Made available in DSpace on 2016-06-02T20:28:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1452.pdf: 916103 bytes, checksum: 40179df116306bc34414ecc8e0c08457 (MD5) Previous issue date: 2007-08-10 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we study the Hamiltonian of the hydrogen atom in 1, 2 and 3 dimensions. Especifically, it is defined as a self-adjoint operator in the Hilbert space L2(Rn), n = 1, 2, 3. Nevertheless, the main goal is to study the hydrogen atom 1-D. Particularly, for this is model we address some problens related to the singularity of the Coulomb potential. / Neste trabalho vamos estudar o Hamiltoniano do átomo de hidrogênio em 1, 2 e 3 dimensões. Especificamente, queremos defini-lo como um operador auto-adjunto no espaço de Hilbert L2(Rn), n = 1, 2, 3. No entanto, o principal objetivo é estudar o átomo de hidrogênio 1-D. Em particular, para este modelo, abordaremos algumas questões relacionadas à singularidade do potencial de Coulomb −1/|x|.

Uma imagem engloba informação que precisa ser organizada para interpretar e compreender seu conteúdo. Existem diversas técnicas computacionais para extrair a principal informação de uma imagem e podem ser divididas em três áreas: análise de cor, textura e forma. Uma das principais delas é a análise de forma, por descrever características de objetos baseadas em seus pontos fronteira. Propomos um método de caracterização de imagens, por meio da análise de forma, baseada nas propriedades espectrais do laplaciano em grafos. O procedimento construiu grafos G baseados nos pontos fronteira do objeto, cujas conexões entre vértices são determinadas por limiares T_l. A partir dos grafos obtêm-se a matriz de adjacência A e a matriz de graus D, as quais definem a matriz Laplaciana L=D -A. A decomposição espectral da matriz Laplaciana (autovalores) é investigada para descrever características das imagens. Duas abordagens são consideradas: a) Análise do vetor característico baseado em limiares e a histogramas, considera dois parâmetros o intervalo de classes IC_l e o limiar T_l; b) Análise do vetor característico baseado em vários limiares para autovalores fixos; os quais representam o segundo e último autovalor da matriz L. As técnicas foram testada em três coleções de imagens: sintéticas (Genéricas), parasitas intestinais (SADPI) e folhas de plantas (CNShape), cada uma destas com suas próprias características e desafios. Na avaliação dos resultados, empregamos o modelo de classificação support vector machine (SVM), o qual avalia nossas abordagens, determinando o índice de separação das categorias. A primeira abordagem obteve um acerto de 90 % com a coleção de imagens Genéricas, 88 % na coleção SADPI, e 72 % na coleção CNShape. Na segunda abordagem, obtém-se uma taxa de acerto de 97 % com a coleção de imagens Genéricas; 83 % para SADPI e 86 % no CNShape. Os resultados mostram que a classificação de imagens a partir do espectro do Laplaciano, consegue categorizá-las satisfatoriamente. / An image includes information that needs to be organized to interpret and understand its contents. There are several computational techniques to extract the main information of images and are divided into three areas: color, texture and shape analysis. One of the main of them is shape analysis, since it describes objects getting main features based on reference points, usually border points. This dissertation proposes a shape analysis method based on the spectral properties of the Laplacian in graphs to represent images. The procedure builds G graphs based on object border points, whose connections between vertices are determined by thresholds T_l. From graphs G we obtain the adjacency matrix A and matrix degrees D, which define the Laplacian matrix L=D -A. Thus, spectral decomposition of the Laplacian matrix (eigenvalues) is investigated to describe image features. Two approaches are considered: a)Analysis of feature vector based on thresholds and histograms, it considers two parameters, classes range IC_l and threshold T_l; b) Analysis of feature vector based on multiple linear for fixed eigenvalues, which represents the second and final eigenvalue matrix L. The techniques were tested in three image datasets: synthetic (Generic), human intestinal parasites (SADPI) and plant leaves (CNShape), each of these with its own features and challenges. Afterwards to evaluate our results, we used the classification model Support Vector Machine (SVM) to evaluate our approaches, determining the percentage of separation of categories. The first approach achieved 90 % of precision with the Generic image dataset, 88 % in SADPI dataset, and 72 % in CNShape dataset. In the second approach, it obtains 97 % of precision with the Generic image dataset, 83 % for SADPI and 86 % in CNShape respectively. The results show that the classification of images from the Laplacian spectrum can categorize them satisfactorily.

