Orientador: Raul Antonio Feijoo, Hans Ingo Weber / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T10:17:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bittencourt_MarcoLucio_D.pdf: 38778766 bytes, checksum: cdb6e4e2499b77b2ffc3577379e35045 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Neste trabalho, apresentam-se métodos numéricos diretos, iterativos e multigrid para a solução de sistemas de equações, provenientes da aplicáção do método de elementos finitos a problemas elípticos lineares, tomando-se exemplos de elasticidade bi e tridimensional. Discutem-se também aspectos de análise adaptável, tomando-se um estimador de erro e alguns procedimentos para recuperação de tensões. Todos os algoritmos são implementados empregando o modelo de programação por objetos através da linguagem C++. Comparações entre os métodos diretos e iterativos em termos do número de operações e espaço de memória são apresentadas, revelando a superioridade das técnicas iterativas quando aceleradas por estratégias multigrid, principalmente em problemas tridimensionais. Tradicionalmente, os métodos multigrid têm sido utilizados com malhas aninhadas, dificultando o tratamento de problemas de engenharia com contornos complexos. Nesta tese, consideram-se malhas não-estruturadas e não-aninhadas geradas por técnicas frontal e de Delaunay. O acoplamento com procedimentos adaptáveis permite obter uma sequência ótima de malhas para a solução de problemas, dentro de um erro admissível especificado. Os procedimentos numéricos foram incorporados a uma base de programas já desenvolvida, empregando o paradigma por objetos com C++. Dois ambientes com ferramentas para a definição do contorno geométrico, geração automática de malhas, estimação de erros, refinamento de malhas e visualização de resultados, aplicados a problemas bidimensionais de elasticidade linear, são também apresentados / Abstract: This work presents direct, iterative and multigrid methods for solving systems of equations obtained by means of the finite element method applied to linear elliptic problems, considering two and three dimensional elastic examples. Adaptive analysis aspects are also discussed by taking an error estimator and some stress recovery procedures. All the algorithms are implemented using the object-oriented model with the C++ language. Comparisons between direct and iterative methods concerned to the number of operations and memory space are presented. The superiority of the iterative techniques accelerated by multigrid strategies can be detected, mainly on three dimensional applications. The multigrid methods have been used at most with nested meshes. In such cases the treatment of engineering problems with complex boundaries becomes difficult. In this thesis, the meshes are non-structured and non-nested and they are generated by frontal and Delaunay techniques. By using adaptive procedures, it is possible to get an optimal sequence of meshes for solving a problem within a specified admissible error. The numerical procedures were linked with some other developed programs, using the object paradigm in C++. Two environments with tools for defining geometrical boundaries, automatic meshes generation, errors estimation, meshes refinement and visualization of results are also presented, considering two dimensional linear elastic problems / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-25T13:40:30Z No. of bitstreams: 1 marcosviniciusteixeira.pdf: 5877294 bytes, checksum: 8fe056549285d49782c2d9ec8e16f786 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T15:26:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcosviniciusteixeira.pdf: 5877294 bytes, checksum: 8fe056549285d49782c2d9ec8e16f786 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T15:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcosviniciusteixeira.pdf: 5877294 bytes, checksum: 8fe056549285d49782c2d9ec8e16f786 (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo o estudo de técnicas para a estimação da amplitude de sinais no calorímetro de telhas (TileCal) do ATLAS no LHC em cenários de alta luminosidade. Em alta luminosidade, sinais provenientes de colisões adjacentes são observados, ocasionando o efeito de empilhamento de sinais. Neste ambiente, o método COF (do inglês, Constrained Optimal Filter), apresenta desempenho superior ao algoritmo atualmente implementado no sistema. Entretanto, o COF requer a inversão de matrizes para o cálculo da pseudo-inversa de uma matriz de convolução, dificultando sua implementação online. Para evitar a inversão de matrizes, este trabalho apresenta métodos interativos, para a daptação do COF, que resultam em operações matemáticas simples. Baseados no Gradiente Descendente, os resultados demonstraram que os algoritmos são capazes de estimar a amplitude de sinais empilhados, além do sinal de interesse com eficiência similar ao COF. Visando a implementação online, este trabalho apresenta estudos sobre a complexidade dos métodos iterativos e propõe uma arquitetura de processamento em FPGA. Baseado em uma estrutura sequencial e utilizando lógica aritmética em ponto fixo, os resultados demonstraram que a arquitetura desenvolvida é capaz executar o método iterativo, atendendo os requisitos de tempo de processamento exigidos no TileCal. / This work aims at the study of techniques for online energy estimation in the ATLAS hadronic Calorimeter (TileCal) on the LHC collider. During further periods of the LHC operation, signals coming from adjacent collisions will be observed within the same window, producing a signal superposition. In this environment, the energy reconstruction method COF (Constrained Optimal Filter) outperforms the algorithm currently implemented in the system. However , the COF method requires an inversion of matrices and its online implementation is not feasible. To avoid such inversion of matrices, this work presents iteractive methods to implement the COF, resulting in simple mathematical operations. Based on the Gradient Descent, the results demonstrate that the algorithms are capable of estimating the amplitude of the superimposed signals with efficiency similar to COF. In addition, a processing architecture for FPGA implementation is proposed. The analysis has shown that the algorithms can be implemented in the new TilaCal electronics, reaching the processing time requirements.

