, education, crime prevention, energy resources and others. Moreover, such distinct approach allows for more accessible investigations of public policy models, including policies that were not evaluated ex ante from the traditional lenses. This research had two main objectives: to verify how complex systems apply to the context of public policies theoretically and to present a practical application of a model, which was built based upon a case study. Since there is not a clear comprehension on how complex systems could benefit policy makers, this study presents, in its first part, a systematic literature review including some existing applications and the benefits of complexity science in the policy arena. On the whole, it can be asserted that there is a strong consensus that complex systems can be highly beneficial for policy makers and, consequently, for the overall population. Researchers perceive different benefits, such as the opportunity of testing policies a priori, the possibility of comparing different policies for the same topic, and the contemplation of new ideas and insights for better policy formulation. Although there are several simulations and models proposed for public policies in several areas, it lacks an empirical demonstration that effectively proves the benefits of applying complex systems in public policies, i.e., apparently, there are obstacles that prevent such models from having effects in the real world. In this way, the second part of the research presents an agent-based model that can be applied empirically in a government agency: a regulatory body. Such model allows policy makers to compare different enforcement strategies and anticipate side effects that would be difficult to predict without the use of simulations. In this sense, the objective of the second part of this research was to build an agent-based model of a public policy and for which a practical implementation could be carried out. Therefore, a public policy from a professional regulatory board in the healthcare area was chosen, for which two different strategies were tested, with the objective of comparing their efficiency and effectiveness. Such strategies were modeled and simulated with the use of Netlogo software with different scenarios. Results indicate that agent based models can serve as predictive tools for comparing and improving inspection strategies, and also as source of insights for anticipating unintended consequences that would hardly be noticed ex ante without the use of simulation tools / Em políticas públicas, as ações dos agentes envolvidos não podem ser analisadas de forma isolada. O estado de um agente é influenciado pelo estado dos demais, num ambiente em que o feedback é contínuo e repleto de interações. Essas características resultam num sistema onde o total é mais imprevisível e deslumbrante do que a mera soma de suas partes. Com isso, há um crescente número de estudos que utilizam métodos típicos de sistemas complexos para analisar políticas públicas de diversas áreas, como saúde pública, educação, segurança, recursos energéticos e outros. Além disso, essa forma diferente de abordagem permite que alguns modelos de políticas públicas sejam investigados com mais facilidade, incluindo políticas que sequer eram analisadas pelo prisma tradicional. Esta pesquisa teve dois objetivos principais: verificar como os sistemas complexos se aplicam às políticas públicas no campo teórico e apresentar uma aplicação prática de modelagem dentro do contexto de um estudo de caso. Como ainda não há um entendimento sistematizado sobre como sistemas complexos podem ser úteis em políticas públicas, este estudo apresenta, em sua primeira parte, uma revisão sistemática de literatura para uma melhor compreensão de como essas aplicações ocorrem e de quais benefícios essa ciência, de fato, pode trazer. Em decorrência desse estudo, pode-se afirmar que há consenso, na literatura, de que a teoria da complexidade é benéfica para formuladores de políticas e, consequentemente, para a população em geral. Tais benefícios são vistos de diversas formas pelos pesquisadores, como, por exemplo, a possibilidade de se testar políticas a priori, a possibilidade de se comparar diversos tipos de políticas para um mesmo problema e a obtenção de novas perspectivas e ideias para formulação de políticas. Apesar de haver diversas simulações e modelos propostos para políticas públicas em diversas áreas, não foi constatada uma demonstração empírica que comprove efetivamente o benefício de se aplicar sistemas complexos em políticas públicas, ou seja, aparentemente há obstáculos que impedem esses modelos terem efeitos nas políticas de facto. Dessa maneira, o objetivo da segunda parte da pesquisa foi o de construir um modelo baseado em agentes relacionado a uma política pública e cuja implementação prática fosse factível. Assim, foi selecionada uma política relacionada a um órgão público de fiscalização do exercício profissional (conselho de classe), especificamente na área da saúde, para a qual foram traçadas duas estratégias diferentes, com o objetivo de compará-las em termos de eficácia e de efetividade. Essas estratégias foram modeladas e simuladas em software específico de modelos baseados em agentes para análise dos resultados considerando diversos cenários possíveis. Os resultados indicam que os modelos baseados em agentes podem auxiliar o formulador de políticas a comparar diferentes estratégias de fiscalização e antecipar efeitos colaterais que dificilmente seriam constatados ex ante sem a utilização de simulações

