Nesta tese investigamos modelos irreversíveis dentro do contexto da mecânica estatística de não-equilíbrio motivados por alguns problemas de dinâmicas de populações biológicas. Procuramos identificar a existência de transições de fase e as classes de universalidade às quais os modelos pertencem. Além disso, buscamos modelos que capturem as principais características dos sistemas biológicos que procuramos descrever. Encontramos a solução analítica exata para o modelo suscetível-infectado-recuperado (SIR) em uma rede unidimensional. Investigamos o modelo suscetível-infectado-recuperado com infecção recorrente. Mostramos que o modelo pertence à classe de universalidade da percolação isotrópica, salvo pelos parâmetros em que se torna o processo de contato. Obtivemos também a linha de transição entre as fases em que há e não há propagação da epidemia, através de aproximações de campo médio e por simulações de Monte Carlo do modelo na rede quadrada. Investigamos uma dinâmica para duas espécies biológicas e dois nichos ecológicos; para tanto introduzimos um modelo estocástico irreversível de quatro estados. Concluímos que o modelo oferece uma descrição para as oscilações temporais das populações das espécies e para a alternância de dominância entre estas. Para chegar a esta conclusão, utilizamos simulações de Monte Carlo do modelo na rede quadrada, aproximações de campo médio e a abordagem da equação mestra de nascimento e morte, a qual, para grandes populações, pode ser aproximada por uma equação de Fokker-Planck que é associada a um conjunto de equações de Langevin. Por fim, usando simulações de Monte Carlo, analisamos a dinâmica de duas espécies biológicas e dois nichos ecológicos incluindo difusão. Novamente verificamos que o modelo gera cenários com oscilações temporais das populações das espécies e alternância de dominância entre estas. Ademais, concluímos que modelo pertence à classe de universalidade da percolação direcionada e obtivemos o diagrama de fase. / In this thesis we investigate irreversible models within the context of nonequilibrium statistical mechanics motivated by some problems of biological population dynamics. We look for dentifying the existence of phase transition and the universality classes to which the models belong. In addition to that, we look for models that capture the main characteristics of the biological systems which we are interested in describing. We found the exact analytic solution of the susceptible-infected-recovered (SIR) model on one-dimensional lattice. We investigated the susceptible-infected-recovered model with recurrent infection. We showed that the model belongs to the isotropic percolation universality class, except for the parameters that make the model become a contact process. We obtained the transition line between the phases in which there is propagation of the epidemic and in which there is not, by means of mean-field approximations and Monte Carlo simulations on a square lattice. Furthermore, we investigated a dynamic for two biological species and ecological niches; for this purpose we introduced an irreversible stochastic model with four states. We conclude that the modoffers a description of time oscillations of the species populations and of the alternating dominance between them. To achieve this conclusion we used Monte Carlo simulations of this model on a square lattice, mean-field approximation, and the birth and death master equation approach, which for large populations can be approximated by a Fokker-Planck equation that is associated to a set of Langevin equations. Finally, using Monte Carlo simulations, we analyzed a dynamic for two biological species and ecological niches including diffusion. Again, we verified that the model generates scenarios with time oscillations of the species populations and with alternating dominance between them. Also, we conclude that the model belongs to the directed percolation universality class and we found the phase diagram.

Este trabalho apresenta a aplicação de uma abordagem via programação estocástica linear para definição da alocação de ativos ótima em um fundo de investimento estruturado. A carteira adotada é formada por caixa, futuro de Ibovespa e call de Ibovespa. A partir da definição da alocação ótima é feita uma análise do sucesso dessa carteira em superar a performance do índice Bovespa. Além disso, é feita uma análise comparativa contra uma carteira formada apenas por caixa e um ativo com retorno igual ao do índice Bovespa à vista. Tal comparação analisa a diferença de performance e também a diferença de risco medido pelo VaR (value at risk) versus retorno. A metodologia adotada para obtenção da alocação ótima é baseada na geração de uma árvore de cenários de parâmetros de mercado sobre a qual os ativos que formam a carteira são revalorizados de tal modo que o lucro acumulado ao fim do prazo de vida do fundo seja maximizado. Os resultados obtidos mostram que a performance da carteira formada por caixa, futuros e calls supera a performance da carteira formada por caixa e índice Bovespa à vista mesmo quando sujeito a um mesmo nível de risco. Além disso, a metodologia de comparação proposta neste trabalho também se mostrou bastante útil na prática de tomada de decisões de investimento por permitir comparar a performance de estratégias de investimentos dinâmicas. / This paper presents an application that uses linear stochastic programming to define the optimal asset allocation of an structured investment fund. The portfolio adopted is comprised of cash, Ibovespa futures and calls of Ibovespa. The performance of the portfolio with optimal allocation is compared to the performance of Bovespa index. Moreover, the performance of the portfolio with optimal allocation is also compared with that of a portfolio comprised of cash and a risky asset with return equal to the Bovespa index return. Such analysis highlights not only the differences of performance but also the differences of the associated risk level measured by the VaR (Value at Risk) versus return. The methodology used for obtaining the optimal allocation is based on an event tree of market parameters, which is used to reprice the assets comprising the portfolio so that the total profit at the end of the funds life is maximized. The results show that the portfolio comprised of cash, Ibovespa futures and calls of Ibovespa outperforms the Bovespa index and also the portfolio comprised of cash and Bovespa index even when subject to the same level of risk. The analysis developed in this paper allows the comparison between dynamic investment strategies, which can be very useful on practical decision making process of asset and liability management.

