Geolocation accuracy is a very crucial and a life-or-death factor for rescue teams. Natural disasters or man-made disasters are just a few convincing reasons why fast and accurate position location is necessary. One way to unleash the potential of positioning systems is through the use of collaborative positioning. It consists of simultaneously solving for the position of two nodes that need to locate themselves. Although the literature has addressed the benefits of collaborative positioning in terms of accuracy, a theoretical foundation on the performance of collaborative positioning has been disproportionally lacking. This dissertation uses information theory to perform a theoretical analysis of the value of collaborative positioning.The main research problem addressed states: 'Is collaboration always beneficial? If not, can we determine theoretically when it is and when it is not?' We show that the immediate advantage of collaborative estimation is in the acquisition of another set of information between the collaborating nodes. This acquisition of new information reduces the uncertainty on the localization of both nodes. Under certain conditions, this reduction in uncertainty occurs for both nodes by the same amount. Hence collaboration is beneficial in terms of uncertainty. However, reduced uncertainty does not necessarily imply improved accuracy. So, we define a novel theoretical model to analyze the improvement in accuracy due to collaboration. Using this model, we introduce a variational analysis of collaborative positioning to deter- mine factors that affect the improvement in accuracy due to collaboration. We derive range conditions when collaborative positioning starts to degrade the performance of standalone positioning. We derive and test criteria to determine on-the-fly (ahead of time) whether it is worth collaborating or not in order to improve accuracy. The potential applications of this research include, but are not limited to: intelligent positioning systems, collaborating manned and unmanned vehicles, and improvement of GPS applications. / Ph. D.

Testes educacionais possibilitam a obtenção de medidas e resultados, a realização de análises e o estabelecimento de objetivos para os processos de ensino e a aprendizagem, além de subsidiarem processos seletivos e políticas públicas. A avaliação de desempenho dos examinados pode considerar uma única ou múltiplas habilidades e/ou competências. Como alternativa para testes via lápis e papel, o Teste Baseado em Computador (CBT) pode compor, aplicar e corrigir testes e produzir estatísticas individuais ou do grupo de examinados automaticamente. Considerando que o examinado possua múltiplas habilidades, o Teste Adaptativo baseado na Teoria de Resposta ao Item Multidimensional (MCAT) mantém a mesma acurácia de um teste tradicional, baseando-se no conhecimento do examinado a partir do histórico de itens anteriormente respondidos. A seleção de itens por Kullback Leibler entre Posteriores Subsequentes (\'K POT. p\') evita selecionar um item difícil para um examinado com baixa habilidade, sugerindo que \'K POT. p\' é um critério aplicável em testes educacionais. A revisão da literatura apontou para: (i) a carência de estudos para o critério \'K POT. P\', (ii) a carência de estudos com MCATs operacionais em contextos educacionais para usuários reais, (iii) a carência de estudos e propostas de critérios iniciais e de parada para MCATs, quando o número de itens administrados pelo teste é variável, e (iv) a ausência de trabalhos brasileiros na área de MCATs. Diante das lacunas apresentadas, esta tese de doutoramento trata da seguinte questão de pesquisa: Qual a abordagem para viabilizar o uso do critério KP em MCATs operacionais para contextos educacionais, que permita que o sistema implementado seja aprovado nos critérios de funcionalidade, confiabilidade, eficiência, manutenibilidade e portabilidade da ISO-9126, que é a base para avaliar testes computadorizados? Os objetivos específicos desta pesquisa foram os seguintes: (i) implementar e validar o critério de seleção \'K POT. P\', comparando-o com o critério bayesiano usual, (ii) propor melhorias e calcular o tempo computacional de processamento da seleção de itens por \'K POT. P\', (iii) propor critérios iniciais consistentes com a realidade e a necessidade das avaliações educacionais, (iv) validar o critério de parada inédito KPIC, quando a intenção é se ter MCATs que administrem um número variável de itens para os examinados, (v) desenvolver uma arquitetura que viabilize a aplicação via Web de MCATs com usuários reais, (vi) discutir aspectos teóricos e metodológicos da nova abordagem CBMAT via prova de conceito, por meio da implementação do sistema MADEPT, que avalia examinados na perspectiva da avaliação diagnóstica, (vii) avaliar o MADEPT de acordo com as normas internacionais de produto de software ISO-9126 e apontar a factibilidade, a viabilidade, as dificuldades, as vantagens e as limitações do desenvolvimento CBMATs para o ambiente Web. A metodologia