O filtro de Kalman é amplamente conhecido e utilizado em aplicações, em virtude de apresentar diversas propriedades interessantes. Este trabalho aborda uma das características mais importantes, a estabilidade do filtro de Kalman aplicado a sistemas lineares discretos com saltos Markovianos. Sistemas desta classe são muito empregados em problemas práticos. Neste trabalho mostramos que o conceito de controlabilidade fraca e detetabilidade estocástica são condições suficientes para estabilidade do filtro de Kalman com relação a condição inicial. No que se refere a estabilidade no sentido mais usual, apresentamos resultados parciais, dependentes de uma condição adicional sobre a cadeia de Markov, bem como uma conjectura. O estudo da estabilidade do filtro de Kalman é relevante, pois filtros instáveis oferecem estimativas de baixa qualidade. O tema tem interesse teórico inerente e é bastante relevante para aplicações.O filtro de Kalman é amplamente conhecido e utilizado em aplicações, em virtude de apresentar diversas propriedades interessantes. Este trabalho aborda uma das características mais importantes, a estabilidade do filtro de Kalman aplicado a sistemas lineares discretos com saltos Markovianos. Sistemas desta classe são muito empregados em problemas práticos. Neste trabalho mostramos que o conceito de controlabilidade fraca e detetabilidade estocástica são condições suficientes para estabilidade do filtro de Kalman com relação a condição inicial. No que se refere a estabilidade no sentido mais usual, apresentamos resultados parciais, dependentes de uma condição adicional sobre a cadeia de Markov, bem como uma conjectura. O estudo da estabilidade do filtro de Kalman é relevante, pois filtros instáveis oferecem estimativas de baixa qualidade. O tema tem interesse teórico inerente e é bastante relevante para aplicações / Kalman filters present several interesting features that make them relevant for many applications. In this work we study one of the main issues in Kalman filtering - stability. We deal with Kalman filters for Markov jump linear systems, a class of systems with applications in many different areas. We consider the concepts of weak controllability and stochastic detectability and we show that they ensure stability of the Kalman filter with respect to the initial condition. As for the stability, we present some results relying in a conjecture and an additional condition on the Markov chain. The study of the stability of the Kalman filter is important, since unstable filters may lead to poor estimates. The stability issue has inherent theoretical interest and is relevant for applications

Modelos preditivos de mercado são ferramentas importantes para tomadores de decisões no âmbito público e privado. Devido à complexidade dinâmica do mercado imobiliário, composta pela interação de dois submercados distintos (mercado de ativos imobiliários e mercado de consumo de espaço) e pela limitação de dados disponíveis, o estudo analítico de mercados imobiliários requer a modelagem paramétrica de um sistema de equações que os descrevam, seguido pela identificação dos parâmetros deste sistema utilizando dados reais de uma região. Neste trabalho, estudamos o modelo dinâmico de mercado imobiliário proposto por Wheaton (1999), criado a partir do popular modelo de quatro quadrantes de autoria de DiPasquale e Wheaton (1996). Utilizamos técnicas de identificação de sistemas para elaborar um modelo de aprendizado para o estoque imobiliário, e o implementamos em Matlab. Aplicamos o método elaborado em dados simulados, para validá-lo, e então aplicamos o mesmo método, com adaptações, em dados reais do mercado imobiliário canadense. Os resultados obtidos validam o método de identificação de sistema dinâmico quando testado em dados simulados, e corroboram o modelo de Wheaton (1999) como modelo preditivo em dados reais. Ademais, os resultados indicam que um modelo que seja capaz de entender a evolução dinâmica dos parâmetros estáticos do modelo de Wheaton (1999), poderia melhorar os resultados deste como ferramenta preditiva. / Predictive market models are important tools for decision-makers in the public and private spheres. Due to the dynamic complexity of the real estate market, consisting of the interaction of two distinct submarkets (real estate asset market and space consumption market) and the lack of real estate data, the analytical study of real estate markets requires the parametric modeling of a system of equations describing them, followed by the identification of the parameters of this system using real data from a region. In this work, we study the dynamic real estate market model proposed by Wheaton (1999), created from the popular four-quadrant model of DiPasquale e Wheaton (1996). We use system identification techniques to develop a learning model for real estate inventory data, and implement it in Matlab. We apply the method devised in simulated data to validate it, and then apply the same method with adaptations in real data of the Canadian real estate market. The results validate the dynamic system identification method when tested in simulated data, and corroborate the Wheaton (1999) model as a predictive model in real data. In addition, the results indicate that a model that is able to understand the dynamic evolution of the static parameters of the Wheaton (1999) model, could improve its results as a predictive tool.

