Desde os primeiros anos do século XXI mais da metade da população mundial passou a habitar em regiões urbanas. Este processo de urbanização, acelerado a partir da revolução industrial, trouxe consigo benefícios inegáveis à humanidade, mas também possui externalidades evidentes como o congestionamento, a violência e a segregação. Preocupada com estes problemas, surge a ciência do planejamento urbano, ora atuando na antecipação dos fatos, ora remediando os problemas existentes, utilizando as mais variadas propostas que partem de correntes de pensamento compostas por estudiosos das cidades que, nesta difícil tarefa, procuram embasamento em experiências anteriores ou em estudos que invariavelmente envolvem outras áreas de conhecimento, como sociologia, economia e engenharia. Paralelamente a estes esforços, surge nos últimos 40 anos, outra área de conhecimento, denominada Sistemas Complexos, para estudar fenômenos físicos, biológicos, econômicos e sociais, entre outros, utilizando as técnicas provenientes da dinâmica não linear, da física estatística e da computação baseada em agentes, e que vem sendo progressivamente aplicada ao estudo das cidades. Neste trabalho é realizada uma breve revisão da história do surgimento e da evolução das cidades, apresentada na seção 2, e em seguida, na seção 3, é apresentada a teoria dos sistemas complexos, descrevendo as principais características dos sistemas que podem ser analisados à ótica desta área de conhecimento. Na seção 4 é exposto o embasamento teórico e empírico que permite a fusão entre as duas ciências (Planejamento Urbano e Sistemas Complexos). Na seção 5 são reproduzidos alguns estudos computacionais da expansão urbana, consolidados na literatura científica que utilizam técnicas inerentes à ótica de sistemas complexos. Na seção 6 é proposto um modelo computacional simplificado que permite a visualização, extração de dados e análise da ocupação territorial com ênfase no estudo do custo de deslocamento no interior de um centro urbano, permitindo a conclusão, apresentada na seção 7, de que a cidade é um sistema complexo e que a abordagem através da união das áreas de conhecimento é promissora quando trata de assuntos relativos à expansão urbana, podendo ser de grande valor na elaboração de propostas que visem a amenização ou eliminação das externalidades que há tempo têm sido motivo de preocupação para os habitantes dos centros urbanos. / Since the beginning of the XXI century, more than half of the world population lives in urban areas. This process, accelerated with the industrial revolution, brought undeniable advantages, but also several handicaps, externalities such as traffic jams, violence and segregation. Concerned with these problems, a Urban Planning science is developed, acting in the effects as well as in the causes of the problems. In this task, the scientists use tools originated in several fields, such as economy, sociology and engineering. Meanwhile, in the last four decades, a different approach appears. It is called Complex Systems theory, targeted to deal with complex physical, biological, economical and social phenomena, utilizing techniques borrowed from the Non-linear dynamics, from the Statistical physics and from the Agent based models. It has been progressively applied to the Urban Planning science. This work reviews the appearance and development of the cities in the section 2, and in the section 3, the principles of Complex Systems theory are presented. In the section 4 it is showed that the Urban Planning science can profit from the Complex Systems approach. Section 5 reproduces some previous early computational models from the literature. This work contribution is presented next, in the section 6, a simplified model, based on Complex System approach, which allows visualization and urban occupation analyses in function of the transportation costs. The last section concludes that the view of the city as a complex system has many advantages when dealing with the urban expansions and the externalities arising from this process.