utilizada para responder a questão de pesquisa foi: (i) organizar e selecionar as teorias, os métodos, os modelos e os resultados inerentes a MCATs, (ii) expandir a equação de \'K POT. P\', (iii) implementar o MCAT contemplando o critério de seleção \'K POT. P\' e a metodologia bayesiana para estimação e seleção de itens, (iv) validar estatisticamente \'K POT. P\' e KPIC, (v) implementar o CBMAT, contemplando o MCAT como um subsistema e (vi) avaliar o CBMAT via ISO-9126. Os resultados deste trabalho são vários: (i) uma ampla revisão da literatura nas teorias/métodos/critérios necessários para a implementação computacional de MCATs, (ii) a reformulação da equação que expressa a seleção por \'K POT. P\' para implementação via linguagem de programação científica, (iii) os estudos de simulações do MCAT quando a seleção de itens é por \'K POT. P\' e o critério de parada por KPIC mostram que \'K POT. P\' é um critério adequado e indicado quando o objetivo é ter um teste com um número baixo e variável de itens administrados, mantendo um vício adequado e com alta acurácia na estimação da habilidade, (iv) o desenvolvimento de algoritmos inéditos para os critérios iniciais, (v) a validação de uma nova arquitetura que viabiliza a aplicação via Web de MCATs com usuários reais e (vi) a implementação e avaliação via ISO-9126 do sistema computacionalWeb MADEPT. Conclui-se que é possível desenvolver uma arquitetura que viabilize a aplicação viaWeb de MCATs com usuários reais, utilizando o critério de seleção \'K POT. P\' e critérios iniciais condizentes com as avaliações educacionais. Quando a intenção é aplicar MCATs em cenários reais, a seleção de itens por \'K POT. P\' combinado com o critério de parada KPIC proporcionam um teste mais curto e com mais acurácia do que aqueles que utilizam a metodologia bayesiana usual, e com um tempo computacional de processamento condizente com as características da abordagem multidimensional / Educational tests provide measures and indicators that enable evaluations and guide the definition of educational goals, besides supporting selection processes and public policies formulation. The evaluation of the examinees performance may consider one or multiple skills and abilities. As an alternative to hand-written tests, the Computer Based Test (CBT) provides the setup, application and correction of tests as well as provide individual and/or collective statistics about the examinees performance. Considering that the examinee has several abilities, the Computer Adaptive Test based on the Multidimensional Item Response Theory (MCAT) keeps the same accuracy of a traditional test, building on the personal knowledge inferred from the track record of responses to previous items. The item selection through Kullback Leibler between Subsequent Posteriors (\'K POT. P\') avoids to select a difficult item for a low ability examinee, suggesting that \'K POT. P\' is a criterion applicable to educational tests. The literature review evidenced: (i) the insufficiency of studies about the \'K POT. P\' criterion; (ii) the insufficiency of studies on operational MCATs in educational contexts for real users; (iii) the shortage of studies and proposals for initial and stop criteria for MCATs, given a variable number of administered items, and (iv) the lack of Brazilian studies in the area of MCATs. To bridge these gaps, this doctoral thesis addresses the following research question: What is the approach that enables to employ the \'K POT. P\' criterion in operational MCATs for educational contexts, ensuring that the implemented system be in accordance with the functionality, reliability, efficiency, maintainability and portability criteria of ISO-9126 (which is the base for computer based tests evaluation)? The specific objectives of this research are to: (i) implement and validate the \'K POT. P\' selection criterion, comparing it to the usual Bayesian criterion; (ii) propose improvements and calculate the computational time for item selection processing through \'K POT. P\'; (iii) propose initial criteria consistent with the reality and the need of educational evaluation; (iv) validate the novel stop criterion KPIC, aiming at MCATs that administer a variable number of items for the examinees; (v) develop an architecture that enables the application of MCATs via web to real users; (vi) discuss theoretic and methodological issues related to the new CBMAT via proof-of-concept, implementing the MADEPT, which evaluates the examinees under the perspective of the diagnostic evaluation; (vii) evaluateMADEPT according to the international standards software ISO-9126 and point out feasibility, viability, difficulties, advantages and limitations of CBMATs development for web environment. The methodology used to answer the research question was to: (i) organize and select the theories, the methods, the models and results inherent to MCATs; (ii) rewrite the equation of \'K POT. P\'; (iii) implement the MCAT considering the \'K POT. P\' selection criterion and the Bayesian