A demanda criada pelos estudos biológicos resultou para predição da estrutura terciária de proteínas ser uma alternativa, uma vez que menos de 1% das sequências conhecidas possuem sua estrutura terciária determinada experimentalmente. As predições Ab initio foca nas funções baseadas da física, a qual se trata apenas das informações providas pela sequência primária. Por consequência, um espaço de busca com muitos mínimos locais ótimos deve ser pesquisado. Este cenário complexo evidencia uma carência de algoritmos eficientes para este espaço, tornando-se assim o principal obstáculo para este tipo de predição. A optimização Multi-Objetiva, principalmente os Algoritmos Evolutivos, vem sendo aplicados na predição da estrutura terciária já que na mesma se envolve um compromisso entre os objetivos. Este trabalho apresenta o framework ProtPred-PEO-GROMACS, ou simplesmente 3PG, que não somente faz predições com a mesma acurácia encontrada na literatura, mas também, permite investigar a predição por meio da manipulação de combinações de objetivos, tanto no aspecto energético quanto no estrutural. Além disso, o 3PG facilita a implementação de novas opções, métodos de análises e também novos algoritmos evolutivos. A fim de salientar a capacidade do 3PG, foi então discorrida uma comparação entre os algoritmos NSGA-II e SPEA2 aplicados na predição Ab initio da estrutura terciária de proteínas em seis combinações de objetivos. Ademais, o uso da técnica de refinamento por Dinâmica Molecular é avaliado. Os resultados foram adequados quando comparado com outras técnicas de predições: Algoritmos Evolutivo Multi-Objetivo, Replica Exchange Molecular Dynamics, PEP-FOLD e Folding@Home. / The demand created by biological studies resulted the structure prediction as an alternative, since less than 1% of the known protein primary sequences have their 3D structure experimentally determined. Ab initio predictions focus on physics-based functions, which regard only information about the primary sequence. As a consequence, a search space with several local optima must be sampled, leading to insucient sampling of this space, which is the main hindrance towards better predictions. Multi-Objective Optimization approaches, particularly the Evolutionary Algorithms, have been applied in protein structure prediction as it involves a compromise among conicting objectives. In this paper we present the ProtPred-PEO-GROMACS framework, or 3PG, which can not only make protein structure predictions with the same accuracy standards as those found in the literature, but also allows the study of protein structures by handling several energetic and structural objective combinations. Moreover, the 3PG framework facilitates the fast implementation of new objective options, method analysis and even new evolutionary algorithms. In this study, we perform a comparison between the NSGA-II and SPEA2 algorithms applied on six dierent combinations of objectives to the protein structure. Besides, the use of Molecular Dynamics simulations as a renement technique is assessed. The results were suitable when comparated with other prediction methodologies, such as: Multi-Objective Evolutionary Algorithms, Replica Exchange Molecular Dynamics, PEP-FOLD and Folding@Home.

Muitos problemas de otimização multi-objetivo utilizam os algoritmos evolutivos para encontrar as melhores soluções. Muitos desses algoritmos empregam as fronteiras de Pareto como estratégia para obter tais soluções. Entretando, conforme relatado na literatura, há a limitação da fronteira para problemas com até três objetivos, podendo tornar seu emprego insatisfatório para os problemas com quatro ou mais objetivos. Além disso, as propostas apresentadas muitas vezes eliminam o emprego dos algoritmos evolutivos, os quais utilizam tais fronteiras. Entretanto, as características dos algoritmos evolutivos os qualificam para ser empregados em problemas de otimização, como já vem sendo difundido pela literatura, evitando eliminá-lo por causa da limitação das fronteiras de Pareto. Assim sendo, neste trabalho se buscou eliminar as fronteiras de Pareto e para isso utilizou a lógica Fuzzy, mantendo-se assim o emprego dos algoritmos evolutivos. O problema escolhido para investigar essa substituição foi o problema de predição de estrutura terciária de proteínas, pois além de se encontrar em aberto é de suma relevância para a área de bioinformática. / Several multi-objective optimization problems utilize evolutionary algorithms to find the best solution. Some of these algoritms make use of the Pareto front as a strategy to find these solutions. However, according to the literature, the Pareto front limitation for problems with up to three objectives can make its employment unsatisfactory in problems with four or more objectives. Moreover, many authors, in most cases, propose to remove the evolutionay algorithms because of Pareto front limitation. Nevertheless, characteristics of evolutionay algorithms qualify them to be employed in optimization problems, as it has being spread out by literature, preventing to eliminate it because the Pareto front elimination. Thus being, this work investigated to remove the Pareto front and for this utilized the Fuzzy logic, remaining itself thus the employ of evolutionary algorithms. The choice problem to investigate this remove was the protein tertiary structure prediction, because it is a open problem and extremely relevance to bioinformatic area.

