Esta tese propõe uma metodologia de detecção de anomalias por meio da otimização da extração, seleção e classificação de características relacionadas ao tráfego de redes Real Time Ethernet (RTE). Em resumo, dois classificadores são treinados usando características que são extraídas do tráfego por meio da técnica de janela deslizante e posteriormente selecionadas de acordo com sua correlação com o evento a ser classificado. O número de características relevantes pode variar de acordo com os indicadores de desempenho de cada classificador. Reduzindo a dimensionalidade do evento a ser classificado com o menor número de características possíveis que o represente, são garantidos a redução do esforço computacional, ganho de tempo, dentre outros benefícios. Posteriormente, os classificadores são comparados em função dos indicadores de desempenho: acurácia, taxa de falsos positivos, taxa de falsos negativos, tempo de processamento e erro relativo. A metodologia proposta foi utilizada para identificar quatro diferentes eventos (três anomalias e o estado normal de operação) em redes PROFINET reais e com configurações distintas entre si; também foi aplicada em três eventos (duas anomalias e o estado normal de operação) em redes SERCOS III. O desempenho de cada classificador é analisado em suas particularidades e comparados com pesquisas correlatas. Por fim, é explorada a possibilidade de aplicação da metodologia proposta para outros protocolos baseados em RTE. / This thesis proposes an anomaly detection methodology by optimizing extraction, selection and classification of characteristics related to Real Time Ethernet (RTE) network traffic. In summary, two classifiers are trained using features which are extracted from network traffic through the sliding window technique and selected according to their correlation with the event being classified. The number of relevant characteristics could vary according to performance indicators of each classifier. Reducing the dimensionality of the event to be classified using the smallest number of characteristics which represent it, guarantees reduction in computational effort, processing time, among other benefits. The classifiers are compared according to performance indicators: accuracy, false positive rate, false negative rate, processing time and relative error. The proposed methodology was used to identify four different events (three anomalies and normal operation) in real PROFINET networks, using different configurations. It was also applied in 3 events (two anomalies and normal operation) in SERCOS III networks. The results obtained are analyzed in its particularities and compared with related research. Finally, the possibility of applying the proposed methodology for other protocols based on RTE is explored.

Nos últimos anos, as redes de comunicação móveis se tornaram de fundamental importância para a infraestrutura dos sistemas de comunicação. Uma das áreas de maior crescimento é a computação móvel. Realizada através de sinais de rádio, a quantidade de canais disponíveis raramente é suficiente para atender a crescente demanda. Este trabalho apresenta uma solução para a questão da alocação de canais, um tópico desafiador dentro da área de redes móveis. A implementação de alocação dinâmica com uso de técnicas computacionais clássicas melhora a utilização dos recursos disponíveis,mas necessita de ajustes periódicos para se adequar a novos cenários. Para a construção de um sistema mais flexível e adaptável, a abordagem escolhida utiliza técnicas de Inteligência Artificial. O modelo proposto combina Teoria Nebulosa, Redes Neurais Artificiais e Sistemas Multi-Agentes. As características de cada técnica foram analisadas e identificamos as partes do sistema que poderiam ser beneficiadas por cada uma. O sistema é resultado da combinação coordenada das três técnicas, e constitui um método eficiente e flexível para gerenciamento de recursos de rádio. Após o detalhamento do modelo, realizamos uma simulação de uma rede celular com o sistema proposto e seu comportamento é comparado com uma rede de referência, para verificação das diferenças e melhorias alcançadas. Por fim, apresentamos a situação atual da pesquisa e os possíveis caminhos para aprimoramento do sistema. / In the last years, mobile networks became more important for communication systems’ infrastructure. One area of great growth is mobile computation, which is performed through radio signals. The amount of available channels rarely is enough to attend the increasing demand. This work presents a solution for the channel allocation topic, a challenging topic inside mobile networks area. The implementation of dynamic allocation using classic computational techniques improves the use of available resources, but it needs periodic and frequent adjustments for new scenarios. The construction of a more flexible and adaptable system was achieved using Artificial Intelligence techniques. Proposed model combines Fuzzy Logic, Artificial Neural Networks and Multi-Agents Systems. Features of each technique had been analyzed and we identified the system modules which could be benefited by them. The system is the result of coordinated combination of these three techniques, and constitutes an efficient and flexible method for radio resources management. After model detailing, we executed a cellular network simulation using proposed system, and its behavior is compared with a reference network, presenting reached differences and improvements. Finally, we present current situation of this research and possible ways for system improvement.

