From the developing embryo to the evacuation of football stadiums, the migration and movement of populations of individuals is a vital part of human life. Such movement often occurs in crowded conditions, where the space occupied by each individual impacts on the freedom of others. This thesis aims to analyse and understand the effects of occupied volume (volume exclusion) on the movement of the individual and the population. We consider, as a motivating system, the rearrangement of individuals required to turn a clump of cells into a functioning embryo. Specifically, we consider the migration of cranial neural crest cells in the developing chick embryo. Working closely with experimental collaborators we construct a hybrid model of the system, consisting of a continuum chemoattractant and individual-based cell description and find that multiple cell phenotypes are required for successful migration. In the crowded environment of the migratory system, volume exclusion is highly important and significantly enhances the speed of cell migration in our model, whilst reducing the numbers of individuals that can enter the domain. The developed model is used to make experimental predictions, that are tested in vivo, using cycles of modelling and experimental work to give greater insight into the biological system. Our formulated model is computational, and is thus difficult to analyse whilst considering different parameter regimes. The second part of the thesis is driven by the wish to systematically analyse our model. As such, it concentrates on developing new techniques to derive continuum equations from diffusive and chemotactic individual-based and hybrid models in one and two spatial dimensions with the incorporation of volume exclusion. We demonstrate the accuracy of our techniques under different parameter regimes and using different mechanisms of movement. In particular, we show that our derived continuum equations almost always compare better to data averaged over multiple simulations than the equivalent equations without volume exclusion. Thus we establish that volume exclusion has a substantial effect on the evolution of a migrating population.

Made available in DSpace on 2016-04-27T16:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcelo Navarro da Silva.pdf: 1320610 bytes, checksum: ba6b39667f2f363ca1efcf249460319b (MD5) Previous issue date: 2009-05-26 / Secretaria da Educação do Estado de São Paulo / This dissertation has as main aim analyze the conceptions of three teacher student of a specialization course at Mathematics Modelling, coordinated by Professor Rodney Carlos Bassanezi at a University in São Paulo, Brazil. The work also presents D Ambrosio s view (1993), (1997), (2001) of the concept and dimensions of the Ethnomathematics program. The considerations about Mathematics Modelling are supported by Biembengut & Hein (2002) and Bassanezi (2002), which links Mathematics Modelling and Semiotic. Presenting the proposals for the training of Mathematics teachers by Almeida & Dias (2007) and Day s (2001), we propose Modelling as an alternative to these training courses. We discuss the teacher training program proposed by Bassanezi, including the Modelling course offered in the UFABC. We discuss the ideas of Ponte (1992) and others on conceptions, teaching and learning processes, practices, processes of changing teachers conceptions. It is emphasized, too, the importance of qualitative research, as well the method used collecting data. In concluding, there is the presentation of the analysis of the data collected, based on teachers conceptions about Mathematics Modelling; which are classified in four categories / O presente trabalho tem como objetivo analisar as concepções de três professores aluno de um curso de especialização em Modelagem Matemática coordenado pelo professor Rodney Carlos Bassanezi em uma Universidade da grande São Paulo. Aborda se, na perspectiva de D Ambrosio (1993), (1997) e (2001), as concepções e as dimensões do Programa Etnomatemática. As considerações utilizadas sobre a Modelagem Matemática são fundamentadas em Biembengut e Hein (2002) e Bassanezi (2002), fazendo um elo com a semiótica. Tendo em vista a proposta de formação de professores de Matemática sob a ótica de Almeida e Dias (2007) e Day (2001), apresenta se a Modelagem como alternativa em curso de formação. Comenta se o programa de formação de professores proposto por Bassanezi, inclusive o curso de Modelagem da UFABC. Nas idéias de Ponte (1992), entre outros, destaca se acerca das concepções, o ensino e aprendizagem, as práticas, os processos de mudanças das concepções dos professores. Ressalta se também, a importância da pesquisa qualitativa, além do método utilizado para a coleta de informações. Por fim, há a apresentação da análise das informações coletadas que, a partir das concepções dos professores a respeito da Modelagem Matemática, se classificam em quatro categorias

Introduction: Antimalarial resistance, particularly artemisinin resistance, is a major threat to P. falciparum malaria elimination efforts worldwide. Urgent intervention is required to tackle artemisinin resistance but field data on which to base planning of strategies are limited. The aims were to collect available field data and develop population level mathematical models of P. falciparum malaria treatment and artemisinin resistance in order to determine the optimal strategies for elimination of artemisinin resistant malaria in Cambodia and treatment of pre-hospital and severe malaria in Cambodia and Bangladesh. Methods: Malaria incidence and parasite clearance data from Cambodia and Bangladesh were collected and analysed and modelling parameters derived. Population dynamic mathematical models of P. falciparum malaria were produced. Results: The modelling demonstrated that elimination of artemisinin resistant P. falciparum malaria would be achievable in Cambodia in the context of artemisinin resistance using high coverages with ACT treatment, ideally combined with LLITNs and adjunctive single dose primaquine. Sustained efforts would be necessary to achieve elimination and effective surveillance is essential, both to identify the baseline malaria burden and to monitor parasite prevalence as interventions are implemented. A modelled policy change to rectal and intravenous artesunate in the context of pre-existing artemisinin resistance would not compromise the efficacy of ACT for malaria elimination. Conclusions: By being developed rapidly in response to specific questions the models presented here are helping to inform planning efforts to combat artemisinin resistance. As further field data become available, their planned on-going development will produce increasingly realistic and informative models which can be expected to play a central role in planning efforts for years to come.