This research proposes, implements and analyses a novel framework for multiobjective optimisation through evolutionary computing aimed at, but not restricted to, real-world problems in the engineering design domain. Evolutionary algorithms have been used to tackle a variety of non-linear multiobjective optimisation problems successfully, but their success is governed by key parameters which have been shown to be sensitive to the nature of the particular problem, incorporating concerns such as the number of objectives and variables, and the size and topology of the search space, making it hard to determine the best settings in advance. This work describes a real-encoded multi-objective optimising evolutionary algorithm framework, incorporating a genetic algorithm, that uses self-adaptive mutation and crossover in an attempt to avoid such problems, and which has been benchmarked against both standard optimisation test problems in the literature and a real-world airfoil optimisation case. For this last case, the minimisation of drag and maximisation of lift coefficients of a well documented standard airfoil, the framework is integrated with a freeform deformation tool to manage the changes to the section geometry, and XFoil, a tool which evaluates the airfoil in terms of its aerodynamic efficiency. The performance of the framework on this problem is compared with those of two other heuristic MOO algorithms known to perform well, the Multi-Objective Tabu Search (MOTS) and NSGA-II, showing that this framework achieves better or at least no worse convergence. The framework of this research is then considered as a candidate for smart (electricity) grid optimisation. Power networks can be improved in both technical and economical terms by the inclusion of distributed generation which may include renewable energy sources. The essential problem in national power networks is that of power flow and in particular, optimal power flow calculations of alternating (or possibly, direct) current. The aims of this work are to propose and investigate a method to assist in the determination of the composition of optimal or high-performing power networks in terms of the type, number and location of the distributed generators, and to analyse the multi-dimensional results of the evolutionary computation component in order to reveal relationships between the network design vector elements and to identify possible further methods of improving models in future work. The results indicate that the method used is a feasible one for the achievement of these goals, and also for determining optimal flow capacities of transmission lines connecting the bus bars in the network.

Le passage de l'échelle des nouvelles plates-formes de calcul parallèle et distribué soulève de nombreux défis scientifiques. À terme, il est envisageable de voir apparaître des applications composées d'un milliard de processus exécutés sur des systèmes à un million de coeurs. Cette augmentation fulgurante du nombre de processeurs pose un défi de résilience incontournable, puisque ces applications devraient faire face à plusieurs pannes par jours. Pour assurer une bonne exécution dans ce contexte hautement perturbé par des interruptions, de nombreuses techniques de tolérance aux pannes telle que l'approche de sauvegarde et reprise (checkpoint) ont été imaginées et étudiées. Cependant, l'intégration de ces approches de tolérance aux pannes dans le couple formé par l'application et la plate-forme d'exécution soulève des problématiques d'optimisation pour déterminer le compromis entre le surcoût induit par le mécanisme de tolérance aux pannes d'un coté et l'impact des pannes sur l'exécution d'un autre coté. Dans la première partie de cette thèse nous concevons deux modèles de performance stochastique (minimisation de l'impact des pannes et du surcoût des points de sauvegarde sur l'espérance du temps de complétion de l'exécution en fonction de la distribution d'inter-arrivées des pannes). Dans la première variante l'objectif est la minimisation de l'espérance du temps de complétion en considérant que l'application est de nature préemptive. Nous exhibons dans ce cas de figure tout d'abord une expression analytique de la période de sauvegarde optimale quand le taux de panne et le surcoût des points de sauvegarde sont constants. Par contre dans le cas où le taux de panne ou les surcoûts des points de sauvegarde sont arbitraires nous présentons une approche numérique pour calculer l'ordonnancement optimal des points de sauvegarde. Dans la deuxième variante, l'objectif est la minimisation de l'espérance de la quantité totale de temps perdu avant la première panne en considérant les applications de nature non-préemptive. Dans ce cas de figure, nous démontrons tout d'abord que si les surcoûts des points sauvegarde sont arbitraires alors le problème du meilleur ordonnancement des points de sauvegarde est NP-complet. Ensuite, nous exhibons un schéma de programmation dynamique pour calculer un ordonnancement optimal. Dans la deuxième partie de cette thèse nous nous focalisons sur la conception des stratégies d'ordonnancement tolérant aux pannes qui optimisent à la fois le temps de complétion de la dernière tâche et la probabilité de succès de l'application. Nous mettons en évidence dans ce cas de figure