No presente trabalho, exploramos dois temas de interesse em finanças, economia e antropologia social, através da aplicação de técnicas da teoria da informação e da mecânica estatística. No primeiro tópico, estudamos a conexão entre teoria de dependência estatística, teoria de informação e teoria da cópulas. O conceito de distribuição cópula é revisto e aplicado em reformulação das definições de medida de dependência dadas por Rényi 1. Em seguida, mostramos que a informação mútua satisfaz todos os requisitos para ser uma boa medida de dependência. Obtemos uma identidade entre a informação mútua e a entropia da distribuição cópula e uma decomposição mais específica da informação mútua de uma distribuição elíptica nas suas partes linear e não-linear. Avaliamos o risco de usar quantidades ingênuas como medidas de dependência estatística, mostrando que a correlação linear pode subestimar grosseiramente a dependência. Esses resultados são utilizados para desenvolver um método de detectação de desvios de dependência gaussiana em pares de variáveis aleatórias e aplicá-lo a séries temporais financeiras. Finalmente, discutimos um método para ajustar t-cópulas a dados empíricos 2 através da medida da informação mútua e do tau de Kendall. No segundo tópico, desenvolvemos um modelo para o surgimento de autoridade em sociedades humanas pré-agrícolas. Discutimos motivações empíricas com raízes em neurociência, primatologia e antropologia para um modelo matemático capaz de explicar a ampla variabilidade de formas de organização social humana no eixo igualitário hierárquico. O modelo resulta da aplicação de teoria da informação a uma hipótese sobre os custos evolutivos envolvidos na vida social. O modelo gera um diagrama de fase rico, com diferentes regimes que podem ser interpretados como diferentes tipos de organização social. Os parâmetros de controler do modelo estão ligados à capacidade cognitiva da espécie em questão, ao tamanho do grupo e a pressões ecológicas e sociais. / In the present work we explore two topics of interest in finance, economics and social anthropology through the application of techniques from information theory and statistical mechanics. In the first topic we study the connexion between statistical dependency theory, information theory and copula theory. The concept of copula distribution is reviewed and applied to the reformulation of the definition of dependency measures given by Rényi 3. It is then shown that the mutual information satisfy all the requirements to be a good dependency measure. We derive an identity between mutual information and the entropy of the copula distribution and a more specific decomposition of the mutual information of an elliptical distribution into its linear and non-linear parts. We evaluate the risk of using naive measures as statistical dependency measures by showing that linear correlation can grossly underestimate dependency. Those results are used to develop a method to detect deviation from gaussian dependence in pairs of random variables and apply it to financial time series. Finally, we discuss a method to adjust t-copulas to empirical data4 through the determination of the mutual information and Kendalls tau. In the second topic we develop a model for the emergence of authority in pre-agricultural human societies. We discuss empirical motivations with roots in neuroscience, primatology and anthropology for a mathematical model able to explain the ample variability of forms of human social organization in the egalitarian-hierarchical axis. The model results from the application of information theory on a hypothesis about the evolutive costs involved in social life. It generates a rich phase diagram, with different regimes which can be interpreted as different types of societal organization, from egalitarian to hierarchical. The control parameters of the model are connected to the cognitive capacity of the species in question, the size of the group and ecological and social pressures.

Um dos objetivos das próximas gerações dos sistemas de comunicação é permitir que os usuários acessem e distribuam um ou mais serviços a qualquer hora, em qualquer lugar, independentemente do tipo de terminal (telefone convencional, telefone celular, assistentes pessoais digitais, notebooks, dentre outros) ou da tecnologia da rede de acesso utilizados. Esse cenário é denominado convergência de serviços utilizando-se redes heterogêneas, e em tal realidade, as arquiteturas de qualidade de serviço existentes em cada uma das tecnologias dos sistemas de comunicação não oferecem mecanismos de interoperabilidade e em diversos casos não há controle sob os fluxos de dados uma vez admitido na infraestrutura do sistema de comunicação, assim como questões de handover heterogêneo não são tratadas. A tese propõe uma arquitetura para controle de Qualidade de Serviço para um ambiente heterogêneo composto de backbones IP e redes de acesso de diversas