Made available in DSpace on 2016-04-27T16:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Eli Puga Beltrao.pdf: 5463067 bytes, checksum: 8e269f179312f1286e150e6d3b354a6b (MD5) Previous issue date: 2009-06-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This theses aims at the research of the use of Modelling and Applications as Mathematics teaching approach. The investigation consists of two main directional points: theoretical and empirical. The first was developed by the study of documents which provide historical data, data about the creation and development of Undergraduate Degree Courses majoring in Technology, recent national and international research results, as well as enable such a kind of organization overview of the national research made from 2006 to 2008, complementing Silveira´s (2007) work, which provided an organized overview of the research made from 1976 to 2005. These studies exemplified the strength of Modelling and Applications as a study line at Mathematics Education, as well as its potentials at teaching. The empirical research aims at the implementation of Modelling and Applications as an approach at teaching Calculus classes at an Undergraduate Degree in Food Technology at a College in the State of São Paulo. The methodological procedures for this research were qualitative, being the investigator the main instrument, by adopting the participant observations strategy. The collected data indicated that the use of Modelling and Applications as a teaching approach should be adapted according to the target audience and the institutions where the course is applied. Taking into considerations these conclusions, it is introduced a work strategy based on phases, not necessarily excluding ones, however two of them must be preparatory featured ones. This feature enabled the involvement of the students in the process. The data also revealed that it is possible to use Modelling and Applications and break the conditioned institutional behavior if the students believe in the process and realize the relation between Mathematics and their daily work and life interests. Finally, this data also showed how necessary it is to break the pre-established didactics based on habits and pre-conceptions which reinforce the idea that Mathematics is disconnected from people s reality / Esta tese tem por objeto de pesquisa a utilização da Modelagem e Aplicações como abordagens de ensino da Matemática. A investigação teve dois direcionamentos: o teórico e empírico. O primeiro foi desenvolvido por meio de estudos documentais que forneceram dados históricos, dados sobre a criação e desenvolvimento dos Cursos Superiores de Tecnologia, resultados recentes de pesquisa nacionais e internacionais, bem como possibilitaram a organização de um panorama das pesquisas nacionais realizadas de 2006 a 2008, complementando o trabalho de Silveira (2007) que relacionou as pesquisas de 1976 a 2005. Esses estudos explicitaram a vitalidade da Modelagem e Aplicações como linha de pesquisa na Educação Matemática, bem como suas potencialidades para o ensino. A pesquisa empírica teve por alvo a implementação da Modelagem e Aplicações como abordagem de ensino de Cálculo em um Curso Superior de Tecnologia de Alimentos, de uma Faculdade do Estado de São Paulo. Os procedimentos metodológicos desta pesquisa foram qualitativos, tendo o investigador como instrumento principal, e adotando as estratégias das observações participantes. Os dados coletados indicaram que a utilização da Modelagem e Aplicações, como abordagem de ensino, deve sofrer adaptações em conformidade com as condições do público alvo, e da instituição em que o curso está inserido. Levando em conta essas conclusões apresentamos uma estratégia de trabalho em fases, não necessariamente excludentes, duas delas de caráter preparatório. Esse caráter possibilitou o envolvimento dos estudantes no processo. Os dados também revelaram que é possível utilizar Modelagem e Aplicações, e enfrentar os condicionamentos institucionais se os estudantes acreditarem no processo e perceberem a relação da Matemática com situações pertinentes à sua área de interesse. No entanto, esses dados também mostraram como é necessário o rompimento com contratos didáticos estabelecidos, com hábitos e concepções que reforçam a idéia de que a Matemática é desvinculada da realidade

