Este trabalho mostra a comparação dos efeitos das falhas provocadas pelos Single-Event Effects em dispositivos 28nm FDSOI, 28nm FDSOI High-K e 32nm Bulk CMOS e células de memória 6T SRAM feitas com estes dispositivos. Para conseguir isso, foram usadas ferramentas TCAD para simular falhas transientes devido a impacto de íons pesados a nível dispositivo e nível circuito. As simulações neste ambiente tem como vantagem a simulação dos fatos e mecanismos que produz as falhas transientes e seus efeitos nos dispositivos, além de também servir para projetar virtualmente estes dispositivos e caraterizar eles para estas simulações. Neste caso, foram projetados três dispositivos para simulação: um transistor NMOS de 32nm Bulk, um transistor NMOS de 28nm FDSOI e um transistor NMOS de 28nm FDSOI High-K para fazer comparações entre eles. Estes dispositivos foram projetados, caraterizados e testados contra o impacto de íons pesados a níveis dispositivo e circuito. Como resultado obtido, transistor Bulk de 32nm teve, no pior caso, uma carga coletada de 7.57 e 7.19 vezes maior que a carga coletada pelo dispositivo FDSOI de 28nm e FDSOI High-K de 28nm respectivamente atingido pelo mesmo íon pesado de 100MeV-cm2/mg. Com estes dados foi possível modelar o comportamento da carga coletada de ambos dispositivos usando este íon pesado, atingindo os terminais de Fonte e Dreno em distintos lugares e ângulos. Usando a mesma ferramenta e os dados obtidos de carga coletada pelos testes anteriores, foram projetadas células de memória SRAM de 6 transistores. Isso foi para testar elas contra os efeitos do impacto de íons pesados nos transistores NMOS de armazenagem da dados. Neste caso, a Transferência Linear de Energia (LET) do íon necessária para fazer que o dado armazenado na SRAM Bulk mude é 12.8 vezes maior que no caso da SRAM FDSOI e 10 maior no caso da SRAM FDSOI High-K, embora a quantidade de carga coletada necessária para que o dado mude em ambas células seja quase a mesma. Com estes dados foi possível modelar os efeitos dos íons pesados em ambos circuitos, descobrir a Carga Crítica destes e qual é o mínimo LET necessário para que o dado armazenado nestas SRAMs mude. / This work shows a comparison of faults due to Single-Event Effects in 28nm Fully Depleted SOI (FDSOI), 28nm FDSOI High-K and 32nm Bulk CMOS devices, and in 6T SRAM memory cells made with these devices. To provide this, was used TCAD tools to simulate transient faults due to heavy ion impacts on device and circuit levels. The simulations in that environment have the advantage to simulate the facts and mechanisms which produce the transient faults and this effects on the electronic devices, it also allow to simulate the virtual device fabrication and to characterize them. In this case, two devices were created for the simulations: a 32nm Bulk NMOS transistor and a 28nm FDSOI NMOS transistor for compare them. These devices were created, characterized and tested against heavy ion impacts at device and circuit levels. The results show that 32nm Bulk transistor has, in the worst case, a collected charge 7.57 and 7.19 times greater than the 28nm FDSOI and 28nm FDSOI High-K respectively collected charge with the same 100MeV-cm2/mg heavy ion. With these data it was possible to model the behavior of the collected charge in both devices with the same heavy-ion, reach the Source and Drain Terminal in different places and angles. Using the same tools and the obtained collected charge data of previous simulations, it was designed 6 transistors SRAM Memory Cells. That is done to test these circuits against the heavy ion effects on the data-storage NMOS transistor. In this case, the necessary Ion Linear Energy Transfer (LET) to flip the Bulk SRAM is 12.8 greater than the FDSOI SRAM and 10 times greater than the FDSOI High- K SRAM case, although the amount of charge to flip the cells is almost the same in both cases. With these data it was possible to model the heavy-ion effects in both circuits, discover the Critical Charge of them and the minimum LET to flips these SRAMs.