tecnologias, sendo tal arquitetura composta de agentes autônomos e distribuídos nos equipamentos de um sistema de comunicação; assim como.controles baseados no comportamento de uma região de um sistema de comunicação e apoiados na teoria e princípios de sistemas complexos. Os agentes da arquitetura proposta utilizando o princípio de preferential attachment mostraram-se eficientes na determinação do caminho de melhor condição de qualidade de serviços. Os componentes da arquitetura proposta estão localizados em cada equipamento de comunicação, desde o dispositivo do usuário até o provedor de serviços. As medições realizadas pelos agentes e utilizando um algoritmo baseado no conceito de preferential attachment permitiram ao agente alterar o caminho de um fluxo de dados durante sua transmissão para outros caminhos que apresentaram condições mais adequadas de acordo com os parâmetros de QoS. A decisão é baseada no contrato de qualidade de serviço especificado entre usuário e provedor de serviço e, considerando sob controle todos os elementos envolvidos na comunicação; tem-se controle distribuído de qualidade de serviço fim a fim. / One of the targets of the next generation communication systems is to provide access to any service, to any user, anytime, anywhere, regardless the access network technology or type of user device (mobile phone, PDA, personal computer, and so on). This scenario is called convergence of services by heterogeneous networks, and in such scenario quality of service mechanisms presented in legacy communication systems do not provide mechanisms for interoperability between communication systems nor control data flows after control admission in the border of the communication systems. The heterogeneous handover is also not handled by such QoS architectures. This thesis proposes a QoS control architecture for an heterogeneous communication systems composed by IP backbones and several access networks for several kind of technologies. This architecture is composed by a multiagent system and has controls based on the local behavior of the communication system and supported by complex systems theory. The agent decision algorithm is based on preferential attachment concept and the experimentation results indicate that agents could identify a better path to handle a data flow according to QoS parameters. The agents decided to change the path used to transmit the flow data autonomously and according to quality of service contract between user and service provider. The measurements in the test based on preferential attachment algorithm was useful in order agent change flow data path during data flow transmission to other paths with better conditions according to QoS requisites. The agent decision is based on the parameter values defined between end user and service provider. Considering the control elements from proposed architecture it was achieved end-to-end distributed control.

O presente trabalho tem como objetivo analisar a dinâmica da transmissão da política monetária através dos canais de crédito (Canal de Empréstimo Bancário e Canal dos Balanços Patrimoniais), utilizando conceitos e ferramentas da área de Sistemas Complexos para simular uma economia representada por diferentes setores em que os agentes estão interconectados através de relacionamentos de crédito. O presente modelo baseia-se no trabalho de Gatti et al. (2009). A novidade foi introduzir um mecanismo de transmissão da política monetária através de um mercado interbancário e de uma taxa básica de juros permitindo analisar os impactos na economia através dos canais de crédito. O resultado da simulação mostra que o impacto das políticas monetárias no âmbito microeconômico podem se desenvolver como resultado da interação complexa desses agentes heterogêneos através de relacionamentos de crédito ao longo do tempo, e as variáveis no âmbito macroeconômico, como a taxa básica de juros, afetam o próprio sistema através de um processo de retroalimentação ou feedback. / This study aims to analyze the dynamics of the monetary policy transmission through the credit channels (Bank Lending Channel and Balance Sheets Channel), using concepts and tools from the Complex Systems field to simulate an economy represented by different sectors in which agents are interconnected via credit relationships. This model is based on the work of Gatti et al. (2009) that used agent-based modeling. The novelty was to introduce a transmission mechanism of monetary policy through an interbank market and a primary interest rate, allowing the analysis of the impacts on the economy through the credit channels. The simulation results show that the impact of monetary policy on microeconomic level can be developed as a result of the complex interaction of these heterogeneous agents via credit relationships over time, and the variables in the macroeconomic context, such as the primary interest rate, affect the system through a feedback process.

