Made available in DSpace on 2016-06-02T20:04:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4032.pdf: 1016886 bytes, checksum: 6e1eb83f197a88332f8951b054c1f01a (MD5) Previous issue date: 2011-11-18 / Financiadora de Estudos e Projetos / The capture-recapture process, largely used in the estimation of the number of elements of animal population, is also applied to other branches of knowledge like Epidemiology, Linguistics, Software reliability, Ecology, among others. One of the _rst applications of this method was done by Laplace in 1783, with aim at estimate the number of inhabitants of France. Later, Carl G. J. Petersen in 1889 and Lincoln in 1930 applied the same estimator in the context of animal populations. This estimator has being known in literature as _Lincoln-Petersen_ estimator. In the mid-twentieth century several researchers dedicated themselves to the formulation of statistical models appropriated for the estimation of population size, which caused a substantial increase in the amount of theoretical and applied works on the subject. The capture-recapture models are constructed under certain assumptions relating to the population, the sampling procedure and the experimental conditions. The main assumption that distinguishes models concerns the change in the number of individuals in the population during the period of the experiment. Models that allow for births, deaths or migration are called open population models, while models that does not allow for these events to occur are called closed population models. In this work, the goal is to characterize likelihood functions obtained by applying methods of elimination of nuissance parameters in the case of closed population models. Based on these likelihood functions, we discuss methods for point and interval estimation of the population size. The estimation methods are illustrated on a real data-set and their frequentist properties are analised via Monte Carlo simulation. / O processo de captura-recaptura, amplamente utilizado na estimação do número de elementos de uma população de animais, é também aplicado a outras áreas do conhecimento como Epidemiologia, Linguística, Con_abilidade de Software, Ecologia, entre outras. Uma das primeiras aplicações deste método foi feita por Laplace em 1783, com o objetivo de estimar o número de habitantes da França. Posteriormente, Carl G. J. Petersen em 1889 e Lincoln em 1930 utilizaram o mesmo estimador no contexto de popula ções de animais. Este estimador _cou conhecido na literatura como o estimador de _Lincoln-Petersen_. Em meados do século XX muitos pesquisadores se dedicaram à formula ção de modelos estatísticos adequados à estimação do tamanho populacional, o que causou um aumento substancial da quantidade de trabalhos teóricos e aplicados sobre o tema. Os modelos de captura-recaptura são construídos sob certas hipóteses relativas à população, ao processo de amostragem e às condições experimentais. A principal hipótese que diferencia os modelos diz respeito à mudança do número de indivíduos da popula- ção durante o período do experimento. Os modelos que permitem que haja nascimentos, mortes ou migração são chamados de modelos para população aberta, enquanto que os modelos em que tais eventos não são permitidos são chamados de modelos para popula- ção fechada. Neste trabalho, o objetivo é caracterizar o comportamento de funções de verossimilhança obtidas por meio da utilização de métodos de eliminação de parâmetros perturbadores, no caso de modelos para população fechada. Baseado nestas funções de verossimilhança, discutimos métodos de estimação pontual e intervalar para o tamanho populacional. Os métodos de estimação são ilustrados através de um conjunto de dados reais e suas propriedades frequentistas são analisadas via simulação de Monte Carlo.

Um método para avaliação do uso de ganho adequado em ensaios de verificação de PIO (Pilot Induced Oscillations) é apresentado. As tarefas de manobra sintética (Synthetic Tracking Task) são utilizadas para demonstração. A teoria é baseada no conceito de entropia estatística proveniente da teoria da informação e no modelo estrutural do piloto humano. O método é apresentado para manobras executadas no eixo lateral e oferece uma medida do ganho humano utilizado durante a sua execução em malha-fechada. Para a modelagem da planta é utilizado modelo black-box com equacionamento de espaço de estados e identificação de parâmetros. Dados de ensaios em voo provenientes de uma aeronave de transporte certificada FAR-25 são utilizados para medir a razão entre o tempo gasto pelo piloto humano em uma malha fechada em posição versus o tempo em uma malha de derivada da posição (roll vs. roll rate). Esta medida é proposta como validadora da execução correta do ensaio. / A method is proposed to verify losed-loop adequate flight test piloting gain in PIO aircraft certification. The synthetic tracking task PIO flight test is used. The theory is based on the entropy concept from information theory and on the structural pilot model of the human pilot. The method is presented for single axis pilot tracking maneuvers and offers a measure of the human pilot gain employed during its execution. A black-box, state-space, parameter-identified model is used for the plant. Flight test data from a FAR-25 transport aircraft is used to verify the theory of how to determine a measure of the ratio between time spent by the human pilot in the error loop versus in the error rate loop to control the aircraft. This measure is proposed as a test point validation method for PIO flight testing.