A inferência de redes gênicas (GN) a partir de dados de expressão gênica temporal é um problema crucial e desafiador em Biologia Sistêmica. Os conjuntos de dados de expressão geralmente consistem em dezenas de amostras temporais e as redes consistem em milhares de genes, tornando inúmeros métodos de inferência inviáveis na prática. Para melhorar a escalabilidade dos métodos de inferência de GNs, esta tese propõe um arcabouço chamado GeNICE, baseado no modelo de redes gênicas probabilísticas. A principal novidade é a introdução de um procedimento de agrupamento de genes, com perfis de expressão relacionados, para fornecer uma solução aproximada com complexidade computacional reduzida. Os agrupamentos definidos são usados para reduzir a dimensionalidade permitindo uma busca exaustiva mais eficiente pelos melhores subconjuntos de genes preditores para cada gene alvo de acordo com funções critério multivariadas. GeNICE reduz consideravelmente o espaço de busca porque os candidatos a preditores ficam restritos a um gene representante por agrupamento. No final, uma análise multivariada é realizada para cada subconjunto preditor definido, visando recuperar subconjuntos mínimos para simplificar a rede gênica inferida. Em experimentos com conjuntos de dados sintéticos, GeNICE obteve uma redução substancial de tempo quando comparado a uma solução anterior sem a etapa de agrupamento, preservando a precisão da predição de expressão gênica mesmo quando o número de agrupamentos é pequeno (cerca de cinquenta) e o número de genes é grande (ordem de milhares). Para um conjunto de dados reais de microarrays de Plasmodium falciparum, a precisão da predição alcançada pelo GeNICE foi de aproximadamente 97% em média. As redes inferidas para os genes alvos da glicólise e do apicoplasto refletem propriedades topológicas de redes complexas do tipo \"mundo pequeno\" e \"livre de escala\", para os quais grande parte das conexões são estabelecidas entre os genes de um mesmo módulo e algumas poucas conexões fazem o papel de estabelecer uma ponte entre os módulos (redes mundo pequeno), e o grau de distribuição das conexões entre os genes segue uma lei de potência, na qual a maioria dos genes têm poucas conexões e poucos genes (hubs) apresentam um elevado número de conexões (redes livres de escala), como esperado. / Gene network (GN) inference from temporal gene expression data is a crucial and challenging problem in Systems Biology. Expression datasets usually consist of dozens of temporal samples, while networks consist of thousands of genes, thus rendering many inference methods unfeasible in practice. To improve the scalability of GN inference methods, this work proposes a framework called GeNICE, based on Probabilistic Gene Networks; the main novelty is the introduction of a clustering procedure to group genes with related expression profiles, to provide an approximate solution with reduced computational complexity. The defined clusters were used to perform an exhaustive search to retrieve the best predictor gene subsets for each target gene, according to multivariate criterion functions. GeNICE greatly reduces the search space because predictor candidates are restricted to one representative gene per cluster. Finally, a multivariate analysis is performed for each defined predictor subset to retrieve minimal subsets and to simplify the network. In experiments with in silico generated datasets, GeNICE achieved substantial computational time reduction when compared to an existing solution without the clustering step, while preserving the gene expression prediction accuracy even when the number of clusters is small (about fifty) relative to the number of genes (order of thousands). For a Plasmodium falciparum microarray dataset, the prediction accuracy achieved by GeNICE was roughly 97% on average. The inferred networks for the apicoplast and glycolytic target genes reflects the topological properties of \"small-world\"and \"scale-free\"complex network models in which a large part of the connections is established between genes of the same functional module (smallworld networks) and the degree distribution of the connections between genes tends to form a power law, in which most genes present few connections and few genes (hubs) present a large number of connections (scale-free networks), as expected.