Introdução: Grande parte das ações para promover a atividade física no lazer em populações tem apresentado tamanhos de efeito pequenos ou inexistentes, ou resultados inconsistentes. Abordar o problema a partir da perspectiva sistêmica pode ser uma das formas de superar esse descompasso. Objetivo: Desenvolver um modelo baseado em agentes para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos a partir da interação entre atributos psicológicos dos indivíduos e atributos dos ambientes físico construído e social em que vivem. Métodos: O processo de modelagem foi composto por três etapas: elaboração de um mapa conceitual, com base em revisão da literatura e consulta com especialistas; criação e verificação do algoritmo do modelo; e parametrização e análise de consistência e sensibilidade. Os resultados da revisão da literatura foram consolidados e relatados de acordo com os domínios da busca (aspectos psicológicos, ambiente social e ambiente físico construído). Os resultados quantitativos da consulta com os especialistas foram descritos por meio de frequências e o conteúdo das respostas questões abertas foi analisado e compilado pelo autor desta tese. O algoritmo do modelo foi criado no software NetLogo, versão 5.2.1., seguindo-se um protocolo de verificação para garantir que o algoritmo fosse implementado acuradamente. Nas análises de consistência e sensibilidade, utilizaram-se o Teste A de Vargha-Delaney, coeficiente de correlação de postos parcial, boxplots e gráficos de linha e de dispersão. Resultados: Definiram-se como elementos do mapa conceitual a intenção da pessoa, o comportamento de pessoas próximas e da comunidade, e a percepção da qualidade, do acesso e das atividades disponíveis nos locais em que atividade física no lazer pode ser praticada. O modelo representa uma comunidade hipotética contendo dois tipos de agentes: pessoas e locais em que atividade física no lazer pode ser praticada. As pessoas interagem entre si e com o ambiente construído, gerando tendências temporais populacionais de prática de atividade física no lazer e de intenção. As análises de sensibilidade indicaram que as tendências temporais de atividade física no lazer e de intenção são altamente sensíveis à influência do comportamento atual da pessoa sobre a sua intenção futura, ao tamanho do raio de percepção da pessoa e à proporção de locais em que a atividade física no lazer pode ser praticada. Considerações finais: O mapa conceitual e o modelo baseado em agentes se mostraram adequados para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos. A influência do comportamento da pessoa sobre a sua intenção, o tamanho do raio de percepção da pessoa e a proporção de locais em que a atividade física no lazer pode ser praticada são importantes determinantes da conformação e evolução dos padrões populacionais de atividade física no lazer entre adultos no modelo. / Introduction: Most of the actions to promote leisure-time physical activity at the population level has shown small or null effect sizes, or inconsistent results. Approaching the problem from a systemic perspective can be one way to overcome this gap. Objective: To develop an agent-based model to explore how the interaction between psychological traits and built and social environments leads to the formation and evolution of leisure-time physical activity population patterns in adults. Methods: The modeling process consisted of three stages: development of a conceptual map, based on literature review and expert-based consultation; creation and verification of the models algorithm; and parametrization and consistency and sensitivity analyses. The results of the literature review were consolidated and reported by search domain (psychological, social and built environment aspects). The quantitative results of the expert-based consultation were described using frequency and the content of the open ended questions were analyzed and compiled by the author. The models algorithm has been created using NetLogo, version 5.2.1., following a verification protocol to ensure that the algorithm has been implemented accurately. The Vargha-Delaney test, partial rank correlation coefficients, boxplots, and line and scatterplot graphs were used during the consistency and sensitivity analysis. Results: The elements of the conceptual map are the persons intention, the behavior of the persons social network and the community at large, and the perception of quality, access and available activities of places where leisure-time physical activity is practiced. The model is a hypothetical community with containing two types of agents: people and places where leisure-time physical activity is practiced. People interact with each other and with the built environment, generating population temporal trends of leisure-time physical activity and intention. Sensitivity analysis indicated that the temporal trends of leisure-time physical activity and intention are highly sensitive to the influence of the persons current behavior on her future intention, the persons perception radius size, and the proportion of places where leisure-time physical activity leisure is practiced. Final considerations: The conceptual map and the agent-based model are suitable to investigate the formation and evolution of leisure-time physical activity population patterns in adults. The influence of the persons behavior on her intention, the persons perception radius size, and the proportion of places where leisure-time physical activity leisure is practiced seem to be important determinants of the formation and evolution of population patterns of leisure-time physical activity in this model.

