Generación de numeros aleatorios

Resumo: Consideramos o problema geral de busca aleatória Markoviana onde um forrageador procura alvos aleatoriamente distribuídos e separados pela distância característica ?, em um ambiente de busca n-dimensional. A estratégia de busca é governada por uma heurística arbitrária e o forrageador além de não ter conhecimento das propriedades ambientais, só detecta alvos dentro de um raio de visão rv ao longo da trajetória de busca. Nesta tese propomos uma formulação matemática geral para busca aleatória, assumindo um processo estocástico composto, no qual as variáveis relevantes são a distância percorrida e a quantidade de passos executados pelo forrageador entre dois eventos de detecção. Tal construção permite-nos definir diversas grandezas importantes para caracterizar o problema (i) a eficiência estatística; (ii) o balanço energético; (iii) a taxa líquida de ganho energético e sua densidade; além da (iv) probabilidade de morte, caso o ganho energético não seja suficiente para manter o processo. No caso limite de busca determinística, em que basicamente o número de passos entre alvos é igual a 1, temos a solução exata para espaços de busca tipo Weibull. Para a busca aleatória, o número de passos entre dois eventos de detecção é arbitrário e dependente da heurística. Para este caso, desenvolvemos um algoritmo que fornece aproximações via simulações computacionais e permite o tratamento semi-analítico do problema. Estratégias de Lévy, para os quais os passos do forrageador são sorteados através de distribuições tipo Leis de Potência, são discutidas em detalhes. Finalmente, um modelo baseado em simulações numéricas e ajustes analíticos é usado para descrever busca em grupo, onde seguidores devem manter-se próximos de um líder. Se regras dinâmicas específicas são adotadas para garantir a integridade estrutural do grupo, evitando assim a dispersão de seus membros, é possível usar uma dinâmica superdifusiva para os seguidores. Isto permite otimizar a busca aleatória e ao mesmo tempo manter a coesão do grupo.

[pt] Dando continuidade ao trabalho desenvolvido por [1] para a determinação do dano devido à fadiga em estruturas sujeitas à carregamentos estocásticos, este trabalho procura desenvolver o mesmo método, acoplando-o a uma rotina de FFT, para a determinação do espectro de potências, e ao método epsilon x N, associado à regra de acúmulo linear de dano de Palmgren-Miner, para a determinação do tempo de vida deste tipo de estrutura mecânica. Dois pacotes computacionais foram desenvolvidos para a aplicação deste método. O primeiro foi desenvolvido para a realização de três tarefas básicas? Coleta de Dados: Através da simulação de um gravador, que por interfaceamento com uma placa analógica-digital, permite a utilização de computadores para a aquisição de sinais dinâmicos. Análise de Sinais: Visando a determinação das propriedades estatísticas e/ou espectrais dos históricos de carregamento. Simulação de Histórias de Carregamento: Utilizando a teoria desenvolvida por Rice e Shinozuka [2]. No segundo pacote estão presentes todas as rotinas necessárias para a estimativa do tempo de vida de fadiga segundo o método epsilon x N, ou seja: contagem de picos e vales, contagem Rain-flow, determinação do incremento de dano e acumulação do dano de fadiga considerando a regra de Miner. Os processos computacionais foram testados utilizando-se históricos típicos propostos em trabalhos correlatos, sendo seus resultados comparados com os respectivos resultados experimentiais. Por fim, procurou-se estudar a influência da resolução espectral e do número de iteração sobre o comportamento das histórias simuladas quanto a sua capacidade de reproduzir o nível de dano observado nas respectivas histórias reais, com a intenção de encontrar parâmetros ótimos que permitam uma estimativa não tendenciosa do dano de fadiga. / [en] Extending Yang s [1] studies of fatigue damage determination in structures under stochastic loading, this study was developed using the same philosophy, besides incorporate a FFT routine to the power spectral determination, the Coffin-Manson method and Miner s rule, to structure damage determination. Two software were developed to apply this method. The first one realizes three basics functions: Data Acquisition: Recording real loading processes Analysis: Determination the statistical and spectral properties of the loading processes Random loading Process Simulation: Using Gaussian simulation method. The second software contain the routines necessary to life estimation using the Coffin-Manson method: peak and valley counting, rain-flow rule, damage and cumulative damage calculation. A computational processes were applied on loading processes found on correlated studies, and the numerical results were compared with their experimental one. At last, it was objected to studying the influence os spectral resolution and the number of iteration on life prediction, to find the best parameters to a good simulation.