qu'en fonction de la nature de la distribution de pannes, les deux objectifs à optimiser sont tantôt antagonistes, tantôt congruents. Ensuite en fonction de la nature de distribution de pannes nous donnons des approches d'ordonnancement avec des ratios de performance garantis par rapport aux deux objectifs. / The parallel computing platforms available today are increasingly larger. Typically the emerging parallel platforms will be composed of several millions of CPU cores running up to a billion of threads. This intensive growth of the number of parallel threads will make the application subject to more and more failures. Consequently it is necessary to develop efficient strategies providing safe and reliable completion for HPC parallel applications. Checkpointing is one of the most popular and efficient technique for developing fault-tolerant applications on such a context. However, checkpoint operations are costly in terms of time, computation and network communications. This will certainly affect the global performance of the application. In the first part of this thesis, we propose a performance model that expresses formally the checkpoint scheduling problem. Two variants of the problem have been considered. In the first variant, the objective is the minimization of the expected completion time. Under this model we prove that when the failure rate and the checkpoint cost are constant the optimal checkpoint strategy is necessarily periodic. For the general problem when the failure rate and the checkpoint cost are arbitrary we provide a numerical solution for the problem. In the second variant if the problem, we exhibit the tradeoff between the impact of the checkpoints operations and the lost computation due to failures. In particular, we prove that the checkpoint scheduling problem is NP-hard even in the simple case of uniform failure distribution. We also present a dynamic programming scheme for determining the optimal checkpointing times in all the variants of the problem. In the second part of this thesis, we design several fault tolerant scheduling algorithms that minimize the application makespan and in the same time maximize the application reliability. Mainly, in this part we point out that the growth rate of the failure distribution determines the relationship between both objectives. More precisely we show that when the failure rate is decreasing the two objectives are antagonist. In the second hand when the failure rate is increasing both objective are congruent. Finally, we provide approximation algorithms for both failure rate cases.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-20Bitstream added on 2014-06-13T19:28:05Z : No. of bitstreams: 1 zini_eoc_me_ilha.pdf: 1142984 bytes, checksum: 4ff93a7fe459a5a56e15da26b7a6dd45 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma metodologia composta de duas fases para resolver problemas de otimização com restrições usando uma estratégia multiobjetivo. Na primeira fase, o esforço concentra-se em encontrar, pelo menos, uma solução factível, descartando completamente a função objetivo. Na segunda fase, aborda-se o problema como biobjetivo, onde se busca a otimização da função objetivo original e maximizar o cumprimento das restrições. Na fase um propõe-se uma estratégia baseada na diminuição progressiva da tolerância de aceitação das restrições complexas para encontrar soluções factíveis. O desempenho do algoritmo é validado através de 11 casos testes bastantes conhecidos na literatura especializada. / This work presents a two-phase framework for solving constrained optimization problems using a multi-objective strategy. In the first phase, the objective function is completely disregarded and entire search effort is directed toward finding a single feasible solution. In the second phase, the problem is treated as a bi-objective optimization problem, where the technique converts constrained optimization to a two-objective optimization: one is the original objective function; the other is the degree function violating the constraints. In the first phase a methodology based on progressive decrease of the tolerance of acceptance of complex constrains is proposed in order to find feasible solutions. The approach is tested on 11 well-know benchmark functions.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-24Bitstream added on 2014-06-13T18:07:18Z : No. of bitstreams: 1 homem_tpd_me_bauru.pdf: 3557697 bytes, checksum: a1fa6fe9ed118fd4c4f8be6400b6d78f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo. Mas, existe uma grande preocupação com o sistema de colheita utilizado nesta cultura, pois é prática comum a colheita manual com a pré-queima do palhiço. Autoridades brasileiras têm aprovado leis proibindo a queimada nos canaviais. Entretanto, a colheita mecanizada, com cana-de-açúcar crua, cria novos problemas com a permanência do resíduo no solo. Assim, muitos estudos têm sido propostos para o uso deste resíduo para geração de energia. A maior dificuldade no uso desta biomassa está no custo de coletar e transferir o resíduo, do campo para o centro de processamento. Para análise da viabilidade deste sistema há a necessidade de um estudo do balanço de energia envolvido, devido ao grande número de maquinário utilizado no processo. O objetivo deste trabalho é