Processos de sincronização são observados em uma imensa quantidade de sistemas físicos, biológicos, químicos, tecnológicos e sociais. Tais sistemas podem ser descritos e modelados utilizando a teoria das redes complexas, de forma que o completo entendimento da emergência do comportamento coletivo nestes sistemas complexos só é alcançado por teorias que englobam a interação entre seus elementos. Nesta dissertação, estudamos a emergência de transições de fase de primeira-ordem na sincronização de osciladores acoplados através de estruturas heterogêneas e não-triviais. Utilizando teorias de campo médio, obtemos a expressão analítica do acoplamento crítico necessário para a ocorrência de sincronização explosiva em redes livre-escala. Além disso, estudamos o comportamento de tais transições na presença de atrasos temporais e verificamos que é possível elevar o grau de sincronismo dos osciladores quando a interação se dá de forma não-instantânea. Os resultados obtidos contribuem para um melhor entendimento da relação entre topologia e dinâmica em redes. / Synchronization processes are observed in many physical, biological, chemical, technological and social systems. These systems can be described and modelled through the theory of complex networks, in a way that the full comprehension of the emergence of collective behavior in these complex systems will only be achieved by theories that encompass the interaction of its elements. In this thesis, we study the emergence of first-order phase transitions in the synchronization of oscillators coupled through heterogeneous and non-trivial structures. By using mean-field theories, we obtain an analytical expression for the critical coupling necessary for the occurrence of explosive synchronization in scale-free networks. Furthermore, we study the behavior of such transitions in the presence of time delays, verifying that is possible to enhance the synchronization level of the oscillators when the interaction is non-instantaneous. The obtained results contribute for the better understanding of the interplay between topology and dynamics in networks.

