Conforme diversos artigos, as sequênncias de DNA apresentam longa dependência, isto é, mesmo para tempos bastante distantes entre si, a correlação entre as variáveis aleatórias é não desprezível. Neste trabalho, verificamos se esta longa dependência pode ser explicada pelos processos auto-regressivos médias móveis fracionariamente integráveis (ARFIMA(p; d; q)), através da análise de diversas sequências de DNA em todos os domínios da vida. Para estimar o parâmetro de diferenciação d utilizamos os seguintes métodos de estimação: semiparamétrico baseado na equação de regressão linear utilizando a função periodograma, em versão clássica e robusta; o da máxima verossimilhança (ver Fox e Taqqu, 1986), utilizando a aproximação sugerida por Whittle (1953) e o método semiparamétrico R/S(n), proposto por Hurst (1951). O objetivo principal deste trabalho é analisar o método da análise de flutuações destendenciadas ("Detrended Fluctuation Analysis" - DFA), pro- posto por Peng et al. (1994). Este método é estabelecido como uma importante ferramenta para detectar longa dependência em séries temporais não estacionárias. Descrevemos o método DFA e analisamos sua consistência e distribuição assintótica como um estimador para o parâmetro fracionário d. / In the literature it is stated that the DNA sequences present the long- range dependence property. In this work, we analyze this long dependence property in view of the autoregressive moving average fractionally integrated ARFIMA (p; d; q) processes through the analysis of several DNA sequences in all life domain. For estimating the fractional parameter d we consider the following estimation methods: the semiparametric regression method based on the periodogram function, in both classical and robust version; the maximum likelihood method (see Fox and Taqqu, 1986), by considering the approximation suggested by Whittle (1953) and the semiparametric R/S(n) method, proposed by Hurst (1951). The main goal of this work is to consider the detrended °uctuation analysis (DFA), proposed by Peng et al. (1994). This is a well known method for analyzing the long-range dependence in non-stationary time series. In this work we describe the DFA method and we prove its consistency and its asymptotic distribution as an estimator for the fractional parameter d.

Neste trabalho formulamos uma versão do princípio variacional de pressão no contexto de operadores densidade em mecânica quântica. Tal princípio relaciona um potencial e um conceito de entropia, que é induzido por um sistema de funções iteradas quântico (QIFS), de forma análoga ao que é feito em formalismo termodinâmico com a entropia métrica do operador shift e um potencial contínuo. Iremos definir um conceito de processo estocástico quântico induzido por tais QIFS de forma natural, e faremos considerações sobre funções de Wigner discretas e certos canais quânticos obtidos no nosso contexto. / In this work we formulate a version of the variational principle of pressure in the context of density operators in quantum mechanics. Such principle relates a potential and a concept of entropy, which is induced by a quantum iterated function system (QIFS), in a way which is analogous to what is done in thermodynamic formalism with the metric entropy of the shift operator and a continuous potential. We will de ne a concept of quantum stochastic process induced by such QIFS in a natural way, and we make some considerations on discrete Wigner functions and certain quantum channels obtained in our setting.

Neste trabalho analisamos processos de longa dependência com parâmetro fracionário variando no tempo. Estes processos exibem dois comportamentos de longa dependência distintos: até uma certa observação k, o parâmetro de longa dependência do processo tem valor A partir da observação k + 1, este parâmetro assume um valor d(2). Propomos neste trabalho um estimador para localizar o ponto de mudança de regime k. Apresentamos simulações de Monte Cario para as estimações dos parâmetros k, (i(1) e 5 = d(2) - d(1). / In this work we analyze long memory processes with fractional parameter varying in time. These processes show two long memory behaviors: until a certain observation k, the fractional parameter of the process has d(1) value. From the observation fc + 1, this parameter takes the ri(2) value. In this work we propose an estimator to locate the regime-change point k. We present Monte Cario simulations for estimation of the parameters k, ri(1) and = ^(2) _ (^(1).