O conhecimento de zonas potencialmente instáveis no fundo do mar é de fundamental importância para o desenvolvimento das estruturas marinhas, pois permite posicionar estruturas offshore em áreas mais seguras, reduzindo-se possíveis danos, custos e eventual poluição ambiental. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é investigar, através de uma abordagem analítico-numérica, a estabilidade de maciços submarinos submetidos ao carregamento cíclico da onda. O efeito das ondas de água sobre o leito submerso é descrito pela propagação de uma onda de pressão ao longo de sua superfície, empregando-se a teoria linear de Stokes. São considerados maciços com superfície superior horizontal e inclinada, constituídos por material coesivo (argilas) e material granular (areias). Em maciços constituídos por solos finos, a capacidade resistente do material é modelada pelo critério de Tresca não-homogêneo e a análise da estabilidade é desenvolvida em condição não drenada. Por outro lado, em leitos granulares, a resistência do meio depende explicitamente do valor da poropressão, sendo descrita classicamente pelo critério de Coulomb sem coesão. A análise de estabilidade é então desenvolvida em tensões efetivas e o gradiente de poropressão atua como uma força volumétrica sobre o esqueleto, caracterizando o modo de carregamento principal deste material. Em razão da tendência a se densificar quando submetido a um estado de tensões desviadoras cíclicas, ocorre, em geral, a acumulação de excesso de poropressão no maciço granular. Consequentemente, o acoplamento entre o comportamento do material e o carregamento cíclico tem fundamental importância sobre o cálculo do excesso de poropressão desenvolvido. Para determinação das forças de percolação, considera-se uma abordagem simplificada baseada na partição das deformações em contribuições reversível e irreversível, que permite desacoplar o cálculo da pressão intersticial induzida pela onda. Aplicando-se conceitos da teoria da Análise Limite é possível formular limites inferiores e superiores da máxima amplitude segura do carregamento da onda. Finalmente, os efeitos da declividade da superfície do leito e da espessura de camada de solo sobre a estabilidade são analisados. / The knowledge of potentially unstable areas on the seabed is of fundamental importance to the development of marine structures, because it allows to install offshore structures in safer areas, reducing possible damages, costs and eventual environmental pollution. In this context, the objective of the present work is to investigate the stability of submarine soil masses subjected to the wave cyclic loading through analytical-numerical approaches. The effect of water waves on the submerged bed is described by the propagation of a pressure wave along its surface, using the Stokes’s linear theory. Soil masses with horizontal and sloped upper surface, composed of cohesive material (clays) and granular materiais (sands) are considered in this study. In soil masses constituted of fine soil, the material strength capacity is modeled by the non-homogeneous Tresca criterion and the stability analysis is carried out in undrained condition. On the other hand, in granular beds, the strength explicitly depends on the pore pressure value, being classically described by the Coulomb criterion without cohesion. Then, the stability analysis is developed in effective stress and the pore pressure gradient acts as a volumetric force on the skeleton, characterizing the main charging mode of this material. Due to the tendency to densify when subjected to a cyclic deviatoric stress state occurs, in general, the build-up of pore pressure excess in the granular mass. Consequently, the coupling between the material behavior and the cyclic loading has fundamental importance in the calculation of the pore pressure excess generated. In order to define the seepage forces, a simplified approach based on the partition of deformations in reversible and irreversible contributions is considered, which allows to decouple the wave-induced pore pressure calculation. Applying the concepts of the limit analysis theory it is possible to formulate upper and lower boundaries of the maximum safe amplitude of the wave loading. Finally, the effects of the seabed surface steepness and of the soil layer thickness on the stability are analyzed.

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas às ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas podem gerar o surgimento das fraturas ou mesmo a sua propagação na estrutura. A correta consideração destes aspectos objetivou o desenvolvimento de um estudo, de forma a avaliar os esforços do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. As técnicas para a contagem de ciclos de esforços e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas estudadas. A ponte rodoviária investigada é constituída por quatro vigas longitudinais, três transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. O modelo estrutural da obra de arte rodoviária estudada foi simulado com base no emprego de elementos finitos sólidos tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas massa-mola-amortecedor. O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro da ponte. As conclusões deste trabalho versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes rodoviárias de concreto armado submetidas às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. / Reinforced concrete highway bridges are subjected to dynamic actions of variable magnitude due to vehicles crossing on the deck pavement. These dynamic actions can generate the nucleation of fractures or even their propagation on the structure. This way, the behaviour and reliability can be compromised and the bridge service life can be reduced. The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves, based on an extensive revision of concrete bridges service life and theoretical fatigue aspects in reinforced concrete structures, as well as considering the recommended procedures used for the concrete structures main codes. A reinforced concrete skew bridge with spanning 16.5m was investigated in this work. The computational model, developed for the composite bridge dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. These viactures are simulated by spring-mass models and the transit are considered by means of semi infinity convoys, displaced with constant velocity across the deck pavement. The proposed analysis methodology and the procedures presented in the design codes were applied, in order to evaluate the bridge fatigue determining the structure service life. The conclusions of this paper have the objective of alerting structural engineers to the possible distortions, associated to the reinforced concrete bridges service life when subjected to dynamic actions due to vehicles crossing on the deck pavement surface.