Orientador: João Meidanis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T17:01:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Feijao_PedroCipriano_D.pdf: 1943126 bytes, checksum: 4c547e8c568bbd0f2eb8235dfde05524 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Rearranjo de genomas é o nome dado a eventos onde grandes blocos de DNA trocam de posição durante o processo evolutivo. Com a crescente disponibilidade de sequências completas de DNA, a análise desse tipo de eventos pode ser uma importante ferramenta para o entendimento da genômica evolutiva. Vários modelos matemáticos de rearranjo de genomas foram propostos ao longo dos últimos vinte anos. Nesta tese, desenvolvemos dois novos modelos. O primeiro foi proposto como uma definição alternativa ao conceito de distância de breakpoint. Essa distância é uma das mais simples medidas de rearranjo, mas ainda não há um consenso quanto à sua definição para o caso de genomas multi-cromossomais. Pevzner e Tesler deram uma definição em 2003 e Tannier et al. a definiram de forma diferente em 2008. Nesta tese, nós desenvolvemos uma outra alternativa, chamada de single-cut-or-join (SCJ). Nós mostramos que, no modelo SCJ, além da distância, vários problemas clássicos de rearranjo, como a mediana de rearranjo, genome halving e pequena parcimônia são fáceis, e apresentamos algoritmos polinomiais para eles. O segundo modelo que apresentamos é o formalismo algébrico por adjacências, uma extensão do formalismo algébrico proposto por Meidanis e Dias, que permite a modelagem de cromossomos lineares. Esta era a principal limitação do formalismo original, que só tratava de cromossomos circulares. Apresentamos algoritmos polinomiais para o cálculo da distância algébrica e também para encontrar cenários de rearranjo entre dois genomas. Também mostramos como calcular a distância algébrica através do grafo de adjacências, para facilitar a comparação com outras distâncias de rearranjo. Por fim, mostramos como modelar todas as operações clássicas de rearranjo de genomas utilizando o formalismo algébrico / Abstract: Genome rearrangements are events where large blocks of DNA exchange places during evolution. With the growing availability of whole genome data, the analysis of these events can be a very important and promising tool for understanding evolutionary genomics. Several mathematical models of genome rearrangement have been proposed in the last 20 years. In this thesis, we propose two new rearrangement models. The first was introduced as an alternative definition of the breakpoint distance. The breakpoint distance is one of the most straightforward genome comparison measures, but when it comes to defining it precisely for multichromosomal genomes, there is more than one way to go about it. Pevzner and Tesler gave a definition in a 2003 paper, and Tannier et al. defined it differently in 2008. In this thesis we provide yet another alternative, calling it single-cut-or-join (SCJ). We show that several genome rearrangement problems, such as genome median, genome halving and small parsimony, become easy for SCJ, and provide polynomial time algorithms for them. The second model we introduce is the Adjacency Algebraic Theory, an extension of the Algebraic Formalism proposed by Meidanis and Dias that allows the modeling of linear chromosomes, the main limitation of the original formalism, which could deal with circular chromosomes only. We believe that the algebraic formalism is an interesting alternative for solving rearrangement problems, with a different perspective that could complement the more commonly used combinatorial graph-theoretic approach. We present polynomial time algorithms to compute the algebraic distance and find rearrangement scenarios between two genomes. We show how to compute the rearrangement distance from the adjacency graph, for an easier comparison with other rearrangement distances. Finally, we show how all classic rearrangement operations can be modeled using the algebraic theory / Doutorado / Ciência da Computação / Doutor em Ciência da Computação