As crises financeiras são processos de perdas decorrentes do mecanismo do mercado financeiro. Elas afetam as instituições do sistema financeiro e por meio do processo de contágio se espalham por ele, algumas vezes analogamente ao efeito dominó. Este processo pode levar muitas instituições financeiras saudáveis a se tornarem insolventes. Isso acontece porque os agentes econômicos estão interligados por meio de relações contratuais e se tornam dependentes uns aos outros. O risco sistêmico pode ser entendido como o risco de uma grande perda em um sistema. O presente trabalho tem como objetivo utilizar as propriedades de um modelo de contágio, proposto para estudar os efeitos da propagação de crises financeiras, bem como a mensuração do risco sistêmico no sistema interbancário. Este problema foi investigado considerando três diferentes topologias de rede: Erdös-Rényi, Livre de Escala (ou Scale-Free) e Interbancária Empírica. A escolha destas topologias foi pelo fato de que duas delas - Livre de Escala e Interbancária Empírica - podem emular o sistema bancário real e a de Erdös-Rényi ter sido utilizada em diversos modelos da literatura. Cada nó representa um banco que possui balanço patrimonial constituído de passivos (patrimônio líquido, empréstimos e depósitos) e ativos (empréstimos, títulos e valores mobiliários). Foi analisada a influência da alavancagem do sistema, da probabilidade inicial de default e do número de clusters da rede Interbancária Empírica. O risco sistêmico foi medido utilizando o Indicador de Risco Sistêmico, o Índice de Risco Sistêmico e o VaR Sistêmico. Mostrou-se que as redes Livres de Escala são mais robustas em relação aos ataques aleatórios evitando o aumento da inadimplência. O aumento abrupto do impacto causados pela crise acontece devido ao aumento do grau de alavancagem do sistema. O número de clusters da rede Interbancária Empírica impacta a robustez do sistema. O modelo reproduz o resultado conhecido como Muito Interconectado para Falhar, que é quando bancos mais interconectados oferecem maior risco ao sistema. / The financial crises are processes of losses arising from financial market mechanism. They affect the institutions of the financial system by the process of contagion. Sometimes it is equal to the domino effect. This process can make many healthy financial institutions become insolvents. It happens because economic agents are interconnected through contractual relations and become dependent on each other. Systemic risk can be understood as the risk of a huge loss in a system. The present work aims to study the properties of a contagion model proposed to study the effects of the spread of financial crises, as well as the measurement of systemic risk in the interbank system. This problem was investigated considering three different network topologies: Erdös-Rényi, Scale-Free and Empirical Interbank. The choice of these topologies was made by the fact that two of them - Scale-Free and Empirical Interbank - may emulate the real banking system and Erdös-Rényi has been used in several models in the literature. Each node is a bank and consists on a balance sheet split as liabilities (equity, borrowings and deposits) and assets (lendings, bonds and securities). It was analyzed the influence of the coefficient of leverage, the influence of the initial probability of default and the influence of the number of clusters on the Empirical Interbank. The systemic risk was measured using the Systemic Risk Indicator, Systemic Index and Systemic Value at Risk. It was shown that Scale-Free networks are more robust against random attacks, avoiding increases in the number of defaults. The abrupt increase in the impact caused by the crisis happens due to the increase in coefficient of leverage. The number of clusters on Empirical Interbank network impacts the robustness of the system. The model reproduces the result known as Too Interconnected to Fail, that is, banks more interconnected offer higher risk to the system.

Os Autômatos Celulares (ACs) são exemplos de sistemas discretos (variáveis, tempo e espaço) que se tornaram ferramentas importantes no estudo de Sistemas Complexos. A exemplo de outros sistemas desta classe, os ACs exibem um comportamento dinâmico complexo e imprevisível. Um aspecto bastante estudado dos Autômatos Celulares diz respeito a como eles realizam computações. Os ACs computam através de processamentos locais e intrinsecamente paralelos que interagem entre si, emergindo um comportamento global e coordenado. Outro aspecto muito estudado é a previsão do comportamento dinâmico de um AC a partir de sua definição. Já foi provado que esta previsão é um problema indecidível e vários esquemas aproximados existem na literatura. Neste trabalho, um conjunto de parâmetros de previsão de comportamento dinâmico de Autômatos Celulares unidimensionais foi proposto. Como meta para validar a eficácia destes parâmetros, eles foram utilizados para auxiliar a busca evolutiva de Autômatos Celulares específicos que executam determinadas tarefas computacionais. Tais parâmetros foram utilizados como heurísticas embutidas na avaliação de um Algoritmo Genético utilizado como ferramenta de busca dos ACs. Os resultados encontrados mostram que os parâmetros selecionados constituem ferramentas úteis na previsão do comportamento dinâmico de Autômatos Celulares unidimensionais, e podem efetivamente auxiliar na programação de um AC desse tipo para a realização de uma tarefa computacional especificada.