investigar modelos matemáticos que auxiliem na escolha das variedades de cana-de-açúcar a serem implantadas, de forma a minimizar o custo de coleta da biomassa residual e avaliar o balanço de energia gerado, adicionado restrições sobre a produção de sacarose e limitações da área para plantio e considerando as distâncias entre os talhões e o centro de processamento. Para isto, técnicas de programação linear e inteira 0-1 foram utilizadas. A busca de soluções para problemas de programação inteira com grande número de variáveis e restrições é de difícil resolução, mas os resultados apresentados mostram que a utilização d eum procedimento híbrido envolvendo o método Primal-Dual de Pontos Interiores e o método Branch and Bound promove uma boa performance computacional, apresentando soluções confiáveis. Assim, o uso deste procedimento é viável para o auxílio na seleção de variedades, otimizando o custo do uso da biomassa residual de colheita ou o balanço de geração de energia / It is that Brazil is the world's largest sugar cane producer. But there is great concern about the harvesting system used in this culture, because it is a common practice to burn the straw before the barvest. Brazilian authorities have approved laws prohibiting the burning in the sugar cane fields. However, with mechanized harvesting of sugar cane raw creates new problems with the accumulation of the waste biomass in the ground. Many studies have been proposed to use this waste for energy generation. The greatest difficulty to use this biomass is in the cost of collect and transfer the residues from the field to the the processing center. To analyze the feasibility of this system, it is necessary a study of the involved energy balance, because of the large number of machines in the process. The aim of this study is to investigate mathematical models that help on choosing varieties of sugar cane to be planted, to minimize the cost of collect of residual biomass and to analyze the balance of power generated, adding restrictions on the production on the production of sucrose and limitations on the area for planting and considering the distances among the plots the processing center. To this, techniques of 0-1 integer linear programming were used. The search for solutions to integer programming problems with many variables and constraints its very hard, but the results show that the use of a hybrid procedure involving the Primal-Dual Interior Point method and Branch and Bound method promotes good performance computing, with reliable solutions. Thus, the use of this procedure is feasible to help on select of varieties, optimizing the cost of collect of the waste biomass or the the balance of power generation

Les problématiques liées au développement durable modifient fortement les habitudes des consommateurs ainsi que les stratégies des entreprises. Dans ce contexte, l’optimisation de la chaîne logistique avec prise en compte de critères de développement durable devient un défi majeur. Néanmoins, les travaux scientifiques basés sur des modèles quantitatifs sont encore rares. Nous contribuons donc à cette littérature en revisitant des modèles classiques d’optimisation de gestion de stock en prenant en compte des critères de développement durable. Nous sommes convaincus que les différents aspects du développement durable ne devraient pas être réduits à un seul objectif. Nous proposons donc une approche basée sur l’optimisation multi-objectif pour revisiter les modèles economic order quantity en mono- et multi-échelon. Ces modèles sont ensuite utilisés pour analyser les impacts de la coopération client-fournisseur ou de l’investissement dans des technologies vertes sur les performances de la chaîne logistique. Par ailleurs, les entreprises deviennent de plus en plus proactives vis-à-vis du développement durable. Nous proposons donc d’utiliser des méthodes d’aide multicritère à la décision au lieu de considérer le développement durable comme une contrainte dans les modèles. Dans cette optique, l’entreprise peut fournir des informations sur les compromis désirables entre les dimensions économiques, environnementales et sociales du développement durable afin d’obtenir rapidement une solution satisfaisante. / Sustainability concerns are increasingly shaping customers’ behavior as well as companies’ strategy. In this context, optimizing the supply chain with sustainability considerations is becoming a critical issue. However, work with quantitative models is still scarce. Our research contributes by revisiting classical inventory models taking sustainability concerns into account. We believe that reducing all aspects of sustainable development to a single objective is not desirable. We thus reformulate single and multi-echelon economic order quantity models as multi-objective problems. These models are then used to study several options such as buyer-supplier coordination or green technology investment. We also consider that firms are becoming increasingly proactive with respect to sustainability. We thus propose to apply multiple criteria decision aid techniques instead of considering sustainability as a constraint. In this sense, the firm may provide preference information about economic, environmental and social tradeoffs and quickly identify a satisfactory solution.