Estudamos o problema de obtenção de estimadores/preditores ótimos para combinações lineares de respostas coletadas de uma população finita por meio de amostragem aleatória simples. Nesse contexto, estendemos o modelo misto para populações finitas proposto por Stanek, Singer & Lencina (2004, Journal of Statistical Planning and Inference) para casos em que se incluem erros de medida (endógenos e exógenos) e informação auxiliar. Admitindo que as variâncias são conhecidas, mostramos que os estimadores/preditores propostos têm erro quadrático médio menor dentro da classe dos estimadores lineares não viciados. Por meio de estudos de simulação, comparamos o desempenho desses estimadores/preditores empíricos, i.e., obtidos com a substituição das componentes de variância por estimativas, com aquele de competidores tradicionais. Também, estendemos esses modelos para análise de estudos com estrutura do tipo pré-teste/pós-teste. Também por intermédio de simulação, comparamos o desempenho dos estimadores empíricos com o desempenho do estimador obtido por meio de técnicas clássicas de análise de medidas repetidas e com o desempenho do estimador obtido via análise de covariância por meio de mínimos quadrados, concluindo que os estimadores/ preditores empíricos apresentaram um menor erro quadrático médio e menor vício. Em geral, sugerimos o emprego dos estimadores/preditores empíricos propostos para dados com distribuição assimétrica ou amostras pequenas. / We consider optimal estimation of finite population parameters with data obtained via simple random samples. In this context, we extend a finite population mixed model proposed by Stanek, Singer & Lencina (2004, Journal of Statistical Planning and Inference) by including measurement errors (endogenous or exogenous) and auxiliary information. Assuming that variance components are known, we show that the proposed estimators/predictors have the smallest mean squared error in the class of unbiased estimators. Using simulation studies, we compare the performance of the empirical estimators/predictors obtained by replacing variance components with estimates with the performance of a traditional estimator. We also extend the finite population mixed model to data obtained via pretest-posttest designs. Through simulation studies, we compare the performance of the empirical estimator of the difference in gain between groups with the performance of the usual repeated measures estimator and with the performance of the usual analysis of covariance estimator obtained via ordinary least squares. The empirical estimator has smaller mean squared error and bias than the alternative estimators under consideration. In general, we recommend the use of the proposed estimators/ predictors for either asymmetric response distributions or small samples.

Estudamos o problema de obtenção de estimadores/preditores ótimos para combinações lineares de respostas coletadas de uma população finita por meio de amostragem aleatória simples. Nesse contexto, estendemos o modelo misto para populações finitas proposto por Stanek, Singer & Lencina (2004, Journal of Statistical Planning and Inference) para casos em que se incluem erros de medida (endógenos e exógenos) e informação auxiliar. Admitindo que as variâncias são conhecidas, mostramos que os estimadores/preditores propostos têm erro quadrático médio menor dentro da classe dos estimadores lineares não viciados. Por meio de estudos de simulação, comparamos o desempenho desses estimadores/preditores empíricos, i.e., obtidos com a substituição das componentes de variância por estimativas, com aquele de competidores tradicionais. Também, estendemos esses modelos para análise de estudos com estrutura do tipo pré-teste/pós-teste. Também por intermédio de simulação, comparamos o desempenho dos estimadores empíricos com o desempenho do estimador obtido por meio de técnicas clássicas de análise de medidas repetidas e com o desempenho do estimador obtido via análise de covariância por meio de mínimos quadrados, concluindo que os estimadores/ preditores empíricos apresentaram um menor erro quadrático médio e menor vício. Em geral, sugerimos o emprego dos estimadores/preditores empíricos propostos para dados com distribuição assimétrica ou amostras pequenas. / We consider optimal estimation of finite population parameters with data obtained via simple random samples. In this context, we extend a finite population mixed model proposed by Stanek, Singer & Lencina (2004, Journal of Statistical Planning and Inference) by including measurement errors (endogenous or exogenous) and auxiliary information. Assuming that variance components are known, we show that the proposed estimators/predictors have the smallest mean squared error in the class of unbiased estimators. Using simulation studies, we compare the performance of the empirical estimators/predictors obtained by replacing variance components with estimates with the performance of a traditional estimator. We also extend the finite population mixed model to data obtained via pretest-posttest designs. Through simulation studies, we compare the performance of the empirical estimator of the difference in gain between groups with the performance of the usual repeated measures estimator and with the performance of the usual analysis of covariance estimator obtained via ordinary least squares. The empirical estimator has smaller mean squared error and bias than the alternative estimators under consideration. In general, we recommend the use of the proposed estimators/ predictors for either asymmetric response distributions or small samples.