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, as tendências competitivas do mercado mundial, têm forçado os engenheiros estruturais a desenvolver soluções de projeto que acarretem em menor peso e custo de execução. Uma consequência direta desta nova tendência de projeto é o aumento considerável de problemas relacionados a vibrações de piso indesejadas. Por esta razão, os sistemas estruturais de pisos podem tornar-se vulneráveis a vibrações excessivas, como por exemplo, aquelas induzidas por equipamentos mecânicos (máquinas rotativas). Deste modo, este trabalho objetiva investigar o comportamento dinâmico de uma plataforma de aço para produção de petróleo, localizada na bacia de Santos (campo de Merluza), São Paulo, Brasil. Para tal, investiga-se a influência das ações dinâmicas oriundas dos equipamentos mecânicos localizados sobre os decks metálicos da plataforma. A resposta dinâmica do modelo estrutural foi determinada através de um extenso estudo numérico, a partir da análise de suas frequências naturais, deslocamentos, velocidades e acelerações de pico. Nesta investigação, as cargas dinâmicas provenientes dos equipamentos mecânicos (máquinas rotativas) foram aplicadas sobre o piso metálico do sistema estrutural. Com base obtenção da resposta dinâmica da estrutura (deslocamentos, velocidades e acelerações), foi possível avaliar a performance do modelo estrutural em termos de critérios de conforto humano e das tolerâncias máximas referentes aos equipamentos mecânicos, de acordo com normas e recomendações de projeto. / Nowadays, the competitive trends of the world market have long been forcing structural engineers to develop minimum weight and labor cost solutions. A direct consequence of this new design trend is a considerable increase in problems related to unwanted floor vibrations. For this reason, the structural floors systems can become vulnerable to excessive vibrations, for example, produced by impacts such as mechanical equipments (rotating machinery). This way, the present paper investigated the dynamic behavior of a production platform made of steel and located in Santos bay (Merluza field), São Paulo, Brazil. Mechanical equipments were located on the steel decks of the structural model, related to electrical generators. This way, this research investigates the influence of the dynamic actions induced by mechanical equipments located on the steel floor of the platform. The dynamic response of the structural model was determined through an extensive numerical study, from the analysis of its natural frequencies, displacements, velocities and peak accelerations. In this study, the dynamic loads induced by the mechanical equipments (rotating machinery) were applied on the steel floor of the structural system. Based on the structural dynamic responses (displacements, velocities and accelerations) obtained, it was possible to evaluate the performance of the structural model in terms of the human comfort criteria and maxim tolerances related to the mechanical equipments, according to the design.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, os projetos de edifícios altos necessitam cada vez mais de sistemas estruturais simples, que agilizem sua montagem, reduzindo os custos e promovendo maior flexibilidade de utilização para os espaços construídos. Com essa finalidade, estruturas com poucas vigas vêm sendo muito utilizadas. Entretanto, o sistema estrutural com poucas vigas pode ocasionar dois tipos de problemas, relacionados entre si, a saber: diminuição do sistema de contraventamento da edificação e vibrações excessivas. Portanto, é fundamental, nesses casos, a verificação da estabilidade global da estrutura, utilizando índices de sensibilidade além de outros parâmetros de projeto, como também, o desenvolvimento de um estudo minucioso acerca do conforto humano da edificação. Assim sendo, neste trabalho de pesquisa foram investigados quatro modelos estruturais de edifícios altos de concreto armado, com base no estudo da variação entre o número de pavimentos e a quantidade de vigas existentes em cada modelo, objetivando-se verificar quais os efeitos que tais variações podem vir a gerar sobre a estabilidade global e, bem como, sobre o conforto humano dos sistemas estruturais investigados. A modelagem numérica dos edifícios em estudo foi realizada através do emprego do programa ANSYS e, para tal, foram utilizadas técnicas básicas de discretização, por meio do método dos elementos finitos. As conclusões alcançadas ao longo da investigação versam acerca do estudo da resposta estrutural estática e dinâmica dos edifícios, no que diz respeito as variações dos valores dos parâmetros de instabilidade, dos valores dos deslocamentos e esforços, e, bem como, dos níveis de conforto humano de cada modelo estrutural analisado. / Currently, the tall buildings projects increasingly need a simple structural systems that streamline their assembly, reducing costs and promoting greater flexibility of use for the built environment. For this purpose, structures with few beams are being widely used. However, the structural system with few beams may cause two kinds of problems, related to each other, namely: reduction of the bracing system of the building and excessive vibration. It is therefore vital in such cases, the verification of global stability of the structure, using sensitivity indexes and other design parameters, as well as the development of a thorough study of the human comfort of the building. Therefore, this research work have been investigated four structural models of tall buildings of reinforced concrete, based on the study of the variation of the number of floors and the quantity of beams in each model, aiming to verify what effects these variations. They are likely to generate on the overall stability and, as well as on human comfort and structural systems investigated. The numerical modeling of buildings under study was performed by employing the ANSYS program, and to such basic techniques of discretization were used through the finite element method. The conclusions reached during the investigation turn concerning the study of the static and dynamic structural response of buildings in respect of the variations of the values of the instability criteria, of the values of displacements and efforts, and as well, the human comfort level each structural model analyzed.