Nos últimos anos a preocupação com uma possível elevação da desigualdade social aumentou consideravelmente, principalmente por conta da obra de Piketty intitulada O Capital no século XXI. Para Piketty a diminuição da natalidade entre os ricos será um dos pontos cruciais para este aumento. As previsões contidas no livro são avassaladoras, se nada for feito a desigualdade aumentará a ponto de ameaçar a democracia e os sistemas políticos e sociais vigentes. Porém, alguns economistas, como por exemplo: Matthew Rognlie, não concordam com esta tese e apontam supostos erros e falhas cometidos pelo economista francês. O intuito deste trabalho é tentar um caminho diferente do trilhado por Piketty, utilizando outros meios e técnicas, este trabalho se propõem a analisar a questão da desigualdade causada pela herança dos bens. Para tanto, foi implementado e adaptado o algoritmo descrito no artigo A family-network model for wealth distribution in societies para analisar esta questão à luz de técnicas e métodos como: monte carlo, grafos e simulações computacionais. O resultado obtido vai ao encontro dos resultados obtidos por Piketty / In recent years a concern for a possible rise in social inequality has increased considerably, especially on account of Piketty\'s work entitled \"Capital in the 21st Century.\" For a small reduction in the birth rate among the rich, it will be one of the crucial points for this increase. As predictions contained in the book are overwhelming, there is nothing for an inequality will increase a threatening point to democracy and existing political and social systems. However, some economists, such as Matthew Rognlie, do not agree with this article and point out supposed errors and failures committed by the French economist. The purpose of this paper is to try a different path from Piketty, using other means and techniques, this work is useful for an analysis of the issue of inequality caused by the inheritance of goods. A model of family network for the distribution of wealth in societies \"to a model of family network for the distribution of wealth in societies. The result obtained is in line with the results obtained by Piketty

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 411102.pdf: 849302 bytes, checksum: 86a88a252c4cfd280bd22365f23a6a40 (MD5) Previous issue date: 2009-01-21 / O tema do presente estudo s?o as fac??es, postas em discuss?o a partir das implica??es individuais, grupais e institucionais, focada nas rela??es que se estabelecem entre presos e funcion?rios da seguran?a do Pres?dio Central de Porto Alegre, mais especificamente entre as fac??es e a administra??o do pres?dio. A disserta??o ? composta por duas se??es: a se??o I, institui??o pris?o, grupos, fac??es e indiv?duo: rela??es cooperativas na l?gica da autopreserva??o, ? um aprofundamento te?rico que inicia por um contexto atual das fac??es, abrindo para uma reflex?o sobre indiv?duos, grupos e institui??o, os quais serviram de base para tratamento das rela??es entre os dois grupos por operadores te?ricos da complexidade. Essa primeira parte, de car?ter te?rico, favoreceu a delimita??o dos pontos a serem investigados no trabalho emp?rico. O relat?rio de pesquisa deste trabalho, na se??o II da disserta??o, A rela??o entre as fac??es e o grupo da administra??o: co-operando pelos princ?pios auto-organizativo e autopoi?tico, ? resultado de uma pesquisa que teve como objetivo principal compreender como se organizam as rela??es entre as fac??es e o grupo da seguran?a, sendo essas rela??es consideradas estrat?gias que objetivam administrar e reduzir os conflitos no pres?dio. Para isso utilizou-se uma abordagem qualitativa e pressupostos te?rico-metodol?gicos sist?micos complexos, a partir das id?ias de Edgar Morin e Humberto Maturana. Ao final da disserta??o, evidenciou-se que os grupos, o indiv?duo e a institui??o pris?o operam como sistemas interligados. As rela??es entre as fac??es e agentes de seguran?a sofreram rearranjos de car?ter cooperativo e s?o considerados, do ponto de vista da autopreserva??o dos sistemas, estrat?gias. S?o processos auto-organizativos e autopoi?ticos que visam minimizar os conflitos violento.

