O comportamento de insetos sociais, em especial de formigas, tem sido muito estudado nos últimos tempos, devido à capacidade destes insetos realizarem tarefas complexas a partir de interações entre indivíduos simples. Ao se moverem sobre um ambiente na busca de alimento, as formigas depositam no solo uma substância química, denominada feromônio, que atrai as formigas que se encontram no ninho e as guia em direção ao alimento encontrado. O processo de construção e seguimento destas trilhas permite que as formigas descubram os menores caminhos e as melhores fontes de alimento no ambiente. Com o objetivo de estudar as características das formigas que contribuem para a sua adaptação a diferentes condições do meio, diversos experimentos vêm sendo realizados com estes insetos. Dentro deste contexto, esta tese apresenta experimentos inéditos realizados com formigas em laboratório, sobre uma rede artificial de túneis, onde diversos caminhos interconectados conduzem a uma fonte de alimento. As decisões das formigas foram analisadas nos níveis individual e coletivo, sob mudanças no meio, compreendendo o bloqueio/desbloqueio de ramos. A medição de diversas características individuais das formigas permitiu desenvolver dois modelos matemáticos sobre o seu comportamento, que foram aplicados à situação em que não se alterou a condição do ambiente com relação ao acesso aos ramos (estática), como também a mudanças no meio (dinâmica). A análise realizada do comportamento coletivo foi utilizada na comparação dos resultados obtidos pelas simulações dos modelos. De forma geral, o segundo modelo proposto foi mais eficiente que o primeiro na situação estática, porém ele ainda necessita de ajustes nas demais situações. O bom desempenho do segundo modelo proposto levou a aplicação de sua principal característica, a função de escolha que considera a concentração de feromônio sobre os ramos do meio e a capacidade de orientação das formigas, a um problema de otimização combinatorial, o roteamento em redes de telecomunicações. O algoritmo de roteamento proposto foi avaliado sob variações no nível de tráfego e topologia da rede, e seu desempenho foi comparado ao de dois algoritmos usados por concessionárias de telecomunicações, considerando diversas medidas de desempenho. O algoritmo desenvolvido obteve resultados encorajadores, sugerindo a aplicabilidade da estrutura do modelo proposto a outros problemas complexos de otimização. / The behavior of social insects, particularly of ants, has been intensively studied in the last years, due to their capacity to perform complex tasks through interactions among simple individuals. When moving in the environment searching for food, ants deposit on the ground a chemical substance, called pheromone, to attract ants in the nest and guide them towards the source of food that was found. The process of laying/following the pheromone trails allows ants to find the shortest paths and best sources of food of the environment. With the aim to study the characteristics of the ants that contribute to their adaptation to different environment conditions, several experiments with ants have been performed and reported in this research. In this context, this thesis presents novel experiments with ants in the laboratory, in an artificial network of tunnels, where several interconnected paths lead the insects from the nest to the food source. Ants\' decision were analyzed according to the individual and collective levels, under changes in the environment, comprising the blockage/release of branches. The measure of several individual characteristics of ants allowed the development of two mathematical models of their behavior, which were applied to the non-changing (static) environment access to all branches and to changing (dynamic) access. The analysis of the collective behavior of ants in the experiments was used to compare the results derived from the simulations of the models. In general, the second proposed model was more accurate than the first one in simulating ants behavior for the static situation, however, it needs some improvements for the other situations. The satisfactory behavior of the second model led to apply its main feature, the choice taking into consideration the pheromone concentration over the branches and the ants ability to orient themselves, to solve an optimization problem, the routing in telecommunications networks. The proposed routing algorithm was evaluated under variations on the traffic level and topology of the network, and its performance was compared with two routing algorithms used by telecommunications companies, considering several performance measures. The developed algorithm produced encouraging results, suggesting the possibility to apply the framework of the proposed model to other optimization problems.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-03-31Bitstream added on 2014-06-13T20:29:29Z : No. of bitstreams: 1 lizidatti_cs_me_sjrp.pdf: 2351712 bytes, checksum: 4800b528eef1b075b69282c73df75af0 (MD5) / O pouco estudado gênero Trachymyrmex Forel (1893) é composto por formigas geralmente pequenas, de comportamento críptico, e ninhos geralmente com aberturas especializadas. A taxonomia do gênero ainda é precária: muitos espécimes não estão identificados devido à complexidade taxonômica dos grupos. As revisões recentes de Mayhé-Nunes e Brandão (2002; 2005) têm contribuído para o conhecimento desse gênero, mas muitas espécies ainda necessitam ser descritas. A biologia de muitas espécies, como a coleta de substratos para o cultivo do fungo e a arquitetura dos ninhos, é desconhecida, principalmente tratando-se das espécies do Cerrado. O estudo foi realizado em uma parte da Reserva Legal da Fazenda do Lageado, fragmento de cerrado strictu sensu, situada a 10 Km da cidade de Jataí, GO (17° 52 57 S e 51º 38 10 O). Foram encontrados 10 ninhos de T. holmgreni, em uma área de 1.280 m2. Esta espécie tem ampla distribuição geográfica no centro e sudeste do Brasil, mas foi considerada rara na área de estudo, onde seus ninhos apresentaram densidade equivalente a 0,008 ninhos /mø. Seis ninhos foram marcados para o monitoramento das colônias de julho a dezembro de 2004 e quatro escavados para coleta de dados sobre arquitetura e análise populacional. Os ninhos de T. holmgreni apresentam cratera, entrada guarnecida por torre de fragmentos vegetais (torre de palha) e um fosso escavado nas proximidades. Além da biologia de T. holmgreni foram listadas outras 4 espécies de Trachymyrmex coletadas no fragmento de cerrado strictu sensu. O material coletado pertence a três grupos distintos. Trachymyrmex grupo Iheringi (T. holmgreni), que exibe lobo projetado próximo à base do escapo antenal, Trachymyrmex grupo opulentus (T. dichrous), caracterizado pela fina pubescência especialmente