O estudo dos processos quebra espontânea de simetria na natureza têm atraído interesse em diversas áreas da física, como por exemplo em física quântica no estudo das energias de um átomo tal como em física de altas energias, no estudo das partículas elementares. Esses processos até então envolviam sistemas físicos microscópicos, em 1993 surge uma proposta de agregar as idéias de quebra de simetria à um sistema macroscópico, o código genético. A idéia básica é que os códons que formam código se diferenciam em um processo de quebra de simetria, preservando suas propriedades de degenerescência, nos dando uma \"picture\" de como se fez essa diferenciação que resultam nos 20 aminoácidos e do sinal de terminação que se conhece nos dias atuais. Esse modelo nos diz por exemplo, quantos eram os aminoácidos primordiais. Nosso interesse está na verificação dessa quebra de simetria e estudar as relações entre os códons do ponto de vista temporal para tanto, usamos aqui um sistema dinâmico. Esse sistema conserva no princípio de sua evolução a simetria proposta pelo modelo e através de um processo de quebra de simetria estudaremos se esse processo reproduz a cadeia de quebra de simetria proposta no modelo. Como primeiro passo estudamos a representação tridimensional do grupo Sp( 6), que serve como ponto de partida no processo de quebra de simetria no modelo, essa representação é conhecida como grupo de Weyl do Sp(6). É possível construir um sistema dinâmico ou mapa, que na verdade é uma função do R3, com as mesmas propriedades de simetria do grupo de Weyl do Sp(6). A construção desse sistema e seu estudo matemático acarreta no segundo passo deste trabalho. O mapa construído depende de parâmetros que variados de forma correta produzem uma cadeia de quebra de simetria. O estudo dessa quebras consiste no terceiro passo deste trabalho. Por fim determinamos a ação ou seja, como esse sistema muda a rotulação dos códons anteriormente proposta no modelo e mais ainda, que informação biológica poderá ser extraída desse sistema. Como resultado obtivemos em grande parte a ratificação do modelo proposto mostrando que a quebra proposta e a rotulação dos códons de acordo com a ordem evolutiva dada pela quebra de simetria segue também uma coerência dinâmica. / The study of natural symmetry breaking processes have attracted interest in many physics areas including energy atoms studies in quantum physics as well elementary particles in high energy physics. These processes were related with microscpics physic systems, in 1993 appears one propose to use the ideas of symmetry breaking in one macroscopic system the genetic code. The basic idea is that the differentiation of the codons wich are components of the code was done in a process of symmetry breaking preserving the degeneracy properties given to us one picture of how this process occour resulting in 20 aminoacids and termination sign known in the present days. With this model for example, we can predict how many aminoacids were primordial\'s. Our interest is in verify this symmetry breaking and study the codon temporal relations for this we use a dynamical system. The preservation of the starting symmetry proposed by the model is the main caracteristic of our system and through of the symmetry breaking we will study what relations between the symmetry breaking proposed by the model and the dynamical symmetry breaking. As a first step we will study the group Sp(6) in its tridimensional representation which is the starting point in the symmetry breaking process in the mode!. This representation in known as Weyl group of Sp(6). It is possible construct this dynamical system or map, which is one function in the R3 with the same symmetry properties of the Weyl group of Sp(6). The construction of this map and its mathematical study is our second step of this work. The map depends on parameter\'s which are changed in a correct way to produce some symmetry breaking chain. The symmetry breaking studies is our third step. At the end we look at the action of our map in the codons, in other words, how this action change the codons labelling proposed by the model Moreover, what kind of biological information can be extract from this action. As a result the symmetry breaking and the labelling of codons proposed by the model are isomophics, with little restrictions, when compared with the dynamical systems.

Sincronismo é um comportamento dinâmico que pode ser detectado na atividade dos neurônios que formam estruturas corticais, e essa atividade parece ser fundamental para a realização de processos relacionados a aprendizado, compreensão e reconhecimento. Estruturas corticais podem ser modeladas por redes de mapas acoplados. Nessas redes, a existência de solução síncrona é determinada pela equação que governa a atividade de cada mapa, pela topologia de acoplamento entre os mapas e pelos valores dos parâmetros. O enfoque deste trabalho é empregar redes de mapas acoplados voltados à detecção de simetria, e segmentação de imagens, via sincronismo. / Synchronism is a dynamical behavior that can be found in the neural activity of cortical structures, and this behavior seems to be fundamental in learning, understanding and recognition processes. Cortical structures can be modeled by using coupled map lattices. In such lattices, the existence of synchronous solution is determined by the equation that rules the activity of each map, by the coupling topology among the maps, and by the parameter values. The goal of this work is to employ coupled map lattices in symmetry detection and image segmentation, via synchronism.

No presente trabalho consideramos homeomorfismos do círculo sem pontos periódicos e com o mesmo número finito de pontos críticos todos de tipo non-flat. Provamos que se existe uma conjugação topológica entre dois destes mapas que leva ponto crítico em ponto crítico, sem necessidade de preservar criticalidades, então dita conjugação é uma transformação quase-simétrica com distorção quase-simétrica local uniformemente limitada. Estes resultados são válidos para qualquer número de rotação irracional e são independentes da natureza das criticalidades dos pontos críticos, de modo que nossos resultados são válidos para toda criticalidade real. / In this work we consider circle homeomorphisms without periodic points and with finite number of critical points all of them being non-flat. We prove that if there exists a topological conjugacy between two of those maps which sends critical point into critical point, which not necessarily preserve criticalities, then this conjugacy is a quasi-symmetric map with quasi-symmetric distortion universally bounded. All these results are valid for any irrational rotation number and are independent of the nature of the criticalities, therefore our results are valid for all real criticalities.