methodology for item estimation and selection (iv) validate \'K POT. P\' and KPIC statistically; (v) implement CBMAT, considering MCAT as a subsystem and (vi) evaluate CBMAT according to ISO-9126. This research has many results: (i) it presents a broad literature review regarding theories/methods/criteria for MCATs computational implementation; (ii) it rewrites in a scientific programming language the equation that expresses the selection through \'K POT. P\'; (iii) it shows, through MCAT simulations, that \'K POT. P\' is a criterion adequate and indicated for tests with a small and variable number of administered items, using \'K POT. P\' for item selection and KPIC as stop criterion; (iv) it develops novel algorithms for initial criteria; (v) it validates a new architecture to enable the application of MCATs via Web to real users; (vi) it implements and evaluates the web computational system MADEPT according to ISO-9126. We conclude that it is possible to develop an architecture that enables the application of MCATs via web to real users, using \'K POT. P\' selection criterion and initial criteria consistent with the educational evaluation. If the aim is to apply MCATs in real scenarios, the item selection through \'K POIT. \'P associated with the stop criterion KPIC provide a shorter and more accurate test in comparison to those using bayesian methodology. Moreover, its processing computational time is in line with the features of the multidimensional approach

No presente trabalho, conceitos de inferência estatística são utilizados para aplicação e comparação de diferentes métodos de análise de sinais de ressonância magnética funcional. A idéia central baseia-se na obtenção da distribuição de probabilidade da variável aleatória de interesse, para cada método estudado e sob diferentes valores da relação sinal-ruído (SNR). Este objetivo é atingido através de simulações numéricas da função resposta hemodinâmica (HRF) acrescida de ruído gaussiano. Tal procedimento nos permite avaliar a sensibilidade e a especificidade dos métodos empregados através da construção das curvas ROC (receiver operating characteristic) para diferentes valores de SNR. Sob específicas condições experimentais, aplicamos métodos clássicos de análise (teste t de Student e correlação), medidas de informação (distância de Kullback-Leibler e sua forma generalizada) e um método Bayesiano (método do pixel independente). Em especial, mostramos que a distância de Kullback-Leibler (D) (ou entropia relativa) e sua forma generalizada são medidas úteis para análise de sinais dentro do cenário de teoria da informação. Estas entropias são usadas como medidas da \"distância\"entre as funções de probabilidade p1 e p2 dos níveis do sinal relacionados a estímulo e repouso. Para prevenir a ocorrência de valores divergentes de D, introduzimos um pequeno parâmetro d nas definições de p1 e p2. Estendemos a análise, apresentando um estudo original da distância de Kullback-Leibler generalizada Dq (q é o parâmetro de Tsallis). Neste caso, a escolha apropriada do intervalo 0 < q < 1 permite assegurar que Dq seja finito. Obtemos as densidades de probabilidade f (D) e f (Dq) das médias amostrais das variáveis D e Dq , respectivamente, calculadas ao longo das N épocas de todo o experimento. Para pequenos valores de N (N < 30), mostramos que f (D) e f (Dq) são muito bem aproximadas por distribuições Gamma (qui^2 < 0,0009). Em seguida, estudamos o método (Bayesiano) do pixel independente, considerando a probabilidade a posteriori como variável aleatória e obtendo sua distribuição para várias SNR\'s e probabilidades a priori. Os resultados das simulações apontam para o fato de que a correlação e o método do pixel independente apresentam melhor desempenho do que os demais métodos empregados (para SNR > -20 dB). Contudo, deve-se ponderar que o teste t e os métodos entrópicos compartilham da vantagem de não se utilizarem de um modelo para HRF na análise de dados reais. Finalmente, para os diferentes métodos, obtemos os mapas funcionais correspondentes a séries de dados reais de um voluntário assintomático submetido a estímulo motor de evento relacionado, os quais demonstram ativação nas áreas cerebrais motoras primária e secundária. Enfatizamos que o procedimento adotado no presente estudo pode, em princípio, ser utilizado em outros métodos e sob diferentes condições experimentais. / In the present work, concepts of statistical inference are used for application and comparison of different methods of signal analysis in functional magnetic resonance imaging. The central idea is based on obtaining the probability distribution of the random variable of interest, for each method studied under different values of signal-to-noise ratio (SNR). This purpose is achieved by means of numerical simulations of the hemodynamic response function (HRF) with gaussian noise. This procedure allows us to assess the sensitivity and specificity of the methods employed by the construction of the ROC curves (receiver operating characteristic) for