Neste trabalho são estudados os efeitos, causados por variações na topologia de rede, no comportamento de quatro modelos de dinâmica de opinião: o Modelo Votante, o Modelo Confiança Limitada, o Modelo da Regra da Maioria e o Modelo CODA. Primeiramente estes modelos são utilizados em simulações que usam uma série de diversas redes sociais complexas, geradas para apresentar diferentes combinações de valores de certas propriedades chave, como aglomeração, conectividade, assortatividade e distâncias internas. Em seguida, são realizados experimentos que mostram como a topologia influencia os resultados na modelagem de cenários de debates públicos, onde duas opiniões rivais, A e B, disputam sob condições desiguais o consenso de uma população simulada. / This work studies the effects caused by variations in network topology in the behavior of four different models of opinion dynamics: the Voter Model, Bounded Confidence Model, the Majority Rule Model and the CODA Model. First, these models are used in simulations over a number of different complex social networks, generated to show sereval combinations of key properties such as clustering, connectivity, assortativity and path distances. Then, we perform experiments that show how the topology influences the results in modeling scenarios of public debates, where two rival opinions, A and B, compete under unequal conditions for the consensus of a simulated population.

No presente trabalho, exploramos dois temas de interesse em finanças, economia e antropologia social, através da aplicação de técnicas da teoria da informação e da mecânica estatística. No primeiro tópico, estudamos a conexão entre teoria de dependência estatística, teoria de informação e teoria da cópulas. O conceito de distribuição cópula é revisto e aplicado em reformulação das definições de medida de dependência dadas por Rényi 1. Em seguida, mostramos que a informação mútua satisfaz todos os requisitos para ser uma boa medida de dependência. Obtemos uma identidade entre a informação mútua e a entropia da distribuição cópula e uma decomposição mais específica da informação mútua de uma distribuição elíptica nas suas partes linear e não-linear. Avaliamos o risco de usar quantidades ingênuas como medidas de dependência estatística, mostrando que a correlação linear pode subestimar grosseiramente a dependência. Esses resultados são utilizados para desenvolver um método de detectação de desvios de dependência gaussiana em pares de variáveis aleatórias e aplicá-lo a séries temporais financeiras. Finalmente, discutimos um método para ajustar t-cópulas a dados empíricos 2 através da medida da informação mútua e do tau de Kendall. No segundo tópico, desenvolvemos um modelo para o surgimento de autoridade em sociedades humanas pré-agrícolas. Discutimos motivações empíricas com raízes em neurociência, primatologia e antropologia para um modelo matemático capaz de explicar a ampla variabilidade de formas de organização social humana no eixo igualitário hierárquico. O modelo resulta da aplicação de teoria da informação a uma hipótese sobre os custos evolutivos envolvidos na vida social. O modelo gera um diagrama de fase rico, com diferentes regimes que podem ser interpretados como diferentes tipos de organização social. Os parâmetros de controler do modelo estão ligados à capacidade cognitiva da espécie em questão, ao tamanho do grupo e a pressões ecológicas e sociais. / In the present work we explore two topics of interest in finance, economics and social anthropology through the application of techniques from information theory and statistical mechanics. In the first topic we study the connexion between statistical dependency theory, information theory and copula theory. The concept of copula distribution is reviewed and applied to the reformulation of the definition of dependency measures given by Rényi 3. It is then shown that the mutual information satisfy all the requirements to be a good dependency measure. We derive an identity between mutual information and the entropy of the copula distribution and a more specific decomposition of the mutual information of an elliptical distribution into its linear and non-linear parts. We evaluate the risk of using naive measures as statistical dependency measures by showing that linear correlation can grossly underestimate dependency. Those results are used to develop a method to detect deviation from gaussian dependence in pairs of random variables and apply it to financial time series. Finally, we discuss a method to adjust t-copulas to empirical data4 through the determination of the mutual information and Kendalls tau. In the second topic we develop a model for the emergence of authority in pre-agricultural human societies. We discuss empirical motivations with roots in neuroscience, primatology and anthropology for a mathematical model able to explain the ample variability of forms of human social organization in the egalitarian-hierarchical axis. The model results from the application of information theory on a hypothesis about the evolutive costs involved in social life. It generates a rich phase diagram, with different regimes which can be interpreted as different types of societal organization, from egalitarian to hierarchical. The control parameters of the model are connected to the cognitive capacity of the species in question, the size of the group and ecological and social pressures.