Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-12-19Bitstream added on 2014-06-13T21:02:54Z : No. of bitstreams: 1 simeao_sfap_dr_botfca.pdf: 899191 bytes, checksum: da6ed77a45734c278c56395d23c51cd0 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Aspectos teóricos relacionados à Análise Discriminante Multivariada - Linear e Quadrática - foram discutidos, por meio de um extenso levantamento histórico da função discriminante, com seus primórdios no trabalho de Fisher e sua posterior evolução, enfocando o intenso desenvolvimento das técnicas classificatórias discriminantes com o advento dos computadores. Foi dada ênfase aos softwares estatísticos desenvolvidos para PC, que realizam a análise discriminante, e que representam uma grande contribuição para pesquisadores e usuários desta técnica. Considerando a dificuldade existente quanto a aplicativos computacionais acessíveis a pesquisadores da área de ciências agrárias, elaborou-se um programa que realiza a análise discriminante quadrática com as respectivas freqüências de classificação correta, bem como o manual explicativo do usuário. Verificou-se que a função discriminante quadrática trata de um procedimento bastante útil nas ciências agrárias, como, por exemplo, em estudos nas áreas de solos, cultivos diversos (soja, milho, cana de açúcar, pupunha, braquiária, frutas), criação de animais e classificação e seleção de madeiras; porém, subutilizada frente à dificuldade de programas computacionais de fácil manuseio e acesso a pesquisadores das áreas aplicadas. Os procedimentos estudados e discutidos foram ilustrados com exemplos de aplicação, utilizando dados experimentais agronômicos de espécies de Girassóis e Eucalyptus, submetidos ao aplicativo desenvolvido. / A large historical study of the discriminant function has allowed a discussion on theoretical aspects related to the Multivaried Discriminant Analysis - Linear and Quadratic, showing its past in the work of Fisher and its later evolution, emphasizing the wide development of classificatory discriminant techniques with the happening of the computers, and specific statistic softwares which practice the discriminant analysis, representing a big contribution to researches and users of this technique. Considering the difficulty in relation to accessible softwares to researches of the agrarian area, a software which performs a linear and quadratic discriminant analysis was built with its frequencies of correct classification, as well as an explicative manual to users. The quadratic discriminant was studied as being a very useful process in agrarian sciences. Some examples of this usefulness is in studies of the ground, diversified cultivation (soybean, corn, sugarcane, pejibaye, brachiaria decumbens fruits), animal creation and wood selection, and classification; however, misused in relation to the difficulties of easy handing and access to researchers of applied areas. The studied and discussed procedures were illustrated with applications, using agronomic experimental data of Sunflower and Eucalyptus, submitted to developed software.

[pt] Visando avaliar uma ferramenta numérica efetiva para resolução de problemas de estabilidade tridimensionais, a análise limite numérica foi estudada neste trabalho. Sua abordagem numérica requer o uso tanto do método dos elementos finitos quanto de programação matemática. Isto porque os teoremas da plasticidade, base da análise limite, podem ser colocados como problemas de otimização. No teorema do limite inferior, por exemplo, se deseja maximizar o fator de colapso, com o solo sujeito a condições de equilíbrio e ao critério de ruptura. O critério de ruptura utilizado foi o de Drucker-Prager. Neste trabalho, fez-se uso da programação cônica quadrática, conhecida por possibilitar a resolução de problemas de grande escala com muita eficiência. Empregou-se, para tanto, o solver Mosek. Além de ser possível determinar o fator de colapso, também se desenvolveu um método para calcular o fator de segurança da encosta. Ele reduz sucessivamente os parâmetros de resistência do solo, através do método de Newton-Raphson. Em casos de geometrias mais complexas, a formulação do problema teve que ser modificada. Uma força horizontal fictícia foi adicionada na condição de equilíbrio e unicamente ela foi majorada com o fator de colapso. Foi apenas através desta formulação que se pode simular a estabilidade de solos submetidos ao efeito de poropressão. A análise de fluxo foi simulada a parte no programa de elementos finitos desenvolvido por Miqueletto (2007). A resistência do solo depende dos valores de poropressão, que caracterizam os solos como saturados ou não saturados. / [en] Numerical limit analysis was studied in order to evaluate an effective numerical procedure to solve three-dimensional slope stability problems. This numerical approach utilizes finite element method and mathematical programming. Mathematical programming is needed because the plasticity theorems, basic theorems for limit analysis, can be cast as optimization problems. The lower bound theorem consists of finding the maximum collapse multiplier that will lead the soil to the imminence of collapse. The soil will still be restricted to equilibrium conditions and the yield criterion will have to be satisfied everywhere. Drucker- Prager was the yield criterion chosen. In this thesis, the optimization problem is reformulated as a second order cone programming (SOCP). SOCP is known to solve large-scale problems with great computational efficiency and we used the solver Mosek. The model calculates not only the collapse multiplier, but also the safety factor for the slope. A strength reduction scheme was proposed, based on the Newton-Raphson method. For complex geometries cases, a novel formulation was developed. A fictitious horizontal force was added at the equilibrium equation and uniquely this force was increased by the multiplier factor. It was only through this reformulation that it was possible to assess stability of slopes subjected to porepressure effects. The groundwater flow was simulated separately in a finite element program developed by Miqueletto (2007). The soil strength depends on porepressure values, which define soils as saturated or unsaturated.