different values of SNR. Under specific experimental conditions, we apply classical methods of analysis (Student\'s t test and correlation), information measures (distance of Kullback-Leibler and its generalized form) and a Bayesian method (independent pixel method). In particular, we show that the distance of Kullback-Leibler D (or relative entropy) and its generalized form are useful measures for analysis of signals within the information theory scenario. These entropies are used as measures of the \"distance\"between the probability functions p1 and p2 of the signal levels related to stimulus and non-stimulus. In order to avoid undesirable divergences of D, we introduced a small parameter d in the definitions of p1 and p2. We extend such analysis, by presenting an original study of the generalized Kullback-Leibler distance Dq (q is Tsallis parameter). In this case, the appropriate choice of range 0 < q < 1 ensures that Dq is finite. We obtain the probability densities f (D) and f (Dq) of the sample averages of the variables D and Dq, respectively, calculated over the N epochs of the entire experiment. For small values of N (N < 30), we show that f (D) and f (Dq) are well approximated by Gamma distributions (qui^2 < 0.0009). Afterward, we studied the independent pixel bayesian method, considering the probability a posteriori as a random variable, and obtaining its distribution for various SNR\'s and probabilities a priori. The results of simulations point to the fact that the correlation and the independent pixel method have better performance than the other methods used (for SNR> -20 dB). However, one should consider that the Student\'s t test and the entropic methods share the advantage of not using a model for HRF in real data analysis. Finally, we obtain the maps corresponding to real data series from an asymptomatic volunteer submitted to an event-related motor stimulus, which shows brain activation in the primary and secondary motor brain areas. We emphasize that the procedure adopted in this study may, in principle, be used in other methods and under different experimental conditions.

Les travaux de cette thèse portent sur la détection et le diagnostic des défauts naissants dans les systèmes d’ingénierie et industriels, par des approches statistiques non-paramétriques. Un défaut naissant est censé provoquer comme tout défaut un changement anormal dans les mesures des variables du système. Ce changement est imperceptible mais aussi imprévisible dû à l’important rapport signal-sur défaut, et le faible rapport défaut-sur-bruit caractérisant le défaut naissant. La détection et l’identification d’un changement général nécessite une approche globale qui prend en compte la totalité de la signature des défauts. Dans ce cadre, la divergence de Kullback-Leibler est proposée comme indicateur général de défauts, sensible aux petites variations anormales cachées dans les variations du bruit. Une approche d’analyse spectrale globale est également proposée pour le diagnostic de défauts ayant une signature fréquentielle. L’application de l’approche statistique globale est illustrée sur deux études différentes. La première concerne la détection et la caractérisation, par courants de Foucault, des fissures dans les structures conductrices. La deuxième application concerne le diagnostic des défauts de roulements dans les machines électriques tournantes. En outre, ce travail traite le problème d’estimation de l’amplitude des défauts naissants. Une analyse théorique menée dans le cadre d’une modélisation par analyse en composantes principales, conduit à un modèle analytique de la divergence ne dépendant que des paramètres du défaut. / This phD dissertation deals with the detection and diagnosis of incipient faults in engineering and industrial systems by non-parametric statistical approaches. An incipient fault is supposed to provoke an abnormal change in the measurements of the system variables. However, this change is imperceptible and also unpredictable due to the large signal-to-fault ratio and the low fault-to-noise ratio characterizing the incipient fault. The detection and identification of a global change require a ’global’ approach that takes into account the total faults signature. In this context, the Kullback-Leibler divergence is considered to be a ’global’ fault indicator, which is recommended sensitive to abnormal small variations hidden in noise. A ’global’ spectral analysis approach is also proposed for the diagnosis of faults with a frequency signature. The ’global’ statistical approach is proved on two application studies. The first one concerns the detection and characterization of minor cracks in conductive structures. The second application concerns the diagnosis of bearing faults in electrical rotating machines. In addition, the fault estimation problem is addressed in this work. A theoretical study is conducted to obtain an analytical model of the KL divergence, from which an estimate of the amplitude of the incipient fault is derived.

