Orientador: Maria Aparecida Diniz Ehrhardt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-22T15:48:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cervelin_BrunoHenrique_M.pdf: 1935510 bytes, checksum: 91d17dd60bdd280c9eddd301cb3d2c24 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar alguns métodos de minimização irrestrita sem derivadas, tais como, Nelder-Mead, busca padrão e SID-PSM, assim como compará-los. Ainda pretendemos apresentar o problema de otimização de parâmetros de algoritmos, e aplicar o método SID-PSM de modo a encontrar parâmetros ótimos para o próprio método SID-PSM em relação ao número de avaliações de função que o método realiza. Os experimentos numéricos realizados mostram que o SID-PSM _e mais robusto e mais eficiente que os métodos clássicos sem derivadas (busca padrão e Nelder-Mead). Outros experimentos nos mostram o potencial do problema de otimização de parâmetros de algoritmos em melhorar tanto a eficiência quanto a robustez dos métodos / Abstract: The aim of this paper is to present some derivative-free methods for unconstrained minimization problems, such as Nelder-Mead, pattern search and SID-PSM, and compare them. We also intend to present the problem of optimal algorithmic parameters, and apply the method SID-PSM in order to find optimal parameters for the method SID-PSM itself in relation to the number of function evaluations performed by the method. The numerical experiments performed show that the SID-PSM is more robust and more efficient than the classical derivative-free methods (pattern search and Nelder-Mead). Other experiments show us the potential of the problem of optimal algorithmic parameters to improve both the efficiency and the robustness of the methods / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la biologie des systèmes et porte plus particulièrement sur un problème relatif aux réseaux biologiques hétérogènes. Elle se concentre sur les relations entre le métabolisme et le contexte génomique, en utilisant une approche de fouille de graphes.Il est communément admis que des étapes enzymatiques successives impliquant des produits de gènes situés à proximité sur le chromosome traduisent un avantage évolutif du maintien de cette relation de voisinage au niveau métabolique ainsi que génomique. En conséquence, nous choisissons de nous concentrer sur la détection de réactions voisines catalysées par des produits de gènes voisins, où la notion de voisinage peut être modulée en autorisant que certaines réactions et/ou gènes soient omis. Plus spécifiquement, les motifs recherchés sont des trails de réactions (c'est-à-dire des séquences de réactions pouvant répéter des réactions, mais pas les liens entre elles) catalysées par des produits de gènes voisins. De tels motifs de voisinage sont appelés des motifs métaboliques et génomiques.De plus, on s'intéresse aux motifs de voisinage métabolique et génomique conservés, c'est-à-dire à des motifs similaires pour plusieurs espèces. Parmi les variations considérées pour un motif conservé, on considère l'absence/présence de réactions et/ou de gènes, ou leur ordre différent.Dans un premier temps, nous proposons des algorithmes et des méthodes afin d'identifier des motifs de voisinage métabolique et génomique conservés. Ces méthodes sont implémentées dans le pipeline libre CoMetGeNe (COnserved METabolic and GEnomic NEighborhoods). À l'aide de CoMetGeNe, on analyse une sélection de 50 espèces bactériennes, en utilisant des données issues de la base de connaissances KEGG.Dans un second temps, un développement de la détection de motifs conservés est exploré en prenant en compte la similarité chimique entre réactions. Il permet de mettre en évidence une classe de modules métaboliques conservés, caractérisée par le voisinage des gènes intervenants. / This thesis fits within the field of systems biology and addresses a problem related to heterogeneous biological networks. It focuses on the relationship between metabolism and genomic context through a graph mining approach.It is well-known that succeeding enzymatic steps involving products of genes in close proximity on the chromosome translate an evolutionary advantage in maintaining this neighborhood relationship at both the metabolic and genomic levels. We therefore choose to focus on the detection of neighboring reactions being catalyzed by products of neighboring genes, where the notion of neighborhood may be modulated by allowing the omission of several reactions and/or genes. More specifically, the sought motifs are trails of reactions (meaning reaction sequences in which reactions may be repeated, but not the links between them). Such neighborhood motifs are referred to as metabolic and genomic patterns.In addition, we are also interested in detecting conserved metabolic and genomic patterns, meaning similar patterns across multiple species. Among the possible variations for a conserved pattern, the presence/absence of reactions and/or genes may be considered, or the different order of reactions and/or genes.A first development proposes algorithms and methods for the identification of conserved metabolic and genomic patterns. These methods are implemented in an open-source pipeline called CoMetGeNe (COnserved METabolic and GEnomic NEighborhoods). By means of this pipeline, we analyze a data set of 50 bacterial species, using data extracted from the KEGG knowledge base.A second development explores the detection of conserved patterns by taking into account the chemical similarity between reactions. This allows for the detection of a class of conserved metabolic modules in which neighboring genes are involved.