[pt] A geração de malhas geomecânicas de reservatórios ainda é uma tarefa tediosa que consome muito tempo. Para acelerar este processo, soluções que reconstroem analiticamente a geometria do reservatório têm sido propostas, mas essas soluções não são as mais adequadas para modelagem de objetos naturais. Este trabalho propõe uma modelagem discreta para a geometria do reservatório, onde os vértices da malha são posicionados por meio da solução de um problema de otimização quadrático e convexo. O problema de otimização é modelado de forma a garantir que as malhas geomecânicas de saída sejam suaves e que ao mesmo tempo respeitem as restrições do reservatório e dos horizontes presentes. Além disso, a metodologia proposta permite uma implementação eficiente, paralelizável e de baixo consumo de memória. Casos de teste com milhões de variáveis são apresentados para validar essa abordagem. Finalmente, a metodologia proposta neste trabalho para malhas de geomecânica pode ser naturalmente estendida para a modelagem estrutural de sub-superfícies na interpretação sísmica e de restauração geológica. / [en] Geomechanical mesh generation of complex reservoirs remains a tedious task prone to errors. Recently proposed solutions based on analytical reconstruction of the sub-surfaces are not capable to represent all the geometric details of natural objects. This work proposes a discrete model where the mesh vertices are positioned based on a convex quadratic optimization process. The optimization problem seeks to guarantee smooth meshes that conform with prescribed constraints. The resulting mesh therefore respects, as far as possible, the finite volume mesh of the reservoir pay zone and the existing horizons. Finally, the proposed methodology for Geomechanical meshes can be easily extend to model sub-surfaces present in the structural interpretation and geological restauration.

[pt] Esse trabalho propõe uma implementação numérica para otimização de forma em problemas bi-dimensionais de elasticidade. O objetivo principal é propor uma metodologia eficiente e robusta para solução de problemas de otimização de forma considerando a minimização de concentração de tensões. Na implementação proposta, a análise estrutural é realizada pelo Método dos Elementos de Contorno Simétrico de Galerkin (MECSG), evitando-se assim a dispendiosa etapa de geração da malha. A avaliação das tensões no contorno é obtida por meio de um método preciso, ideal para problemas com concentrações de tensões. Outro aspecto relevante na implementação é a adequada partição das equações do MECSG de forma a reduzir, consideravelmente, o esforço computacional associado à etapa da análise estrutural. O problema de otimização é resolvido utilizando-se um método de otimização moderno, conhecido como Programação Cônica de Segunda Orderm (PCSO). Especificamente, busca-se a reposta do problema de otimização não linear por meio da solução de uma sequência de subproblemas de PCSO. / [en] In this work a numerical implementation of shape optimization in two-dimensional linear elasticity problems is proposed. The main goal is to propose a robust and efficient methodology for the solution of shape optimization problems regarding the minimization of stress concentration effects. In the proposed implementation, the structural analysis is performed by the Symmetric Galerkin Boundary Element Method (SGBEM), thus disposing of the mesh generation burden. The boundary stress evaluation is carried out by an accurate approach which is ideally suited for problems with stress concentrations. Another relevant feature of the proposed implementation is a suitable partition of the SGBEM equations which aims at reducing the computational effort associated with the structural analysis stage. The solution for the optimization problem is obtained by means of a modern numerical optimization method, the so-called Second Order Conic Programming (SOCP). Specifically, the solution for the non-linear optimization is sought by solving a sequence of SOCP subproblems.

[pt] Esta tese investiga e desenvolve algoritmos baseados em relaxação Lagrangiana e técnica de desagregação multiparamétrica normalizada para resolver problemas não convexos de programação inteira-mista quadrática com restrições quadráticas. Primeiro, é realizada uma revisão de técnias de relaxação para este tipo de problema e subclasses do mesmo. Num segundo momento, a técnica de desagregação multiparamétrica normalizada é aprimorada para sua versão reformulada onde o tamanho dos subproblemas a serem resolvidos tem seu tamanho reduzido, em particular no número de variáveis binárias geradas. Ademais, dificuldas em aplicar a relaxação Lagrangiana a problemas não convexos são discutidos e como podem ser solucionados caso o subproblema dual seja substituído por uma relaxação não convexa do mesmo. Este método Lagrangiano modificado é comparado com resolvedores globais comerciais e resolvedores de código livre. O método proposto convergiu em 35 das 36 instâncias testadas, enquanto o Baron, um dos resolvedores que obteve os melhores resultados, conseguiu convergir apenas para 4 das 36 instâncias. Adicionalmente, mesmo para a única instância que nosso método não conseguiu resolver, ele obteve um gap relativo de menos de 1 por cento, enquanto o Baron atingiu um gap entre 10 por cento e 30 por cento para a maioria das instâncias que o mesmo não convergiu. / [en] This thesis investigates and develops algorithms based on Lagrangian relaxation and normalized multiparametric disaggregation technique to solve nonconvex mixed-integer quadratically constrained quadratic programming. First, relaxations for quadratic programming and related problem classes are reviewed. Then, the normalized multiparametric disaggregation technique is improved to a reformulated version, in which the size of the generated subproblems are reduced in the number of binary variables. Furthermore, issues related to the use of the Lagrangian relaxation to solve nonconvex problems are addressed by replacing the dual subproblems with convex relaxations. This method is compared to commercial and open source off-the-shelf global solvers using randomly generated instances. The proposed method converged in 35 of 36 instances, while Baron, the benchmark solver that obtained the best results only converged in 4 of 36. Additionally, even for the one instance the methods did not converge, it achieved relative gaps below 1 percent in all instances, while Baron achieved relative gaps between 10 percent and 30 percent in most of them.