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Made available in DSpace on 2016-06-02T20:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6424.pdf: 5426262 bytes, checksum: 82bb9386f85845b0d3db787265ea8236 (MD5) Previous issue date: 2014-11-21 / The Generalized Normal (GN) and Generalized lognormal (logGN) distributions are flexible for accommodating features present in the data that are not captured by traditional distribution, such as the normal and the lognormal ones, respectively. These distributions are considered to be tools for the reduction of outliers and for the obtention of robust estimates. However, computational problems have always been the major obstacle to obtain the effective use of these distributions. This paper proposes the Bayesian reference analysis methodology to estimate the GN and logGN. The reference prior for a possible order of the model parameters is obtained. It is shown that the reference prior leads to a proper posterior distribution for all the proposed model. The development of Monte Carlo Markov Chain (MCMC) is considered for inference purposes. To detect possible influential observations in the models considered, the Bayesian method of influence analysis on a case based on the Kullback-Leibler divergence is used. In addition, a scale mixture of uniform representation of the GN and logGN distributions are exploited, as an alternative method in order, to allow the development of efficient Gibbs sampling algorithms. Simulation studies were performed to analyze the frequentist properties of the estimation procedures. Real data applications demonstrate the use of the proposed models. / As distribuições normal generalizada (NG) e lognormal generalizada (logNG) são flexíveis por acomodarem características presentes nos dados que não são capturadas por distribuições tradicionais, como a normal e a lognormal, respectivamente. Essas distribuições são consideradas ferramentas para reduzir as observações aberrantes e obter estimativas robustas. Entretanto o maior obstáculo para a utilização eficiente dessas distribuições tem sido os problemas computacionais. Este trabalho propõe a metodologia da análise de referência Bayesiana para estimar os parâmetros dos modelos NG e logNG. A função a priori de referência para uma possível ordem dos parâmetros do modelo é obtida. Mostra-se que a função a priori de referência conduz a uma distribuição a posteriori própria, em todos os modelos propostos. Para fins de inferência, é considerado o desenvolvimento de métodos Monte Carlo em Cadeias de Markov (MCMC). Para detectar possíveis observações influentes nos modelos considerados, é utilizado o método Bayesiano de análise de influência caso a caso, baseado na divergência de Kullback-Leibler. Além disso, uma representação de mistura de escala uniforme para as distribuições NG e logNG é utilizada, como um método alternativo, para permitir o desenvolvimento de algoritmos de amostrador de Gibbs. Estudos de simulação foram desenvolvidos para analisar as propriedades frequentistas dos processos de estimação. Aplicações a conjuntos de dados reais mostraram a aplicabilidade dos modelos propostos.

No presente trabalho, conceitos de inferência estatística são utilizados para aplicação e comparação de diferentes métodos de análise de sinais de ressonância magnética funcional. A idéia central baseia-se na obtenção da distribuição de probabilidade da variável aleatória de interesse, para cada método estudado e sob diferentes valores da relação sinal-ruído (SNR). Este objetivo é atingido através de simulações numéricas da função resposta hemodinâmica (HRF) acrescida de ruído gaussiano. Tal procedimento nos permite avaliar a sensibilidade e a especificidade dos métodos empregados através da construção das curvas ROC (receiver operating characteristic) para diferentes valores de SNR. Sob específicas condições experimentais, aplicamos métodos clássicos de análise (teste t de Student e correlação), medidas de informação (distância de Kullback-Leibler e sua forma generalizada) e um método Bayesiano (método do pixel independente). Em especial, mostramos que a distância de Kullback-Leibler (D) (ou entropia relativa) e sua forma generalizada são medidas úteis para análise de sinais dentro do cenário de teoria da informação. Estas entropias são usadas como medidas da \"distância\"entre as funções de probabilidade p1 e p2 dos níveis do sinal relacionados