A informação sobre a dinâmica espaço-temporal de doenças de plantas é de importância fundamental em estudos epidemiológicos, podendo ser utilizada para descrever e entender o desenvolvimento das doenças, desenvolver planos de amostragem, planejar experimentos controlados e caracterizar perdas na produção ocasionadas pela doença. O estudo de padrões espaciais de doenças de plantas, que são reflexos do processo de dispersão dos patógenos, é importante em estudos epidemiológicos, como o de doenças dos citros, para se definirem estratégias mais adequadas para o controle das doenças, diminuindo os prejuízos causados. A Citricultura é uma das principais atividades agrícolas do Brasil e representa a principal atividade econômica de mais de 400 municípios do Triângulo Mineiro e do Estado de São Paulo, onde se encontra a maior área de citros do país e a maior região produtora de laranjas do mundo. Na avaliação do padrão espacial, diferentes métodos têm sido utilizados, dentre os quais incluem-se o ajuste de distribuições, como, por exemplo, a distribuição beta-binomial, o estudo da relação variância-média, o cálculo de correlação ao intraclasse, a utilização de técnicas de autocorrelação espacial, métodos de classes de distâncias e o ajuste de modelos estocásticos espaço-temporais. Diante da importância de se estudarem padrões espaciais da incidência de doenças em plantas e da necessidade de se conhecer melhor a epidemiologia da morte súbita dos citros e do cancro cítrico, uma técnica baseada em verossimilhança para o ajuste de modelos estocásticos espaço-temporais foi utilizada na caracterização de padrões espaciais. Modificações na metodologia original, buscando uma diminuição do tempo gasto nas análises, foram propostas nesse estudo. Os resultados mostram que as modificações propostas resultaram em uma diminuição significativa no tempo de análise, sem perda de acurácia na estimação dos parâmetros dos modelos considerados. / The information about the spatial-temporal dynamics is of fundamental importance in epidemiological studies for describing and understanding the development of diseases, for developing efficient sampling plans, for planning controlled experiments, for evaluating the effect of different treatments, and for determining crop losses. The Citriculture is the major economic activity of more than 400 municipalities in Minas Gerais and São Paulo States. This is the largest citrus area in Brazil, and the largest sweet orange production area in the world. Therefore, it is very important to study and to characterize spatial patterns of plant diseases, such as citrus canker and citrus sudden death. In the spatial dynamics study, many different methods have been used to characterize the spatial aggregation. These include the fitting of distributions, such as the beta-binomial distribution, the study of variance-mean relationships, the calculation of intraclass correlation, the use of spatial autocorrelation techniques, distance class methods and, the fitting of continuous time spatiotemporal stochastic models. In this work, an improved technique for fitting models to the spatial incidence data by using MCMC methods is proposed. This improved technique, which is used to investigate the spatial patterns of plant disease incidence, is considerably faster than Gibson’s methodology, in terms of computational time, without any loss of accuracy.

A informação sobre a dinâmica espaço-temporal de doenças de plantas é de importância fundamental em estudos epidemiológicos, podendo ser utilizada para descrever e entender o desenvolvimento das doenças, desenvolver planos de amostragem, planejar experimentos controlados e caracterizar perdas na produção ocasionadas pela doença. O estudo de padrões espaciais de doenças de plantas, que são reflexos do processo de dispersão dos patógenos, é importante em estudos epidemiológicos, como o de doenças dos citros, para se definirem estratégias mais adequadas para o controle das doenças, diminuindo os prejuízos causados. A Citricultura é uma das principais atividades agrícolas do Brasil e representa a principal atividade econômica de mais de 400 municípios do Triângulo Mineiro e do Estado de São Paulo, onde se encontra a maior área de citros do país e a maior região produtora de laranjas do mundo. Na avaliação do padrão espacial, diferentes métodos têm sido utilizados, dentre os quais incluem-se o ajuste de distribuições, como, por exemplo, a distribuição beta-binomial, o estudo da relação variância-média, o cálculo de correlação ao intraclasse, a utilização de técnicas de autocorrelação espacial, métodos de classes de distâncias e o ajuste de modelos estocásticos espaço-temporais. Diante da importância de se estudarem padrões espaciais da incidência de doenças em plantas e da necessidade de se conhecer melhor a epidemiologia da morte súbita dos citros e do cancro cítrico, uma técnica baseada em verossimilhança para o ajuste de modelos estocásticos espaço-temporais foi utilizada na caracterização de padrões espaciais. Modificações na metodologia original, buscando uma diminuição do tempo gasto nas análises, foram propostas nesse estudo. Os resultados mostram que as modificações propostas resultaram em uma diminuição significativa no tempo de análise, sem perda de acurácia na estimação dos parâmetros dos modelos considerados. / The information about the spatial-temporal dynamics is of fundamental importance in epidemiological studies for describing and understanding the development of diseases, for developing efficient sampling plans, for planning controlled experiments, for evaluating the effect of different treatments, and for determining crop losses. The Citriculture is the major economic activity of more than 400 municipalities in Minas Gerais and São Paulo States. This is the largest citrus area in Brazil, and the largest sweet orange production area in the world. Therefore, it is very important to study and to characterize spatial patterns of plant diseases, such as citrus canker and citrus sudden death. In the spatial dynamics study, many different methods have been used to characterize the spatial aggregation. These include the fitting of distributions, such as the beta-binomial distribution, the study of variance-mean relationships, the calculation of intraclass correlation, the use of spatial autocorrelation techniques, distance class methods and, the fitting of continuous time spatiotemporal stochastic models. In this work, an improved technique for fitting models to the spatial incidence data by using MCMC methods is proposed. This improved technique, which is used to investigate the spatial patterns of plant disease incidence, is considerably faster than Gibson’s methodology, in terms of computational time, without any loss of accuracy.