[pt] Esta dissertação visa investigar técnicas de segmentação semântica para a análise de dados de observação da Terra. Dois são os objetivos perseguidos neste estudo. O primeiro é avaliar o potencial de técnicas de segmentação semântica como opção aos métodos tradicionais de segmentação de imagens que tipicamente ignoram a informação semântica. O segundo objetivo consiste em comparar a segmentação semântica com a abordagem típica baseada em objeto (OBIA). O estudo apoia-se numa implementação de segmentação semântica baseada em Campos Aleatórios Condicionais. A estratégia baseada em objeto é representada neste estudo pelo algoritmo de segmentação conhecido como Multiresolução. O classificador Florestas Aleatórias (Random Forests) é utilizado para gerar os chamados potenciais de associação dos campos aleatórios condicionais, bem como para realizar a tarefa de classificação na cadeia de processamento típico da abordagem baseada em objeto. Experimentos realizados sobre duas imagens de altíssima resolução espacial (8 cm) indicaram uma clara superioridade da segmentação semântica, tanto em termos de acurácia espacial quanto de acurácia temática. Embora carentes de uma análise mais aprofundada que permita a generalização de suas conclusões, os resultados obtidos no presente estudo provêm elementos suficientes para encorajar a pesquisa futura sobre a aplicação da segmentação semântica na composição de estratégias sofisticadas de classificação de imagens, em particular sendo parte de modelos baseadas em objeto. / [en] This dissertation investigates semantic segmentation techniques for the analysis of Earth observation data. This study has two main task. The first one is to assess the potential of semantic segmentation techniques as an option to traditional image segmentation methods that typically ignore the semantic information. The second objective is to compare the semantic segmentation with the typical objectbased approach (OBIA). The study is based on an implementation of semantic segmentation based on Conditional Random Fields. The object-based approach is represented in this study by the segmentation algorithm known as Multiresolution. The Random Forests classifier is used to generate the association potentials for the conditional random fields and to perform the classification task in a representative implementation of the typical object-based approach. Experiments carried out on two high spatial resolution images (8 cm) indicated a clear superiority of semantic segmentation, both in terms of spatial accuracy and thematic accuracy. Although a more extensive analysis is required for the generalization of the aforementioned conclusions, the results of this study provide enough evidence to encourage a future research on the use of semantic segmentation to compose sophisticated image classification models, in particular being part of models inspired in the OBIA approach.

[pt] Este trabalho apresenta um dos procedimentos adotados na avaliação do desempenho da estimação de parâmetros. Este procedimento consiste na determinação de limites inferiores no erro médio quadrático da estimação. São examinados os limites de Cramér-Rao e Ziv-Zakai abordando-se especialmente sua aplicação ao problema da estimação de parâmetros de um processo aleatório gaussiano. Em exemplo ilustrativo os resultados obtidos são aplicados a estimação dos parâmetros da densidade espectral de potência de um processo, supondo-se para esta densidade, um modelo racional simples. / [en] This work presents one of the possible approaches of evaluating the parameter estimation performance. This approach is based on the determination of lover bounds for estimate mean square error. The Cramér-Rao and Ziv-Zakai bounds are studied mainly in the case of gaussian random process parameter estimation. The results are applied as an example to the estimation of the power spectral density parameters of a random process. A simple rational model is used to represent this spectral density.