Image segmentation is an essential tool to enhance the ability of computer systems to efficiently perform elementary cognitive tasks such as detection, recognition and tracking. In this thesis we concentrate on the investigation of two fundamental topics in the context of image segmentation: spectral clustering and seeded image segmentation. We introduce two new algorithms for those topics that, in summary, rely on Laplacian-based operators, spectral graph theory, and minimization of energy functionals. The effectiveness of both segmentation algorithms is verified by visually evaluating the resulting partitions against state-of-the-art methods as well as through a variety of quantitative measures typically employed as benchmark by the image segmentation community. Our spectral-based segmentation algorithm combines image decomposition, similarity metrics, and spectral graph theory into a concise and powerful framework. An image decomposition is performed to split the input image into texture and cartoon components. Then, an affinity graph is generated and weights are assigned to the edges of the graph according to a gradient-based inner-product function. From the eigenstructure of the affinity graph, the image is partitioned through the spectral cut of the underlying graph. Moreover, the image partitioning can be improved by changing the graph weights by sketching interactively. Visual and numerical evaluation were conducted against representative spectral-based segmentation techniques using boundary and partition quality measures in the well-known BSDS dataset. Unlike most existing seed-based methods that rely on complex mathematical formulations that typically do not guarantee unique solution for the segmentation problem while still being prone to be trapped in local minima, our segmentation approach is mathematically simple to formulate, easy-to-implement, and it guarantees to produce a unique solution. Moreover, the formulation holds an anisotropic behavior, that is, pixels sharing similar attributes are preserved closer to each other while big discontinuities are naturally imposed on the boundary between image regions, thus ensuring better fitting on object boundaries. We show that the proposed approach significantly outperforms competing techniques both quantitatively as well as qualitatively, using the classical GrabCut dataset from Microsoft as a benchmark. While most of this research concentrates on the particular problem of segmenting an image, we also develop two new techniques to address the problem of image inpainting and photo colorization. Both methods couple the developed segmentation tools with other computer vision approaches in order to operate properly. / Segmentar uma image é visto nos dias de hoje como uma prerrogativa para melhorar a capacidade de sistemas de computador para realizar tarefas complexas de natureza cognitiva tais como detecção de objetos, reconhecimento de padrões e monitoramento de alvos. Esta pesquisa de doutorado visa estudar dois temas de fundamental importância no contexto de segmentação de imagens: clusterização espectral e segmentação interativa de imagens. Foram propostos dois novos algoritmos de segmentação dentro das linhas supracitadas, os quais se baseiam em operadores do Laplaciano, teoria espectral de grafos e na minimização de funcionais de energia. A eficácia de ambos os algoritmos pode ser constatada através de avaliações visuais das segmentações originadas, como também através de medidas quantitativas computadas com base nos resultados obtidos por técnicas do estado-da-arte em segmentação de imagens. Nosso primeiro algoritmo de segmentação, o qual ´e baseado na teoria espectral de grafos, combina técnicas de decomposição de imagens e medidas de similaridade em grafos em uma única e robusta ferramenta computacional. Primeiramente, um método de decomposição de imagens é aplicado para dividir a imagem alvo em duas componentes: textura e cartoon. Em seguida, um grafo de afinidade é gerado e pesos são atribuídos às suas arestas de acordo com uma função escalar proveniente de um operador de produto interno. Com base no grafo de afinidade, a imagem é então subdividida por meio do processo de corte espectral. Além disso, o resultado da segmentação pode ser refinado de forma interativa, mudando-se, desta forma, os pesos do grafo base. Experimentos visuais e numéricos foram