Orientadores: Sandra Augusta Santos, José Mário Martinez Pérez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:49:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Xavier_LarissaOliveira_D.pdf: 21963947 bytes, checksum: 9419832d56a36ea9d96e9f9d7e75ce57 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho apresentamos o estudo de dois algoritmos baseados em regiões de confiança para minimização de problemas suaves com restrições lineares. O primeiro algoritmo proposto, com uma estratégia de restrições ativas, foi desenvolvido a partir do trabalho de Gay. O segundo algoritmo apresentado explora a técnica de pontos interiores presente nos métodos de barreira. Ambos são acompanhados de respectivos resultados de boa definição e de convergência global e local. Os dois algoritmos foram testados para a resolução de problemas de distribuição de pontos em polígonos, utilizando o algoritmo de Rojas, Santos e Sorensen, livre de fatorações de matrizes, para resolver os subproblemas internos de região de confiança. O problema dos pontos no polígono não foi encontrado na literatura para o teste de algoritmos de otimização e pode ser visto como uma modificação do problema de distribuição de pontos em caixas, sugerido por Powell. Embora possua estrutura favorável para a geração de problemas com dimensão variável, e potencialmente de grande porte, no contexto livre de fatorações, trata-se de um problema difícil e desafiador, com uma grande quantidade de minimizadores locais. Experimentos numéricos comparativos entre as propostas foram feitos e analisados, indicando que os algoritmos são efetivos na obtenção de pontos estacionários de segunda ordem, com ligeira vantagem para o desempenho do algoritmo baseado em restrições ativas, em termos do tempo computacional empregado / Abstract: In this work two trust-region-based algorithms are analyzed for linearly constrained minimization. The first one is an active-set method, based on Gay's ideas. The second one uses interior-point techniques of barrier methods. Both algorithms are proved to be well defined and accompanied by the respective convergence results. The implementation was developed resting upon Rojas, Santos and Sorensen matrix-free algorithm for solving the inner trust-region subproblems. The family of adopted test-problems involves the distribution of points in a polygon, a modification of Powell's problem of distributing points in a square. Despite its favorable structure for generating instances with variable and potentially large dimension, in the matrix-free context, the problem is indeed hard and challenging, with many local minimizers. Comparative computational experiments illustrate the performance of the proposed algorithms, showing that both are effective to obtain second-order stationary points, with a slight advantage of the active-set-based algorithm when it comes to the CPU time spent / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

Orientadores: Márcia Aparecida Gomes Ruggiero, Sandra Augusta Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:21:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Begiato_RodolfoGotardi_D.pdf: 3815627 bytes, checksum: 59584610cfd737a94e68dc5bf3735e25 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo desta tese é tratar da resolução de sistemas não lineares de grande porte, em que as funções são continuamente diferenciáveis, por meio de uma abordagem híbrida que utiliza um método iterativo com duas fases. A primeira fase consiste de versões sem derivadas do método do ponto fixo empregando parâmetros espectrais para determinar o tamanho do passo da direção residual. A segunda fase é constituída pelo método de Newton inexato em uma abordagem matrix-free, em que é acoplado o método GMRES para resolver o sistema linear que determina a nova direção de busca. O método híbrido combina ordenadamente as duas fases de forma que a segunda é acionada somente em caso de falha na primeira e, em ambas, uma condição de decréscimo não-monótono deve ser verificada para aceitação de novos pontos. Desenvolvemos ainda um segundo método, em que uma terceira fase de busca direta é acionada em situações em que o excesso de buscas lineares faz com que o tamanho de passo na direção do método de Newton inexato torne-se demasiadamente pequeno. São estabelecidos os resultados de convergência dos métodos propostos. O desempenho computacional é avaliado em uma série de testes numéricos com problemas tradicionalmente encontrados na literatura. Tanto a análise teórica quanto a numérica evidenciam a viabilidade das abordagens apresentadas neste trabalho / Abstract: This thesis handles large-scale nonlinear systems for which all the involved functions are continuously differentiable. They are solved by means of a hybrid approach based on an iterative method with two phases. The first phase is defined by derivative-free versions of a fixed-point method that employs spectral parameters to define the steplength along the residual direction. The second phase consists of a matrix-free inexact Newton method that employs the GMRES to solve the linear system that computes the search direction. The proposed hybrid method neatly combines the two phases in such a way that the second is called only in case the first one fails. To accept new points in both phases, a nonmonotone decrease condition upon a merit function has to be verified. A second method is developed as well, with a third phase based on direct search, that should act whenever too many line searches have excessively decreased the steplenght along the inexact- Newton direction. Convergence results for the proposed methods are established. The computational performance is assessed in a set of numerical experiments with problems from the literature. Both the theoretical and the experimental analysis corroborate the feasibility of the proposed strategies / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Casacio_Luciana_D.pdf: 3240577 bytes, checksum: f49bb4444bbbfacf0559d3b88d8feee5 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A solução de problemas de otimização linear através de métodos de pontos interiores envolve a solução de sistemas lineares. Esses sistemas quase sempre possuem dimensões elevadas e alto grau de esparsidade em aplicações reais. Para solução, tipicamente são realizadas operações algébricas que os reduzem a duas formulações mais simples: uma delas, conhecida por "sistema aumentado", envolve matrizes simétricas indefinidas e geralmente esparsas; a outra, denominada "sistema de equações normais", usa matrizes de menor dimensão, simétricas e definidas positivas. A solução dos sistemas lineares é a fase que requer a maior parte do tempo de processamento dos métodos de pontos interiores. Consequentemente, a escolha dos métodos de solução é de extrema importância para que se tenha uma