Nesta dissertação, são apresentados os seguintes modelos matemáticos de transporte de nêutrons: a equação linearizada de Boltzmann e a equação da difusão de nêutrons monoenergéticos em meios não-multiplicativos. Com o objetivo de determinar o período fluxo escalar de nêutrons, é descrito um método espectronodal que gera soluções numéricas para o problema de difusão em geometria planar de fonte fixa, que são livres de erros de truncamento espacial, e que conjugado com uma técnica de reconstrução espacial intranodal gera o perfil detalhado da solução. A fim de obter o valor aproximado do fluxo angular de nêutrons em um determinado ponto do domínio e em uma determinada direção de migração, descreve-se também um método de reconstrução angular baseado na solução analítica da equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos com espalhamento linearmente anisotrópico com aproximação sintética de difusão nos termos de fonte por espalhamento. O código computacional desenvolvido nesta dissertação foi implementado na plataforma livre Scilab, e para ilustrar a eficiência do código criado,resultados numéricos obtidos para três problemas-modelos são apresentados / We describe a method to determine the neutron scalar flux in a slab using monoenergetic diffusion model. To achieve this goal we used three ingredients in the computational code that we developed on the Scilab platform: (i) a spectral nodal method that generates numerical solution for the one-speed slab-geometry fixed-source difusion problem with no spatial truncation errors; (ii) a spatial reconstruction scheme to yield detailed proile of the coarse-mesh solution; and (iii) an angular reconstruction scheme to yield approximately the neutron angular flux profile within the slab. The angular reconstruction scheme is based on the analytical solution of the neutron transport equation in slab geometry with linearly anisotropic scattering and diffusion approximation for the scattering source terms. Numerical results are given to illustrate the efficiency of the offered code

Este trabalho apresenta resultados de análises de estabilidade por métodos de equilíbrio limite e análises tensão-deformação para um aterro sanitário de grande porte reforçado com geossintéticos e alteado com diques periféricos sucessivos segundo o método de montante de barragens de rejeitos, visando a aumentar sua capacidade de armazenamento. Os valores dos parâmetros de resistência elásticos e elasto-plásticos dos materiais foram definidos com base na bibliografia, privilegiando-se os obtidos em campo. Os parâmetros dos reforços geossintéticos (geogrelhas) foram obtidos dos catálogos técnicos de empresa fabricante de geogrelhas. Nas análises equilíbrio-limite verificou-se também a influência das pressões neutras nos fatores de segurança por meio da variação do parâmetro de pressão ru de 0 a 0,3. Os resultados dos métodos de equilíbrio limite mostraram que a construção de diques periféricos sucessivos não aumenta significativamente o fator de segurança do aterro para qualquer altura e a de diques reforçados aumenta-o para alturas até 30m. Por outro lado, o reforço dentro do maciço aumenta consideravelmente o fator de segurança para qualquer altura do aterro. As pressões neutras no maciço podem reduzir significativamente o fator de segurança, em até 25% para as configurações propostas. O fator de segurança 1,5 é atingido para ru = 0,2, para as alturas de até 30m nas configurações com reforço no interior do maciço sanitário. As análises tensão-deformação mostraram que as deformações são principalmente verticais, sendo que as horizontais representam até 30% das totais. As deformações verticais máximas foram de 4%, valor muito inferior aos encontrados na bibliografia em aterros monitorados (10 a 40%), provavelmente porque as contribuições da decomposição da matéria orgânica e do creep ao longo do tempo superam o efeito do peso próprio do maciço. A análise conjunta das duas metodologias mostra que os fatores de segurança obtidos nas análises tensão-deformação são muito próximos aos obtidos nas análises equilíbrio-limite para ru =0,1; que o uso de reforços no interior do maciço sanitário proporciona um aumento no fator de segurança da ordem de 30%, o que justifica a continuação deste estudo focalizando aspectos práticos construtivos e operacionais; e que a configuração em diques sucessivos e maciço sanitário reforçado mostrou-se, dentre as alternativas estudadas, a mais eficiente e eficaz para a configuração de aterro estudada, uma vez que permitiu obter o fator de segurança