Sistemas Complexos são característicos por possuir uma rede interna representando o relacionamento estrutural entre seus elementos e uma forma natural de interpretar essa interação é através de um grafo. Neste trabalho, o sistema de transporte público urbano de São Paulo é reinterpretado de forma acoplada (ônibus e metrô juntos) como uma rede complexa, abstraindo detalhes operacionais e focando na conectividade. Pelo grafo empiricamente gerado, é feita uma caraterização estatística nas métricas de redes complexas, onde diferentes valores de raio de distância são usados para agrupar pontos e estações próximas que antes se apresentavam desconectados. Esse agrupamento pode ser interpretado como uma ferramenta de política pública, representando a disposição do usuário em se locomover ao ponto mais próximo para acessar o transporte. O processo mostrou que aumentar essa disposição gera grande redução na distância e número de passos entre ônibus, trens e linhas de metrô para atingir todos os destinos da rede. É utilizado um modelo exploratório que testa a robustez da rede aleatoriamente, deterministicamente e probabilisticamente tendo como alvo pontos e linhas. De acordo com os raios de agrupamento, definido como disposição, diferentes valores de fragmentação foram obtidos diante dos ataques simulados. Esses resultados suportam duas principais características observadas na literatura de redes deste tipo: possuem um elevado grau de robustez à falhas aleatórias, mas são vulneráveis a ataques tendo como alvo nós ou links importantes / Complex systems are characteristic by having an internal network representing the structural relationship between its elements and a natural way to interpret this interaction is through a graph. In this work, the urban public transport system of São Paulo is reinterpreted as a coupled (bus and subway) complex network, bypassing operational details and focusing on connectivity. Using the empirically generated graph, a statistical characterisation is made by network metrics where different radius values are used to group nearby stops and stations that were disconnected before. That can be interpreted as a public policy tool, representing the user\'s willingness to get around the nearest point to access transportation. This process has shown that increasing this willingness generates great reduction in the distance and in the number of jumps between buses, trains and subways lines to achieve all the network destinations. An exploratory model is used to test the robustness of the network by randomly, deterministically and preferentially targeting the stops and service lines. According to the grouping radius, aka willingness, different fragmentation values were obtained under attack simulations. These findings support two main characteristics observed in such networks literature: they have a high degree of robustness to random failures, but are vulnerable to targeted attacks

Os princípios e as diretrizes organizativas do SUS, combinados ao modelo estipulado de financiamento da assistência à saúde, conduzem ao surgimento de falhas de mercado, que geram barreiras à apropriada gestão do sistema e, por conseguinte, impedem a concretização dos objetivos do SUS e, potencialmente, acarretam o aprofundamento das iniquidades em saúde na população. As características estruturais e a heterogeneidade de atores no âmbito da rede de serviços do SUS, tendo em vista as configurações diversas assumidas pelas sub-redes regionalmente definidas, cujos gestores apresentam certo grau de autonomia decisória e mantêm interações entre si segundo regras preestabelecidas, impõem dificuldades analíticas que não permitem que as características globais do sistema público de saúde brasileiro sejam apreendidas a partir de uma análise simplista da soma de seus agentes componentes, à medida que sua configuração global é resultado da evolução das interações ocorridas em seu interior. Propõe-se a utilização de métodos quantitativos baseados em dinâmica de agentes inseridos em redes sociais como alternativa ao emprego de métodos quantitativos retrospectivos baseados em estimativas parciais. A modelagem baseada em agentes apresenta significativas vantagens à compreensão da organização, heterogeneidade e dinâmica estrutural da rede de serviços do SUS, assim como possibilita uma busca pela minimização dos efeitos das falhas de mecanismos de mercado no sistema de saúde brasileiro / The principles and organizational guidelines of SUS, combined to set model of health care financing not only the emergence of market failures, which generate barriers to proper management of the system and therefore prevent the achievement of the goals and SUS, potentially, lead to the deepening of health inequities in the population. The structural characteristics and the heterogeneity of actors under the public health network, in view of the different configurations assumed by regionally defined subnets, whose managers have a certain degree of decision-making autonomy and maintain interactions with each other according predetermined rules, impose difficulties analytical that do not allow the global characteristics of the public system of Brazilian health are seized from a simplistic analysis of the sum of its components agents, as its overall configuration is the result of the evolution of interactions occurring inside. It is proposed the use of quantitative methods based on dynamic inserted agents in social networks as an alternative to the use of retrospective quantitative methods based on partial estimates. The modeling based on agents has significant advantages to understand the organization, heterogeneity and structural dynamics of the public health network, as well as enables a search for minimizing the effects of failures of market mechanisms in the Brazilian health system