This research encompasses the automated design and structural optimization of reinforced concrete slab frame bridges, considering investment costs and environmental impacts. The most important feature of this work is that it focusses on realistic and complete models of slab frame bridges rather than on optimization of only individual members or sections of a bridge. The thesis consists of an extended summary of publications and three appended papers. In the first paper, using simple assumptions, the possibility of applying cost-optimization to the structural design of slab frame bridges was investigated. The results of the optimization of an existing constructed bridge showed the potential to reduce the investment cost of slab frame bridges. The procedure was further developed in the second paper. In this paper, automated design was integrated to a more refined cost-optimization methodology based on more detailed assumptions and including extra constructability factors. This procedure was then applied to a bridge under design, before its construction. From the point of view of sustainability, bridge design should not only consider criteria such as cost but also environmental performance. The third paper thus integrated life cycle assessment (LCA) with the design optimization procedure to perform environmental impact optimization of the same case study bridge as in the second paper. The results of investment cost and environmental impact optimization were then compared. The obtained results presented in the appended papers highlight the successful application of optimization techniques to the structural design of reinforced concrete slab frame bridges. Moreover, the results indicate that a multi-objective optimization that simultaneously considers both environmental impacts and investment cost is necessary in order to generate more sustainable designs. The presented methodology has been applied to the design process for a time-effective, sustainable, and optimal design of concrete slab frame bridges. / <p>QC 20170316</p>

Le système électrique ferroviaire est composé d'un ensemble de conducteurs métalliques de différentes natures et ayant, pour la plupart d'entre eux, la particularité d'avoir une longueur très importante par rapport aux dimensions transversales. Cet ensemble de conducteurs est inséré dans un environnement complexe composé de plusieurs autres éléments, tel que le réseau de transport d'énergie à haute tension, le réseau de gaz, le réseau des télécommunications, ainsi que des habitations, des passagers, des rivières, des fermes, etc. Pour assurer sa bonne compatibilité électromagnétique avec l'environnement, il est important de limiter les niveaux d'émissions électromagnétiques provenant du système ferroviaire qui pourraient perturber les éléments extérieurs ou mettre en danger des personnes. En même temps, il est important que le système ferroviaire soit suffisamment immunisé contre des éventuelles perturbations externes, de façon à assurer le bon fonctionnement des installations ferroviaires et la sécurité des passagers et du personnel. Parmi les types de perturbations électromagnétiques existant, les Élévations de Potentiel de Sol (EPS) méritent une attention particulière. Le sol naturel est un milieu conducteur de très grande taille. Il est souvent utilisé pour drainer des excès de charges électriques d'un système quelconque, ainsi comme un milieu d'échange de courant électrique entre des systèmes qui sont à des potentiels électriques différents.Des protections sont alors systématiquement installées de sorte à limiter l'impact des EPS sur les éléments voisins. Ces protections ont souvent un coût d'installation et de maintenance très élevé pour le système ferroviaire; elles doivent être optimisées au cas par cas, de façon à garantir la sécurité des personnes et le bon fonctionnement des équipements, et en même temps rester financièrement accessibles. La majorité des méthodes existantes aujourd'hui pour le calcul des EPS ne permet pas la prise en compte de tous ces facteurs. Elles se limitent à intégrer le sol de façon passive, et en général en le modélisant de nature homogène ou quasi-homogène.Dans cette optique, nous proposons une nouvelle méthode pour le calcul des EPS, plus complète et par conséquent plus précise que celles existantes aujourd'hui. Cette méthode permet d'intégrer dans la modélisation la présence d'un sol hétérogène multicouche, construit à partir de mesures réalisées sur le terrain et spécifiques à chaque contexte de sol. La présence de conducteurs enterrés dans la région de l'EPS est tenue en compte dans un modèle multiconducteur qui permet intégrer en même temps tous les conducteurs de la zone. La méthode développée est particulièrement dédiée au calcul des EPS en contexte ferroviaire. Cette approche s'appuie sur une méthode hybride qui prend en compte les phénomènes d'induction et de conduction dans un système multiconducteurs et qui intègre la présence d'un sol multicouche. Ce type d'approche s'est déjà avéré pertinent dans le cadre de l'étude des interactions entre des perturbations électromagnétiques générées par une ligne à haute tension et des canalisations enterrées. Notre méthode est dans un premier temps validée dans des configurations académiques puis mise en œuvre dans l'étude de sites ferroviaires où des comparaisons avec des mesures sont présentées. / The railway electrical system is composed of multiple metallic conductors of different kinds and having, for most of them, the particularity of being very long in comparison with its perpendicular dimensions. This set of conductors is integrated in a complex environment composed of many other elements, such as power transmission lines, pipelines, telecommunication lines, but also houses, people, rivers, farms, etc. To assure its electromagnetic compatibility with its environment, it is important to restrict the level of hazardous electromagnetic emissions coming from railway system that could disturb neighboring systems or risk people’s safety. At the same time, it is important that railway system is immunized against electromagnetic emissions coming from its neighbor, in order to assure the correct functioning of railway installations and the safety of passengers and staff. Among the different kinds of electromagnetic perturbations, the Ground Potential Rising (GPR) deserves a special treatment. The natural ground is a conductor environment of great size. It is often used to drain excessive electric charges from systems, and also as an environment allowing electrical charges exchange between systems in different electrical potential.Protections are then systematically deployed in order to limit the impact of GPR on neighboring elements. In the case of railway system, these protections have a very high cost of installation and maintenance. They must be optimized on a case to case basis, in order to assure security of people and equipments but also to be affordable.The majority of methods to calculate GPR don’t allow the integration of the complex electric environment of the ground. Most of them integrate the ground in a passive way, most of the time being a homogeneous ground.In this regard, we propose a new method of GPR calculation, more complete so more precise than what is used today. This method allows the integration into the model of a heterogeneous multilayer ground, built after measurements that have to be done on a case to case basis. The presence of buried conductors in the area of the GPR is also taken into account in a multiconductor model, which integrates at the same time all the conductors inside the zone.The method that we developed gets its full meaning when applied to GPR in railway context, thanks to the presence of many buried cables in the same environment. This approach is based on a hybrid method that takes into account induction and conduction phenomena in a multiconductor system and integrating a multilayer ground. This kind of approach has already been used in the calculation of electromagnetic induction between a power line and a pipeline. We first validated our method by calculating GPR in simple configurations. We then applied our calculations in order to calculate GPR in a railway context, which was then compared with measurements.