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[pt] A volatilidade de uma série temporal financeira é um parâmetro importante de modelagem do mercado financeiro. Ela controla a medida de risco associado à dinâmica de preços do título financeiro, afetando assim o preço racional dos derivativos. A volatilidade de um ativo financeiro é uma quantidade estatística que descreve a magnitude típica das variações de preços do ativo. Por sua vez, existe uma grande evidência empírica que a volatilidade segue também um processo estocástico subjacente ao dos preços. Nesta dissertação, investigamos a série histórica do IBOVESPA. Utilizamos diferentes metodologias para estimar a volatilidade a partir dos dados empíricos das flutuações do índice de preços. Comparamos em cada caso a função densidade de probabilidade (pdf) da volatilidade histórica diária com as previsões teóricas de vários modelos de volatilidade estocástica propostas na literatura financeira. Os modelos considerados descrevem processos estocásticos de reversão à média. As equações diferenciais estocásticas de Itô associadas possuem três parâmetros: dois parâmetros que controlam o processo de reversão à média (valor médio de longo prazo da volatilidade e taxa no tempo da reversão das flutuações para este valor médio) e um parâmetro que descreve a amplitude do processo difusivo de Wiener. As pdfs estacionárias destes modelos são obtidas através de testes de hipótese. A partir destes resultados, analisamos a validade dos modelos de volatilidade estocástica estudados na descrição dos dados empíricos do IBOVESPA. / [en] The volatility of a financial time series is a key variable in the modeling of the financial markets. It controls the risk measure associated with the dynamics of price of a financial asset and also affects the rational price of derivative products. The volatility of a financial asset is a statistical quantity that describes the characteristic magnitude of price changes of the asset. On the other hand, there is empirical evidence that volatility itself follows a stochastic process underlined to the price process. In this thesis, we investigate the historical series of IBOVESPA. Different methodologies were used to estimate volatility from the empirical data of the fluctuation of the index of prices. In each case, we compare the probability density function (pdf) of daily historical volatility with the theoretical results from several stochastic volatility models proposed in the financial literature. The models considered here describe mean reverting stochastic processes. The associated stochastic differential Itô equations have three parameters: two parameters controlling the mean reverting process (the long run volatility mean and the time rate of reversion of the fluctuations to this mean) and one parameter describing the amplitude of a diffusive Wiener process. The stationary pdfs of the models are obtained through tests of hypothesis. From these results, we analyze the validity of the studied volatility stochastic models in describing the empirical IBOVESPA data.

[pt] O objetivo dessa dissertação é inferir o caráter das forças que governam os sistemas complexos modelados por equações de Langevin, utilizando quantificadores provenientes da teoria de informação. Avaliamos em detalhes as medidas de entropia de permutação (PE) e de complexidade estatística de permutação (PSC) para duas classes de similaridade de modelos estocásticos, caracterizadas por propriedades de arrasto ou de reversão, respectivamente, empregando-as como referência para a inspeção de séries reais. Encontramos novos parâmetros relevantes dos modelos para as medidas de PE e PSC, em relação a medidas tradicionais de entropia. Determinamos as curvas de PE e PSC de acordo com esses parâmetros para diferentes ordens de permutação n e inferimos as medidas limites para uma ordem arbitrariamente grande. Apesar de a medida PSC apresentar comportamento fortemente dependente da ordem de permutação considerada, encontramos um importante resultado n-invariante, que permite identificar a natureza (de arrasto ou de reversão) das fontes determinísticas subjacentes ao sinal complexo. Concluímos investigando a presença de tendências locais em séries de preços de ações. / [en] The scope of this dissertation is to infer the character of the forces controlling complex systems modeled by Langevin equations, by recourse to information-theory quantifiers. We evaluate in detail the permutation entropy (PE) and the permutation statistical complexity (PSC) measures for two classes of similarity of stochastic models characterized by drifting and reversion properties, respectively, employing them as a framework for the inspection of real series. We found new relevant model parameters for PE and PSC measures as compared to standard entropy measures. We determine the PE and PSC curves according to these parameters for different permutation orders n and infer the limiting measures for arbitrary large order. Although the PSC measure presents a strongly scaledependent behavior, a key n-invariant outcome arises, enabling one to identify the nature (drifting or reversion) of the deterministic sources underlying the complex signal. We conclude by investigating the presence of local trends in stock price series.