implementação eficiente. Normalmente, aplicam-se métodos diretos para a solução como, por exemplo, a fatoração de Bunch-Parllett ou a fatoração de Cholesky. No entanto, em problemas de grande porte, o uso de métodos diretos torna-se desaconselhável, por limitações de tempo e memória. Nesses casos, abordagens iterativas se tornam mais atraentes. O sucesso da implementação de métodos iterativos depende do uso de bons precondicionadores, pois a matriz de coeficientes torna-se muito mal condicionada, principalmente próximo da solução ótima. Uma alternativa para tratar o problema de mal condicionamento é o uso de abordagens híbridas com duas fases: a fase I utiliza um precondicionador para o sistema de equações normais construído com informações de fatorações incompletas, denominado fatoração controlada de Cholesky; a fase II, utilizada nas últimas iterações, adota o precondicionador separador desenvolvido especificamente para sistemas mal condicionados. O trabalho propõe um novo critério de ordenamento das colunas para construção do precondicionador separador, que preserva a estrutura esparsa da matriz de coeficientes original. Os resultados teóricos desenvolvidos mostram que a matriz precondicionada tem o número de condição limitado quando o ordenamento proposto é adotado. Experimentos computacionais realizados com todos os problemas da biblioteca NETLIB mostram que a abordagem é competitiva com métodos diretos e que o número de condição da matriz precondicionada é muito menor do que o da matriz original. Foram também realizadas comparações com a abordagem híbrida anterior, baseada em precondicionadores que reduzem a esparsidade do sistema de equações. Esses experimentos confirmaram o bom desempenho da metodologia em relação ao número de iterações dos métodos de pontos interiores, aos tempos computacionais e à qualidade das soluções. Esses benefícios foram obtidos com a preservação da esparsidade dos sistemas de equações, o que destaca a adequação da abordagem proposta para a solução de problemas de grande porte / Abstract: The solution of linear optimization problems through interior point methods involves the solution of linear systems. These systems often have high dimensions and high sparsity degree, specially in real applications. Typically algebraic operations are performed to reduce the systems in two simpler formulations: one of them is known as the augmented system, and the other one, referred as normal equation systems, has a smaller dimension matrix which is symmetric positive definite. The solution of linear systems is the interior point methods step that requires most of the processing time. Consequently, the choice of the solution methods are extremely important in order to have an efficient implementation. Usually, direct methods are applied for solving these systems as, for example, Bunch-Parllett factorization or Cholesky factorization. However, in large scale problems, the use of direct methods becomes discouraging by limitations of time and memory. In such cases, iterative approaches are more attractive. The success of iterative method approaches depends on good preconditioners once the coefficient matrix becomes very ill-conditioned, especially close to an optimal solution. An alternative to treat the problem of ill conditioning is to use hybrid approaches with two phases: phase I uses a preconditioner for the normal equation systems built with incomplete factorizations information, called controlled Cholesky factorization; phase II, used in the final iterations, adopts the splitting preconditioner, which was developed specifically for such ill conditioned systems. This work proposes a new ordering criterion for the columns of the splitting preconditioner that preserves the sparse structure of the original coefficient matrix. Theoretical results show that the preconditioned matrix has a limited condition number when the proposed idea is adopted. Computational experiments performed with all NETLIB problems show that the approach is competitive with direct methods and the condition number of the preconditioned matrix is much smaller than the original matrix. Comparisons are also performed with the previous hybrid approach. These experiments confirm the good performance of the methodology. The final number of iterations, processing time and quality of solutions of interior point methods are suitable. These benefits are obtained preserving the sparse structure of the systems, which highlights the suitability of the proposed approach for large scale problems / Doutorado / Automação / Doutora em Engenharia Elétrica

Esta tesis aborda la paralelización de los métodos de Krylov con reinicio para problemas de valores propios y valores singulares (SVD). Estos métodos son de naturaleza iterativa y resultan adecuados para encontrar unos pocos valores propios o singulares de problemas dispersos. El procedimiento de ortogonalización suele ser la parte más costosa de este tipo de métodos, por lo que ha recibido especial atención en esta tesis, proponiendo y validando nuevos algoritmos para mejorar sus prestaciones paralelas. La implementación se ha realizado en el marco de la librería SLEPc, que proporciona una interfaz orientada a objetos para la resolución iterativa de problemas de valores propios o singulares. SLEPc está basada en la librería PETSc, que dispone de implementaciones paralelas de métodos iterativos para la resolución de sistemas lineales, precondicionadores, matrices dispersas y vectores. Ambas librerías están optimizadas para su ejecución en máquinas paralelas de memoria distribuida y con problemas dispersos de gran dimensión. Esta implementación incorpora los métodos para valores propios de Arnoldi con reinicio explícito, de Lanczos (incluyendo variantes semiortogonales) con reinicio explícito, y versiones de Krylov-Schur (equivalente al reinicio implícito) para problemas no Hermitianos y Hermitianos (Lanczos con reinicio grueso). Estos métodos comparten una interfaz común, permitiendo su comparación de forma sencilla, característica que no está disponible en otras implementaciones. Las mismas técnicas utilizadas para problemas de valores propios se han adaptado a los métodos de Golub-Kahan-Lanczos con reinicio explícito y grueso para problemas de valores singulares, de los que no existe ninguna otra implementación paralela con paso de mensajes. Cada uno de los métodos se ha validado mediante una batería de pruebas con matrices procedentes de aplicaciones reales. Las prestaciones paralelas se han medido en máquinas tipo cluster, comprobando una buena escalabilidad inc / Tomás Domínguez, A. (2009). Implementación paralela de métodos de Krylov con reinicio para problemas de valores propios y singulares [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/5082