Neste trabalho, analisamos três modelos definidos sobre redes e governados por dinÂmicas estocásticas. Nosso principal interesse repousa no estudo das transições de fase e no comportamento crítico desses modelos. O primeiro deles é o autômato celular pobabilístico da Domany-Kinzel, ao qual aplicamos o método de expansões em série. Em seguida, estudamos o comportamento para tempos longos de alguns processos de reação-difusão por meio de simulação numérica. Tais processos podem ser relevantes para o entendimento da compactação em sistemas granulares. Finalmente, também através de dimulações numéricas, analisamos o processo de contato conservativo, que é uma versão do modelo original definida em um ensemble onde o número de partículas é conservado. / In this work, we analyzed three lattice models governed by stochastic dynamics. Our main interest lies on the study of the phase transitions and critical behavior of these models. The first of them is the Domany-Kinzel probabilistic cellular automaton, to which we applied the method of series expansions. Next, we studied the long time behavior of some reaction-diffusion processes by means of numerical simulations. Such processes may be relevant to the understanding of granular compaction. Finally, also by means of numerical simulations, we have analyzed the conserved contact process, which is a version of the original model defined on an ensemble where the number of particles is conserved.

A Eletrodinâmica Estocástica é uma combinação da Eletrodinâmica Clássica e a hipótese adicional de que existem campos eletromagnéticos aleatórios, independentes da temperatura, denominados radiação de ponto-zero ou flutuações do vácuo, responsáveis pelo surgimento de certas propriedades peculiares dos sistemas microscópicos, geralmente descritas pela Mecânica Quântica. Diversos novos resultados da teoria são apresentados nesse trabalho. No capítulo 1, é feita uma breve introdução aos principais conceitos e pressupostos da Eletrodinâmica Estocástica, necessários para melhor compreensão dos capítulos seguintes. No capítulo 2, a atuação dos campos do vácuo no indutor de um circuito elétrico simples é estudada. Conclui-se que deve existir um tipo de ruído na voltagem do circuito, adicional ao ruído de Nyquist-Johnson, que pode ser medido dependendo da magnitude de certos parâmetros do circuito e sob certas condições de temperatura. No capítulo 3, é estudado o comportamento de uma partícula eletrizada em um potencial metaestável, com uma barreira de potencial, sujeita às flutuações da radiação térmica e de ponto-zero. Mostra-se que, mesmo à temperatura muito baixa (T -> 0), as flutuações do vácuo ainda são capazes de promover o escape da partícula através da barreira de potencial. A Mecânica Quântica atribui o fenômeno ao tunelamento da partícula através da barreira. Um conjunto de dados experimentais são analisados e observa-se que a descrição da Eletrodinâmica Estocástica produz um excelente acordo com eles. No capítulo 4, é mostrado que os formalismos de Heisenberg e Schrodinger da Mecânica Quântica deixam de ser equivalentes quando se leva em conta os campos do vácuo nos cálculos. Dirac foi o primeiro a apontar essa não equivalência para casos da Eletrodinâmica Quântica Relativísitica. Um exemplo bem mais simples é apresentado, o oscilador harmônico eletrizado, em interação com o campo eletromagnético do vácuo. / The Stochastic Electrodynamics Theory is a combination of Classical Electrodynamics and the additional hypothesis that temperature-independent stochastic electromagnetic fields do exist. These electromagnetic fields are called zero-point radiation or vacuum fluctuations and are responsible for some peculiar properties of macroscopic systems, usually described by Quantum Mechanics. Some new results of the theory are given in this work. In chapter 1, a brief introduction of the main concepts and hypothesis of the Stochastic Electrodynamics Theory are given. They are necessary for a better understanding of the following chapters. In chapter 2, the influence of vacuum fields at the inductor of a simple electric circuit is studied. One concludes that a certain type of noise in the voltage, which is additional to the NyquistJohnson noise, must exist and can be measured depending on certain circuit parameters and under certain temperatures. In chapter 3, one studies the behavior of an electrified particle inside a metastable potential with a potential barrier, under the influence of the fluctuations of thermal and zero-point radiations. It is shown that, even if the temperature is very low (T -> 0), the vacuum fluctuations are still responsible for the escape of the particle through the potential barrier. Quantum Mechanics relates this phenomenon to the tunneling of the particle through the potential barrier. Experimental data are analyzed and it is shown that the description of Stochastic Electrodynamics gives an excellent agreement with them. In chapter 4, it is shown that the Schrodinger and Heisenberg pictures of Quantum Mechanics are not equivalent when the vacuum fields are taken into account. Dirac was the first to point out this non-equivalence for Relativistic Quantum Electrodynamics. A simpler example of this non-equivalence is shown in the context of Stochastic Electrodynamics: an electrified harmonic oscillator interacting with the electromagnetic vacuum fields.