Structure learning of Bayesian Networks (BNs) is an NP-hard problem, and the use of sub-optimal strategies is essential in domains involving many variables. One of them is to generate multiple approximate structures and then to reduce the ensemble to a representative structure. It is possible to use the occurrence frequency (on the structures ensemble) as the criteria for accepting a dominant directed edge between two nodes and thus obtaining the single structure. In this doctoral research, it was made an analogy with an adapted one-dimensional random-walk for analytically deducing an appropriate decision threshold to such occurrence frequency. The obtained closed-form expression has been validated across benchmark datasets applying the Matthews Correlation Coefficient as the performance metric. In the experiments using a recent medical dataset, the BN resulting from the analytical cutoff-frequency captured the expected associations among nodes and also achieved better prediction performance than the BNs learned with neighbours thresholds to the computed. In literature, the feature accounted along of the perturbed structures has been the edges and not the directed edges (arcs) as in this thesis. That modified strategy still was applied to an elderly dataset to identify potential relationships between variables of medical interest but using an increased threshold instead of the predict by the proposed formula - such prudence is due to the possible social implications of the finding. The motivation behind such an application is that in spite of the proportion of elderly individuals in the population has increased substantially in the last few decades, the risk factors that should be managed in advance to ensure a natural process of mental decline due to ageing remain unknown. In the learned structural model, it was graphically investigated the probabilistic dependence mechanism between two variables of medical interest: the suspected risk factor known as Metabolic Syndrome and the indicator of mental decline referred to as Cognitive Impairment. In this investigation, the concept known in the context of BNs as D-separation has been employed. Results of the carried out study revealed that the dependence between Metabolic Syndrome and Cognitive Variables indeed exists and depends on both Body Mass Index and age. / O aprendizado da estrutura de uma Rede Bayesiana (BN) é um problema NP-difícil, e o uso de estratégias sub-ótimas é essencial em domínios que envolvem muitas variáveis. Uma delas consiste em gerar várias estruturas aproximadas e depois reduzir o conjunto a uma estrutura representativa. É possível usar a frequência de ocorrência (no conjunto de estruturas) como critério para aceitar um arco dominante entre dois nós e assim obter essa estrutura única. Nesta pesquisa de doutorado, foi feita uma analogia com um passeio aleatório unidimensional adaptado para deduzir analiticamente um limiar de decisão apropriado para essa frequência de ocorrência. A expressão de forma fechada obtida foi validada usando bases de dados de referência e aplicando o Coeficiente de Correlação de Matthews como métrica de desempenho. Nos experimentos utilizando dados médicos recentes, a BN resultante da frequência de corte analítica capturou as associações esperadas entre os nós e também obteve melhor desempenho de predição do que as BNs aprendidas com limiares vizinhos ao calculado. Na literatura, a característica contabilizada ao longo das estruturas perturbadas tem sido as arestas e não as arestas direcionadas (arcos) como nesta tese. Essa estratégia modificada ainda foi aplicada a um conjunto de dados de idosos para identificar potenciais relações entre variáveis de interesse médico, mas usando um limiar aumentado em vez do previsto pela fórmula proposta - essa cautela deve-se às possíveis implicações sociais do achado. A motivação por trás dessa aplicação é que, apesar da proporção de idosos na população ter aumentado substancialmente nas últimas décadas, os fatores de risco que devem ser controlados com antecedência para garantir um processo natural de declínio mental devido ao envelhecimento permanecem desconhecidos. No modelo estrutural aprendido, investigou-se graficamente o mecanismo de dependência probabilística entre duas variáveis de interesse médico: o fator de risco suspeito conhecido como Síndrome Metabólica e o indicador de declínio mental denominado Comprometimento Cognitivo. Nessa investigação, empregou-se o conceito conhecido no contexto de BNs como D-separação. Esse estudo revelou que a dependência entre Síndrome Metabólica e Variáveis Cognitivas de fato existe e depende tanto do Índice de Massa Corporal quanto da idade.

