Orientador: Margarida Pinheiro Mello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-18T06:57:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gower_RobertMansel_M.pdf: 908087 bytes, checksum: f8067f63c68dadafecf74e1387966331 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Dentro do contexto de programação não linear, vários algoritmos resumem-se à aplicação do método de Netwon aos sistemas constituídos pelas condições de primeira ordem de Lagrange. Nesta classe de métodos é necessário calcular a matriz hessiana. Nosso foco é o cálculo exato, dentro da precisão da máquina, de matrizes hessianas usando diferenciação automática. Para esse fim, exploramos o cálculo da matriz hessiana sob dois pontos de vista. O primeiro é um modelo de grafo que foca nas simetrias que ocorrem no processo do cálculo da hessiana. Este ângulo propicia a intuição de como deve ser calculada a hessiana e leva ao desenvolvimento de um novo método de modo reverso para o cálculo de matrizes hessianas denominado edge pushing. O segundo ponto de vista é uma representação puramente algébrica que reduz o cálculo da hessiana à avaliação de uma expressão. Esta expressão pode ser usada para demonstrar algoritmos já existentes e projetar novos. Para ilustrar, deduzimos dois novos algoritmos, edge pushing e um novo algoritmo de modo direto, e uma série de outros métodos conhecidos [1], [20, p.157] e [9]. Apresentamos estudos teóricos e empíricos sobre o algoritmo edge pushing. Analisamos sua complexidade temporal e de uso de memória. Implementamos o algoritmo como um driver do pacote ADOL-C [19] e efetuamos testes computacionais, comparando sua performance com à de dois outros drivers em dezesseis problemas da coleção CUTE [5]. Os resultados indicam que o novo algoritmo é muito promissor. Pequenas modificações em edge pushing produzem um novo algoritmo, edge pushing sp, para o cálculo da esparsidade de matrizes hessianas, um passo necessário de uma classe de métodos que calculam a matriz hessiana usando colorações de grafos, [14, 19, 30]. Estudos de complexidade e testes numéricos são realizados comparando o novo método contra um outro recentemente desenvolvido [30] e os testes favorecem o novo algoritmo edge pushing sp. No capítulo final, motivado pela disponibilidade crescente de computadores com multiprocesadores, investigamos o processamento em paralelo do cálculo de matrizes hessianas. Examinamos o cálculo em paralelo de matrizes hessianas de funções parcialmente separáveis. Apresentamos uma abordagem desenvolvida para o cômputo em paralelo que pode ser usando em conjunto com qualquer método de cálculo de hessiana e outra estratégia específica para métodos de modo reverso. Testes são executados em um computador com memória compartilhada usando a interface de programação de aplicativo OpenMP / Abstract: In the context of nonlinear programming, many algorithms boil down to the application of Newton's method to the system constituted by the first order Lagrangian conditions. The calculation of Hessian matrices is necessary in this class of solvers. Our focus is on the exact calculation, within machine precision, of Hessian matrices through automatic differentiation. To this end, we detail the calculations of the Hessian matrix under two points of view. The first is an intuitive graph model that focuses on what symmetries occur throughout the Hessian calculation. This provides insight on how one should calculate the Hessian matrix, and we use this enlightened perspective to deduce a new reverse Hessian algorithm called edge pushing. The second viewpoint is a purely algebraic representation of the Hessian calculation via a closed formula. This formula can be used to demonstrate existing algorithms and design new ones. In order to illustrate, we deduce two new algorithms, edge pushing and a new forward algorithm, and a series of other known Hessian methods [1], [20, p.157] and [9]. We present theoretical and empirical studies of the edge pushing algorithm, establishing memory and temporal bounds, and comparing the performance of its computer implementation against that of two algorithms available as drivers of the software ADOL-C [14, 19, 30] on sixteen functions from the CUTE collection [5]. Test results indicate that the new algorithm is very promising. As a by-product of the edge pushing algorithm, we obtain an efficient algorithm, edge pushing sp, for automatically obtaining the sparsity pattern of Hessian matrices, a necessary step in a class of methods used for computing Hessian matrices via graph coloring, [14, 19, 30]. Complexity bounds are developed and numerical tests are carried out comparing the new sparsity detection algorithm against a recently developed method [30] and the results favor the new edge pushing sp algorithm. In the final chapter, motivated by the increasing commercial availability of multiprocessors, we investigate the implementation of parallel versions of the edge pushing algorithm. We address the concurrent calculation of Hessian matrices of partially separable functions. This includes a general approach to be used in conjunction with any Hessian software, and a strategy specific to reverse Hessian methods. Tests are carried out on a shared memory computer using the OpenMP paradigm / Mestrado / Analise Numerica / Mestre em Matemática Aplicada

Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-10-06T13:29:02Z No. of bitstreams: 1 DissBCGS.pdf: 7250050 bytes, checksum: df4b2203e5e586a2cba2f75ff4af7f2f (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-13T20:24:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBCGS.pdf: 7250050 bytes, checksum: df4b2203e5e586a2cba2f75ff4af7f2f (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-13T20:24:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBCGS.pdf: 7250050 bytes, checksum: df4b2203e5e586a2cba2f75ff4af7f2f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-13T20:24:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissBCGS.pdf: 7250050 bytes, checksum: df4b2203e5e586a2cba2f75ff4af7f2f (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Over the last few years, a large number of researchers have directed their efforts and interests for the in vivo study of the cellular and molecular mechanisms of leukocyte-endothelial interactions in the microcirculation of many tissues under different inflammatory conditions. The main goal of these studies is to develop more effective therapeutic strategies for the treatment of inflammatory and autoimmune diseases. Nowadays, analysis of the leukocyte-endothelial interactions in small animals is performed by visual assessment from an intravital microscopy image sequences. Besides being time consuming, this procedure may cause visual fatigue of the observer and, therefore, generate false statistics. In this context, this work aims to study and develop computational techniques for the automatic detection and tracking of leukocytes in intravital video microscopy. For that, results from frame to frame processing (2D – spatial analysis) will be combined with those from the three-dimensional analysis (3D=2D+t – spatio-temporal analysis) of the volume formed by stacking the video frames. The main technique addressed for both processings is based on the analysis of the eigenvalues of the local Hessian matrix. While the 2D image processing aims the leukocyte detection without worrying about their tracking, 2D+t processing is intended to assist on the dynamic analysis of cell movement (tracking), being able to predict cell movements in cases of occlusion, for example. In this work we used intravital video microscopy obtained from a study of Multiple Sclerosis in mice. Noise reduction and registration techniques comprise the preprocessing step. In addition, techniques for the analysis and definition of cellular pathways comprise the post processing step. Results of 2D and 2D+t processing steps, compared with conventional visual analysis, have shown the effectiveness of the proposed approach. / Nos últimos anos, um grande número de pesquisadores tem voltado seus esforços e interesses para o estudo in vivo dos mecanismos celulares e moleculares da interação leucócitoendotélio na microcirculação de vários tecidos e em várias condições inflamatórias. O principal objetivo desses estudos é desenvolver estratégias terapêuticas mais eficazes para o tratamento de doenças inflamatórias e autoimunes. Atualmente, a análise de interações leucócito-endotélio em pequenos animais é realizada de maneira visual a partir de uma sequência de imagens de microscopia intravital. Além de ser demorado, esse procedimento pode levar à fadiga visual do observador e, portanto, gerar falsas estatísticas. Nesse contexto, este trabalho de pesquisa tem como objetivo estudar e desenvolver técnicas computacionais para a detecção e rastreamento automáticos de leucócitos em vídeos de microscopia intravital. Para isso, resultados do processamento quadro a quadro do vídeo (2D – análise espacial) serão combinados com os resultados da análise tridimensional (3D=2D+t – análise espaço-temporal) do volume formado pelo empilhamento dos quadros do vídeo. A principal técnica abordada para ambos os processamentos é baseada na análise local dos autovalores da matriz Hessiana. Enquanto o processamento de imagens 2D tem como objetivo a detecção de leucócitos sem se preocupar com seu rastreamento, o processamento 2D+t pretende auxiliar na análise dinâmica de movimentação das células (rastreamento), sendo capaz de prever movimentos celulares em casos de oclusão, por exemplo. Neste trabalho foram utilizados vídeos de microscopia intravital obtidos a partir de um estudo da Esclerose Múltipla realizado com camundongos. Técnicas de redução de ruído e estabilização do movimento das sequências de imagens compõem a etapa de pré-processamento, assim como técnicas para a definição e análise dos caminhos celulares compõem a etapa de pós-processamento. Resultados das etapas de processamento 2D e 2D+t, comparados com a convencional análise visual, demonstraram a eficácia da abordagem proposta. / FAPESP: 2013/26171-6