conduzidos tomando-se por base métodos representativos do estado-da-arte e a clássica base de dados BSDS a fim de averiguar a eficiência da metodologia proposta. Ao contrário de grande parte dos métodos existentes de segmentação interativa, os quais são modelados por formulações matemáticas complexas que normalmente não garantem solução única para o problema de segmentação, nossa segunda metodologia aqui proposta é matematicamente simples de ser interpretada, fácil de implementar e ainda garante unicidade de solução. Além disso, o método proposto possui um comportamento anisotrópico, ou seja, pixels semelhantes são preservados mais próximos uns dos outros enquanto descontinuidades bruscas são impostas entre regiões da imagem onde as bordas são mais salientes. Como no caso anterior, foram realizadas diversas avaliações qualitativas e quantitativas envolvendo nossa técnica e métodos do estado-da-arte, tomando-se como referência a base de dados GrabCut da Microsoft. Enquanto a maior parte desta pesquisa de doutorado concentra-se no problema específico de segmentar imagens, como conteúdo complementar de pesquisa foram propostas duas novas técnicas para tratar o problema de retoque digital e colorização de imagens.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Philippe Leal Freire dos Santos.pdf: 1222437 bytes, checksum: 0b5ab3d6e8b9f4b4640e53168b2d042d (MD5) Previous issue date: 2010-08-23 / In this work we investigated the use of concepts from Spectral Graph Theory (SGT) to support the construction of algorithms that solve the Graph Isomorphism Problem (GIP). Three theoretical results which consider information from the spectrum of the graphs and from the eigenvector centralities were presented. Furthermore, an algorithm for detection of graph isomorphism based on two of these results was proposed. Finally, we present the computational results comparing this algorithm with others from literature. / Neste trabalho investigamos a utilização de conceitos da Teoria Espectral de Grafos (TEG) a fim de auxiliar a construção de algoritmos que solucionem o Problema de Isomorfismo de Grafos (PIG). Três resultados teóricos que consideram informações do espectro e das centralidades de autovetor dos vértices dos grafos foram apresentados. Além disso, foi proposto um algoritmo para detecção de isomorfismo de grafos baseado em dois destes resultados. Por fim, apresentamos os resultados computacionais da comparação deste algoritmo com outros da literatura

In this work we will study the linear stability of a relative equilibrium in the charged nbody problem. To do this, we will introduce the definition of spectral stability of relative equilibria and we will find conditions necessary to have such stability. We will start the work by showing relevant results in the theory of differentials equations, highlighting some important theorems, such as Existence and Uniqueness Theorem, theorems for linear stability, Floquet’s Theorem and Lyapunov Stability and Instability Theorems. We will do a concise study of Hamiltonian systems, in which we will provide results and definitions that will be of great utility during the dissertation. Among such definitions deserves attention the center configurations (C.C.), since we will show results relating them to the relative equilibria. We will introduce the concept of spectral stability and we will see propositions and theorems for the of n-body problem. An example will be displayed brings a particularity to the charged problem and that makes it very different from the classic n-body problem. Finally, we will apply the results obtained in the charged 3-body problem. / Neste trabalho faremos o estudo da estabilidade linear de um equilíbrio relativo no problema carregado de n-corpos. Para isso, introduziremos a definição de estabilidade espectral de um equilíbrio e encontraremos condições necessárias para termos tal estabilidade. Começaremos o trabalho mostrando resultados relevantes na teoria de equações diferenciais, dando destaque a alguns teoremas importantes, como por exemplo, Teorema de Existência e Unicidade, teoremas para estabilidade linear, Teorema de Floquet e Teoremas de Estabilidade e Instabilidade de Lyapunov. Será feito um estudo bastante conciso dos sistemas Hamiltonianos, no qual enunciaremos resultados e definições que serão de grande utilidade no decorrer da dissertação. Entre tais definições merece destaque a de configurações centrais (C.C.), uma vez que exibiremos resultados relacionando-as aos equilíbrios relativos. Introduziremos o conceito de estabilidade espectral e veremos proposições e teoremas para o problema carregado de n-corpos. Será exibido um exemplo que traz uma particularidade ao problema carregado e que o diferencia bastante do problema clássico de n-corpos. Por fim, faremos uma aplicação dos resultados obtidos ao problema carregado de 3-corpos. / São Cristóvão, SE