[ES] El cálculo fraccionario es una extensión del cálculo clásico, donde el orden de las derivadas o integrales es un número real. Hoy en día, el cálculo fraccionario tiene numerosas aplicaciones en ciencias e ingeniería. La principal razón es el mayor grado de libertad de las herramientas del cálculo fraccionario en comparación con las herramientas del cálculo clásico. Muchos problemas reales se modelan por medio de ecuaciones diferenciales fraccionarias no lineales cuyo sistema de ecuaciones es no lineal, y por tanto, es conveniente que se adapten procedimientos iterativos para resolver problemas no lineales con el uso de derivadas fraccionarias, y observar cuál es la consecuencia en la convergencia de dicho método. En esta Tesis Doctoral diseñamos nuevos procedimientos iterativos con derivadas fraccionarias (o su aproximación) que al menos igualen a los métodos clásicos en términos de orden de convergencia, mediante la introducción de las derivadas fraccionarias de Riemann-Liouville, de Caputo y conformable (o sus aproximaciones). También, proponemos estudiar la estabilidad de estos esquemas con el uso de planos de convergencia, y planos dinámicos en algunos casos. Finalmente, pretendemos diseñar una técnica que nos permita obtener la versión fraccionaria conformable (o versión con derivada conformable o su aproximación) de cualquier procedimiento iterativo clásico para problemas no lineales. En el Capítulo 2 se exponen los conceptos previos que serán necesarios para el desarrollo de los siguientes capítulos: Se presentan los conceptos básicos relacionados con métodos de punto fijo, se muestran los esquemas clásicos que trataremos en esta memoria, y finalmente se introducen las herramientas del cálculo fraccionario que serán necesarias para el diseño de procedimientos iterativos fraccionarios. En el Capítulo 3 se diseñan métodos fraccionarios (o esquemas con derivadas fraccionarias) de tipo Newton-Raphson escalares con las derivadas de Caputo, de Riemann Liouville y la conformable. También diseñamos esquemas fraccionarios de Newton-Raphson escalares de mayor orden. Finalmente, realizamos el análisis de convergencia de dichos procedimientos y estudiamos su estabilidad. En el Capítulo 4 se diseña la versión vectorial del método de Newton-Raphson conformable visto en el Capítulo 3. Antes, es necesario definir nuevos conceptos y establecer nuevos resultados que serán necesarios para el dersarrollo de este esquema. Finalmente, realizamos el análisis de convergencia y estudiamos su estabilidad. En el Capítulo 5 se diseñan procedimientos fraccionarios de tipo Traub escalares con derivadas de Caputo y de Riemann-Liouville. También se diseña una técnica general para obtener la versión fraccionaria conformable escalar de cualquier método clásico, y se usa esta técnica para diseñar algunos esquemas conformables multipunto escalares: de tipos Traub, Chun-Kim, Ostrowski y Chun. Por último, se realiza el análisis de convergencia y se estudia la estabilidad de tales procedimientos. En el Capítulo 6 se diseñan métodos fraccionarios libres de derivadas escalares de tipos Steffensen y Secante (el cual tiene memoria), donde es necesario la aproximación de derivadas conformables. Aquí se usa la técnica general propuesta en el Capítulo 5 para obtener la versión conformable de cada esquema. Finalmente, realizamos el análisis de convergencia y se estudia la estabilidad de dichos procedimientos. En el Capítulo 7 se presentan las conclusiones y líneas futuras de investigación. / [CA] El càlcul fraccionari és una extensió del càlcul clàssic, on l'ordre de les derivades o integrals és un nombre real. Hui dia, el càlcul fraccionari té nombroses aplicacions en ciències i enginyeria. La principal raó és el major grau de llibertat de les eines del càlcul fraccionari en comparació amb les eines del càlcul clàssic. Molts problemes reals es modelen per mitjà d'equacions diferencials fraccionàries no lineals el sistema d'equacions de les quals és no lineal, i per tant, és convenient que s'adapten procediments iteratius per a resoldre problemes no lineals amb l'ús de derivades fraccionàries, i observar quina és la conseqüència en la convergència d'aquest mètode. En aquesta Tesi Doctoral dissenyem nous procediments iteratius amb derivades fraccionàries (o la seua aproximació) que almenys igualen als mètodes clàssics en termes d'ordre de convergència, mitjançant la introducció de les derivades fraccionàries de Riemann-Liouville, de Caputo i conformable (o les seues aproximacions). També, proposem estudiar l'estabilitat d'aquests esquemes amb l'ús de plans de convergència, i plans dinàmics en alguns casos. Finalment, pretenem dissenyar una tècnica que ens permeta obtindre la versió fraccionària conformable (o versió amb derivada conformable o la seua aproximació) de qualsevol procediment iteratiu clàssic per a problemes no lineals. En el Capítol 2 s'exposen els conceptes previs que seran necessaris per al desenvolupament dels següents capítols: Es presenten els conceptes bàsics relacionats amb mètodes de punt fix, es mostren els esquemes clàssics que tractarem en aquesta memòria, i finalment s'introdueixen les eines del càlcul fraccionari que seran necessàries per al disseny de procediments iteratius fraccionaris. En el Capítol 3 es dissenyen mètodes fraccionaris (o esquemes amb derivades fraccionàries) de tipus Newton-Raphson escalars amb les derivades de Caputo, de Riemann Liouville i la conformable. També dissenyem esquemes fraccionaris de Newton-Raphson escalars de major ordre. Finalment, realitzem l'anàlisi de convergència d'aquests procediments i estudiem la seua estabilitat. En el Capítol 4 es dissenya la versió vectorial del mètode de Newton-Raphson conformable vist en el Capítol 3. Abans, és necessari definir nous conceptes i establir nous resultats que seran necessaris per al dersarrollo d'aquest esquema. Finalment, realitzem l'anàlisi de convergència i estudiem la seua estabilitat. En el Capítol 5 es dissenyen procediments fraccionaris de tipus Traub escalars amb derivades de Caputo i de Riemann-Liouville. També es dissenya una tècnica general per a obtindre la versió fraccionària conformable escalar de qualsevol mètode clàssic, i s'usa aquesta tècnica per a dissenyar alguns esquemes conformables multipunt escalars: de tipus Traub, Chun-Kim, Ostrowski i Chun. Finalment, es realitza l'anàlisi de convergència i s'estudia l'estabilitat de tals procediments. En el Capítol 6 es dissenyen mètodes fraccionaris lliures de derivades escalars de tipus Steffensen i Assecant (el qual té memòria), on és necessari l'aproximació de derivades conformables. Ací s'usa la tècnica general proposta en el Capítol 5 per a obtindre la versió conformable de cada esquema. Finalment, realitzem l'anàlisi de convergència i s'estudia l'estabilitat d'aquests procediments. En el Capítol 7 es presenten les conclusions i línies futures