Devido a restrições de aplicabilidade presentes nos algoritmos para a solução de problemas de otimização combinatória, os sistemas baseados em redes neurais artificiais e algoritmos genéticos oferecem um método alternativo para solucionar tais problemas eficientemente. Os algoritmos genéticos devem a sua popularidade à possibilidade de percorrer espaços de busca não-lineares e extensos. Já as redes neurais artificiais possuem altas taxas de processamento por utilizarem um número elevado de elementos processadores simples com alta conectividade entre si. Complementarmente, redes neurais com conexões realimentadas fornecem um modelo computacional capaz de resolver vários tipos de problemas de otimização, os quais consistem, geralmente, da otimização de uma função objetivo que pode estar sujeita ou não a um conjunto de restrições. Esta tese apresenta uma abordagem inovadora para resolver problemas de conexão em otimização combinatória utilizando uma arquitetura neuro-genética. Mais especificamente, uma rede neural de Hopfield modificada é associada a um algoritmo genético visando garantir a convergência da rede em direção aos pontos de equilíbrio factíveis que representam as soluções para os problemas de otimização combinatória. / Due to applicability constraints involved with the algorithms for solving combinatorial optimization problems, systems based on artificial neural networks and genetic algorithms are alternative methods for solving these problems in an efficient way. The genetic algorithms must its popularity to make possible cover nonlinear and extensive search spaces. On the other hand, artificial neural networks have high processing rates due to the use of a massive number of simple processing elements and the high degree of connectivity between these elements. Additionally, neural networks with feedback connections provide a computing model capable of solving a large class of optimization problems, which refer to optimization of an objective function that can be subject to constraints. This thesis presents a novel approach for solving connection problems in combinatorial optimization using a neurogenetic approach. More specifically, a modified Hopfield neural network is associated with a genetic algorithm in order to guarantee the convergence of the network to the equilibrium points, which represent feasible solutions for the combinatorial optimization problems.

O presente trabalho é resultado da colaboração de pesquisadores do Centro de Engenharia Nuclear (CEN) e de pesquisadores do Centro de Biotecnologia (CB), ambos pertencentes ao IPEN, para o desenvolvimento de uma metodologia que visa auxiliar os profissionais citogeneticistas fornecendo uma ferramenta que automatize parte da rotina necessária para a avaliação qualitativa e quantitativa de danos biológicos em termos de aberração cromossômica. A técnica citogenética, sobre a qual esta ferramenta é desenvolvida, é a técnica de aberrações cromossômicas. Nela, são realizadas preparações citológicas de linfócitos de sangue periférico para que metáfases sejam analisadas e fotografadas ao microscópio e, com base na morfologia dos cromossomos, anomalias sejam investigadas. Quando esta tarefa é realizada manualmente, os cromossomos são analisados visualmente um a um pelo profissional citogeneticista, logo, trata-se de um processo minucioso em virtude da variação geral na aparência do cromossomo, do seu tamanho pequeno e do grande número de cromossomos por célula. Para um diagnóstico confiável, é necessário que várias células sejam analisadas, tornando-se uma tarefa repetitiva e demorada. Neste contexto, foi proposto o uso dos mapas auto-organizáveis para o reconhecimento automático de padrões morfológicos referentes às imagens de cromossomos humanos. Para isso, foi desenvolvido um método de extração de características por meio do qual é possível classificar os cromossomos em: dicêntricos, anéis, acrocêntricos, submetacêntricos e metacêntricos, com acerto de 93,4 % em relação ao diagnóstico dado por um profissional citogeneticista. / This work is a joint collaboration between Nuclear Energy Research Institute (IPEN), Nuclear Engineering Center and Biotechnology Center to develop a methodology aiming to assist cytogenetic professionals by providing a tool to automate part of the required routine to perform qualitative and quantitative evaluation of biological damage in terms of chromosomal aberration. The cytogenetic technique upon which this tool was developed, is the chromosome aberrations technique, in which cytological preparations of peripheral blood lymphocyte metaphases are performed to be analyzed and photographed under a microscope in order to investigating chromosomal aberration. Performed manually, the chromosomes are analyzed visually one by one by a cytogenetic professional, so it is a painstaking process due to the great deal of variation in the appearance of each chromosome, their small sizes and not to mention the high density of chromosomes per cell. In order to obtain a reliable diagnosis it is necessary that many cells be analyzed, which makes this a repetitive and time consuming process. In this context, the use of self-organizing maps for the automatic recognition of patterns relating to morphological pictures of human chromosomes has been proposed. For this, we developed a feature extraction method by which is possible to classify chromosomes in: dicentrics, ring-shaped, acrocentric, submetacentric and metacentric with 93.4% accuracy compared to diagnostic given by a professional cytogeneticist.