Neste trabalho demonstramos que padrões e aleatoriedade estão intimamente relacionados, ao contrário do que intuitivamente é considerado como campos opostos. Esta abordagem visa dois propósitos: por um lado, obter vantagens das propriedades caóticas para medir pseudo-aleatoriedade, e por outro lado, extrair padrões de diagramas espaço-tempo como método de reconhecimento de padrões. Este trabalho centrou-se em dois métodos relacionados com sistemas complexos, como sistemas dinâmicos de tempo discreto, redes complexas, autômatos celulares (AC) e suas combinações. O primeiro método foi explorar as propriedades das profundezas do caos como fonte de pseudo-aleatoriedade a partir de sistemas dinâmicos caóticos, como o mapa logístico e o mapa da tenda. Observamos que os padrões desaparecem e a pseudo-aleatoriedade é aumentada pela remoção de k dígitos à direita da vírgula dos pontos de uma órbita original de um mapa caótico. Portanto, foi encontrada uma fonte caótica interessante para obter geradores de números de pseudo-aleatórios (PRNGs) parametrizada por k. Um segundo método foi proposto com base na incorporação de autômatos celulares na topologia de rede, também chamada de rede-autômato, visando caracterizar as redes a partir da dinâmica espaço-temporal intrínseca dessas redes. Quatro problemas de grande demanda foram explorados, tais como (i) identificar redes sociais online; (ii) identificar organismos de diferentes domínios da vida através de suas redes metabólicas; (iii) classificar padrões de distribuição de estômatos variando de acordo com diferentes condições ambientais; e (iv) o problema de identificação de autoria. Finalmente, essa mesma abordagem foi utilizada para analisar as sequências de números pseudo-aleatórios gerados pelo padrão ouro do k-mapa logístico no contexto do reconhecimento de padrões. A abordagem proposta permitiu explorar padrões e pseudoaleatoriedade extraídos de uma miríade de sistemas com resultados bem-sucedidos em termos de acerto e boa pseudo-aleatoriedade. Além disso, este trabalho trouxe consigo progressos significativos em aplicações de reconhecimento de padrões do mundo real de um amplo ramo de campos como criptografia, criptoanálise, biologia e ciência dos dados. / In this work, we demonstrate that patterns and randomness are close related, contrary to what intuitively is considered as opposite fields. We aimed for a pattern recognition approach that aims for two purposes: (i) to take advantages from the chaotic properties as a source of pseudo-randomness in order to measure pseudo-randomness and (ii) to extract patterns from spatio-temporal diagrams obtained from complex systems models as a pattern recognition method. This work has focused on different complex systems such as discrete dynamical systems, complex networks, cellular automata (CA), and their combinations. The first method was to explore the chaotic properties in a deep-zoom manner as a source of pseudo-randomness from chaotic dynamical systems such as the logistic map and the tent map. We observed that the patterns vanish and therefore pseudo-randomness is increased by removing k right digits from the original orbit sequences. Therefore, we found an interesting chaotic source to obtain pseudo-randomness number generators (PRNGs). A second method was proposed based on the embedding of cellular automata (CA) over a network topology, also called network automata, aiming to characterize networks from the intrinsic spatio-temporal dynamics of these networks. Various on-demand problems were explored such as (i) identifying online social networks; (ii) identifying organisms from distinct domains of life through their metabolic networks; (iii) classifying stomata distribution patterns varying according to different environmental conditions; and (iv) the authorship identification problem. Finally, this same approach was used to analyze the sequences of pseudo-random numbers generated by the gold standard k-logistic map in the context of pattern recognition. So far, the proposed pattern recognition approach based on non-linear systems allowed us to explored patterns and pseudo-randomness extracted from a myriad of systems with successful results in terms of accuracy and good pseudorandomness. The proposed method has made significant progress in real-world pattern recognition applications from a wide branch of fields such as Cryptography, Cryptanalysis, Biology and Data Science.