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-09-13T18:01:57Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roney Lopes Lima - 2017.pdf: 3471034 bytes, checksum: 2dd29fe3cd16f3d5ac0ddabf0ce316b4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-19T14:01:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roney Lopes Lima - 2017.pdf: 3471034 bytes, checksum: 2dd29fe3cd16f3d5ac0ddabf0ce316b4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T14:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roney Lopes Lima - 2017.pdf: 3471034 bytes, checksum: 2dd29fe3cd16f3d5ac0ddabf0ce316b4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The application of Evolutionary Algorithms in the solution of problems characterized by the unviability through deterministic methods, has made this technique a vast object investigated. Its application to Network Design Problems (NDPs), has been specially studied. NDPs are characterized by modeling real world problems related to network design applied to resource distribution, logistics, telecommunications, routing and even social networks. The solution to these problems involves searching for a graph such as trees that meets criteria for cost minimization, availability, scaling among other constraints that make them complex. The application of Evolutionary Agorithms to NDPs requires a Representation that codes solutions properly towards to these problems. The Node-Depth Encoding (NDE) has been studied and presented results that have aroused the attention of researchers in this topic. In this work, we propose the development of a new recombination operator for NDE called NCX, based on the permutation recombination operator CX. In addition, a method is proposed for correction of infeasible solutions due to an invalid depth for a position in the array. The correction method is applied to both NCX, NOX and NPBX. The operators with their methods of correction are validated for the bias and heritability properties and finally are applied to the Bounded Diameter Minimmum Spanning Tree (BDMSTP) through Evolutionary Algorithms developed for this NDP. The results show that the operators have bias towards to star like trees and good heritability of the edges and depths of the vertices. The developed operators also showed competitiveness when applied to the BDMSTP, even surpassing other representations in the quality of the solutions. / A aplicação de Algoritmos Evolutivos na resolução de problemas caracterizados pela inviabilidade de solução através de métodos determinísticos, fez dessa técnica um objeto vastamente investigado. Sua aplicação para Problemas de Projeto de Redes (PPRs), tem sido especialmente estudada. PPRs são caracterizados por modelar problemas reais relacionados a design de redes aplicados a distribuição de recursos, logística, telecomunicações, roteamento e até mesmo redes sociais. A solução desses problemas envolve a busca de um grafo como uma árvore por exemplo que atenda a critérios de minimização de custos, disponibilidade, escala entre outras restrições que os tornam complexos. A aplicação de Algoritmos Evolutivos a PPRs demanda a utilização de uma Representação que codifique adequadamente soluções para esses problemas. A Representação Nó-Profundidade (RNP) tem sido estudada e apresentado resultados que despertaram a atenção dos pesquisadores nesse tema. Neste trabalho, propõe-se o desenvolvimento de um novo operador de recombinação para a RNP chamado NCX, com base no operador CX de recombinação em permutações. Além disso, é proposto um método para correção de soluções infactíveis devido a profundidade inválida para a posição no \textit{array}. O método de correção é aplicado tanto para NCX, quanto para outros dois operadores de recombinação já desenvolvidos para a RNP, o NOX cujo funcioamento é inspirado no operador OX, e NPBX cujo funcionamento é inspirado no operador PBX. Os operadores com os seus devidos métodos de correção são validados para as propriedades tendência e hereditariedade e por fim são aplicados ao Problema da Árvore Geradora Mínima com Restrição de Diâmetro (BDMSTP) através de Algoritmos Evolutivos desenvolvidos para esse PPR. Os resultados mostram que os operadores possuem tendência para árvores estrela e boa hereditariedade das arestas e das profundidades dos vértices. Os operadores desenvolvidos também mostraram competitividade ao serem aplicados ao BDMSTP, chegando a superar outras representações em qualidade das soluções.