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArakenMS_da_capa_ate_pag_66.pdf: 612002 bytes, checksum: 77ee53e5ec8496b7cf1c4503e222c41d (MD5) Previous issue date: 2008-02-01 / RePART (Reward/Punishment ART) is a neural model that constitutes a variation of the Fuzzy Artmap model. This network was proposed in order to minimize the inherent problems in the Artmap-based model, such as the proliferation of categories and misclassification. RePART makes use of additional mechanisms, such as an instance counting parameter, a reward/punishment process and a variable vigilance parameter. The instance counting parameter, for instance, aims to minimize the misclassification problem, which is a consequence of the sensitivity to the noises, frequently presents in Artmap-based models. On the other hand, the use of the variable vigilance parameter tries to smoouth out the category proliferation problem, which is inherent of Artmap-based models, decreasing the complexity of the net. RePART was originally proposed in order to minimize the aforementioned problems and it was shown to have better performance (higer accuracy and lower complexity) than Artmap-based models. This work proposes an investigation of the performance of the RePART model in classifier ensembles. Different sizes, learning strategies and structures will be used in this investigation. As a result of this investigation, it is aimed to define the main advantages and drawbacks of this model, when used as a component in classifier ensembles. This can provide a broader foundation for the use of RePART in other pattern recognition applications / O RePART (Reward/Punishiment ART), modelo neural que se constitui numa varia??o do modelo Fuzzy Artmap, foi proposto objetivando minimizar problemas inerentes aos modelos da classe Artmap, tais como: prolifera??o de categorias e m? classifica??o. Por essa raz?o, o RePART faz uso de mecanismos adicionais, como: um par?metro contador de inst?ncia, um processo de recompensa/puni??o e um par?metro de vigil?ncia vari?vel. O par?metro contador de inst?ncia busca minimizar o problema de m? classifica??o, resultante da sensibilidade ? ru?dos, freq?entemente presente nos modelos da classe Artmap. O uso da vigil?ncia vari?vel tem como objetivo minimizar o problema de prolifera??o de categorias, diminuindo a complexidade da rede, quando utilizado em aplica??es com um grande n?mero de padr?es de treinamento. A proposta do RePART visou a minimiza??o desses problemas e foi mostrado que o RePART obteve desempenho superior que alguns modelos da classe Artmap. Neste trabalho ? proposta a realiza??o de uma investiga??o do desempenho do modelo RePART em comit?s de classificadores. Nesta investiga??o ser? realizada uma an?lise com comit?s utilizando diferentes tamanhos, estrat?gias de aprendizados e estruturas. Os resultados obtidos com esta investiga??o servir?o como meio de descoberta das vantagens e desvantagens de cada um dos modelos abordados em comit?s. Com isso, poder? ser dado um embasamento ainda mais amplo ? utiliza??o do RePART em outras aplica??es de reconhecimento de padr?es

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo deste trabalho é conhecer e compreender melhor os imprevistos no fornecimento de energia elétrica, quando ocorrem as variações de tensão de curta duração (VTCD). O banco de dados necessário para os diagnósticos das faltas foi obtido através de simulações de um modelo de alimentador radial através do software PSCAD/EMTDC. Este trabalho utiliza um Phase-Locked Loop (PLL) com o intuito de detectar VTCDs e realizar a estimativa automática da frequência, do ângulo de fase e da amplitude das tensões e correntes da rede elétrica. Nesta pesquisa, desenvolveram-se duas redes neurais artificiais: uma para identificar e outra para localizar as VTCDs ocorridas no sistema de distribuição de energia elétrica. A técnica aqui proposta aplica-se a alimentadores trifásicos com cargas desequilibradas, que podem possuir ramais laterais trifásicos, bifásicos e monofásicos. No desenvolvimento da mesma, considera-se que há disponibilidade de medições de tensões e correntes no nó inicial do alimentador e também em alguns pontos