visível nos fêmures posteriores e Trachymyrmex grupo urichi (T. fuscus)... / Trachymyrmex Forel 1893, a not well studied genus, is generally composed by small ants with cryptic behavior, and nests that usually have specialized openings. The taxonomy of the genus is still precarious: many specimens are not yet identified due to the taxonomic complexity of the groups. Recent revisions by Mayhé-Nunes and Brandão have been contributing to the knowledge of the genus, but several species need to be described. The biology of the most species, as the collection of substrata for fungi cultivation and nest architecture, is unknown, especially those species from Brazilian savanna. The study was performed in a Legal Reserve from Fazenda Lageado, a fragment of strictu sensu Brazilian savanna, placed 10 km from Jataí city, GO (17° 52 ' 57 S and 51st 38 ' 10 W). It was found 10 nests of T. holmgreni, in an area of 1.280 m2. This species has a wide geographical distribution between central and southeastern Brazil, but was considered rare in the study area where their nests presented density equivalent to 0,008 nests /mø. Six nests were marked for colony monitoring, from July to December 2004, and four of them were dug for data collection on nest architecture and population structure. The nests of T. holmgreni present a crater, an entrance garnished by tower of vegetable fragments (tower of straws) and a ditch, dug in the proximities. Besides the biology of T. holmgreni, it was found other 4 species of Trachymyrmex, collected in the Brazilian savanna fragment. The collected material belonged to three different groups: the group Iheringi (T. holmgreni), that exhibits a projected lobe close to the base of the antennal escape, the group opulentus (T. dichrous), characterized by the fine pubescence especially visible in the posterior femurs and the group urichi (T. fuscus), for presenting angular projections in the occipital sides... (Complete abstract, click electronic address below)

O comportamento de insetos sociais, em especial de formigas, tem sido muito estudado nos últimos tempos, devido à capacidade destes insetos realizarem tarefas complexas a partir de interações entre indivíduos simples. Ao se moverem sobre um ambiente na busca de alimento, as formigas depositam no solo uma substância química, denominada feromônio, que atrai as formigas que se encontram no ninho e as guia em direção ao alimento encontrado. O processo de construção e seguimento destas trilhas permite que as formigas descubram os menores caminhos e as melhores fontes de alimento no ambiente. Com o objetivo de estudar as características das formigas que contribuem para a sua adaptação a diferentes condições do meio, diversos experimentos vêm sendo realizados com estes insetos. Dentro deste contexto, esta tese apresenta experimentos inéditos realizados com formigas em laboratório, sobre uma rede artificial de túneis, onde diversos caminhos interconectados conduzem a uma fonte de alimento. As decisões das formigas foram analisadas nos níveis individual e coletivo, sob mudanças no meio, compreendendo o bloqueio/desbloqueio de ramos. A medição de diversas características individuais das formigas permitiu desenvolver dois modelos matemáticos sobre o seu comportamento, que foram aplicados à situação em que não se alterou a condição do ambiente com relação ao acesso aos ramos (estática), como também a mudanças no meio (dinâmica). A análise realizada do comportamento coletivo foi utilizada na comparação dos resultados obtidos pelas simulações dos modelos. De forma geral, o segundo modelo proposto foi mais eficiente que o primeiro na situação estática, porém ele ainda necessita de ajustes nas demais situações. O bom desempenho do segundo modelo proposto levou a aplicação de sua principal característica, a função de escolha que considera a concentração de feromônio sobre os ramos do meio e a capacidade de orientação das formigas, a um problema de otimização combinatorial, o roteamento em redes de telecomunicações. O algoritmo de roteamento proposto foi avaliado sob variações no nível de tráfego e topologia da rede, e seu desempenho foi comparado ao de dois algoritmos usados por concessionárias de telecomunicações, considerando diversas medidas de desempenho. O algoritmo desenvolvido obteve resultados encorajadores, sugerindo a aplicabilidade da estrutura do modelo proposto a outros problemas complexos de otimização. / The behavior of social insects, particularly of ants, has been intensively studied in the last years, due to their capacity to perform complex tasks through interactions among simple individuals. When moving in the environment searching for food, ants deposit on the ground a chemical substance, called pheromone, to attract ants in the nest and guide them towards the source of food that was found. The process of laying/following the pheromone trails allows ants to find the shortest paths and best sources of food of the environment. With the aim to study the characteristics of the ants that contribute to their adaptation to different environment conditions, several experiments with ants have been performed and reported in this research. In this context, this thesis presents novel experiments with ants in the laboratory, in an artificial network of tunnels, where several interconnected paths lead the insects from the nest to the food source. Ants\' decision were analyzed according to the individual and collective levels, under changes in the environment, comprising the blockage/release of branches. The measure of several individual characteristics of ants allowed the development of two mathematical models of their behavior, which were applied to the non-changing (static) environment access to all branches and to changing (dynamic) access. The analysis of the collective behavior of ants in the experiments was used to compare the results derived from the simulations of the models. In general, the second proposed model was more accurate than the first one in simulating ants behavior for the static situation, however, it needs some improvements for the other situations. The satisfactory behavior of the second model led to apply its main feature, the choice taking into consideration the pheromone concentration over the branches and the ants ability to orient themselves, to solve an optimization problem, the routing in telecommunications networks. The proposed routing algorithm was evaluated under variations on the traffic level and topology of the network, and its performance was compared with two routing algorithms used by telecommunications companies, considering several performance measures. The developed algorithm produced encouraging results, suggesting the possibility to apply the framework of the proposed model to other optimization problems.