Este trabalho propõe o desenvolvimento de Algoritmos Evolutivos (AEs) para estimação dos parâmetros que modelam sinais elétricos (frequência, fase e amplitude) em tempo-real. A abordagem proposta deve ser robusta a ruídos e harmônicos em sinais distorcidos, por exemplo devido à presença de faltas na rede elétrica. AEs mostram vantagens para lidar com tais tipos de sinais. Por outro lado, esses algoritmos quando implementados em software não possibilitam respostas em tempo-real para uso da estimação como relé de frequência ou Unidade de Medição Fasorial. O desenvolvimento em FPGA apresentado nesse trabalho torna possível paralelizar o cálculo da estimação em hardware, viabilizando AEs para análise de sinal elétrico em tempo real. Além disso, mostra-se que AEs multiobjetivos podem extrair informações não evidentes das três fases do sistema e estimar os parâmetros adequadamente mesmo em casos em que as estimativas por fase divirjam entre si. Em outras palavras, as duas principais contribuições computacionais são: a paralelização do AE em hardware por meio de seu desenvolvimento em um circuito de FPGA otimizado a nível de operações lógicas básicas e a modelagem multiobjetiva do problema possibilitando análises dos sinais de cada fase, tanto independentemente quanto de forma agregada. Resultados experimentais mostram superioridade do método proposto em relação ao estimador baseado em transformada de Fourier para determinação de frequência e fase / This work proposes the development of Evolutionary Algorithms (EAs) for the estimation of the basic parameters from electrical signals (frequency, phase and amplitude) in real time. The proposed approach must be robust to noise and harmonics in signals distorted, for example, due to the presence of faults in the electrical network. EAs show advantages for dealing with these types of signals. On the other hand, these algorithms when implemented in software cant produce real-time responses in order to use their estimations as frequency relay or Phasor Measurement Unit. The approach developed on FPGA proposed in this work parallelizes in hardware the process of estimation, enabling analyses of electrical signals in real time. Furthermore, it is shown that multi-objective EAs can extract non-evident information from the three phases of the system and properly estimate parameters even when the phase estimates diverge from each other. This research proposes: the parallelization of an EA in hardware through its design on FPGA circuit optimized at level of basic logic operations and the modeling of the problem enabling multi-objective analyses of the signals from each phase in both independent and aggregate ways. Experimental results show the superiority of the proposed method compared to an estimator based on Fourier transform for determining frequency and phase

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T21:19:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Escobar_RobertoLuiz_M.pdf: 2961640 bytes, checksum: 516985920427d6083c04c1c5a22d6470 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Os sistemas mecânicos são projetados para desempenhar funções específicas, e por essa razão as suas funções devem ser medidas para garantir seu desempenho dentro de uma certa precisão ou tolerância. A grande complexidade em se projetar e analisar novos projetos é a inserção de novas tecnologias, que envolvem aspectos multidisciplinares. Assim, o desenvolvimento e melhoria de projetos e produtos colocam o engenheiro projetista frente às diversas fontes de variabilidade, como por exemplo, as propriedades dos materiais, condições operacionais e ambientais e incertezas nas suposições feitas sobre seu funcionamento. Em termos de modelagem matemática, as aproximações inerentes e hipóteses feitas durante a concepção do sistema, conduzem normalmente a diferentes respostas obtidas através de simulações e/ou medidas experimentais. Dessa forma, em uma fase anterior à modelagem matemática,durante a concepção do sistema ou produto, as aplicações de ferramentas estatísticas e métodos de otimização podem fornecer estimativas sobre faixas de valores ou valores ótimos para parâmetros significativos de projeto, dentro do espaço experimental estudado. Esse tipo de abordagem estatística teve sua fundamentação teórica durante as décadas de 20 e 30 por Fisher, com a aplicação da teoria estatística sob diversos aspectos, como por exemplo: testes de hipóteses, estimativa de parâmetros, seleção de modelos, planejamento experimental e, mais tarde, no controle e melhoria de processos e produtos. Assim, este trabalho propõe um procedimento de estudo e otimização, integrando a teoria de planejamento experimental, a metodologia da superfície de resposta e otimização multi-objetivos através de algoritmos genéticos, para se obter a otimização dos parâmetros de projeto de componentes mecânicos. Em específico, foram utilizados dados de um sistema rotor-mancal e o estudo implica em minimizar as amplitudes no domínio da freqüência. Outro objetivo deste