esparsos ao longo do alimentador de distribuição. Os desempenhos das arquiteturas das redes neurais foram satisfatórios e demonstram a viabilidade das RNAs na obtenção das generalizações que habilitam o sistema para realizar a classificação de curtos-circuitos. / The objective of this work is to know and understand the unforeseen in the supply of electricity, when there are short duration voltage variations (SDVV). The required databases for the diagnosis of faults were obtained through simulations of a model of radial feeder through software PSCAD/EMTDC. This work uses a Phase-Locked Loop (PLL) in order to detect and perform the estimation SDVV automatic frequency, phase angle and amplitude of the voltage and current from the power grid. This research is developing two artificial neural networks: one to identify and another to locate the SDVV occurred in the distribution system of electricity. The technique proposed here applies to three-phase feeders with unbalanced loads, which can have side extensions triphasic, biphasic and monophasic. In developing the same, it is considered that there is availability of measurements of voltages and currents at the node of the initial feeder and also in some points scattered along the distribution feeder. The performances of the architectures of neural networks were satisfactory and demonstrate the feasibility of ANNs in obtaining the generalizations that enables the system for the classification of short circuits.

[pt] Nos últimos anos, vem crescendo o interesse acerca da predição do comportamento do mercado de capitais, tanto por parte dos investidores quanto dos pesquisadores. Apesar do grande número de publicações tratando esse problema, predizer com eficiência futuras tendências e desenvolver estratégias de negociação capazes de traduzir boas predições em lucros são ainda grandes desafios. A dificuldade em realizar tais tarefas se deve tanto à não linearidade e grande volume de ruídos presentes nos dados do mercado, quanto à falta de sistemas que possam avaliar com propriedade a qualidade das predições realizadas. Nesse trabalho, são realizadas predições de séries temporais visando auxiliar o investidor tanto em operações de compra e venda, como em Pairs Trading. Além disso, as predições são feitas considerando duas diferentes periodicidades. Uma predição interday, que considera apenas dados diários e tem como objetivo a predição de valores referentes ao presente dia. E uma predição intraday, que visa predizer valores referentes a cada hora de negociação do dia atual e para isso considera também os dados intraday conhecidos até o momento que se deseja prever. Para ambas as tarefas propostas, foram testadas três ferramentas de predição, quais sejam, Regressão por Mínimos Quadrados Parciais, Regressão por Vetores de Suporte e Redes Neurais Artificiais. Com o intuito de melhor avaliar a qualidade das predições realizadas, é proposto ainda um trading system. Os testes foram realizados considerando ativos das companhias mais negociadas da BM e FBOVESPA, a bolsa de valores oficial do Brasil e terceira maior do mundo. Os resultados dos três preditores são apresentados e comparados a quatro benchmarks, bem como com a solução ótima. A diferença na qualidade de predição, considerando o erro de predição ou as métricas do trading system, são notáveis. Se quando analisado apenas o Erro Percentual Absoluto Médio os preditores propostos não mostram uma melhora significativa, quando as métricas do trading system são consideradas eles apresentam um resultado bem superior. O retorno anual do investimento em alguns casos atinge valor superior a 300 por cento. / [en] The interest of both investors and researchers in stock market behavior forecasting has increased throughout the recent years. Despite the wide number of publications examining this problem, accurately predicting future stock trends and developing business strategies capable of turning good predictions into profits are still great challenges. This is partly due to the nonlinearity and noise inherent to the stock market data source, and partly because benchmarking systems to assess the forecasting quality are not publicly available. Here, we perform time series forecasting aiming to guide the investor both into Pairs Trading and buy and sell operations. Furthermore, we explore two different forecasting periodicities. First, an interday forecast, which considers only daily data and whose goal is predict values referring to the current day. And second, the intraday approach, which aims to predict values referring to each trading hour of the current day and also takes advantage of the intraday data already known at prediction time. In both forecasting schemes, we use three regression tools as predictor algorithms, which are: Partial Least Squares Regression, Support Vector Regression and Artificial Neural Networks. We