[pt] Nesta dissertação, discutiremos o método de equações diferenciais de Wormald, que possui muitas aplicações recentes em Combinatória. Esse método explora a interação entre a matemática discreta e contínua e pode ser usado para provar concentração em uma grande quantidade de processos aleatórios discretos. Em particular, estudaremos o processo livre de H e o algoritmo guloso aleatório para gerar conjuntos independentes em hipergrafos. Esses processos tem sido amplamente estudados nos últimos anos, culminando com o recente grande avanço de Tom Bohman e Patrick Bennett em 2016, que obtiveram uma cota inferior para hipergrafos com certas condições de densidade. Nós não só reproduzimos sua demonstração mas também obtemos um resultado mais forte (expandindo seu resultado para hipergrafos mais esparsos) e analisamos o caso de hipergrafos lineares, com o intuito de progredir rumo a uma conjectura de Johnson e Pinto sobre o processo livre de Q2 no hipercubo Qd. / [en] In this dissertation, we will discuss Wormald s differential equations method, which has recently had many intriguing applications in Combinatorics. This method explores the interplay between discrete and continuous mathematics and it can be used to prove concentration in a number of discrete random processes. In particular, we will discuss the H-free process and the random greedy algorithm to obtain independent sets in hypergraphs. These processes had been extensively studied through the past few years, culminating in the recent breakthrough of Tom Bohman and Patrick Bennett in 2016, who obtained a lower bound for hypergraphs with certain density conditions. We not only reproduce the proof given by them but also obtain a stronger result (expanding their result to sparser hypergraphs) and we analyze the case of linear hypergraphs, in order to make progress towards a conjecture by Johnson and Pinto concerning the Q2-free process in the hypercube Qd.

Orientadora: Marcela Aparecida Guerreiro Machado / Coorientador: Antonio Fernando Branco Costa / Banca: Fernando Augusto Silva Marins / Banca: Aneirson Francisco da Silva / Banca: José Luiz Contador / Banca: Bruno Chaves Franco / Resumo: A suposição mais importante para o emprego dos gráficos de controle é a de independência entre as medidas da característica de qualidade de um processo. A violação da hipótese de independência diminui o poder de detecção do gráfico de controle. Nesta tese, o gráfico ����2 de Hotelling é empregado para monitorar processos bivariados com observações da amostra representadas por um modelo autoregressivo multivariado de primeira ordem - VAR(1). Contrapondo a esse efeito negativo da falta de independência, são sugeridas duas estratégias de amostragem: (1) na estratégia de amostragem sistemática, as amostras são obtidas através da seleção de um elemento da linha de produção e, em seguida, pulam-se s elementos consecutivos antes de se selecionar o próximo; (2) na estratégia de amostragem composta, os elementos são selecionados de dois subgrupos racionais consecutivos para formar a amostra. O emprego dessas estratégias sempre melhoram o desempenho do gráfico, exceto quando apenas uma variável é afetada por uma causa especial e as observações desta variável não são autocorrelacionadas. Os ensaios realizados mostraram que se pular s=1 elemento com a estratégia sistemática, o número médio de amostras até o sinal (NMA) reduz em mais de 30%, em média. Se dois itens são pulados (s=2), esse número aumenta para 40%. Na estratégia de amostragem composta, observou-se uma redução média de 25% no NMA / Abstract: The most important of the assumptions made concerning control charts is that of independence of the quality characteristics observations. The violation of the independence assumption decreases the power of the control chart. In this thesis, is considered the T2 control chart for bivariate samples of size n with observations modeled by a first order vector autoregressive model - VAR (1). To counteract the undesired effect of the autocorrelation two sampling strategies are applied: (1) the systematic sampling strategy, where the samples are obtained by selecting an element of the production line and skipping s consecutive elements before selecting the next one; (2) the mixed sampling strategy where the samples elements are selected from the two consecutive rational subgroups. The sampling strategies always improves the chart's performance, except when only one variable is affected by the assignable cause and the observations of this variable are not autocorrelated. If only one element is skipped, the average run length (ARL) reduces in more than 30%, on average. If two elements are skipped, this number increases to 40%. With the mixed sample, the average reduction is 25% in the ARL / Doutor