Dentro da abordagem dinâmica do clima, o presente trabalho visou a estudar a configuração espaço-temporal do campo térmico da cidade de São Carlos-SP, dentro de suas variações diurnas e das condições impostas pelos diferentes tipos de tempo, com o intuito de caracterizá-lo quanto à sua intensidade e identificar a formação de ilhas urbanas de calor no período de inverno. Para tanto foram utilizados dados climáticos registrados por três estações automáticas localizadas em pontos distintos da malha urbana, imagens do satélite GOES e cartas de pressão atmosféricas reduzidas ao nível do mar. De acordo com os resultados obtidos, a ilha de calor urbana é mais pronunciada na fase de domínio da massa Polar Atlântica, sendo que as maiores diferenças térmicas foram observadas durante o período diurno. Sob as condições impostas pela massa Polar Atlântica as diferenças observadas entre os campos térmicos da região mais próxima do centro urbano de São Carlos e as duas regiões mais afastadas ficaram entre 2,0 e 3,0°C. / On the dynamical approach of climate, the present work aimed the study the time-space configuration of the thermal filed of the city of São Carlos-SP, within the diurnal variations and the conditions imposed by the different weather types, in order to characterize its intensity and identify the formation of urban heat islands during winter. Thus climatic data registered by three automatic stations located in distinct points of the urban network, GOES satellite images and atmospheric pressure letters at sea level were used. According to the obtained results, the urban heat island is more pronounced in the activity of Polar Atlantic air mass, with the biggest thermal differences being observed during the diurnal period. Under the conditions imposed by the Polar Atlantic mass the observed differences between the thermal fields of the nearest downtown region of São Carlos and the two distant regions were between 2.0 and 3.0 ºC.

Imagine fluid moving through a long pipe or channel, and we inject dye or solute into this pipe. What happens to the dye concentration after a long time? Initially, the dye just moves along downstream with the fluid. However, it is also slowly diffusing down the pipe and towards the edges as well. It turns out that after a long time, the combined effect of transport via the fluid and this slow diffusion results in what is effectively a much more rapid diffusion process, lengthwise down the stream. If 0 <nu << 1 is the slow diffusion coeffcient, then the effective longitudinal diffusion coeffcient is inversely proportional to 1/nu, i.e. much larger. This phenomenon is called Taylor Dispersion, first studied by GI Taylor in the 1950s, and studied subsequently by many authors since, such as Aris, Chatwin, Smith, Roberts, and others. However, none of the approaches used in the past seem to have been mathematically rigorous. I'll propose a dynamical systems explanation of this phenomenon: specifically, I'll explain how one can use a Center Manifold reduction to obtain Taylor Dispersion as the dominant term in the long-time limit, and also explain how this Center Manifold can be used to provide any finite number of correction terms to Taylor Dispersion as well.

Orientador: José Roberto Campanha / Banca: Márcio Luiz de Andrade Netto / Banca: Gerson Antonio Santarine / Resumo: Neste trabalho construímos modelos de redes neurais artificiais recorrentes com dois, com quatro, com seis e com oito neurônios na tentativa de simular computacionalmente como os neurônios receptores olfativos dos vertebrados, em especial dos seres humanos, conseguem identificar e reconhecer as diferentes moléculas odoríferas (ou odorantes) transportadas pelo ar. Para isso, usamos uma rede que evolui de um sistema dinâmico caótico, na ausência de odorantes, para o não-caótico, quando do reconhecimento de um odor constituído, no máximo, de até três odorantes. / Abstract: We built models of recurrent artificial neural networks with two, four, six and eight neurons in order to simulate, using computational simulation, the way vertebrate’s olfactory neurons, in special the humans, identify and recognize different odoriferous molecules (or odorants) in the air. For that purpose, we used a network that evolves from a chaotic dynamic system, in the absence of odorants, to the non-chaotic, when it recognizes an odor that is made of, at most, three odorants. / Mestre