d'investigació. / [EN] Fractional calculus is an extension of classical calculus, where the order of the derivatives or integrals is a real number. Today, fractional calculus has numerous applications in science and engineering. The main reason is the higher degree of freedom of the fractional calculus tools compared to the classical calculus tools. Many real problems are modeled by means of nonlinear fractional differential equations whose system of equations is nonlinear, and therefore it is convenient that iterative procedures are adapted to solve nonlinear problems with the use of fractional derivatives, and observe what the consequence is in the convergence of said method. In this Doctoral Thesis we design new iterative procedures with fractional derivatives (or their approximation) that are at least equal to the classical methods in terms of convergence order, by introducing the Riemann-Liouville, Caputo and conformable fractional derivatives (or their approximations). Also, we propose to study the stability of these schemes with the use of convergence planes, and dynamic planes in some cases. Finally, we intend to design a technique that allows us to obtain the conformable fractional version (or version with conformable derivative or its approximation) of any classical iterative procedure for nonlinear problems. In Chapter 2 the previous concepts that will be necessary for the development of the following chapters are exposed: The basic concepts related to fixed point methods are presented, the classic schemes that we will deal with in this memory are shown, and finally the tools of the fractional calculus that will be necessary for the design of fractional iterative procedures. In Chapter 3, scalar Newton-Raphson type fractional methods (or schemes with fractional derivatives) are designed with the Caputo, Riemann Liouville and conformable derivatives. We also design higher order scalar Newton-Raphson fractional schemes. Finally, we perform the convergence analysis of these procedures and study their stability. In Chapter 4, the vector version of the conformable Newton-Raphson method seen in Chapter 3 is designed. Before, it is necessary to define new concepts and establish new results that will be necessary for the development of this scheme. Finally, we perform the convergence analysis and study its stability. In Chapter 5, fractional procedures of the scalar Traub type with derivatives of Caputo and Riemann-Liouville are designed. A general technique is also designed to obtain the scalar conformable fractional version of any classical method, and this technique is used to design some scalar multipoint conformable schemes: of Traub, Chun-Kim, Ostrowski and Chun types. Finally, the convergence analysis is carried out and the stability of such procedures is studied. In Chapter 6 free fractional methods of scalar derivatives of Steffensen and Secant types (which has memory) are designed, where the conformable derivatives approximation is necessary. Here we use the general technique proposed in Chapter 5 to obtain the conformable version of each scheme. Finally, we carry out the convergence analysis and the stability of these procedures is studied. In Chapter 7 the conclusions and future lines of research are presented. / Candelario Villalona, GG. (2023). Métodos iterativos fraccionarios para la resolución de ecuaciones y sistemas no lineales: diseño, análisis y estabilidad [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194270

[ES] Se puede afirmar que la inmensa mayoría de los fenómenos de la naturaleza estudiados tienen un carácter no lineal. Muchos de estos problemas se pueden modelar utilizando ecuaciones diferenciales no lineales (EDNL) para cuya resolución no existe una amplia colección de herramientas como si podemos encontrar para la resolución de las ecuaciones diferenciales ordinarias. En otros contextos y en este particularmente, los métodos iterativos para la resolución de sistemas no lineales adquieren gran importancia ya que una ecuación diferencial no lineal se puede aproximar numéricamente resolviendo un sistema de ecuaciones no lineales equivalente tras un proceso de discretización. En la presente Tesis Doctoral se proponen dos nuevas clases de métodos iterativos de sexto orden de convergencia basados en funciones peso y se realizan los respectivos análisis de convergencia. El primero de ellos se compara con otros métodos de sexto orden mostrando, aunque formalmente, un mejor rendimiento. En ambos casos se realiza un análisis dinámico donde se indaga la estabilidad de los métodos propuestos en dependencia de la aproximación inicial escogida, estos análisis se hacen empleando polinomios vectoriales de estudio muy simples (polinomios de prueba). Un mal rendimiento con estos últimos, nos aconseja rechazar las aproximaciones iniciales que les han dado lugar. Los métodos propuestos han sido testeados en múltiples experimentos numéricos con problemas académicos y con otros aplicados tales como la resolución numérica de la ecuación de Volterra, la ecuación de Van der Pol y la ecuación de transmisión de calor en un medio no homogéneo, mostrando en todos ellos muy buenos resultados. Finalmente se proponen las líneas de investigación futuras: dos de ellas, basadas en un paradigma determinista, es una continuación directa del trabajo realizado. La otra línea que contempla un paradigma no determinista, se fundamenta en procesos probabilísticos adoptando un método Montecarlo para la resolución de sistemas de ecuaciones no lineales. Una vez diseñado el método Montecarlo en cuestión, se pretende realizar una comparación de rendimiento entre ambos paradigmas. / [CA] Es pot afirmar que la immensa majoria dels fenòmens de la naturalesa estudiats tenen un caràcter no lineal. Molts d'aquests problemes es poden modelar utilitzant equacions diferencials no lineals (EDNL) per a que la seua resoluci ón no existeix una àmplia col·lecció d'eines com si podem trobar per a la resolució de les equacions diferencials ordinàries. En altres contextos i en aquest particularment, els mètodes iteratius per a la resolució de sistemes no lineals adquireixen gran importància ja que una equació diferencial no lineal es pot aproximar numèricament resolent un sistema d'equacions no lineals equivalent després d'un procés de discretización. En la present Tesi Doctoral es proposen dues noves classes de mètodes iteratius de sisé ordre de convergència basats en funcions pese i es realitzen les respectives anàlisis de convergència. El primer d'ells es compara amb altres mètodes de sisé ordre mostrant, encara que formalment, un millor rendiment. En tots dos casos es realitza una anàlisi dinàmica on s'indaga l'estabilitat dels mètodes proposats en dependència de l'aproximació inicial triada, aquestes anàlisis es fan emprant polinomis d'estudi molt simples (polinomis de prova). Un mal rendiment amb aquests últims, ens aconsella rebutjar les aproximacions inicials que els han donat lloc. Els mètodes proposats han sigut testats en múltiples experiments numèrics amb problemes acadèmics i amb altres aplicats com ara la resolució numèrica de l'equació de Volterra, l'equació de Van der Pol i l'equació de transmissió de calor en un mitjà no homogeni, mostrant en tots ells molt bons resultats. Finalment es proposen les línies d'investigació futures: dos d'elles, basat en un paradigma determinista, és una continuació directa del treball realitzat. L'altra línia que contempla un paradigma no determinista, es fonamenta en processos probabilístics adoptant un mètode Montecarlo per a la resolució de sistemes d'equacions no lineals. Una vegada dissenyat el mètode Montecarlo en qüestió, es pretén realitzar una comparació de rendiment entre tots dos paradigmes. / [EN] It can be argued that the vast majority of natural phenomena studied are nonlinear in nature. Many of these problems can be modeled using nonlinear dierential equations (NLDEs) for the solution of which there is no large collection of tools as we can nd for the solution of nonlinear dierential equations. There is not a large collection of tools for solving NDEs as there is for solving ordinary dierential equations dierential equations. In other contexts and in this one in particular, iterative methods for solving nonlinear systems are of great importance. nonlinear systems acquire great importance since a nonlinear dierential equation can be approximated numerically by solving a system of nonlinear equations. by solving an equivalent system of nonlinear equations after a discretization process. In this Doctoral Thesis, two new classes of sixth order iterative methods of convergence based on weight functions are proposed and the respective convergence analyses are performed. The rst one is compared with other sixth order methods showing a better performance. In both cases, a dynamic analysis where the stability of the proposed methods is investigated in dependence of the initial approximation chosen. These analyses are performed using very simple study polynomials (test polynomials). A bad The proposed methods have been tested for their stability in dependence on the initial approximation chosen. The proposed methods have been tested in multiple numerical experiments with academic problems and with other applied problems such as the numerical solution of the Volterra equation, the Van der Pol equation and the heat transfer equation in an inhomogeneous medium, showing very good results in all of them. Finally, future lines of research are proposed: two of them, based on a deterministic paradigm, are a direct continuation of the work carried out. The other line, which contemplates a non-deterministic paradigm, is based on probabilistic processes adopting a Monte Carlo method for the resolution of systems of nonlinear equations. Once the Monte Carlo method has been designed, a performance comparison between both paradigms will be made. / Capdevila Brown, RR. (2023). Procesos iterativos para la resolución de sistemas no lineales con amplios conjuntos de estimaciones iniciales convergentes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201560

[ES] Dentro del campo del Análisis Numérico, la resolución de ecuaciones y sistemas de ecuaciones no lineales es uno de los aspectos más relevantes y estudiados. Esto se debe a que gran cantidad de problemas de Matemática Aplicada, como la resolución de ecuaciones diferenciales, ecuaciones en derivadas parciales o ecuaciones integrales entre muchos otros, pueden reducirse a buscar la solución de un sistema no lineal. Generalmente, es muy difícil obtener la solución analítica de este tipo de problemas y, en muchos casos, aunque es posible llegar a encontrar la solución exacta, es muy complicado trabajar con dicha expresión por su complejidad. Además, con el desarrollo de las nuevas tecnologías, se han hecho grandes avances en el uso de herramientas computacionales, por lo que las dimensiones de algunos de los problemas que se plantean en campos como la Economía, la Ingeniería, la Ciencia de datos, etc. han crecido considerablemente, dando lugar a problemas de grandes dimensiones. Por estos motivos, es de gran utilidad y, en muchos casos, resulta necesario resolver estos problemas no lineales de forma aproximada, por supuesto, con técnicas matemáticamente rigurosas dentro del campo del Análisis Numérico. Por las razones expuestas, los métodos iterativos para aproximar la solución de ecuaciones y sistemas de ecuaciones no lineales han constituido a lo largo de los últimos años un importante campo de investigación. La implementación computacional de estos métodos es una importante herramienta dentro de las Ciencias Aplicadas ya que dan solución a problemas que antiguamente eran difíciles de resolver. La investigación que se lleva a cabo en esta Tesis Doctoral se centra en estudiar, diseñar y aplicar métodos iterativos que mejoren en ciertos aspectos a los esquemas clásicos, como por ejemplo: la velocidad de convergencia, la aplicabilidad a problemas no diferenciales, la accesibilidad o la eficiencia. Buena parte del trabajo desarrollado en esta memoria se centra en el estudio de métodos iterativos para problemas multidimensionales, en especial, nos hemos centrado en el estudio de esquemas libres de derivadas. Además, uno de los ejes centrales de la presente Tesis Doctoral se enfoca en el estudio de la convergencia local y semilocal de métodos ya desarrollados en la literatura reciente o de nuevos métodos iterativos diseñados en este mismo trabajo. Este estudio garantiza para los métodos analizados la existencia de solución dado un punto de partida, el dominio de convergencia de las soluciones del problema y la unicidad de éstas bajo ciertas condiciones. Para complementar el estudio de convergencia de los métodos, en algunos capítulos también se realiza un estudio dinámico de los métodos aplicados a ecuaciones no lineales para, posteriormente, extrapolar los resultados al caso multidimensional. Además, como parte de algunos experimentos numéricos, se ha comparado la accesibilidad de distintos métodos numéricos a través de las cuencas de atracción representadas en diferentes planos dinámicos, tanto para el caso unidimensional como el multidimensional. Finalmente, en la mayor parte de los Capítulos de esta tesis se aplican los métodos iterativos estudiados a la resolución de problemas no lineales de Matemática Aplicada. Estos problemas pueden estar preparados para poner a prueba los algoritmos diseñados o ser problemas reales presentes en algunas Ciencias Aplicadas como la Ingeniería, la Física, la Química, etc. Los resultados anteriormente descritos forman parte de la presente Tesis Doctoral para la obtención