O mercado de Educação Superior privado no Brasil apresenta altos índices de concentração, caracterizando-se como um oligopólio, podendo, portanto, ser estudado sob a ótica da Teoria dos Jogos. Uma das técnicas existentes para abordar este tipo de mercado é conhecida por Análise Conjunta Baseada em Escolhas (Choice Based Conjoint Analysis), que permite estimar as utilidades atribuídas para cada característica dos produtos, prevendo o desejo de cada produto gerado pela combinação dos seus atributos, possibilitando, assim, simular como as decisões de uma amostra de respondentes seriam distribuídas em um mercado simulado entre dois ou mais produtos competidores. Esses modelos, porém, limitam-se a maximizar a receita individual de cada produto, de forma isolada, não levando em conta a possibilidade das firmas terem interesses em maximizar a soma de dois ou mais produtos de forma conjunta. Isso se torna necessário, por exemplo, quando uma empresa comercializa dois produtos que competem no mesmo mercado. Com o objetivo de maximizar a receita conjunta de dois ou mais produtos, foi desenvolvido um método alternativo, baseado em Programação Não-Linar, que foi aplicado em uma cidade brasileira e em um país centro-americano. A comparação dos resultados do modelo desenvolvido com os do modelo tradicional evidencia que o modelo desenvolvido apresenta melhores resultados – soma das receitas das firmas de interesse – gerando uma taxa de crescimento na receita 3% maior, no caso brasileiro e 75% maior no estudo centro-americano. O modelo desenvolvido pode ser adaptado e utilizado em outros mercados oligopolistas ou para otimizar diferentes funções-objetivo. / The Brazilian Higher Education private market shows high levels of concentration and can be considered an oligopoly. Therefore, one can study it as a Game Theory problem. Choice Based Conjoint Analysis – a technic that can be used to approach this kind of market – can estimates the utilities of each products’ features and predict the desire of each product generated by the combination of its attributes. Such technic can simulate how the decisions of a sample of respondents would be distributed among the products of a market made of two or more competitor. These models, however, only maximize the revenues of individual products, not considering the possibility of firms wanting to maximize the sum of the revenue of two or more products. This is useful, for instance, when a company trends two or more products that compete in the same market. An alternative method, based on nonlinear programming, was developed, in order to maximize the conjoint revenue of two or more products and it was applied in a Brazilian city and in a Central American country. Comparing both models – the traditional versus the developed one –, we can see that the developed model shows better outcomes – ie, sum of both companies’ revenues – resulting in a revenue increase rate 3% higher in the Brazilian case and 75% higher in the Central American study. This model can be fitted to other oligopolistic markets or to optimize others objective functions.

O mercado de Educação Superior privado no Brasil apresenta altos índices de concentração, caracterizando-se como um oligopólio, podendo, portanto, ser estudado sob a ótica da Teoria dos Jogos. Uma das técnicas existentes para abordar este tipo de mercado é conhecida por Análise Conjunta Baseada em Escolhas (Choice Based Conjoint Analysis), que permite estimar as utilidades atribuídas para cada característica dos produtos, prevendo o desejo de cada produto gerado pela combinação dos seus atributos, possibilitando, assim, simular como as decisões de uma amostra de respondentes seriam distribuídas em um mercado simulado entre dois ou mais produtos competidores. Esses modelos, porém, limitam-se a maximizar a receita individual de cada produto, de forma isolada, não levando em conta a possibilidade das firmas terem interesses em maximizar a soma de dois ou mais produtos de forma conjunta. Isso se torna necessário, por exemplo, quando uma empresa comercializa dois produtos que competem no mesmo mercado. Com o objetivo de maximizar a receita conjunta de dois ou mais produtos, foi desenvolvido um método alternativo, baseado em Programação Não-Linar, que foi aplicado em uma cidade brasileira e em um país centro-americano. A comparação dos resultados do modelo desenvolvido com os do modelo tradicional evidencia que o modelo desenvolvido apresenta melhores resultados – soma das receitas das firmas de interesse – gerando uma taxa de crescimento na receita 3% maior, no caso brasileiro e 75% maior no estudo centro-americano. O modelo desenvolvido pode ser adaptado e utilizado