Estamos interessados em estudar o comportamento assintótico das soluções de uma classe de Equações Diferenciais Funcionais (EDF) lineares e autônomas do tipo neutro, onde os coeficientes, na parte não neutra, são funções periódicas de período comum w! e os retardamentos são múltiplos de w. Para isto, utilizamo-nos da teoria espectral de operadores aplicada ao chamado operador monodrômico \'PI\' : C \'SETA\' C, cuja ação é evoluir um dado estado um passo de tamanho w. Calculamos o resolvente deste operador, donde inferimos todas as propriedades espectrais que nos permitem determinar o comportamento assintótico das soluções. Mostramos a importância de se determinar autovalores dominantes para a obtenção das estimativas, e mostramos resultados neste sentido. Estudamos em detalhe três exemplos que ilustram a teoria e demonstram sua aplicabilidade / We are interested in the study of the asymptotic behavior of the solutions of a class of linear autonomous Functional Differential Equations (FDE) of neutral type, where the coeficients of the non neutral part are periodic functions with common period w and the time delays are multiples of w. We employ the spectral theory for linear operators applied to the so called monodromic operator \'PI\' : C \'ARROW\'! C, whose action is to evolve a given state one step of size w. We compute the resolvent of this operator, from where we infer the spectral properties that allows us to determine the asymptotic behavior of the solutions. We show the importance to determine whether an eigenvalue is dominant, in order to obtain the estimates for the correspondet solution, and we show results in this direction. Finally we study in detail three examples that illustrate the theory and demonstrate its applicability

[pt] O estudo de desvios, e em particular grandes desvios, tem uma história longa na teoria de probabilidade. Nas últimas décadas muitos artigos consideraram essas questões no contexto de subgrafos de grafos aleatórios G(n, p) e G(n, m). Esta dissertação considera a cauda inferior para o número de triângulos no grafo aleatório G(n, m). Duas abordagens estão consideradas: Martingales, a partir artigo de Christina Goldschmidt, Simon Griffiths e Alex Scott; e Teoria Espectral de Grafos, a partir do artigo de Joe Neeman, Charles Radin e Lorenzo Sadun. Essas duas abordagens conseguem encontrar o comportamento da cauda em dois regimes diferentes. Na dissertação discutiremos a visão geral do artigo de Goldschmidt, Griffiths e Scott, e discutiremos em detalhes o artigo de Neeman, Radin e Sadun. Em particular, exploraremos a conexão entre a cauda inferior do número de triângulos e o comportamento dos autovalores mais negativos da matriz de adjacência. Veremos que a contagem tende a depender, essencialmente, do autovalor mais negativo. / [en] The study of deviations, and in particular large deviations, has a long history in Probability Theory. In recent decades many articles have considered these questions in the context of subgraphs of the random graphs G(n, p) and G(n, m). This dissertation considers the lower tail for the number of triangles in the random graph G(n, m). Two approaches are considered: Martingales, based on the article of Christina Goldschmidt, Simon Griffiths and Alex Scott; and Spectral Graph Theory, based on the article of Joe Neeman, Charles Radin and Lorenzo Sadun. These two approaches manage to find the behavior of the tail in two different regimes. In this dissertation we give an overview of the article of Goldschmidt, Griffiths and Scott, discuss in detail the article of artigo Neeman, Radin and Sadun. In particular, we shall explore the connection between the lower tail of the number of triangles and the behavior of the most negative eigenvalues of the adjacency matrix. We shall see that the triangle count tends to especially depend on the most negative eigenvalue.