No description available.

Apresentamos nesse trabalho uma proposta de dois modelos aleatórios para a evolução de espécies. O primeiro para a evolução via seleção natural por meio de competição entre espécies e o segundo por mutação. No primeiro caso consideramos uma versão do modelo proposto por Guiol, Machado e Schinazi no caso subcrítico. Para tal modelo derivamos a distribuição da aptidão de sobrevivência ao meio do indivíduo mais forte ao longo de uma excursão ao zero. Para o segundo modelo proposto, consideramos a mutação como uma estratégia para sobrevivência ao meio e provamos condições para sobrevivência e morte quando o modelo evolui sobre a árvore binária orientada com raiz, provando a existência de transição de fase no modelo. / Here we present a proposal for two random models for the evolution of species. To the first one we consider the evolution via natural selection through competition between species and to the second one by mutation. In the first case we consider a version of the model proposed by Guiol, Machado and Schinazi at the subcritical case. For this model we derive the distribution of fitness of the strongest individual along a excursion to zero. For the second one we consider mutation as a strategy for survival and we prove conditions for death and survival when the model evolves on the binary tree with root oriented and we prove the existence of phase transitions in the model.

Este trabalho apresenta uma abordagem via programação estocástica linear para a tomada de decisão de investimento em um fundo de pensão com plano de benefícios do tipo benefício definido. Propõe-se uma nova metodologia para a definição da alocação da carteira do fundo no instante inicial baseada na média de vários cenários econômicos gerados aleatoriamente. Como exemplo de aplicação, essa metodologia é utilizada para resolver o problema da alocação inicial da carteira de um grande fundo de pensão brasileiro e a alocação inicial obtida é avaliada em termos da probabilidade de insolvência e VaR, valor em risco, do fundo no instante final do horizonte de planejamento de investimento. / This paper presents an approach via linear stochastic programming for investment decision making in a defined benefit pension fund plan. It proposes a new methodology for defining the allocation of the portfolio at the initial time based on the average of several randomly generated economic scenarios. As an illustrative example, this methodology is used to solve the problem of portfolio initial allocation of a large Brazilian pension fund and the obtained initial allocation is evaluated in terms of funds probability of default and VaR, Value-at-Risk, at the final time of the investment planning horizon.