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-08-10T18:45:47Z No. of bitstreams: 1 tese_caio_cesar_graciani_rodrigues.pdf: 1550607 bytes, checksum: 740cf1e87f2a897b734accc7abd6ec11 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-08-10T18:45:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tese_caio_cesar_graciani_rodrigues.pdf: 1550607 bytes, checksum: 740cf1e87f2a897b734accc7abd6ec11 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-10T18:46:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_caio_cesar_graciani_rodrigues.pdf: 1550607 bytes, checksum: 740cf1e87f2a897b734accc7abd6ec11 (MD5) Previous issue date: 2017-04-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) / Over the past few decades, the study of systems subjected to abrupt changes in their structures has consolidated as a significant area of research, due, in part, to the increasing importance of dealing with the occurrence of random failures in complex systems. In this context, Markov jump linear system (MJLS) comes up as an approach of central interest, as a means of representing these dynamics. Among the numerous works that seek to establish design methods for control and filtering considering this class of systems, the scarcity of literature related to the partial observation scenarios is noticeable. This thesis features contributions to the H1 control and filtering for continuous-time MJLS with partial mode information. In order to overcome the challenge regarding the lack of information of the current state of the Markov chain, we use a detector-based formulation. In this formulation, we assume the existence of a detector, available at all times, which provides partial information about the operating mode of the jump process. A favorable feature of this strategy is that it allows us to recover (without being limited to) some recent results of partial information scenarios in which we have an explicit solution, such as the cases of complete information, mode-independent and cluster observations. Our results comprise a new bounded real lemma followed by the design of controllers and filters driven only by the informations given by the detector. Both, the H1 analysis and the design methods presented are established through the solutions of linear matrix inequalities. In addition, numerical simulations are also presented encompassing the H1 performance for particular structures of the detector process. From an application point of view, we highlight some examples related to the linearized dynamics for an unmanned aerial vehicle. / Nas últimas décadas, o estudo de sistemas cujas estruturas estão sujeitas a mudanças abruptas de comportamento tem se consolidado como uma significante área de pesquisa, devido, em parte, pela importância crescente de lidar com a ocorrência de falhas aleatórias em sistemas complexos. Neste contexto, os sistemas lineares com salto Markoviano (SLSM) surgem como uma abordagem de interesse central, como um meio de representar estas dinâmicas. Dentre os inúmeros trabalhos que buscam estabelecer técnicas de controle e filtragem considerando esta classe de sistemas, a escassez de literatura relacionada ao cenário de observações parciais é perceptível. Esta tese apresenta novos resultados de controle e filtragem H1 para SLSM a tempo contínuo e observações parciais no modo de operação. A fim de superar o desafio quanto a falta de informações do atual estado da cadeia de Markov, utilizamos uma formulação baseada em um detector. Com esta abordagem, assumimos a existência de um detector, disponível em todo instante de tempo, que fornece informações a respeito do modo de operação do processo de salto. Uma favorável característica desta estratégia é a de nos possibilitar o resgate (sem estar-se limitado a eles) de alguns resultados recentes dos cenários de informações parciais nos quais temos uma solução explícita, como os casos de informações completas, independentes do modo e cluster de observações. Os nossos resultados compreendem um novo bounded real lemma seguido do projeto de controladores e filtros que usam apenas as informações do detector. Tanto a análise H1 quanto os métodos de projeto apresentados são estabelecidos através da soluções de inequações matriciais lineares. Adicionalmente, também são apresentadas simulações numéricas que mostram a performance H1 para estruturas particulares do detector. Sob o ponto de vista de aplicações, destacamos os exemplos relacionados a dinâmicas linearizadas para um avião aéreo não tripulado.