a estímulo e repouso. Para prevenir a ocorrência de valores divergentes de D, introduzimos um pequeno parâmetro d nas definições de p1 e p2. Estendemos a análise, apresentando um estudo original da distância de Kullback-Leibler generalizada Dq (q é o parâmetro de Tsallis). Neste caso, a escolha apropriada do intervalo 0 < q < 1 permite assegurar que Dq seja finito. Obtemos as densidades de probabilidade f (D) e f (Dq) das médias amostrais das variáveis D e Dq , respectivamente, calculadas ao longo das N épocas de todo o experimento. Para pequenos valores de N (N < 30), mostramos que f (D) e f (Dq) são muito bem aproximadas por distribuições Gamma (qui^2 < 0,0009). Em seguida, estudamos o método (Bayesiano) do pixel independente, considerando a probabilidade a posteriori como variável aleatória e obtendo sua distribuição para várias SNR\'s e probabilidades a priori. Os resultados das simulações apontam para o fato de que a correlação e o método do pixel independente apresentam melhor desempenho do que os demais métodos empregados (para SNR > -20 dB). Contudo, deve-se ponderar que o teste t e os métodos entrópicos compartilham da vantagem de não se utilizarem de um modelo para HRF na análise de dados reais. Finalmente, para os diferentes métodos, obtemos os mapas funcionais correspondentes a séries de dados reais de um voluntário assintomático submetido a estímulo motor de evento relacionado, os quais demonstram ativação nas áreas cerebrais motoras primária e secundária. Enfatizamos que o procedimento adotado no presente estudo pode, em princípio, ser utilizado em outros métodos e sob diferentes condições experimentais. / In the present work, concepts of statistical inference are used for application and comparison of different methods of signal analysis in functional magnetic resonance imaging. The central idea is based on obtaining the probability distribution of the random variable of interest, for each method studied under different values of signal-to-noise ratio (SNR). This purpose is achieved by means of numerical simulations of the hemodynamic response function (HRF) with gaussian noise. This procedure allows us to assess the sensitivity and specificity of the methods employed by the construction of the ROC curves (receiver operating characteristic) for different values of SNR. Under specific experimental conditions, we apply classical methods of analysis (Student\'s t test and correlation), information measures (distance of Kullback-Leibler and its generalized form) and a Bayesian method (independent pixel method). In particular, we show that the distance of Kullback-Leibler D (or relative entropy) and its generalized form are useful measures for analysis of signals within the information theory scenario. These entropies are used as measures of the \"distance\"between the probability functions p1 and p2 of the signal levels related to stimulus and non-stimulus. In order to avoid undesirable divergences of D, we introduced a small parameter d in the definitions of p1 and p2. We extend such analysis, by presenting an original study of the generalized Kullback-Leibler distance Dq (q is Tsallis parameter). In this case, the appropriate choice of range 0 < q < 1 ensures that Dq is finite. We obtain the probability densities f (D) and f (Dq) of the sample averages of the variables D and Dq, respectively, calculated over the N epochs of the entire experiment. For small values of N (N < 30), we show that f (D) and f (Dq) are well approximated by Gamma distributions (qui^2 < 0.0009). Afterward, we studied the independent pixel bayesian method, considering the probability a posteriori as a random variable, and obtaining its distribution for various SNR\'s and probabilities a priori. The results of simulations point to the fact that the correlation and the independent pixel method have better performance than the other methods used (for SNR> -20 dB). However, one should consider that the Student\'s t test and the entropic methods share the advantage of not using a model for HRF in real data analysis. Finally, we obtain the maps corresponding to real data series from an asymptomatic volunteer submitted to an event-related motor stimulus, which shows brain activation in the primary and secondary motor brain areas. We emphasize that the procedure adopted in this study may, in principle, be used in other methods and under different experimental conditions.