No presente trabalho foi desenvolvida uma ferramenta para tornar o ensino do câncer na graduação mais efetivo. Tal ferramenta foi criada utilizando simulações multi-agente na plataforma NetLogo e conceitos gerais do processo de formação do câncer. O modelo que serviu de base para a criação da ferramenta foi o de Hanahan & Weinberg (2011). Inicialmente, para mostrar que a ferramenta é adequada para o ensino do câncer, foram definidos conceitualmente os Sistemas Complexos e o câncer e, em seguida, foi mostrado como estes se relacionam. Para desenvolver o presente trabalho, foram utilizadas pesquisas em dados secundários, entrevistas em profundidade e participação em aulas, palestras e seminários. O resultado desse processo foi uma ferramenta com diversas aplicações capaz de ensinar sobre o câncer através de muita interatividade e experimentação. Foi elaborada uma discussão sobre a problemática do ensino no Brasil e como isso afeta a aceitação de novas metodologias de ensino conforme a que é apresentada neste trabalho. Discutiu-se sobre o ensino do câncer no Brasil e a utilidade de ferramentas da área de sistemas complexos para tal. Para finalizar o trabalho, foram sugeridas algumas formas interessantes de se estender o uso da ferramenta desenvolvida na pesquisa científica, na clínica médica, no melhoramento de exames diagnósticos, entre outras / In the current work was developed a tool to increase the effectiveness of teaching cancer in undergraduate courses. This tool was built through multi-agents simulations in NetLogo platform and using general concepts of the cancer formation process. The tool is based in Hanahan & Weinbergs (2011) model. Initially, in order to justify the adequacy of the tool in teaching cancer, the Complex Systems and the Cancer are conceptualized and then, how they are related to each other. Secondary data research, in-depth interviews and participation in classes, seminars and lectures on relevant subjects were used to develop the current work. The result of this process is a teaching tool with many applications able to teach the student through much interaction and much experimentation. There is a discussion about the education in Brazil and how it affects new methodologies in class as the one presented in this work. There was also a discussion about the teaching of cancer in Brazil and the usefulness of tools from the field of Complex Systems for this teaching. To finish the work, some interesting forms of extension of this tool are suggested

L'intérêt de la communauté de la sécurité numérique dans le domaine des Systems on Chip (SoC) s'est essentiellement focalisé sur les menaces logicielles, améliorant sans cesse le niveau de protection. Cependant, l'exploitation de ce vecteur d'attaque devenant de plus en plus difficile, il est fort probable que les attaques matérielles se multiplient. Par conséquent, il est primordial d'étudier ces dernières afin d'anticiper la menace qu'elles représentent. La sophistication de l'architecture et la rapidité d'évolution des technologies embarquées dans les SoC, justifient la mise en place d'une méthodologie adaptée pour évaluer efficacement leur niveau de sécurité. C'est dans ce contexte que cette thèse propose l'étude de cette catégorie d'attaques ainsi qu'un aperçu de leur impact sur la sécurité de ce type de systèmes. Alors que les architectures élaborées accroissent la difficulté de mise en place d'attaques physiques, elles augmentent également la surface d'attaque. Une première étude analyse les chemins d'attaques afin de déterminer les grandeurs physiques exploitables les plus pertinentes. Cette étape conduit, dans un deuxième temps, à l'élaboration de règles génériques pour l'évaluation sécuritaire des SoC présents sur le marché. Celles-ci combinent diverses techniques déjà utilisées dans le domaine de la carte à puce. L'ensemble de ce travail s'appuie sur plusieurs divers modules caractéristiques de la sécurité des SoC actuels. Tous les résultats soulignent que la complexité inhérente aux SoC n'est pas suffisante pour les protéger contre les attaques matérielles et l'implémentation des sécurités dans ces systèmes doit se faire sans se reposer sur cette propriété. / In the field of System on Chip (SoC), the digital security community has mainly focused on software threats; constantly working to improve the level of protection. Since the exploitation of this attack vector is becoming more and more difficult, it is most likely that the number of hardware attacks will increase. Therefore, it is essential to study these attacks in order to anticipate the threat they represent. The sophisticated architecture and the rapidly changing technologies embedded in the SoC justify the implementation of an adapted methodology, to effectively evaluate their level of security.In this context, this thesis examines the feasibility of this type of attacks and their impact on the security of these systems. While rich architectures increase the difficulty of setting up hardware attacks, they also increase the attack surface. Our study starts by analyzing the attack paths in order to determine the most relevant exploitable physical quantities. This has led to the development of a generic procedure for the security evaluation of SoCs on the market. This method combines various techniques that are already applied to smart cards. This entire work is based on several case studies related to various embedded modules characteristic of the security in current systems-on-chips. All the observed results lead to the same observations: the inherent complexity of SoCs is not sufficient to protect them against hardware attacks. The implementation of security in these systems must be done without relying on this property.