trabalho, foi desenvolver um programa para otimização multi-objetivos através de algoritmos genéticos / Abstract: The mechanical systems are designed to be applied to any specific situations, and in this waytheir features should be measured to guarantee confidence to the systems. Their development and analysis expose the designer to a series of unknown parameters from several sources such as material properties, environmental and operational conditions. In terms of mathematical modeling, the inherent approximation and hypotheses made during system conception lead to different responses obtained by simulations and/or experimental measurements. So, in a previous phase of mathematical modeling, during the design analysis, the application of statistical tools and optimization methods is possible to estimate the values and/or ranges of the critical design parameters inside an experimental space. The connection between optimization and statistical data back at least to the early part of the 20th century and encompasses many aspects of applied and theoretical statistics, including hypothesis testing, parameter estimation, model selection, design of experiments and process and product control. So, this work proposes a link between theory of design of experiments, response surface methodology and multi-objective optimization using genetic algorithms, in order to optimize parameters for mechanical components. This study makes possible to verify the application of multi-objective optimization using genetic algorithms in design parameters and optimize them. A rotor-bearing system was used and amplitude in frequency domain was minimized. An experimental software for multi-objective optimization using genetic algorithm was developed. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-01-29T14:45:57Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Augusto Xavier Carneiro Pinho - 2015.pdf: 5478560 bytes, checksum: 3507be4593cbd586348d2f5a2bfe2f9f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-01T11:53:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Augusto Xavier Carneiro Pinho - 2015.pdf: 5478560 bytes, checksum: 3507be4593cbd586348d2f5a2bfe2f9f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-01T11:53:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Augusto Xavier Carneiro Pinho - 2015.pdf: 5478560 bytes, checksum: 3507be4593cbd586348d2f5a2bfe2f9f (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-04-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Optimization techniques have been widely used in different engineering applications. In the case of structural conception, these techniques can be applied from the architectural concept, determining, for example, bracing structures to setting the best topology for concrete structures, as those compared to strut and tie models. In this context, this thesis presents techniques applied to topology optimization in subsystems of buildings. It is also presented a new software tool, modelled in object-oriented programming, seeking the solution for topology optimization problems assembling various technical problems unified in a single approach. The software tool was used to determine the best shape to bracing frames on a building submited to different loading combinations as well to compare the strut and tie models to foundation blocks. Results were compared to literature review, validating the unified computational procedure. Strut and tie models found in literature were compared to piled foundation blocks varying the number of piles, and whose geometry for larger number of piles are still not clearly defined. / Técnicas de otimização têm sido especialmente utilizadas em diversos problemas de engenharia. No caso da concepção estrutural de grandes edifícios, essas técnicas podem ser utilizadas desde o partido arquitetônico. Neste caso, podem ser determinadas, por exemplo, estruturas de contraventamento. Outro exemplo é a aplicação da otimização de topologia para determinação do modelo de bielas e tirantes de estruturas de concreto armado. Neste trabalho, são utilizadas técnicas de otimização de topologia aplicadas em subsistemas de edifícios. Apresenta-se um software em linguagem de programação orientada a objeto para a solução de problemas de otimização de topologia em que são reunidas diferentes técnicas características do problema as quais são unificadas em uma única abordagem. Esse software é aplicado para determinar a melhor forma da estrutura de contraventamento de edifícios altos submetidos a diversas combinações de carregamentos e para determinação do modelo de bielas e tirantes de blocos de fundações. Os resultados encontrados validam a utilização da uma abordagem unificada já que são condizentes com a literatura. Os modelos de bielas e tirantes encontrados para os blocos de fundações são iguais aos modelos clássicos encontrados na literatura. Também foram estudados blocos de fundações com uma maior quantidade de estacas cujos modelos ainda não possuem geometria bem definida na literatura.