also propose a trading system as a better way to assess the forecasting quality. In the experiments, we examine assets of the most traded companies in the BM and FBOVESPA Stock Exchange, the world s third largest and official Brazilian Stock Exchange. The results for the three predictors are presented and compared to four benchmarks, as well as to the optimal solution. The difference in the forecasting quality, when considering either the forecasting error metrics or the trading system metrics, is remarkable. If we consider just the mean absolute percentage error, the proposed predictors do not show a significant superiority. Nevertheless, when considering the trading system evaluation, it shows really outstanding results. The yield in some cases amounts to an annual return on investment of more than 300 per cent.

Entender as causas geradoras do movimento de pedestres é muito importante para o planejamento urbano das cidades, a fim de inferir se as atitudes tomadas na concepção e manutenção dos espaços estão de fato contribuindo para o fortalecimento da dinâmica social. No entanto, determinar como funciona o movimento dos pedestres é uma tarefa difícil devido à complexidade das estruturas sociais que criam esse fenômeno. Uma maneira de contornar esse problema é através da criação de modelos que associam diretamente os atributos das calçadas e suas relações. Dentre as metodologias observadas para a construção do modelo, aquelas que mais se adequaram para entender os fatores contidos no espaço urbano foram a sintaxe espacial e o nível de serviço dos passeios. A Sintaxe Espacial ajuda na compreensão desse fenômeno, pois permite a análise das relações espaciais da cidade. No entanto, possui a limitação de prever apenas parte desse movimento e, ainda, só encontrar correlações significativas quando a medida de inteligibilidade (correlação entre a integração e conectividade) apresenta valores elevados. Do mesmo modo, a qualidade do passeio interfere diretamente no modo que o pedestre utiliza esse espaço. O fluxo de pedestre é um fenômeno complexo e, como tal, não pode ser entendido através de relações lineares ou de causa e efeito entre quaisquer variáveis, sejam elas espaciais ou não. Para entender a complexidade desse fenômeno será utilizada a abordagem conexionista das redes neurais artificiais, uma forma de processamento em paralelo com capacidade de trabalhar através de exemplos, generalizando e abstraindo as informações das variáveis e suas ligações. Deste modo, este trabalho pretende apresentar uma abordagem diferenciada para entender parte da dinâmica social através do fenômeno da movimentação de pedestres. / In Urban Planning, understanding pedestrian movement generative causes is key issue. Through it is possible to check if public policies targeting maintenance and improvement of open spaces are effectively reaching their goals in strengthening social dynamics. Nevertheless it is quite difficult to determinate how pedestrian movement functions due to social structure complexity driving these phenomena emergency and the extensive row of variables underlying it. One of the most effective problem-solving tools targeting the subject is modeling sidewalk attributes through the relations held amidst their physical variables and measured levels of use. Among several methods applied in model building, Space Syntax and Sidewalks Service Leveling were those which provided the best suitable tools to face the research problems. Space Syntax methods are helpful to understand the phenomena, since they allow to depict tendencies for pedestrian movement related directly to grid deformation patterns and spatial configuration. But its scope is limited since it substantiates movement potential rather than measured. Also because correlations found between pedestrian movement measurements and urban morphology are only robust when Integibility measure (correlating Integration to connectivity) is high. Likewise, sidewalk physical qualities are directly responsible for the way in which people move around, establish their routes or use public spaces, fulfilling or hijacking movement potential standards. Pedestrian fluxes are complex phenomena and being such, unable to be pictured by linear relations or explained through cause – effect conditioning between spatial or a-spatial variables. To depict the interdependence between variables amidst these phenomena complexity we opted for a connective approach found at Artificial Neural Nets; a way of parallel data processing which is able to modeling from samples due to their generalization capacity and that of extract information from the structuring variables and their relationships and linkages. Being so, this research presents an original combination of tools and methods that allow approaching social dynamics starting from pedestrian movement phenomena empirical data.