Testes educacionais possibilitam a obtenção de medidas e resultados, a realização de análises e o estabelecimento de objetivos para os processos de ensino e a aprendizagem, além de subsidiarem processos seletivos e políticas públicas. A avaliação de desempenho dos examinados pode considerar uma única ou múltiplas habilidades e/ou competências. Como alternativa para testes via lápis e papel, o Teste Baseado em Computador (CBT) pode compor, aplicar e corrigir testes e produzir estatísticas individuais ou do grupo de examinados automaticamente. Considerando que o examinado possua múltiplas habilidades, o Teste Adaptativo baseado na Teoria de Resposta ao Item Multidimensional (MCAT) mantém a mesma acurácia de um teste tradicional, baseando-se no conhecimento do examinado a partir do histórico de itens anteriormente respondidos. A seleção de itens por Kullback Leibler entre Posteriores Subsequentes (\'K POT. p\') evita selecionar um item difícil para um examinado com baixa habilidade, sugerindo que \'K POT. p\' é um critério aplicável em testes educacionais. A revisão da literatura apontou para: (i) a carência de estudos para o critério \'K POT. P\', (ii) a carência de estudos com MCATs operacionais em contextos educacionais para usuários reais, (iii) a carência de estudos e propostas de critérios iniciais e de parada para MCATs, quando o número de itens administrados pelo teste é variável, e (iv) a ausência de trabalhos brasileiros na área de MCATs. Diante das lacunas apresentadas, esta tese de doutoramento trata da seguinte questão de pesquisa: Qual a abordagem para viabilizar o uso do critério KP em MCATs operacionais para contextos educacionais, que permita que o sistema implementado seja aprovado nos critérios de funcionalidade, confiabilidade, eficiência, manutenibilidade e portabilidade da ISO-9126, que é a base para avaliar testes computadorizados? Os objetivos específicos desta pesquisa foram os seguintes: (i) implementar e validar o critério de seleção \'K POT. P\', comparando-o com o critério bayesiano usual, (ii) propor melhorias e calcular o tempo computacional de processamento da seleção de itens por \'K POT. P\', (iii) propor critérios iniciais consistentes com a realidade e a necessidade das avaliações educacionais, (iv) validar o critério de parada inédito KPIC, quando a intenção é se ter MCATs que administrem um número variável de itens para os examinados, (v) desenvolver uma arquitetura que viabilize a aplicação via Web de MCATs com usuários reais, (vi) discutir aspectos teóricos e metodológicos da nova abordagem CBMAT via prova de conceito, por meio da implementação do sistema MADEPT, que avalia examinados na perspectiva da avaliação diagnóstica, (vii) avaliar o MADEPT de acordo com as normas internacionais de produto de software ISO-9126 e apontar a factibilidade, a viabilidade, as dificuldades, as vantagens e as limitações do desenvolvimento CBMATs para o ambiente Web. A metodologia utilizada para responder a questão de pesquisa foi: (i) organizar e selecionar as teorias, os métodos, os modelos e os resultados inerentes a MCATs, (ii) expandir a equação de \'K POT. P\', (iii) implementar o MCAT contemplando o critério de seleção \'K POT. P\' e a metodologia bayesiana para estimação e seleção de itens, (iv) validar estatisticamente \'K POT. P\' e KPIC, (v) implementar o CBMAT, contemplando o MCAT como um subsistema e (vi) avaliar o CBMAT via ISO-9126. Os resultados deste trabalho são vários: (i) uma ampla revisão da literatura nas teorias/métodos/critérios necessários para a implementação computacional de MCATs, (ii) a reformulação da equação que expressa a seleção por \'K POT. P\' para implementação via linguagem de programação científica, (iii) os estudos de simulações do MCAT quando a seleção de itens é por \'K POT. P\' e o critério de parada por KPIC mostram que \'K POT. P\' é um critério adequado e indicado quando o objetivo é ter um teste com um número baixo e variável de itens administrados, mantendo um vício adequado e com alta acurácia na estimação da habilidade, (iv) o desenvolvimento de algoritmos inéditos para os critérios iniciais, (v) a validação de uma nova arquitetura que viabiliza a aplicação via Web de MCATs com usuários reais e (vi) a implementação e avaliação via ISO-9126 do sistema computacionalWeb MADEPT. Conclui-se que é possível desenvolver uma arquitetura que viabilize a aplicação viaWeb de MCATs com usuários reais, utilizando o critério de seleção \'K POT. P\' e critérios iniciais condizentes com as avaliações educacionais. Quando a intenção é aplicar MCATs em cenários reais, a seleção de itens por \'K POT. P\' combinado com o critério de parada KPIC proporcionam um teste mais curto e com mais acurácia do que aqueles que utilizam a metodologia bayesiana usual, e com um tempo computacional de processamento condizente com as características da abordagem multidimensional / Educational tests provide measures and indicators that enable evaluations and guide the definition of educational goals, besides supporting selection processes and public policies formulation. The evaluation of the examinees performance may consider one or multiple skills and abilities. As an alternative to hand-written tests, the Computer Based Test (CBT) provides the setup, application and correction of tests as well as provide individual and/or collective statistics about the examinees performance. Considering that the examinee has several abilities, the Computer Adaptive Test based on the Multidimensional Item Response Theory (MCAT) keeps the same accuracy of a traditional test, building on the personal knowledge inferred from the track record of responses to previous items. The item selection through Kullback Leibler between Subsequent Posteriors (\'K POT. P\') avoids to select a difficult item for a low ability examinee, suggesting that \'K POT. P\' is a criterion applicable to educational tests. The literature review evidenced: (i) the insufficiency of studies about the \'K POT. P\' criterion; (ii) the insufficiency of studies on operational MCATs in educational contexts for real users; (iii) the shortage of studies and proposals for initial and stop criteria for MCATs, given a variable number of administered items, and (iv) the lack of Brazilian studies in the area of MCATs. To bridge these gaps, this doctoral thesis addresses the following research question: What is the approach that enables to employ the \'K POT. P\' criterion in operational MCATs for educational contexts, ensuring that the implemented system be in accordance with the functionality, reliability, efficiency, maintainability and portability criteria of ISO-9126 (which is the base for computer based tests evaluation)? The specific objectives of this research are to: (i) implement and validate the \'K POT. P\' selection criterion, comparing it to the usual Bayesian criterion; (ii) propose improvements and calculate the computational time for item selection processing through \'K POT. P\'; (iii) propose initial criteria consistent with the reality and the need of educational evaluation; (iv) validate the novel stop criterion KPIC, aiming at MCATs that administer a variable number of items for the examinees; (v) develop an architecture that enables the application of MCATs via web to real users; (vi) discuss theoretic and methodological issues related to the new CBMAT via proof-of-concept, implementing the MADEPT, which evaluates the examinees under the perspective of the diagnostic evaluation; (vii) evaluateMADEPT according to the international standards software ISO-9126 and point out feasibility, viability, difficulties, advantages and limitations of CBMATs development for web environment. The methodology used to answer the research question was to: (i) organize and select the theories, the methods, the models and results inherent to MCATs; (ii) rewrite the equation of \'K POT. P\'; (iii) implement the MCAT considering the \'K POT. P\' selection criterion and the Bayesian methodology for item estimation and selection (iv) validate \'K POT. P\' and KPIC statistically; (v) implement CBMAT, considering MCAT as a subsystem and (vi) evaluate CBMAT according to ISO-9126. This research has many results: (i) it presents a broad literature review regarding theories/methods/criteria for MCATs computational implementation; (ii) it rewrites in a scientific programming language the equation that expresses the selection through \'K POT. P\'; (iii) it shows, through MCAT simulations, that \'K POT. P\' is a criterion adequate and indicated for tests with a small and variable number of administered items, using \'K POT. P\' for item selection and KPIC as stop criterion; (iv) it develops novel algorithms for initial criteria; (v) it validates a new architecture to enable the application of MCATs via Web to real users; (vi) it implements and evaluates the web computational system MADEPT according to ISO-9126. We conclude that it is possible to develop an architecture that enables the application of MCATs via web to real users, using \'K POT. P\' selection criterion and initial criteria consistent with the educational evaluation. If the aim is to apply MCATs in real scenarios, the item selection through \'K POIT. \'P associated with the stop criterion KPIC provide a shorter and more accurate test in comparison to those using bayesian methodology. Moreover, its processing computational time is in line with the features of the multidimensional approach

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Sensor networks are an evolving technology that promise numerous applications. The random and dynamic structure of sensor networks has motivated the suggestion of greedy data-routing algorithms. / In this thesis stochastic models are developed to study the advancement of messages under greedy routing in sensor networks. A model framework that is based on homogeneous spatial Poisson processes is formulated and examined to give a better understanding of the stochastic dependencies arising in the system. The effects of the model assumptions and the inherent dependencies are discussed and analyzed. A simple power-saving sleep scheme is included, and its effects on the local node density are addressed to reveal that it reduces one of the dependencies in the model. / Single hop expressions describing the advancement of messages are derived, and asymptotic expressions for the hop length moments are obtained. Expressions for the distribution of the multihop advancement of messages are derived. These expressions involve high-dimensional integrals, which are evaluated with quasi-Monte Carlo integration methods. An importance sampling function is derived to speed up the quasi-Monte Carlo methods. The subsequent results agree extremely well with those obtained via routing simulations. A renewal process model is proposed to model multihop advancements, and is justified under certain assumptions. / The model framework is extended by incorporating a spatially dependent density, which is inversely proportional to the sink distance. The aim of this extension is to demonstrate that an inhomogeneous Poisson process can be used to model a sensor network with spatially dependent node density. Elliptic integrals and asymptotic approximations are used to describe the random behaviour of hops. The final model extension entails including random transmission radii, the effects of which are discussed and analyzed. The thesis is concluded by giving future research tasks and directions.