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[pt] Radares são sistemas eletromagnéticos de detecção e localização de objetos refletores. Sua operação consiste na transmissão de formas de onda e na detecção e processamento do sinal refletido no alvo, visando extrair algumas características deste (e.g. posição, velocidade, direção, tipo de alvo). Radares de ruído, por sua vez, são sistemas que transmitem sinais com forma de onda aleatória e que, por este motivo, apresentam elevado desempenho em presença de interferências externas, intencionais ou não, e supressão da ambiguidade em distância na detecção de alvos. O presente trabalho desenvolve inicialmente uma modelagem probabilística dos sinais envolvidos em radares de ruído. Esta modelagem permite a obtenção de expressões fechadas para funções autocorrelação, densidades espectrais de potência, funções correlação cruzada e ganhos de processamento associadas aos diversos sinais envolvidos. Com base nesta modelagem, e feita uma análise comparativa de radares que utilizam compressão de pulso e integração em sua cadeia de recepção. Mais especificamente, são comparados radares de ruído com radares tradicionais (que utilizam formas de onda determinísticas - chirps) operando em cenários que permitem avaliar aspectos como a resolucao em distância, o nível de lóbulos secundários e a eliminação de ambiguidades. / [en] Radars are electromagnetics systems used for detecting and locating reflecting objects. Their operation is based on the transmition of waveforms and on the detection and processing of the reflected signal so that some targets can be estimated (e.g. position, velocity, direction and type of target). Noise radars are systems that use random signals as the transmitting waveform and that for this reason present high performance against external interference, intentional or not, and the suppression of range ambiguity in the detection of targets. The present work initially develops a probabilistic model for the random signals involved in Noise Radars. This model allows for derivation of closed forms expressions for autocorrelation functions, power spectral densities, processing gains, and cross-correlation functions of the random signals involved. Based on this model, a comparison of radars that employ pulse compression and integration in their receivers. More specifically, Noise Radars are compared to traditional radars that use deterministic waveforms (chirps) under different scenarios which are chosen so that some specific aspects like range resolution, side-lobe levels and range ambiguity elimination can be evaluated.

Ingeniero Civil en Computación / El recuento de Unidades Docentes (UDs) es una de las tantas herramientas dentro de la plataforma U-Campus, un sistema desarrollado por el Área de Infotecnologías (ADI) en res- puesta a la necesidad de facilitar el cumplimiento de los servicios entre alumnos y funcionarios de la Universidad de Chile. El recuento de UD s forma parte de los pasos necesarios para corroborar el avance académico del alumno y está inserto dentro de los procesos necesarios para realizar la titulación o graduación. Antiguamente no se poseía esta herramienta y, por ende, se debía realizar un chequeo manual con planillas creadas para cada tipo de título. Esta verificación tomaba meses en ser calculada y, debido a ello, hubo varios intentos por crear un sistema que lo apoyara. Sin embargo, sólo logró una mejora significativa cuando se desarrolló el sistema por el ADI. Esta implementación consiste en recorrer todas las combinaciones posibles hasta que se encuentre la solución o hasta que se cumpla un plazo de quince segundos dejando inconclusa la certeza de si la solución obtenida hasta ese momento corresponde a la mejor. Debido a lo anterior, se producen casos en que el recuento de UD s responde incorrectamente, ya sea mencionando que una persona no cumple con los requisitos académicos, siendo que si los satisface (falsos negativos), o entregando una nota promedio inferior a la que una combinación encontrada posteriormente podría entregar. Inspirado en los problemas que provoca esta falta de exactitud para el agente principal de este proceso, la Subdirección de Gestión Docente (SGD), y en conceptos de programación dinámica y teoría de grafos, se diseñó una mejora en la heurística realizando reducciones en el número de combinaciones. El modelamiento como grafo permitió encontrar componentes conexas que reflejaron la independencia que tienen ciertas combinaciones con respecto a otras, permitiendo una separación inicial en problemas más pequeños. La mejora impactó de una manera considerable en los tiempos, reduciéndolos hasta diez veces, al igual que el número de cálculos que se demoraban más de quince segundos. Incluso se encontraron alumnos ya egresados con la posibilidad de tener una mejor nota. Aun así, no se logró uno de los requisitos del objetivo principal para la carrera Ingeniería Civil Industrial, debido a la oferta de ramos electivos que posee. La gran mayoría son de cinco créditos (la mitad de lo usual en la Escuela), produciendo que un alumno promedio deba aprobar el doble de ramos que si fuese de otra carrera, afectando negativamente al algoritmo. Por lo anterior, se concluyó que existe la necesidad de herramientas que sincronicen los esfuerzos en la formación de innovaciones dentro de los planes de estudios por parte de los departamentos, tanto con el área de gestión por parte de la Escuela como del área tecnológica competente.