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-25T13:37:53Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1699241 bytes, checksum: 2f092c650c435ae41ec42c261fd9c3af (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-25T13:37:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1699241 bytes, checksum: 2f092c650c435ae41ec42c261fd9c3af (MD5) Previous issue date: 2017-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In thisthesis,westudycertaindegenerations/specializationsofthegenericsquare matrix overa eld k of characteristiczeroalongitsmainrelatedstructures,suchthe determinantofthematrix,theidealgeneratedbyitspartialderivatives,thepolarmap de ned bythesederivatives,theHessianmatrixandtheidealofsubmaximalminorsof the matrix.Thedegenerationtypesofthegenericsquarematrixconsideredhereare: (1) degenerationby\cloning"(repeating)avariable;(2)replacingasubsetofentriesby zeros, inastrategiclayout;(3)furtherdegenerationsoftheabovetypesstartingfrom certain specializationsofthegenericsquarematrix,suchasthegenericsymmetric matrix andthegenericsquareHankelmatrix.Thefocusinallthesedegenerations is intheinvariantsdescribedabove,highlightingonthehomaloidalbehaviorofthe determinantofthematrix.Forthis,weemploytoolscomingfromcommutativealgebra, with emphasisonidealtheoryandsyzygytheory. / Nesta tese,estudamoscertasdegenera c~oes/especializa c~oesdamatrizquadradagen erica sobre umcorpo k de caracter sticazero,aolongodesuasprincipaisestruturasrela- cionadas, taiscomoodeterminantedamatriz,oidealgeradoporsuasderivadasparci- ais, omapapolarde nidoporessasderivadas,amatrizHessianaeoidealdosmenores subm aximosdamatriz.Ostiposdedegenera c~aodamatrizquadradagen ericacon- siderados aquis~ao:(1)degenera c~aopor\clonagem"(repeti c~ao)deumavari avel;(2) substitui c~aodeumsubconjuntodeentradasporzeros,emumadisposi c~aoestrat egica; (3) outrasdegenera c~oesdostiposacimapartindodecertasespecializa c~oesdamatriz quadrada gen erica,taiscomoamatrizgen ericasim etricaeamatrizquadradagen erica de Hankel.Ofocoemtodasessasdegenera c~oes enosinvariantesdescritosacima, com destaqueparaocomportamentohomaloidaldodeterminantedamatriz.Paratal, empregamos ferramentasprovenientesda algebracomutativa,com^enfasenateoriade ideais enateoriadesiz gias.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-11-10T14:15:57Z No. of bitstreams: 1 KLEBBER TEODOMIRO MARTINS FORMIGA - DISSERTAÇÃO PPGECA 1999..pdf: 16389709 bytes, checksum: 2cbf1a8342d988c0e6828ecd2fda1b6c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-10T14:15:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KLEBBER TEODOMIRO MARTINS FORMIGA - DISSERTAÇÃO PPGECA 1999..pdf: 16389709 bytes, checksum: 2cbf1a8342d988c0e6828ecd2fda1b6c (MD5) Previous issue date: 1999-03-11 / CNPq / As redes de distribuição, que fazem parte dos sistemas de abastecimento de água, são, em grande parte, redes malhadas, cuja complexidade no dimensionamento tem forçado os projetistas a utilizar metodologias tradicionais de tentativa e erro para obter a solução do problema. Esses métodos, dos quais o mais empregado é o de Hardy-Cross, fazem tão somente o balanceamento da rede, deixando a cargo da experiência do projetista a busca de um dimensionamento mais econômico. Neste trabalho será apresentado um método que utiliza técnicas de programação não linear para o dimensionamento económico de redes malhadas. Esse método é composto de duas etapas. Na primeira, as vazões e os diâmetros são considerados como variáveis de decisão, e na segunda etapa, as variáveis de decisão são os comprimentos dos segmentos dos trechos, com diâmetros constantes, e suas correspondentes vazões. Essa metodologia foi aplicada a duas redes encontradas na literatura, em que o dimensionamento já havia sido feito por outros métodos de otimização. Os resultados mostram que o método da programação não linear apresenta uma eficácia maior na busca do custo mínimo de uma rede, quando comparado com outras metodologias de otimização de redes malhadas estudadas. / The design complexity of looped networks has forced to use traditional trial and error methods to attain a solution for the problem. Those methods, where the Hardy-Cross method is the most known among them, only carry out energy and mass balance of the network without dealing with the system's cost, that is, nor estimating neither improving the system's cost. In this work, a method for designing economical looped networks based on nonlinear programming is presented. To reduce the number of variables and, probabily, improve the performance of the solution procedure, this method is composed of two stages to reach an optimal solution. In a first stage, a nonlinear programming technique is applied to determine the flows and diameters of the pipes connecting two nodes of the network. In a second stage are chosen which are the upper and lower values of the results attained at the first stage for each pipe segment, and a nonlinear programming technique is applied once more to determine the length of each diameter for each pipe segment along with its flow. In both stages the objective function was related to the cost of the pipes and pumping requirements. This method has been applied to two examples of looped networks, which have been used in the literature to illustrate the application of other optimization methods developed by other authors. The optimal solutions attained from the method presented herein have shown to be better than the ones resulting from the application of any other method, which were taken into account for comparison in this work.