desejado sem a necessidade de reforço dos diques de solos. / This paper presents results of stability analysis by limit-equilibrium methods and stress-strain analysis for a large sanitary landfill reinforced with geosynthetics and raising with perimeters soil dikes according to the method used in tailing dams in order to increase their ability to storage. The values of strength parameters, elastic and elasto-plastic materials were defined based on the literature, privileging those obtained in the field. The parameters of geosynthetic reinforcements (geogrids) were obtained from the catalogs of technical manufacturer of geogrid. The analyzes limit-equilibrium were verified also the influence of the factors of safety pore pressures by varying the parameter pressure ru 0 to 0.3. The results of limit-equilibrium methods showed that the construction of dikes successive peripheral does not significantly increase the safety factor of the landfill for any height and the use of reinforced dikes increases it to heights up to 30m. Moreover, the reinforcement into the mass increases substantially the safety factor for any height of the landfill. The pore pressures in mass can significantly reduce the safety factor in up to 25% for the proposed configurations. The safety factor of 1.5 is achieved for ru =0.2, for heights up to 30m with enhanced settings inside the massive sanitary. The stress-strain analyzes showed that the deformations are mainly vertical and the horizontal represent up to 30% of the total. The maximum vertical deformations were 4%, value that is much lower than those described in the bibliography for landfill sites monitored (10-40%), probably because the contributions of organic matter decomposition and \"creep\" over time outweigh the effect of self-weight of the massif. The joint analysis of the both methods show that safety factors obtained in the stress-strain analyzes are very near the limit-equilibrium analyses for ru =0.1, that the use of solid reinforcement inside the landfill provides a factor increase in security of the order of 30%, its which justifies the continuation of this study focusing on practical aspects of construction and operational and that the configuration in successive dikes and massive sanitary reinforced proved to be, among the alternatives studied, the most efficient and effective configuration of landfill studied, since it allowed to obtain the desired safety factor without the need to strengthen the soil dikes.

Ao final desta pesquisa deseja-se que haja uma metodologia eficiente, cuja finalidade será auxiliar o usuário na transformação de modelos matemáticos e computacionais codificados para computadores sequenciais, em modelos paralelos otimizados para executarem em microcomputadores pessoais modernos, constituídos de CPU com múltiplos núcleos ou de híbridos (CPU + GPGPU) integrados no mesmo chip, com ou sem processadores gráficos (GPGPU) densamente paralelos instalados, mantendo a qualidade de seus resultados originais, com respeito à sua precisão numérica, mas com uma diminuição considerável no tempo de processamento. A emergência, em meados da década 2000, dessas novas arquiteturas de hardware elevou a capacidade de processamento dos microcomputadores pessoais aos patamares dos computadores de grande porte de apenas alguns anos atrás. Este trabalho de pesquisa apresenta duas metodologias, onde a primeira metodologia é composta de três partes e a segunda de duas partes. Somente a terceira parte da primeira metodologia é dependente de tecnologias de hardware. / At the end of this research project, an efficient methodology is expected with the purpose of assisting users in the processing of mathematical and computer models coded for sequential computers in parallel models that are optimized to run on modern personal computers, consisting of a CPU with multiple or hybrid (CPU + GPGPU) cores integrated into the same chip, with or without massively parallel graphics processors (GPGPU) installed. This will ensure the original quality of the results with respect to numerical accuracy, but with a considerable reduction in processing time. The emergence of these new hardware architectures in the mid-2000s increased the processing power of personal computers to the levels of mainframe computers from just a few years previously. This research work presents two methodologies, where the first methodology is composed of three parts and the second methodology is composed of two parts. Only the third part of the first methodology is dependent on hardware technologies.