em outros mercados oligopolistas ou para otimizar diferentes funções-objetivo. / The Brazilian Higher Education private market shows high levels of concentration and can be considered an oligopoly. Therefore, one can study it as a Game Theory problem. Choice Based Conjoint Analysis – a technic that can be used to approach this kind of market – can estimates the utilities of each products’ features and predict the desire of each product generated by the combination of its attributes. Such technic can simulate how the decisions of a sample of respondents would be distributed among the products of a market made of two or more competitor. These models, however, only maximize the revenues of individual products, not considering the possibility of firms wanting to maximize the sum of the revenue of two or more products. This is useful, for instance, when a company trends two or more products that compete in the same market. An alternative method, based on nonlinear programming, was developed, in order to maximize the conjoint revenue of two or more products and it was applied in a Brazilian city and in a Central American country. Comparing both models – the traditional versus the developed one –, we can see that the developed model shows better outcomes – ie, sum of both companies’ revenues – resulting in a revenue increase rate 3% higher in the Brazilian case and 75% higher in the Central American study. This model can be fitted to other oligopolistic markets or to optimize others objective functions.

A popularização dos contêineres no transporte de cargas gerais por volta dos anos 60 provocou significativa mudança no tráfego de mercadorias ao redor do mundo. A utilização deste equipamento simplifica e agiliza o processo de transporte e manuseio de cargas, uma vez que permite a movimentação entre diferentes modais com rapidez e segurança nas operações de carga e descarga. Neste contexto, esta pesquisa trata do problema que integra decisões de escolha de cargas a serem transportadas pelo modal marítimo com decisões de reposicionamento de contêineres vazios de modo a maximizar a receita total. O modelo baseia-se em um problema de fluxo em rede multiproduto, a partir da qual é proposta uma modelagem matemática inédita, que permite levar em consideração as principais restrições encontradas na prática tais como: horizonte de planejamento de longo prazo; diferentes tipos e tamanhos de contêineres; múltiplos navios, rotas e suas respectivas programações; rotas que permitem que um porto seja visitado mais de uma vez; capacidades dos navios em termos de número máximo de contêineres cheios e vazios por tipo e peso máximo total; para cada rota e trecho entre dois portos consecutivos; etc. O modelo proposto foi implementado em C++ e utiliza o software de otimização GUROBI, lançado recentemente, assim como uma planilha eletrônica para os dados de entrada. O mesmo foi comparado a um modelo da literatura que utiliza método heurístico para resolução de problema semelhante. O modelo também foi aplicado a problemas de diversos portes evidenciando que é capaz de resolver problemas até à otimização de maneira eficiente e em tempos de processamento reduzidos. / The popularization of containers in transporting general cargo caused a significant change in freight traffic around the world. The use of this mechanism simplifies and streamlines the process of shipping and handling charges, allowing you to move it between different transport modes, with speed and safety in loading and unloading process. In this context, this research deals the problem that incorporates decisions of cargo selection to be transported by sea with decisions involving reposition empty containers in order to maximize total revenue. The problem is modeled as a multi-product network flow problem and is proposed a novel mathematical model, which takes into account the main constraints encountered in practice, such as planning horizon of long-term; different types and sizes of containers, multiple ships and routes and their schedules, routes that allow a port to be visited more than once, and capacity of vessels in terms of maximum number of full and empty containers by type, and maximum weight for each route and the segment between two consecutive ports, etc. The proposed model was implemented in C++ and uses for its solution, the optimization software recently launched, GUROBI, as well as a spreadsheet for data entry. The same was applied to a problem of literature that uses a heuristic method to solve it. The model also was applied to several size of problems showing the model able to solve problem to optimality of efficient way and in processing time reduced.

Orientadores: Ana Friedlander de Martinez Perez, Roberto Andreani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-17T18:28:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gouveia_PauloSergiodaSilva_D.pdf: 2266379 bytes, checksum: 85bb53a412744c3d168ac6fed4b701e0 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A comparação estrutural entre proteínas é um problema fundamental na Biologia Molecular, pois estruturas similares entre proteínas, frequentemente refletem uma funcionalidade ou origem em comum entre as mesmas. No Problema de Alinhamento Estrutural entre Proteínas, buscamos encontrar o melhor alinhamento estrutural entre duas proteínas, ou seja, a melhor sobreposição entre duas estruturas proteicas, uma vez que alinhamentos locais podem levar a conclusões distorcidas sobre as características c funcionalidades das proteínas em estudo. A maioria dos métodos atuais para abordar este problema ou tem um custo computacional muito elevado ou não tem nenhuma garantia de convergência para o melhor alinhamento entre duas proteínas. Neste trabalho, propomos métodos computacionais para o Problema de Alinhamento Estrutural entre Proteínas que tenham boas garantias de encontrar o melhor alinhamento, mas em um tempo computacional razoável, utilizando as mais variadas técnicas de Otimização Global. A análise sobre os desempenhos de cada método tanto em termos quantitativos quanto qualitativos, além de um gráfico de Pareto, são apresentados de forma a facilitar a comparação entre os métodos com respeito à qualidade da solução e ao tempo computacional / Abstract: The structural comparison of proteins is a fundamental problem in Molecular Biology because similar structures often reflect a comrnon origin or funcionality. In the Protein Alignment problem onc seeks the best structural alignment between two proteins, i.e. the best overlap between two protein structures. Merely local alignments can lead to distorted conclusions on the problem features and functions. Most methods addressing this problem have a very high computational cost or are not supported with guarantecs of convergence to the best alignment. In this work we des-cribe computational methods for Protein Structural Alignment with good certificatea of optimality and reasonable computational execution time. We employ several Global Op-timization techniques. The performance is visualized by means of profile graphics and Pareto curves in order to take into account simultaneously emeiency and robustness of the methods / Doutorado / Otimização / Doutor em Matemática Aplicada

The content of this thesis is to understand the principle of ultrasound imaging and mathematical models used to estimate perfusion parameters of concentration curves. Thesis deals with global optimization algorithms for finding parameters, an approximation of the actual data model curves. It also includes a comparison of different methods and used functions.

Due to legislative reasons and environmental concerns the automotive and transport sector are shifting their focus from traditional internal combustion engine (ICE) vehicles to development of battery electric vehicles (BEVs). This brings new challanges to design of cooling systems where axial fans are one of the key components. Axial fans are usually designed with regards to a certain operating condition and outside this region the efficiency of the fan drops drastically. Due to difficulty in specifying the exact operational parameters when placed in a car, post-design optimization may be necessary to ensure maximized performance. This thesis focuses on fan blade shape optimization through mesh morphing using the surrogate based optimization algorithm called Efficient Global Optimization (EGO). The target fans was a 9 bladed prototype fan by Johnson Electric with uneven blade spacing. The optimization uses steady state Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations to evaluate the fan designs and a Bezier curve parametrization in order to change the fan blade shape together with mesh morphing. The simulation setup was evaluated before peceding with the optimization, and showed good agreement close to intended operational conditions. Differences in turbulence modeling treatments were also evaluated in order to have a satisfactory agreement with measurement data. The EGO algorithm manages to provide fan designs with higher total-to-static efficiency at several different operational conditions. Evaluation of the optimized fan designs was limited to comparison with the provided measurement data and corrensponding simulations. Acoustic evaluation of selected fan designs is also attemped, but further work is required in order for the study to result in a quantitative comparison. / På grund av lagstiftning och miljöpåverkan har bil- och transportindustrin börjat skifta fokus från traditionella förbränningsfordon till utveckling av batteridrivna elbilar. Med detta medföljer nya utmaningar kring kylsystemsdesign där axiella fläktar är en av huvudkomponenterna hos systemet. Axiella fläktar är vanligtvis designade kring ett specifikt drifttillstånd och utanför detta har fläkten avsevärt lägre verkningsgrad. På grund av svårigheter att specificera detta drifttillstånd med hög precision, speciellt när fläkten monteras i en bil, kan efterdesigns-optimering vara nödvändigt för att uppnå maximal prestanda. Denna avhandling fokuserar på form-optimering av fläkt via mesh morphing med hjälp av den surrogat-baserade optimeringsalgoritmen Efficient Global Optimization (EGO). Fläkten som optimerades var en prototypfläkt designad av Johnson Electric med 9 fläktblad och icke-symmetriska mellanrum mellan bladen. I optimeringsprocessen användes icke-tidsberoende Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simuleringar för att utvärdera fläktdesignerna och parametrisering med hjälp av Bezier kurvor och mesh morphing för att ändra fläktbladen. Simulerings-uppställningen utvärderades innan optimeringen och bra överensstämning nära avsett driftstillstånd kunde påvisas. Skillnader i turbulens-modelering utvärderades även för att få en tillfredställande överensstämning med mätdata. EGO-algoritmen klarar att förse fläktdesigner med högre total-till-statisk verkningsgrad vid flera olika driftstillstånd. Utvärdering av fläktdesignerna var dock begränsad till jämförelse med mätdata och motsvarande simuleringsdata. En akustik utvärdering av utvalda fläkt-designer försöktes, men mer arbete krävs för att studien ska erhålla en kvantitativ jämförelse.

This thesis represents a theoretical and numerical investigation of the canonical duality theory, which has been recently proposed as an alternative to the classic and direct methods for non-convex variational problems. These non-convex variational problems arise in a wide range of scientific and engineering applications, such as phase transitions, post-buckling of large deformed beam models, nonlinear field theory, and superconductivity. The numerical discretization of these non-convex variational problems leads to global minimization problems in a finite dimensional space. The primary goal of this thesis is to apply the newly developed canonical duality theory to two non-convex variational problems: a modified version of Ericksen's bar and a problem of Landau-Ginzburg type. The canonical duality theory is investigated numerically and compared with classic methods of numerical nature. Both advantages and shortcomings of the canonical duality theory are discussed. A major component of this critical numerical investigation is a careful sensitivity study of the various approaches with respect to changes in parameters, boundary conditions and initial conditions. / Ph. D.

Les travaux présentés dans ce mémoire contribuent à la définition de méthodes pour la détection et le diagnostic de défauts affectant les systèmes aéronautiques. Un système représentatif sert de support d'étude, constitué du modèle non linéaire à six degrés de liberté d'un missile intercepteur, de ses capteurs et actionneurs ainsi que d'une boucle de guidage-pilotage. La première partie est consacrée au développement de deux méthodes de diagnostic exploitant l'information de commande en boucle fermée et les caractéristiques des modèles aéronautiques. La première méthode utilise les objectifs de commande induits par les lois de guidage-pilotage pour générer des résidus indiquant la présence de défauts. Ceci permet la détection des défauts sur les actionneurs et les capteurs, ainsi que leur localisation pour ces derniers. La deuxième méthode exploite la mesure de dérivées des variables d'état (via une centrale inertielle) pour estimer la valeur de la commande réalisée par les actionneurs, sans intégration du modèle non linéaire du système. Le diagnostic est alors effectué en comparant cette estimée avec la valeur désirée, ce qui permet la détection, la localisation et l'identification de défauts multiples sur les actionneurs.La seconde partie propose une méthodologie de réglage automatique des paramètres internes (les hyperparamètres) de méthodes de diagnostic. Ceci permet une comparaison plus objective entre les méthodes en évaluant la meilleure performance de chacune. Le réglage est vu comme un problème d'optimisation globale, la fonction à optimiser étant calculée via la simulation numérique (potentiellement coûteuse) de cas test. La méthodologie proposée est fondée sur un métamodèle de krigeage et une procédure itérative d’optimisation bayésienne, qui permettent d’aborder ce problème à faible coût de calcul. Un nouvel algorithme est proposé afin d'optimiser les hyperparamètres d'une façon robuste vis à vis de la variabilité des cas test pertinents.Mots clés : détection et diagnostic de défauts, guidage-pilotage, krigeage, minimax continu, optimisation globale, redondance analytique, réglage automatique, systèmes aéronautiques. / This manuscript reports contributions to the development of methods for fault detection and diagnosis applied to aeronautical systems. A representative system is considered, composed of the six-degree-of-freedom nonlinear model of a surface-to-air missile, its sensors, actuators and the associated GNC scheme. The first part is devoted to the development of two fault diagnosis approaches that take advantage of closed-loop control information, along with the characteristics of aeronautical models. The first method uses control objectives resulting from guidance laws to generate residuals indicative of the presence of faults. This enables the detection of both actuator and sensor faults, and the isolation of sensor faults. The second method exploits the measurement of derivatives of state variables (as provided by an IMU) to estimate the control input as achieved by actuators, without the need to integrate the nonlinear model. Detection, isolation and identification of actuator faults can then be performed by comparing this estimate with the desired control input.The second part presents a new automatic-tuning methodology for the internal parameters (the hyperparameters) of fault diagnosis methods. This allows a fair comparison between methods by evaluating their best performance. Tuning is formalised as the global optimization of a black-box function that is obtained through the (costly) numerical simulation of a set of test cases. The methodology proposed here is based on Kriging and Bayesian optimization, which make it possible to tackle this problem at a very reduced computational cost. A new algorithm is developed to address the optimization of hyperparameters in a way that is robust to the variability of the test cases of interest.

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Neste trabalho é apresentada uma ferramenta de otimização para análise de problemas de alocação de água em bacias hidrográficas utilizando técnicas de programação linear e linear por partes, integradas a um modelo de amortecimentos de ondas em canais. A otimização é feita de forma global, com uso de softwares de programação linear baseados nos métodos de pontos interiores. A metodologia de uso do sistema consiste em se obter uma solução ?ótima? para situações de disponibilidade de água insuficiente a todos os usos conflitantes na bacia. A ferramenta está sendo acoplada e incorporada ao AcquaNet, um Sistema de Suporte a Decisões (SSD) para análise de sistemas de recursos hídricos, que utiliza um algoritmo de rede de fluxo afim de otimizar a alocação de água. A formulação utilizando programação linear permite a análise global do sistema e por isso, espera-se melhor aproveitamento da água disponível, seja no menor déficit de atendimento às demandas ou maior armazenamento nos reservatórios. A programação linear com utilização de métodos de pontos interiores é atualmente uma técnica bastante conhecida e bem desenvolvida. Existem vários pacotes computacionais gratuitos com implementações eficientes dos métodos de pontos interiores que motivaram sua utilização neste trabalho. / This work presents an optimization tool for analyzing the problems of water allocation in watersheds by utilizing techniques of linear and piecewise linear programming integrated to a pattern of stream flow routing. The optimization is done in a global way with the usage of linear programming packages based upon the Internal Point Methods. The methodology of the usage consists in the acquirement of an optimal solution for situation of insufficient water availability for all conflicting consumptions from the watershed. The tool is being attached and incorporated to AcquaNet, which is a decision support system (DSS) for analysis of water resources systems that utilizes a network flow algorithm, with the purpose of optimizing the water allocation. The formulation that uses the linear programming leads to the analysis of the system as a whole and for this reason it is expected a better usage of the available water with a lower deficit in the supply or a greater storage in the reservoirs. Linear Programming with Internal Point Methods is nowadays a well known and very well developed technique. There are several computational packages with efficient implementations of the Internal Points Methods freely available, and that, has brought great motivation in its usage in the present work.