del título de Doctora en Matemáticas. / [CA] Dins del camp de l'Anàlisi Numèrica, la resolució d'equacions i sistemes d'equacions no lineals és un dels aspectes més rellevants i estudiats. Això és pel fet de que gran quantitat de problemes de Matemàtica Aplicada, com la resolució d'equacions diferencials, equacions en derivades parcials o equacions integrals entre molts altres, poden reduir-se a buscar la solució d'un sistema no lineal. Generalment, és molt difícil obtindre la solució analítica d'estos problemes i, en molts casos, encara que és possible arribar a trobar la solució exacta, és molt complicat treballar amb aquesta expressió per la seua complexitat. A més, amb el desenvolupament de les tecnologies, s'han fet grans avanços en l'ús d'eines computacionals, per la qual cosa les dimensions d'alguns dels problemes que es plantegen en camps com l'Economia, l'Enginyeria, la Ciència de dades, etc. han crescut considerablement, donant lloc a problemes de grans dimensions. Per aquestos motius, és de gran utilitat i, en molts casos, resulta necessari resoldre estos problemes no lineals de manera aproximada, per descomptat, amb tècniques matemàticament riguroses dins del camp de l'Anàlisi Numèrica. Per les raons exposades, els mètodes iteratius per a aproximar la solució d'equacions i sistemes d'equacions no lineals han constituït al llarg dels últims anys un important camp d'investigació. La implementació computacional d'estos mètodes és una eina important dins de les Ciències Aplicades ja que donen solució a problemes que antigament eren difícils de resoldre. La investigació que es porta a terme en esta Tesi Doctoral es centra en estudiar, dissenyar i aplicar mètodes iteratius que milloren en certs aspectes als esquemes clàssics com són: la velocitat de convergència, l'aplicabilitat a problemes no diferencials, l'accessibilitat o l'eficiència. Bona part del treball desenvolupat en esta memòria es centra en l'estudi de mètodes iteratius per a problemes multidimensionals, especialment, ens hem centrar en l'estudi d'esquemes lliures de derivades. A més, part de la present Tesi Doctoral està centrada en l'estudi de la convergència local i semilocal de mètodes ja desenvolupats en la literatura recent o de nous mètodes iteratius dissenyats en aquest mateix text. Este estudi garanteix per als mètodes l'existència de solució donat un punt de partida, el domini de convergència de les solucions del problema i la unicitat d'estes sota unes certes condicions. Per a complementar l'estudi de convergència dels mètodes, en alguns capítols també es realitza un estudi dinàmic dels mètodes aplicats a equacions no lineals per a, posteriorment, extrapolar els resultats al cas multidimensional. A més, com a part d'alguns experiments numèrics, s'ha comparat l'accessibilitat de diferents mètodes numèrics a través de les conques d'atracció representades en diferents plans dinàmics, tant per al cas unidimensional com el multidimensional. Finalment, en la major part dels Capítols d'esta tesi s'apliquen els mètodes iteratius estudiats a la resolució de problemes no lineals de Matemàtica Aplicada. Estos problemes poden estar preparats per a probar la funcionalitat dels algorismes dissenyats o ser problemes reals presents en algunes Ciències Aplicades com l'Enginyeria, la Física, la Química, etc. Els resultats anteriorment descrits formen part de la present Tesi Doctoral per a l'obtenció del títol de Doctora en Matemàtiques. / [EN] Within the field of Numerical Analysis, the resolution of equations and systems of nonlinear equations is one of the most relevant and studied aspects. This is due to the fact that a large number of problems in Applied Mathematics, such as the solution of differential equations, partial differential equations or integral equations among many others, can be reduced to the solution of a non-linear system. Generally, it is very difficult to obtain the analytical solution of this type of problems and, in many cases, although it is possible to find the exact solution, it is very complicated to work with this expression due to its complexity. Moreover, with the development of technologies, great advances have been made in the use of computational tools, so that the dimensions of some of the problems that arise in fields such as Economics, Engineering, Data Science, etc. have grown considerably, giving rise to problems of large dimensions. For these reasons, it is very useful and, in many cases, necessary to solve these non linear problems in an approximate way, of course, with mathematically rigorous techniques within the field of Numerical Analysis. For these reasons, iterative methods for approximating the solution of nonlinear equations and systems of equations have been an important field of research in recent years. The computational implementation of these methods is an important tool in the Applied Sciences as they provide solutions to problems that were difficult to solve in the past. The research carried out in this Doctoral Thesis focuses on the study, design and application of iterative methods that improve certain aspects of classical schemes such as: speed of convergence, applicability to non differential problems, accessibility or efficiency. A large part of the work developed in this thesis focuses on the study of iterative methods for multidimensional problems, in particular, we have specialised on derivative-free schemes. In addition, part of this Doctoral Thesis is centred on the study of the local and semilocal convergence of methods already developed in the recent literature or of new iterative methods designed in this work. This study guarantees the existence of a solution given a starting point, the convergence domain of the solutions of the problem and their uniqueness under certain conditions. To complement the study of the convergence of the methods, in some chapters a dynamical study of the methods applied to nonlinear equations is also carried out in order to extrapolate the results to the multidimensional case. In addition, as part of some numerical experiments, the accessibility of different numerical methods has been compared across the basins of attraction represented in different dynamical planes, both for the unidimensional and the multidimensional case. Finally, in most of the chapters of this thesis, the iterative methods studied are applied to the resolution of non-linear problems in Applied Mathematics. These problems can be prepared to taste the designed algorithms or be real problems present in some Applied Sciences such as Engineering, Physics, Chemistry, etc. The results described above form part of this Doctoral Thesis to obtain the title of Doctor in Mathematics. / García Villalba, E. (2024). Métodos iterativos libres de derivadas para la resolución de ecuaciones y sistemas de ecuaciones no lineales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204853