[pt] O teorema de Benedicks e Carleson afirma que para a família quadrática existe um conjunto de parâmetros, com medida positiva, para os quais o expoente de Lyapunov é positivo no ponto crítico. Nesta dissertação apresentamos uma demonstração rigorosa e detalhada desse célebre resultado. Uma parte importante da demonstração é o estudo do comportamento quase periódico de um conjunto de órbitas. Além disso, um argumento de grandes desvios é utilizado para mostrar que os parâmetros que não satisfazem a propriedade desejada formam um conjunto pequeno. Tais técnicas apresentam um interesse intrínseco, já que têm se mostrado muito proveitosas para o estudo de outros problemas em sistemas dinâmicos. Combinando o teorema de Benedicks e Carleson ao teorema de Singer, conclui-se que para um conjunto de parâmetros com medida positiva, a função quadrática correspondente não admite atratores periódicos, indicando um comportamento caótico. Neste trabalho, também são estudados critérios para a positividade do expoente de Lyapunov de cociclos quase periódicos de Schrodinger, como o teorema de Herman. O estudo de cociclos de Schrodinger representa um importante tópico na área de física matemática. Mais ainda, algumas das generalizações de tais critérios utilizam as técnicas de Benedicks-Carleson. / [en] The Benedicks and Carleson theorem states that for the quadratic family there exists a set of parameters, with positive measure, for which the Lyapunov exponent is positive at the critical point. In this dissertation we present a rigorous and detailed proof of this famous result. An important part of the proof is the study of the quasi periodic behavior of a set of orbits. In addition, a large deviation argument is used to show that parameters which do not satisfy the desired property form a small set. Such techniques have an intrinsic interest, as they have proven fruitful in the study of other problems in dynamical systems. Combining Benedicks-Carlesons theorem with Singers theorem, we conclude that for a set of parameters with positive measure, the corresponding quadratic function does not admit periodic attractors, indicating its chaotic behavior. In this work we also study criteria for the positivity of the Lyapunov exponent of quasi-periodic Schrodinger cocycles, such as Hermans theorem. The study of the Schrodinger cocycles represents an important topic in mathematical physics. Moreover, some of the generalizations of such criteria use the techniques of Benedicks-Carleson.

[pt] O Partial Digest Problem (problema de digestão parcial), também conhecido como o Turnpike Problem, consiste na construção de um conjunto de pontos na reta real dadas as distâncias não designadas entre todos os pares de pontos. Uma variante deste problema, chamada Min Distance Superset Problem (problema de superset de distância mínimo), lida com entradas incompletas em que algumas distâncias podem estar faltando. O objetivo deste problema é encontrar um conjunto mínimo de pontos na reta real, tal que as distâncias entre cada par de pontos contenham todas as distâncias de entrada. As principais contribuições deste trabalho são duas formulações de programação matemática diferentes para o Min Distance Superset Problem: uma formulação de programação quadrática e uma formulação de programação inteira. Mostramos como aplicar um método de cálculo direto de limites de valores de variáveis através de uma relaxação Lagrangeana da formulação quadrática. Também introduzimos duas abordagens diferentes para resolver a formulação inteira, ambas baseadas em buscas binárias na cardinalidade de uma solução ótima. A primeira baseia-se num subconjunto de variáveis de decisão, na tentativa de lidar com um problema de viabilidade mais simples, e o segundo é baseado na distribuição de distâncias entre possíveis pontos disponíveis. / [en] The Partial Digest Problem, also known as the Turnpike Problem, consists of building a set of points on the real line given their unlabeled pairwise distances. A variant of this problem, named Min Distance Superset Problem, deals with incomplete input in which distances may be missing. The goal is to find a minimal set of points on the real line such that the multiset of their pairwise distances is a superset of the input. The main contributions of this work are two different mathematical programming formulations for the Min Distance Superset Problem: a quadratic programming formulation and an integer programming formulation.We show how to apply direct computation methods for variable bounds on top of a Lagrangian relaxation of the quadratic formulation. We also introduce two approaches to solve the integer programming formulation, both based on binary searches on the cardinality of an optimal solution. One is based on a subset of decision variables, in an attempt to deal with a simpler feasibility problem, and the other is based on distributing available distances between possible points.