A análise de sinais provenientes de um eletrocardiograma (ECG) pode ser de grande importância para avaliação do comportamento cardíaco de um paciente. Os sinais de ECG possuem características específicas de acordo com os tipos de arritmias e sua classificação depende da morfologia do sinal. Neste trabalho é considerada uma abordagem híbrida utilizando análise de componentes principais (PCA) e mapas auto-organizáveis (SOM) para classificação de agrupamentos provenientes de arritmias como a taquicardia sinusal e, principalmente, fibrilação atrial. Nesse sentido, O PCA é utilizado como um pré-processador buscando suprimir sinais de atividades ventriculares, de maneira que a atividade atrial presente no ECG seja evidenciada sob a forma das ondas f. A Rede Neural SOM, é usada na classificação dos padrões de fibrilação atrial e seus agrupamentos / A análise de sinais provenientes de um eletrocardiograma (ECG) pode ser de grande importância para avaliação do comportamento cardíaco de um paciente. Os sinais de ECG possuem características específicas de acordo com os tipos de arritmias e sua classificação depende da morfologia do sinal. Neste trabalho é considerada uma abordagem híbrida utilizando análise de componentes principais (PCA) e mapas auto-organizáveis (SOM) para classificação de agrupamentos provenientes de arritmias como a taquicardia sinusal e, principalmente, fibrilação atrial. Nesse sentido, O PCA é utilizado como um pré-processador buscando suprimir sinais de atividades ventriculares, de maneira que a atividade atrial presente no ECG seja evidenciada sob a forma das ondas f. A Rede Neural SOM, é usada na classificação dos padrões de fibrilação atrial e seus agrupamentos

The development of new materials and technologies, associated to increasingly complex problems in structural engineering, require more robust and accurate numerical analyses with an affordable computational cost. Computer modeling has been evolving by improving existing numerical methods and also developing new ones. Among the methods widely applied, finite elements have become a powerful tool in the search for solutions in structural engineering. Other approaches also emerged as alternative modeling strategies, such as artificial intelligence techniques. One of these techniques, Artificial Neural Networks (ANN), is designed for simulating human conexionism paradigm. ANN has been applied in several areas to solve a range of problems concerning classification, function fitting, forecasting, among others. This work explores ways to coupling ANN to traditional approximation methods such as the Finite Element Method (FEM) for applications in plane elastostatics, considering geometrically nonlinear aspects. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O desenvolvimento de novos materiais e tecnologias, associado a projetos estruturais cada vez mais complexos, demandam análises numéricas robustas e precisas a um custo computacional adequado. Estudos em modelagem computacional têm evoluído no sentido de suprir a essa demanda aprimorando continuamente os métodos numéricos já existentes, bem como propondo novas técnicas. Dentre os métodos amplamente utilizados, o Método dos Elementos Finitos (MEF) tornou-se uma potente ferramenta de busca por soluções no âmbito da engenharia estrutural. Também surgiram abordagens alternativas de resolução relacionadas à modelagem, tais como as técnicas de inteligência artificial. Uma dessas técnicas, as Redes Neurais Artificiais (RNA), são redes projetadas para modelar capacidades humanas como aprendizagem e generalização através de estrutura de processamento que utiliza o conexionismo como paradigma. As RNA têm sido aplicadas nas mais diversas áreas na solução de uma gama de problemas que envolvem classificação, aproximação de funções, previsão, dentre outros. Este trabalho explora maneiras de incorporar RNA a métodos aproximativos tradicionais como o Método dos Elementos Finitos para aplicação em problemas de elasticidade plana, considerando não linearidade geométrica.