A presente pesquisa realizou o estudo da confiabilidade aplicado à otimização da operação em tempo real de sistemas de abastecimento de água (SAA). Almeja-se que a otimização da operação em tempo real empregue técnicas que a tornem robusta, ou seja, que considerem as incertezas inerentes a um SAA real. Para tanto, é necessário associar ao modelo de otimização um previsor de demanda e um simulador hidráulico. O previsor produzirá estimativas de demandas futuras para o horizonte desejado, o qual alimentará o simulador, a fim de que sejam determinadas as estratégias operacionais otimizadas para atendimento das demandas previstas. Implementou-se o método de otimização AMALGAM (\"A Multialgorithm Genetically Adaptive Method\"), juntamente com as demais rotinas computacionais necessárias para integrar o simulador hidráulico (EPANET 2) e o previsor de demanda baseado na Rede Neural Dinâmica (DAN2). O modelo desenvolvido foi aplicado nos setores de abastecimento Eliana, Iguatemi e Martinez, os quais são operados pelo Departamento Autônomo de Água e Esgotos (DAAE) da cidade de Araraquara, SP. Os modelos das redes de água foram calibrados por meio de dados de vazão e carga de pressão coletados em campanhas de campo. As estratégias operacionais resultantes foram comparadas as operações praticadas pelo DAAE, resultando em reduções no custo do consumo de energia de 14%, 13% e 30% para os setores Eliana, Iguatemi e Martinez, respectivamente. / This research project proposes the study of reliability applied to real time optimization of operation of water supply network (WSN). It is desired to obtain robust real time optimization of operation through the use of adequate techniques which accounts the inherent uncertainty of a real WSN. To accomplish the task it is necessary to associate to the optimization model a demand forecaster and a hydraulic simulator. The forecaster will produce the future demand for the planning horizon to serve as input for the simulator, so it is possible to obtain the optimized operation to meet the predicted demand. It was implemented the AMALGAM (\"A Multialgorithm Genetically Adaptive Method\") to serve as optimization model as well as the necessary computational routine to link the EPANET hydraulic simulator as well as the demand forecaster based on DAN2. The developed model was applied to the sectors Eliana, Iguatemi and Martinez, which are part of the water system operated by the Autonomous Department of Water and Sewer (DAAE) of Araraquara, SP. The water network model was calibrated using data collected on field campaign to gather pressure and flow data. The optimized operation was compared to the operation from DAAE, resulting in reduction of energy consumption cost of 14%, 13% and 30% respectively for the sectors Eliana, Iguatemi and Martinez.

Desenvolve-se, neste trabalho, um modelo de simulação estocástica para o sistema de transporte por táxi com viagens exclusivas. Basicamente, o modelo simula a geração da demanda pelo serviço e as formas alternativas de oferta: ponto privativo, ponto livre e rádio táxi. A validação do modelo é realizada através da comparação entre o sistema de táxi observado na cidade de Bauru (SP) e o sistema simulado através da aplicação do modelo. A comparação é feita para a alternativa de oferta com pontos privativos, a única existente na cidade. Os resultados indicam que o modelo de simulação proposto reproduz bem a demanda e a oferta de viagens por táxi em cidades de porte médio. Apresenta-se, além disso, uma análise comparativa das simulações realizadas para as duas outras alternativas fictícias de operação na cidade de Bauru (SP); os resultados destas, quando comparados aos da situação existente, mostram uma significativa economia nos custos variáveis. Conclui-se que o modelo pode constituir-se num instrumento de análise e avaliação das diferentes políticas de operação de táxi e apontar a mais adequada para uma determinada cidade de porte médio. / In this work, a stochastic simulation model for the exclusive-ride taxi system is developed. The model simulates the demand generation for taxi service and the alternative forms of service supply: private pickup point, free pickup point, and radiotaxi. The model validation is carried out by comparing the taxi system observed in Bauru (SP) with that simulated using data set collected in it. The comparison is concerning to the operation with private pickup point because in Bauru there is only this type of operation. The results indicate that the proposed simulation model reproduces adequately the taxi demand and supply in medium sized cities. It is also presented a comparative analysis between existent system and other operation systems simulated. The analysis shows that a significative cost saving is obtained if the operation system is changed in Bauru. It is concluded that the proposed model may constitute an important tool to analyze and evaluate the different operational policy and indicate the most adequate one for the medium sized cities.

We analyze the relation between volatility spillovers and jumps in financial markets. For this, we compared the volatility spillover index proposed by Diebold and Yilmaz (2009) with a global volatility component, estimated through a multivariate stochastic volatility model with jumps in the mean and in the conditional volatility. This model allows a direct dating of events that alter the global volatility structure, based on a permanent/transitory decomposition in the structure of returns and volatilities, and also the estimation of market risk measures. We conclude that the multivariate stochastic volatility model solves some limitations in the spillover index and can be a useful tool in measuring and managing risk in global financial markets. / Analisamos a relação existente entre spillovers e saltos na volatilidade nos mercados financeiros. Para isso, comparamos o índice de spillover de volatilidade proposto por Diebold and Yilmaz (2009), com um componente de volatilidade global, estimado através de um modelo multivariado de volatilidade estocástica com saltos na média e na volatilidade condicional. Este modelo permite uma datação direta dos eventos que alteram a estrutura de volatilidade global, baseando-se na decomposição das estruturas de retorno e volatilidade entre efeitos permanentes/transitórios, como também a estimação de medidas de risco de mercado. Concluímos que este modelo resolve algumas das limitações do índice de spillover além de fornecer um método prático para mensurar e administrar o risco nos mercados financeiros globais.