Neste trabalho, consideramos o problema autônomo {(-∆u+V(x)u=f(u) em R^N,@u∈H^1 (R^N)\\{0},)┤ em que N≥3, a função V é não periódica, radialmente simétrica e muda de sinal e a não linearidade f é assintoticamente linear. Além disso, impomos que V possui um limite positivo no infinito e que o espectro do operador L≔-∆+V tem ínfimo negativo. Sob essas condições, baseando-se em interações entre soluções transladadas do problema no infinito associado, é possível mostrar que tal problema satisfaz a geometria do teorema de linking clássico e garantir a existência de uma solução fraca não trivial. Em seguida, estabelecemos a existência de uma solução não trivial para o problema não autônomo {(-∆u+V(x)u=f(x,u) em R^N,@u∈H^1 (R^N)\\{0},)┤ sob hipóteses similares ao problema anterior, admitindo também que f(x,u)=f(|x|,u) dentre outras condições. Aplicamos novamente o teorema de linking para garantir que tal problema possui uma solução não trivial. Por fim, provamos que o problema quasilinear {(-∆u+V(x)u-u∆(u^2)=g(x,u) em R^3,@u∈H^1 (R^3)\\{0},)┤ em que o potencial V muda de sinal, podendo ser não limitado inferiormente, e a não linearidade g(x,u), quando |x|→∞, possui um certo tipo de monotonicidade, possui uma solução não trivial. A existência de tal solução é provada por meio de uma mudança de variável que transforma o problema num problema semilinear, nos permitindo, assim, empregar o teorema do passo da montanha combinado com o lema splitting. / In this work, we consider the autonomous problem {(-∆u+V(x)u=f(u) em R^N,@u∈H^1 (R^N)\\{0},)┤ where N≥3, V is a non-periodic radially symmetric function that changes sign and the nonlinearity f is asymptotically linear. Furthermore, we impose that V has a positive limit at infinity and the spectrum of the operator L≔-∆+V has negative infimum. Under these conditions, employing interaction between translated solutions of the problem at infinity, it is possible to show that such problem satisfies the geometry of the classical linking theorem and garantee the existence of a nontrivial weak solution. After that, we establish the existence of a nontrivial weak solution for the nonautonomous problem {(-∆u+V(x)u=f(x,u) em R^N,@u∈H^1 (R^N)\\{0},)┤ under similar hyphoteses to the previous problem, assuming also that f(x,u)=f(|x|,u) among others conditions. We apply again the classical linking theorem to ensure that such problem possesses a nontrivial weak solution. Finally, we prove that the quasilinear problem {(-∆u+V(x)u-u∆(u^2)=g(x,u) em R^3,@u∈H^1 (R^3)\\{0},)┤ where the potential V changes sign and may be unbounded from below and the nonlinearity g(x,u), as|x|→∞, has a kind of monotonicity, has a nontrivial weak solution. The existence of such solution is proved by means of a change of variables that makes the problem become a semilinear problem and hence allow us apply the mountain pass theorem combined with splitting lemma.

Neste estudo são apresentados os resultados do trabalho sobre simulações de redes de conexões complexas. Foram simuladas redes regulares, intermediárias e aleatórias com o número de nós e de conexões variando entre 103 e 5x103 e entre 2x104 e 105, respectivamente, e com probabilidade variando de 0 a 1 com passo de 0.1, com o enfoque na Teoria Espectral. Utilizando a linguagem C e o software Matlab, as redes são representadas pela sua matriz adjacência, com o objetivo de observar-se o comportamento de seus autovalores através de histogramas. A finalidade é a caracterização de redes complexas. Observa-se que a distribuição dos autovalores segue a lei semicircular de Wigner. / This study presents the results of the work about simulations of networks of complex connections. They were simulate regular networks, middlemen and aleatory with the number of nodes and of connections varying between 103 and 5x104 and between 2x104 and 105, respectively, and with probability varying from 0 to 1 with step of 0.1, with the focus in the Spectral Theory. Using the language C and the software Matlab, the networks are represented by its adjacency matrix, with the objective of observing the behavior of its eigenvalues through histograms. The purpose is the characterization of complex networks. Its observed that the eigenvalues distribution follows the Wigners semicircular law.

Neste estudo são apresentados os resultados do trabalho sobre simulações de redes de conexões complexas. Foram simuladas redes regulares, intermediárias e aleatórias com o número de nós e de conexões variando entre 103 e 5x103 e entre 2x104 e 105, respectivamente, e com probabilidade variando de 0 a 1 com passo de 0.1, com o enfoque na Teoria Espectral. Utilizando a linguagem C e o software Matlab, as redes são representadas pela sua matriz adjacência, com o objetivo de observar-se o comportamento de seus autovalores através de histogramas. A finalidade é a caracterização de redes complexas. Observa-se que a distribuição dos autovalores segue a lei semicircular de Wigner. / This study presents the results of the work about simulations of networks of complex connections. They were simulate regular networks, middlemen and aleatory with the number of nodes and of connections varying between 103 and 5x104 and between 2x104 and 105, respectively, and with probability varying from 0 to 1 with step of 0.1, with the focus in the Spectral Theory. Using the language C and the software Matlab, the networks are represented by its adjacency matrix, with the objective of observing the behavior of its eigenvalues through histograms. The purpose is the characterization of complex networks. Its observed that the eigenvalues distribution follows the Wigners semicircular law.