[ES] La resolución de ecuaciones y sistemas no lineales es un tema de gran interés teórico-práctico, pues muchos modelos matemáticos de la ciencia o de la industria se expresan mediante sistemas no lineales o ecuaciones diferenciales o integrales que, mediante técnicas de discretización, dan lugar a dichos sistemas. Dado que generalmente es difícil, si no imposible, resolver analíticamente las ecuaciones no lineales, la herramienta más extendida son los métodos iterativos, que tratan de obtener aproximaciones cada vez más precisas de las soluciones partiendo de determinadas estimaciones iniciales. Existe una variada literatura sobre los métodos iterativos para resolver ecuaciones y sistemas, que abarca conceptos como, eficiencia, optimalidad, estabilidad, entre otros importantes temas. En este estudio obtenemos nuevos métodos iterativos que mejoran algunos conocidos en términos de orden o eficiencia, es decir que obtienen mejores aproximaciones con menor coste computacional. La convergencia de los métodos iterativos suele estudiarse desde el punto de vista local. Esto significa que se obtienen resultados de convergencia imponiendo condiciones a la ecuación en un entorno de la solución. Obviamente, estos resultados no son aplicables si no la conocemos. Otro punto de vista, que abordamos en este trabajo, es el estudio semilocal que, imponiendo condiciones en un entorno de la estimación inicial, proporciona un entorno de dicho punto que contiene la solución y garantiza la convergencia del método iterativo a la misma. Finalmente, desde un punto de vista global, estudiamos el comportamiento de los métodos iterativos en función de la estimación inicial, mediante el estudio de la dinámica de las funciones racionales asociadas a estos métodos. La presente memoria recoge los resultados de varios artículos de nuestra autoría, en los que se tratan distintos aspectos de la materia, como son, las peculiaridades de la convergencia en el caso de raíces múltiples, la posibilidad de aumentar el orden de un método óptimo de orden cuatro a orden ocho, manteniendo la optimalidad en el caso de raíces múltiples, el estudio de la convergencia semilocal en un método de alto orden, así como el comportamiento dinámico de algunos métodos iterativos. / [CA] La resolució d'equacions i sistemes no lineals és un tema de gran interés teoricopràctic, perquè molts models matemàtics de la ciència o de la indústria s'expressen mitjançant sistemes no lineals o equacions diferencials o integrals que, mitjançant tècniques de discretizació, donen lloc a aquests sistemes. Atés que generalment és difícil, si no impossible, resoldre analíticament les equacions no lineals, l'eina més estesa són els mètodes iteratius, que tracten d'obtindre aproximacions cada vegada més precises de les solucions partint de determinades estimacions inicials. Existeix una variada literatura sobre els mètodes iteratius per a resoldre equacions i sistemes, que abasta conceptes com ordre d'aproximació, eficiència, optimalitat, estabilitat, entre altres importants temes. En aquest estudi obtenim nous mètodes iteratius que milloren alguns coneguts en termes d'ordre o eficiència, és a dir que obtenen millors aproximacions amb menor cost computacional. La convergència dels mètodes iteratius sol estudiar-se des del punt de vista local. Això significa que s'obtenen resultats de convergència imposant condicions a l'equació en un entorn de la solució. Òbviament, aquests resultats no són aplicables si no la coneixem. Un altre punt de vista, que abordem en aquest treball, és l'estudi semilocal que, imposant condicions en un entorn de l'estimació inicial, proporciona un entorn d'aquest punt que conté la solució i garanteix la convergència del mètode iteratiu a aquesta. Finalment, des d'un punt de vista global, estudiem el comportament dels mètodes iteratius en funció de l'estimació inicial, mitjançant l'estudi de la dinàmica de les funcions racionals associades a aquests mètodes. La present memòria recull els resultats de diversos articles de la nostra autoria, en els quals es tracten diferents aspectes de la matèria, com són, les peculiaritats de la convergència en el cas d'arrels múltiples, la possibilitat d'augmentar l'ordre d'un mètode òptim d'ordre quatre a ordre huit, mantenint l'optimalitat en el cas d'arrels múltiples, l'estudi de la convergència semilocal en un mètode d'alt ordre, així com el comportament dinàmic d'alguns mètodes iteratius. / [EN] The resolution of nonlinear equations and systems is a subject of great theoretical and practical interest, since many mathematical models in science or industry are expressed through nonlinear systems or differential or integral equations that, by means of discretization techniques, give rise to such systems. Since it is generally difficult, if not impossible, to solve nonlinear equations analytically, the most widely used tool is iterative methods, which try to obtain increasingly precise approximations of the solutions based on certain initial estimates. There is a varied literature on iterative methods for solving equations and systems, which covers concepts of order of approximation, efficiency, optimality, stability, among other important topics. In this study we obtain new iterative methods that improve some known ones in terms of order or efficiency, that is, they obtain better approximations with lower computational cost. The convergence of iterative methods is usually studied locally. This means that convergence results are obtained by imposing conditions on the equation in a neighbourhood of the solution. Obviously, these results are not applicable if we do not know it. Another point of view, which we address in this work, is the semilocal study that, by imposing conditions in a neighbourhood of the initial estimation, provides an environment of this point that contains the solution and guarantees the convergence of the iterative method to it. Finally, from a global point of view, we study the behaviour of iterative methods as a function of the initial estimation, by studying the dynamics of the rational functions associated with these methods. This report collects the results of several articles of our authorship, in which different aspects of the matter are dealt with, such as the peculiarities of convergence in the case of multiple roots, the possibility of increasing the order of an optimal method from order four to order eight, maintaining optimality in the case of multiple roots, the study of semilocal convergence in a high-order method, as well as the dynamic behaviour of some iterative methods. / Cevallos Alarcón, FA. (2023). Métodos iterativos para la resolución de problemas aplicados transformados a sistemas no lineales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193495