A inferência de redes gênicas (GN) a partir de dados de expressão gênica temporal é um problema crucial e desafiador em Biologia Sistêmica. Os conjuntos de dados de expressão geralmente consistem em dezenas de amostras temporais e as redes consistem em milhares de genes, tornando inúmeros métodos de inferência inviáveis na prática. Para melhorar a escalabilidade dos métodos de inferência de GNs, esta tese propõe um arcabouço chamado GeNICE, baseado no modelo de redes gênicas probabilísticas. A principal novidade é a introdução de um procedimento de agrupamento de genes, com perfis de expressão relacionados, para fornecer uma solução aproximada com complexidade computacional reduzida. Os agrupamentos definidos são usados para reduzir a dimensionalidade permitindo uma busca exaustiva mais eficiente pelos melhores subconjuntos de genes preditores para cada gene alvo de acordo com funções critério multivariadas. GeNICE reduz consideravelmente o espaço de busca porque os candidatos a preditores ficam restritos a um gene representante por agrupamento. No final, uma análise multivariada é realizada para cada subconjunto preditor definido, visando recuperar subconjuntos mínimos para simplificar a rede gênica inferida. Em experimentos com conjuntos de dados sintéticos, GeNICE obteve uma redução substancial de tempo quando comparado a uma solução anterior sem a etapa de agrupamento, preservando a precisão da predição de expressão gênica mesmo quando o número de agrupamentos é pequeno (cerca de cinquenta) e o número de genes é grande (ordem de milhares). Para um conjunto de dados reais de microarrays de Plasmodium falciparum, a precisão da predição alcançada pelo GeNICE foi de aproximadamente 97% em média. As redes inferidas para os genes alvos da glicólise e do apicoplasto refletem propriedades topológicas de redes complexas do tipo \"mundo pequeno\" e \"livre de escala\", para os quais grande parte das conexões são estabelecidas entre os genes de um mesmo módulo e algumas poucas conexões fazem o papel de estabelecer uma ponte entre os módulos (redes mundo pequeno), e o grau de distribuição das conexões entre os genes segue uma lei de potência, na qual a maioria dos genes têm poucas conexões e poucos genes (hubs) apresentam um elevado número de conexões (redes livres de escala), como esperado. / Gene network (GN) inference from temporal gene expression data is a crucial and challenging problem in Systems Biology. Expression datasets usually consist of dozens of temporal samples, while networks consist of thousands of genes, thus rendering many inference methods unfeasible in practice. To improve the scalability of GN inference methods, this work proposes a framework called GeNICE, based on Probabilistic Gene Networks; the main novelty is the introduction of a clustering procedure to group genes with related expression profiles, to provide an approximate solution with reduced computational complexity. The defined clusters were used to perform an exhaustive search to retrieve the best predictor gene subsets for each target gene, according to multivariate criterion functions. GeNICE greatly reduces the search space because predictor candidates are restricted to one representative gene per cluster. Finally, a multivariate analysis is performed for each defined predictor subset to retrieve minimal subsets and to simplify the network. In experiments with in silico generated datasets, GeNICE achieved substantial computational time reduction when compared to an existing solution without the clustering step, while preserving the gene expression prediction accuracy even when the number of clusters is small (about fifty) relative to the number of genes (order of thousands). For a Plasmodium falciparum microarray dataset, the prediction accuracy achieved by GeNICE was roughly 97% on average. The inferred networks for the apicoplast and glycolytic target genes reflects the topological properties of \"small-world\"and \"scale-free\"complex network models in which a large part of the connections is established between genes of the same functional module (smallworld networks) and the degree distribution of the connections between genes tends to form a power law, in which most genes present few connections and few genes (hubs) present a large number of connections (scale-free networks), as expected.