Orientador: Edson Denis Leonel / Banca: Mario Roberto da Silva / Banca: Roberto Venegeroles Nascimento / Resumo: O problema de bilhar teve origem em 1927 quando G.D. Birkhoff considerou um sistema para descrever o movimento de uma partícula livre dentro de uma região fechada por uma fronteira com a qual sofre colisões. Ao atingir a fronteira a partícula é refletida e viaja com velocidade constante até a próxima colisão. Nesse trabalho consideramos um modelo bidimensional conhecido na literatura como Bilhar Elíptico-ovóide. O raio da fronteira em coordenadas polares é dado por R(θ, p, e, є) = (1−e2)/[1+e cos(θ)]+є cos(pθ). Este modelo comporta-se como uma combinação dos bilhares elíptico e ovóide. Se considerarmos o caso em que a excentricidade e = 0 recuperamos os resultados para o bilhar ovóide, por outro lado, se a deformação na fronteira for nula, є = 0, os resultados para o bilhar elíptico são recuperados. Tal modelo consiste em considerar o movimento de uma partícula clássica de massa m movendo-se livremente no interior de uma região fechada. Ao colidir com a fronteira a trajetória da partícula muda de direção sem sofrer perdas de energia. Encontramos as expressões que descrevem a dinâmica do modelo nas variáveis posição angular e ângulo que a trajetória faz com a reta tangente à curva no ponto de colisão e discutimos nossos resultados numéricos. Observamos que o espaço de fases é do tipo misto, contendo ilhas do tipo Kolmogorov-Arnold-Moser (KAM) geralmente envoltas por um mar de caos, caracterizado por um expoente de Lyapunov positivo, e curvas invariantes do tipo spanning separando diferente regiões do espaço de fases. Entretanto, à medida que os parâmetros de controle são variados, a forma da fronteira se altera, podendo ocorrer que algumas regiões da fronteira passam a ter curvatura negativa. Uma implicação imediata deste comportamento é a destruição das curvas invariantes spanning no espaço de fases. ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The interest in understanding the dynamics of billiard problems becomes in earlies 1927 when Birkhoff introduced a system to describe the motion of a free particle inside a closed region with which the particle suffers elastic collisions. Inside the billiard, a point particle of mass m moves freely along a straight line until it hits the boundary. After the collision, it is assumed that the particle is specularly reflected. In our work we propose a special geometry for the boundary of a classical billiard, which we call as elliptical-oval boundary. The radius of the boundary in polar coordinates is given by R(θ, p, e, є) = (1−e2)/[1+e cos(θ)]+є cos(pθ). It is important to say that the shape of the boundary is controlled by three relevant control parameters, namely p=integer number, є = deformation of the boundary and e is the eccentricity. We obtain and discuss some numerical results considering different possibles combination of the control parameters. In our approach, we obtained a map that describe the particle's dynamics and show that there are a critical value for the parameter є. We show that the phase space has different structures when є > єc and є < єc. Finaly, we obtained the positive Lyapunov Exponent reinforcing that the model has a chaotic behaviour. After studying the static version, we revisit the problem of a classical particle bouncing elastically inside a periodically time varying Oval billiard. The problem is described using a four dimensional mapping for the variables velocity of the particle; time immediately after a collision with the moving boundary; the angle that the trajectory of the particle does with the tangent at the position of the hit; and the angular position of the particle along the boundary. Our main goal is to understand and describe the behaviour of the particle's average velocity (and hence its energy) as a function of the number of ...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre