A osteoporose é uma degradação óssea prevalente que é caracterizada pela perda de massa óssea e deteriorização da microarquitetura do osso trabecular. A perda da massa óssea é normalmente medida por meio da Densidade Mineral Óssea (DMO), porém é fato que esta medida não é suficiente para identificar completamente a fragilidade óssea e, consequentemente, o risco de fratura de um paciente. Portanto, o estudo da estrutura trabecular tornou-se de grande importância. Neste trabalho, é feita uma análise da conectividade trabecular, utilizando-se, para isso, ajustes lineares dos valores da Característica de Euler-Poincaré (CEP), calculada para pares de imagens tomográficas. Relacionando os achados com dados clínicos e medidas da DMO, percebeu-se que a CEP não está correlacionada aos mesmos, nem diretamente com a razão área trabecular/medula. São ainda abordados aqui conceitos de Estereologia, discutidos alguns de seus métodos, bem como algumas técnicas de processamento de imagens, que são ferramentas de estudo dos parâmetros histomorfométricos utilizados na investigação da microarquitetura trabecular. / Osteoporosis is a prevalent bone disorder tbat is cbaracterized by the loss af bone mass and the deterioration of the trabecnlar bone microarchitecture. The loss of bone mass is normally measured by the Bone Mineral Density (BMD), however i1.is known tbat tbis measure is not sufficient to fully identify the bone fragility and its consequent future risk for a patient. Therefore, the study af the bone strueture has become of great importance nowadays. ln this work, we investigate the applieabillty oHhe Euler. poinearé Charaeteristic (CE P) to estiroate the trabecular bone connectivity, using, for these, pairs af tomografic images. Thc resnlt will be comparcd to cUnic data and nieasure of BMD. Was noticied that the CEP values are not related with them, even in direet way, with the ratio between trabecnlar and no trabeeular areas. Besides, an introduct.ion to Stereology concepts are provided and some image processing techniques are discussed. These are important tools to the study of histomophometric paraIlleters that are UBedto investigate the trabeenlar microarchitecture.

A infecção pelo vírus da Dengue constitui atualmente um dos maiores problemas da saúde pública pelo mundo inteiro, porque se tornou doença reemergente em várias regiões tropicais do mundo, inclusive no Brasil, e é causada por qualquer um de quatro sorotipos distintos. Por tratar-se da infecção viral urbana mais difundida no mundo, várias pesquisas em modelagem de epidemias têm se preocupado em fornecer uma fundamentação racional para tomadas de decisão, tais como adotar estratégias de vacinação ou outras estratégias, com o objetivo de controlar a propagação da doença. O objetivo deste trabalho é o de modelar e ilustrar algumas estratégias alternativas para erradicar esta doença infecciosa. Partindo da versão básica do modelo epidemiológico determinístico compartimental contínuo SEIR (suscetíveis -> expostos -> infecciosos -> recuperados), como um sistema de oito equações diferenciais, determinamos os estados de equilíbrio e a sua análise de estabilidade local, e apresentamos algumas simulações numéricas, para ilustrar os resultados analíticos. A seguir, propomos um modelo discreto correspondente, do qual reconhecemos estados de equilíbrio livre da doença e estados de equilíbrio endêmico, e, através de um enfoque de rede de mapas acoplados, incluímos uma estrutura espacial na qual as populações se movimentam por difusão. Por m, mostramos, através de simulações numéricas, que a doença pode ser erradicada do ambiente todo, por meio da retirada de acumuladores de ovos dos mosquitos, em uma área parcial do habitat todo que está em equilíbrio endêmico; então, esta estratégia tem um efeito desestabilizante, no sentido de que a estabilidade do estado endêmico pode ser destruída, levando o habitat inteiro para o estado de equilíbrio livre da doença. / Dengue virus infection is nowadays one of the major worldwide public health problems, because it has become an important re-emerging disease in many tropical regions of the world, including Brazil, and it is caused by any one of four distinct serotypes. As the moste widespread urban virus infection, several researches of epidemics modeling have focused on providing a rational basis for decision making, such as vaccination strategies or other strategies, in order to control the spread of this disease. The aim of this work is to model and illustrate some alternative strategies to eradicate this infectious disease. Starting from the basic version of the SEIR (susceptible -> exposed -> infective -> removed) deterministic compartmental epidemic continuous model, as a system of eight di erential equations, the equilibrium states and local stability analysis are carried out, and some numerical simulations are presented to illustrate the analytical results. Then we propose a discrete corresponding model, where we identify disease-free and endemic stable equilibrium states, and through a coupled map lattice approach, we include a spatial structure where the populations are allowed to follow a di usive movement. Finally, it is shown through numerical simulations that this disease can be eradicated from the overall environment by removing reservoirs of mosquito eggs from only a partial area of the habitat. Therefore, this strategy has a destabilizing e ect, in the sense that the stability of the endemic state can be destructed and the entire habitat goes to the disease-free equilibrium state.

Neste trabalho, são apresentados modelos matemáticos para a doença Hantavirose. Usando sistemas de equações diferenciais ordinárias, consideramos modelos básicos SI e SEIR, através dos quais, investigamos a existência e a estabilidade dos estados de equilíbrio das populações, identi camos os parâmetros e limiares que caracterizam a dinâmica do sistema, e visualizamos as informações decorrentes dos resultados analíticos, através de grá cos construídos a partir de simulações computacionais. A seguir, propomos um modelo SI discreto, através de um sistema de equações a diferenças, no qual, além da dinâmica vital, permitimos movimento no espaço bidimensional. Para o estudo da distribuição espacial do modelo em questão, utilizamos a Rede de Mapas Acoplados. Ao estudar o comportamento das soluções com relação a questões essenciais na prevenção e controle de uma epidemia, calculamos valores para a velocidade de propagação da infecção e investigamos seu padrão de espalhamento espacial. / Some basic mathematical models describing the dynamics of hantavirus infection, within a rat population, are presented. Both SI anda SEIR continuous epidemic models are analyzed, the equilibrium states and their local stability are determined. Threshold parameter values are de ned and numerical simulations are presented to illustrate analytical results. Then, we propose a SI discrete model where beside of the vital dynamics, the animal population is allowed to follow a di usive movement. A spatial structure is included by a coupled map lattice approach. Finally, by studying the infection propagation, a value of its propagation velocity is obtained.

A dengue representa um sério problema de saúde pública no Brasil, que apresenta condições climáticas favoráveis ao desenvolvimento e proliferação do Aedes aegypti, vetor transmissor da doeça. O mosquito Aedes aegypti passa por diferentes estágios de desenvolvi- mento com características distintas, logo, para uma descrição mais aproximada da história de vida desta espécie e, consequentemente, do comportamento da epidemia, considera-se neste trabalho um modelo com distribuição etária, fundamental para a determinação das propriedades de estabilidade de populações que têm fases distintas de desenvolvimento. O modelo com distribuição etária para a população de mosquitos é descrito por um conjunto de equações diferenciais ordinárias com retardo de difícil análise e implementação. Inicialmente, apresenta-se o modelo SEIR com dinâmica vital, onde a população de mosquitos estabiliza rapidamente e, após, incorpora-se a ele um modelo com competição larval uniforme para população de insetos, com distribuição etária, o que provoca um período de instabilidade nas populações de larvas e adultos, estágios de desenvolvimento considerados para o vetor. A análise realizada investiga as consequências que este período de instabilidade provoca na evolução da epidemia.

Orientadora : Profª. Drª. Elizabeth W. Karas / Co-orientadora : Profª. Drª. Mael Sachine / Orientador no exterior : Profª. Drª. Joaquim J. Júdice / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Matemática. Defesa: Curitiba, 25/02/2016 / Inclui referências : f. 133-144 / Resumo: Este trabalho engloba dois temas diferentes. Inicialmente, apresentamos um algoritmo para resolver problemas de otimizacao restrita que não faz uso das derivadas da funcao objetivo. O algoritmo mescla conceitos de restauração inexata com técnicas de filtro. Cada interação é decomposta em duas fases: uma fase de viabilidade e uma fase de otimalidade, as quais visam reduzir os valores da medida de inviabilidade e da funcao objetivo, respectivamente. A fase de otimalidade é computada por interações internas de região de confiança sem derivadas, sendo que seus modelos podem ser construídos por qualquer técnica, contanto que sejam aproximaçoes razoável para a função objetivo em torno do ponto corrente. Assumindo esta, e hipóteses clássicas, provamos que o algoritmo satisfaz certa condição de eficiência, a qual implica sua convergência global. Para a análise prática, são apresentados alguns resultados numéricos. O segundo tema refere-se a problemas de complementaridade linear. Nesta parte são discutidos alguns algoritmos de pivotamento em blocos principais, eficientes para solucionar este tipo de problema. Uma análise sobre algumas técnicas para garantia de convergência desses algoritmos _e realizada. Apresentamos alguns resultados numéricos para comparar a eficiencia e a robustez dos algoritmos discutidos. Além disso, são apresentadas duas aplicações para o método de pivotamento em blocos principais: decomposição em matrizes não negativas e métodos de gradiente projetados precondicionado. Para finalizar, nesta segunda aplicação, sugerimos uma matriz de precondicionamento. / Abstract: This work covers two diferent subjects. First we present an algorithm for solving constrained optimization problems that does not make explicit use of the objective function derivatives. The algorithm mixes an inexact restoration framework with filter techniques. Each iteration is decomposed in two phases: a feasibility phase that reduces an infeasibility measure; and an optimality phase that reduces the objective function value. The optimality step is computed by derivative-free trust-region internal iterations, where the models can be constructed by any technique, provided that they are reasonable approximations of the objective function around the current point. Assuming that this and classical hypotheses hold, we prove that the algorithm satisfes an eficiency condition, which provides its global convergence. Preliminar numerical results are presented. In the second subject, we discuss the linear complementarity problem. Some block principal pivoting algorithms, eficient for solving this kind of problem, are discussed. An analysis of some techniques to guarantee convergence results of these algorithms is made. We present some numerical results to compare the eficiency and the robustness of the algorithms. Moreover we discuss two applications of the block principal pivoting: nonnegative matrix factorization and preconditioned projected gradient methods. Furthermore, in this second application, we suggest a preconditioning matrix.

Orientadores : Prof. Dr. Marcelo Muniz Silva Alves / Coorientador: Prof. Dr. Joost Vercruyse / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Matemática. Defesa: Curitiba, 19/02/2016 / Inclui referências : f. 62-63 / Resumo: Neste trabalho consideramos ações e co-ações de álgebras de Hopf em álgebras com unidades locais e estendemos a caracterização de extensões H-fendidas de álgebras unitárias como produtos cruzados para este caso. Este resultado é obtido por meio de colimites em categorias. Esta ferramenta também nos permite estender, com algumas restrições, o teorema de Doi e Takeuchi sobre a caracterização de extensões de Galois com a propriedade da base normal. No entanto, o fato da extensão AcoH ' A ser H-Galois não implica que as extensões das subálgebras unitárias de A sejam H-Galois. Neste sentido, estendemos o conceito de conexões fortes para H-comódulo álgebras com unidades locais e mostramos que se A possui conexão forte, então a condição de Galois em A transmite esta mesma condição às suas partes unitárias. / Abstract: In this work we consider actions and co-actions of Hopf algebras on algebras with local units and we extend the characterization of H-cleft extensions of unital algebras as crossed products in this case. This result is obtained using colimits in categories. This tool also allows us to extend, with some restrictions, the Doi and Takeuchi theorem about the characterization of Galois extensions with the normal basis property. However, if the extension AcoH ' A is H-Galois it doesn't imply that the extensions of the unital subalgebras are H-Galois. In this sense we extend the concept of strong connections to H-comodule algebras with local units and we show that if A has strong connection, then the Galois condition in A transmits the same condition to its unital parts.

Orientadora : Profa. Elizabeth Wegner Karas / Dissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciencias Exatas. Programa de Pós-Graduação em Matemática Aplicada. Defesa: Curitiba, 22/02/2010 / Bibliografia: fls.61-62 / Área de concentração: Matemática aplicada / Resumo: Esse trabalho é dedicado ao estudo de complexidade do ponto de vista deNesterov [Nes04] para métodos de primeira ordem, ou seja, que usam apenas informação de valor de função ou de seu gradiente. Em relação a complexidade, há diversas maneiras de obte-la, seja contando o tempo computacional gasto para resolver o problema, o número de operações aritméticas usado pelo método, entre outros. No nosso caso, será contando o número de iterações gasto pelo método para resolver o problema. Nos nossos problemas, as funções objetivos pertencem a classe das funções convexas, continuamente diferenciáveis e com constante de Lipschitz L para o gradiente. Estudamos a complexidade ótima desses métodos e provamos a complexidade ótima deummétodo apresentado em [GK08] para essa classe de funções. Fizemos também alguns testes númericos com alguns métodos ótimos propostos na literatura. / Abstract: This work is dedicated to the study of complexity in terms ofNesterov proposed in [Nes04] for methods of first order, ie, using only information of value function or its gradient. For complexity, there are everal ways to obtain it, by counting the computational time to solve the problem, the number of arithmetic operations used by the method, between others. In our case, will be counting the number of iterations spent by the method to solve the problem. In our problems, the objective functions belong to the class of convex functions, continuously differentiable and with constant Lipschitz L for the gradient. We study the optimal complexity of these methods and prove the optimal complexity of a method presented in [GK08] for this class of functions. We also present some numerical tests with some optimal methods proposed in the literature.

Orientadora : Profª. Drª. Elizabeth Wegner Karas / Coorientadora : Profª. Drª. M. Fernanda P. Costa / Coorientadora : Profª Drª Ana Maria A. C. Rocha / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Matemática. Defesa: Curitiba, 21/09/2017 / Inclui referências : p. 103-108 / Resumo; Neste trabalho desenvolvemos um algoritmo geral estocástico de filtro, para resolver problemas de otimização não lineares e não convexos com restrições gerais. A generalidade deste algoritmo esta no fato de que a analise de sua convergência quase certamente e garantida desde que a distribuição de probabilidade utilizada no calculo dos iterandos satisfaça algumas hipóteses. O controle da inviabilidade e feito através da estratégia dos métodos de filtro. Baseados nesse algoritmo geral, desenvolvemos o Algoritmo FDDS, que baseia-se na ideia de busca com escolha dinâmica das coordenadas do Algoritmo DDS, para gerar os seus iterandos, e no método de filtro para controlar a inviabilidade. No FDDS os iterandos são calculados adicionando-se perturbações aleatórias com distribuição normal nas coordenadas, escolhidas de forma dinâmica, do melhor ponto corrente. No entanto, com a estratégia de gerar múltiplos pontos tentativos em cada iteração, o gasto com avaliações da função objetivo pode ser bastante elevado. Com o intuito de reduzir o numero de avaliações de função, propomos o Algoritmo FDDSRBF, que também se encaixa na estrutura do algoritmo geral e cujos múltiplos pontos tentativos são gerados da mesma maneira que no FDDS. No entanto, o FDDSRBF utiliza um modelo cúbico de funções de base radial, para aproximar a função objetivo, na sele.ao do melhor ponto tentativo. Os algoritmos propostos não calculam ou aproximam quaisquer derivadas da função objetivo e das restrições. Resultados teóricos acerca das condições suficientes para a convergência quase certamente dos algoritmos foram apresentados. Resultados computacionais promissores, comparando-se o desempenho dos algoritmos propostos com alguns algoritmos existentes na literatura ao resolverem 42 problemas de tr.s conjuntos diferentes, foram apresentados. O Algoritmo FDDSRBF mostrou-se bastante eficiente e robusto, com uma significativa redução do numero de avaliações de função. Palavras-chave: Métodos estocásticos; otimização global; algoritmo DDS; métodos de filtro. / Abstract: / Abstract: In this work we present an stochastic filter algorithm for solving nonlinear and nonconvex constrained global optimization problems. The generality of this algorithm lies in the fact that the analysis of its convergence is almost always guaranteed once the probability distribution used in the calculation of the iterates satisfies some hypotheses. The control of infeasibility is done through the strategy of the filter methods. Based on this general algorithm, we developed the FDDS algorithm, which combines the filter method with the dynamically dimensioned search algorithm. In the FDDS the iterates are calculated by adding random perturbations with normal distribution in the dynamically chosen coordinates of the best current point. However, with the strategy of generating multiple trial points in each iteration, the cost with objective function evaluations can be quite high. In order to reduce the number of function evaluations, we propose the FDDSRBF algorithm, which has the same general algorithm structure and whose multiple trial points are generated in the same way as in the FDDS. The FDDSRBF uses a cubic model of radial basis functions, to approximate the objective function, in the selection of the best trial point. The proposed algorithms do not compute or approximate any derivatives of the objective and constraint functions. Theoretical results concerning the sufficient conditions for the almost surely convergence of the proposed algorithms were presented. Promising computational results, in comparison to performance of the proposed algorithms with other algorithms in the literature when solving 42 problems of three different sets, were obtained. The FDDSRBF Algorithm provided competitive results when compared to the other methods. Keywords: Stochastic methods; global optimization; DDS algorithm; filter methods.