Structure learning of Bayesian Networks (BNs) is an NP-hard problem, and the use of sub-optimal strategies is essential in domains involving many variables. One of them is to generate multiple approximate structures and then to reduce the ensemble to a representative structure. It is possible to use the occurrence frequency (on the structures ensemble) as the criteria for accepting a dominant directed edge between two nodes and thus obtaining the single structure. In this doctoral research, it was made an analogy with an adapted one-dimensional random-walk for analytically deducing an appropriate decision threshold to such occurrence frequency. The obtained closed-form expression has been validated across benchmark datasets applying the Matthews Correlation Coefficient as the performance metric. In the experiments using a recent medical dataset, the BN resulting from the analytical cutoff-frequency captured the expected associations among nodes and also achieved better prediction performance than the BNs learned with neighbours thresholds to the computed. In literature, the feature accounted along of the perturbed structures has been the edges and not the directed edges (arcs) as in this thesis. That modified strategy still was applied to an elderly dataset to identify potential relationships between variables of medical interest but using an increased threshold instead of the predict by the proposed formula - such prudence is due to the possible social implications of the finding. The motivation behind such an application is that in spite of the proportion of elderly individuals in the population has increased substantially in the last few decades, the risk factors that should be managed in advance to ensure a natural process of mental decline due to ageing remain unknown. In the learned structural model, it was graphically investigated the probabilistic dependence mechanism between two variables of medical interest: the suspected risk factor known as Metabolic Syndrome and the indicator of mental decline referred to as Cognitive Impairment. In this investigation, the concept known in the context of BNs as D-separation has been employed. Results of the carried out study revealed that the dependence between Metabolic Syndrome and Cognitive Variables indeed exists and depends on both Body Mass Index and age. / O aprendizado da estrutura de uma Rede Bayesiana (BN) é um problema NP-difícil, e o uso de estratégias sub-ótimas é essencial em domínios que envolvem muitas variáveis. Uma delas consiste em gerar várias estruturas aproximadas e depois reduzir o conjunto a uma estrutura representativa. É possível usar a frequência de ocorrência (no conjunto de estruturas) como critério para aceitar um arco dominante entre dois nós e assim obter essa estrutura única. Nesta pesquisa de doutorado, foi feita uma analogia com um passeio aleatório unidimensional adaptado para deduzir analiticamente um limiar de decisão apropriado para essa frequência de ocorrência. A expressão de forma fechada obtida foi validada usando bases de dados de referência e aplicando o Coeficiente de Correlação de Matthews como métrica de desempenho. Nos experimentos utilizando dados médicos recentes, a BN resultante da frequência de corte analítica capturou as associações esperadas entre os nós e também obteve melhor desempenho de predição do que as BNs aprendidas com limiares vizinhos ao calculado. Na literatura, a característica contabilizada ao longo das estruturas perturbadas tem sido as arestas e não as arestas direcionadas (arcos) como nesta tese. Essa estratégia modificada ainda foi aplicada a um conjunto de dados de idosos para identificar potenciais relações entre variáveis de interesse médico, mas usando um limiar aumentado em vez do previsto pela fórmula proposta - essa cautela deve-se às possíveis implicações sociais do achado. A motivação por trás dessa aplicação é que, apesar da proporção de idosos na população ter aumentado substancialmente nas últimas décadas, os fatores de risco que devem ser controlados com antecedência para garantir um processo natural de declínio mental devido ao envelhecimento permanecem desconhecidos. No modelo estrutural aprendido, investigou-se graficamente o mecanismo de dependência probabilística entre duas variáveis de interesse médico: o fator de risco suspeito conhecido como Síndrome Metabólica e o indicador de declínio mental denominado Comprometimento Cognitivo. Nessa investigação, empregou-se o conceito conhecido no contexto de BNs como D-separação. Esse estudo revelou que a dependência entre Síndrome Metabólica e Variáveis Cognitivas de fato existe e depende tanto do Índice de Massa Corporal quanto da idade.