Neste trabalho, uma análise quantitativa e qualitativa para a estabilização dinâmica de um pêndulo invertido com uma força externa senoidal aplicada no ponto de suspensão é feita. Inicialmente, a perturbação externa é composta de um único cosseno, então uma generalização é feita, usando uma soma de N cossenos com diferentes amplitudes e frequências. Aproximações são testadas e o tempo durante o qual o pêndulo invertido permanece estável é explorado quando N é grande, a fim de recuperar o padrão do caso onde N = 1. O caso específico de oscilações periódicas e quase periódicas, quando N = 2, é analisado e diagramas de estabilidade considerando diferentes frequências e amplitudes são estudados. Depois, um ruído Gaussiano additivo é adicionado ao sistema para que a degradação dos diagramas de estabilidade gerados por variâncias diferentes possam ser estudados. Todos os pontos deste trabalho são corroborados por simulações, as quais integram numericamente as equações de movimento do sistema através do método de Runge-Kutta de quarta ordem. Os algoritmos e detalhes extras dos métodos de integração usados são explorados numa publicação deste trabalho, a qual está apresentada, nesta dissertação, como um apêndice. / In this work a quantitative and qualitative analysis of the dynamical stabilization of an inverted pendulum with a sinusoidal external perturbation applied at the suspension point is made. Initially, the external perturbation is composed of a single cosine, then a generalization is made using a sum of N cosines with different amplitudes and frequencies. Approximations are tested, and the time for which the inverted pendulum remains stable is explored when N is large, in order to recover the pattern of the case when N = 1. The specific case of periodic and almost periodic oscillations, when N = 2, is analysed and stability diagrams considering different frequencies and amplitudes are studied. Later, an additive Gaussian noise is added to the system so the degradation of the stability diagrams generated by different variances can be studied. All points of this work are corroborated by simulations, which numerically integrate the system’s equation of motion through a fourth order Runge-Kutta method. Algorithms and extra details on the integration methods used are explored in a publication of this work, which is presented in this thesis as an appendix.

[pt] O trabalho tem como objetivo ser uma introdução ao estudo de mercados financeiros tratados em tempo discreto com horizonte finito, bem como a dinâmica dos ativos financeiros principais. Descrevemos os tipos de ativos negociados em nosso mercado, dando enfoque aos contratos. Elaboraremos a hipótese central do modelo, a ausência de arbitragem e assim mostraremos como poderemos encontrar um preço correto ou então apresentaremos um intervalo de preços para os contratos. Posteriormente, mostraremos resultados gerais relativos à correta precificação de contratos, usando para isso os instrumentos de processos estocásticos e martingais. Apresentaremos alguns exemplos a título de ilustração. / [en] The dissertation aims to be an introduction to the study of financial markets in discrete time with finite horizon, as well as the dynamics of the main financial assets. We describe the types of assets traded in the market, focusing on contracts. We will elaborate the central hypothesis of the model, the absence of arbitrage and thus show how we can find a correct price or, at least, a range of prices of the contracts. Subsequently, we will show general results regarding how to find correct prices for contracts, using the machinery of stochastic processes and martingales.As an illustration, we present some examples.

[pt] O problema de valoração da opção de switch-use da terra é um enigma recorrente e de complexa solução, haja vista a grande variedade de incertezas relacionadas ao agronegócio no Brasil. Nesta dissertação é analisada e valorada essa opção através da abordagem da Teoria de Opções Reais (TOR), desenvolvendo um sistema de gerenciamento de longo prazo, considerando a instalação de um projeto de reflorestamento ou manejo silvipastoril e a existência inicial da pecuária de corte. A resolução do problema de onde e como investir é resolvida por meio da Simulação de Monte Carlo (SMC). As séries históricas de preços da madeira (diâmetros pequeno e médio) e do boi gordo, no período entre 1997 e 2015, são testadas para observar a sua aderência a um modelo estocástico de reversão à média (MRM). Os resultados mostraram que a decisão ótima a ser tomada é a de se investir imediatamente em um manejo silvipastoril, vencendo até mesmo as opções de aguardar e investir posteriormente. Por meio de análise de sensibilidade foram verificados os limites de segurança da decisão. / [en] The valuation problem of switch-use option of the land is a recurring and complex solution puzzle, given the wide range of uncertainties related to agribusiness in Brazil. This dissertation analyzed and valued this option through the approach of Real Options Theory (TOR), developing a long-term management system, considering the installation of a reforestation project or silvipasture management and initial stock of beef cattle. Solving the problem of where and how to invest is resolved through Monte Carlo Simulation (SMC). The historical series of timber prices (small and average diameters) and live cattle in the period between 1997 and 2015, are tested to observe their adherence to a stochastic model of mean reversion (MRM). The results showed that the optimal decision to be taken is to invest immediately in a silvipasture management, winning even the option to wait and invest later. Through sensitivity analysis the safety limits was of the decision are verified.