Neste trabalho apresenta-se a simulação de fluxos bidimensionais, laminares e incompressíveis entre cilindros rotatórios e placas paralelas (escoamento de Couette), de fluidos Newtonianos e não-Newtonianos, podendo envolver trocas de calor. Determina-se a distribuição de temperatura, velocidade e pressão resolvendo, pelo método de diferenças finitas, baseado no processo de integração temporal de Runge-Kutta e Relaxações Sucessivas, as equações governantes de escoamentos. O sistema de equações considerado envolve as de Navier-Stokes, Maxwell, Poisson e energia, adimensionalizadas, permitindo versatilidade na obtenção e comparação entre os resultados. Usa-se o sistema de coordenadas generalizadas por este possibilitar o emprego de domínios quaisquer. Os resultados obtidos, a baixo custo, utilizando wna estação de trabalho Silicon Graphics Origin200 (LICC) e o supercomputador CRA Y T94 (CESUP/RS), com base num algoritmo computacional eficiente (dinâmico) desenvolvido na linguagem FORTRAN 90, são visualizados graficamente pelos aplicativos Visual3.1 e Graf2d através de linhas de corrente, isotermas e perfis variados, aproximando-se adequadamente dos resultados analíticos, numéricos e experimentais existentes na literatura. / This work presents the numerical simulation of two dimensional incompressible laminar flows between rotating cylinders and parallel plates (Couette flow) for Newtonian and non-Newtonian fluids, with energy dissipation in the form o f heat. Temperature, velocity and pressure distributions are determined nurnerically, by the finite differences explicit Runge-Kutta multistage scheme and Sucessive Relaxation. The system of equations involves the Navier-Stokes, Maxwell model, Poisson and an energy equation, in adimensional form, allowing versatility in order to obtain and compare the results. The boundary fitted coordinates system is employed, because fluids through general forms can be analysed. Obtained results, at low costs, used the Silicon Graphics Origin200 and CRA Y T94 (CESUP-UFRGS), based on an efficient algorithm writen in FORTRAN 90, and they are displayed through streamlines, isotherms and other perfis, and showed to compare well with analytical, numerical or experimental data found in the literature.

Um dos propósitos da modelagem de epidemias é estabelecer uma base racional para tomar decisões, tais como estratégias de vacinação para controlar a expansão de uma doença, isto é, para prevenir a ocorrência de uma epidemia. Assim, o estudo de vacinaçõesé um ramo importante da epidemiologia de doenças infecciosas. O objetivo deste trabalho é apresentar alguns conceitos que refletem quantidades relevantes envolvidas nas discussões sobre cobertura de vacina. Con- siderações do número reprodutivo básico e da máxima cobertura vacinal alcançável em um programa são aspectos de grande interesse em estratégia de saúde pública. A partir da versão básica de um modelo epidêmico determinístico com- partimental SIR (suscetível ! infectivo ! removido), e depois de esclarecer a dife- rença entre os termos \imunizado" e \vacinado", define-se a eficácia da vacina como a redução na porcentagem de incidência nos indivíduos vacinados quando comparada com indivíduos não vacinados. Porém, não são levados em conta efeitos indiretos da vacinação, tais como a reduçaõ na exposição causada pelo decréscimo na incidência em pessoas vacinadas próximas aos indivíduos sob observação; em outras palavras, a vacina confere proteção total contra a infecção (efeito esterilizante) para parte dos sujeitos vacinados, mas não confere nenhuma proteção para o restante. A seguir, esta suposição não realística, de que a vacinação não produz resultado algum em alguns indivíduos, pode ser corrigida, incluindo-se novos parâmetros, relacionados a três efeitos indiretos da vacinação, a saber, redução da suscetibilidade, da contagiosidade, bem como da duração da infecção. Para cada modelo, investigamos a existência e a estabilidade local dos estados de equilíbrio e construímos diagramas de bifurcação. / One of the purposes of modelling epidemics is to provide a rational basis for decision-making, such as vaccination strategies, in order to control the spread of a disease, that is, to prevent an epidemic occurring. So, the study of vaccinations is an important branch of infectious disease epidemiology. The aim of this work is to point out some concepts which re°ect relevant quantities involved in discussions about vaccine coverage. Thus, considerations of the basic reproductive number, and maximum vaccine coverage achievable in a program are very important real aspects of public health strategy. Starting from the basic version of the SIR (susceptible ! infective ! removed) deterministic compartmental epidemic model, and after clarifying the dif- ference between the terms 'immunized' and 'vaccinated', vaccine e±cacy is de¯ned as the percentage reduction in incidence in vaccinated compared to unvaccinated individuals. However, it does not take into account the indirect e®ects of vacci- nation, like the reduction in exposure caused by decreasing incidence in vaccinated people close to the study subjects; in other words, the vaccine gives total protection against infection (sterilizing e®ect) for a proportion of the vaccinated subjects but none for the rest.Then, this unrealistic assumption that some individuals get no e®ect at all from vaccination can be corrected, by including new parameters related to three indirect e®ects of vaccination, namely, decreased susceptibility, decreased contagiousness and shortened infection duration. For each model, the existence and the local stability of the equilibrium states are investigated and bifurcation diagrams are constructed.