Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Hidráulica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Poças Martins

[ES] Durante las primeras décadas del siglo pasado se estudiaron las inversas generalizadas que hoy en día se conocen como inversas generalizadas clásicas. Entre ellas cabe mencionar la inversa de Moore-Penrose (1955) y la inversa de Drazin (1958). Mientras que la inversa de Moore-Penrose se definió originalmente para matrices complejas rectangulares, la inversa de Drazin fue tratada, en un primer momento, únicamente para matrices cuadradas. Más tarde, en 1980, Cline y Greville realizaron la extensión del caso cuadrado al caso rectangular, mediante la consideración de una matriz de ponderación rectangular. Diferentes propiedades, caracterizaciones y aplicaciones fueron obtenidas para estos tipos de inversas generalizadas hasta finales del siglo pasado. En la última década, han aparecido nuevas nociones de inversas generalizadas. La primera de ellas fue la inversa core, introducida en el año 2010 por los autores Baksalary y Trenkler. La misma tuvo una amplia repercusión en la comunidad matemática debido a la sencillez de su definición, a su aplicación en la resolución de algunos sistemas lineales con restricciones que surgen en la teoría de redes eléctricas y también por su conexión con la inversa de Bott- Duffin. Muchos trabajos de investigación han surgido a partir de la inversa core, incluyendo sus extensiones a conjuntos más generales como el álgebra de operadores lineales acotados sobre espacios de Hilbert y/o al ámbito de anillos abstractos. El objetivo principal de esta tesis doctoral es definir y estudiar en profundidad una nueva inversa generalizada para matrices rectangulares, llamada inversa inversa de grupo débil ponderada, la cual extiende al caso rectangular la inversa de grupo débil recientemente definida (para el caso cuadrado) por Wang y Chen. También se considera un amplio estudio de la inversa core-EP ponderada definida por Ferreyra, Levis y Thome en el año 2018, y que extiende al caso rectangular inversa core-EP introducida por Manjunatha-Prasad y Mohana en el año 2014. Para ambas inversas generalizadas se obtienen nuevas propiedades, representaciones, caracterizaciones como así también su relación con otras inversas conocidas en la literatura. Además, se presentan dos algoritmos que permiten realizar un cálculo efectivo de las mismas. / [CA] Durant les primeres dècades del segle passat es van estudiar les inverses generalitzades que hui dia es coneixen com a inverses generalitzades clàssiques. Entre elles cal esmentar la inversa de Moore-Penrose (1955) i la inversa de Drazin (1958). Mentre que la inversa de Moore-Penrose es va definir originalment per a matrius complexes rectangulars, la inversa de Drazin va ser tractada, en un primer moment, únicament per a matrius quadrades. Més tard, en 1980, Cline i Greville van realitzar l'extensió del cas quadrat al cas rectangular, mitjançant la consideració d'una matriu de ponderació rectangular. Diferents propietats, caracteritzacions i aplicacions van ser obtingudes per a aquests tipus d'inverses generalitzades fins a finals del segle passat. En l'última dècada, han aparegut noves nocions d'inverses generalitzades. La primera d'elles va ser la inversa core, introduïda l'any 2010 pels autors Baksalary i Trenkler. La mateixa va tindre una àmplia repercussió en la comunitat matemàtica a causa de la senzillesa de la seua definició, a la seua aplicació en la resolució d'alguns sistemes lineals amb restriccions que sorgeixen en la teoria de xarxes elèctriques i també per la seua connexió amb la inversa de Bott-Duffinn. Molts treballs de recerca han sorgit a partir de la inversa core, incloent les seues extensions a conjunts més generals com l'àlgebra d'operadors lineals delimitats sobre espais de Hilbert i/o a l'àmbit d'anells abstractes. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és definir i estudiar en profunditat una nova inversa generalitzada per a matrius rectangulars, anomenada inversa inversa de grup feble ponderada, la qual estén al cas rectangular la inversa de grup feble recentment definida (per al cas quadrat) per Wang i Chen. Tamb é es considera un ampli estudi de la inversa core-EP ponderada definida per Ferreyra, Levis i Thome l'any 2018, i que estén al cas rectangular inversa core-EP introduïda per Manjunatha-Prasad i Mohana l'any 2014. Per a totes dues inverses generalitzades s'obtenen noves propietats, representacions, caracteritzacions com així també la seua relació amb altres inverses conegudes en la literatura. A més, es presenten dos algorismes que permeten realitzar un càlcul efectiu d'aquestes. / [EN] Generalized inverses, known today as Classical Generalized Inverses, were studied during the first decades of the last century. Two important classical generalized inverses are the Moore-Penrose inverse (1955) and the Drazin inverse (1958). The Moore-Penrose inverse was originally defined for complex rectangular matrices. In turn, the Drazin inverse was studied, at first, only for square matrices. It was in 1980 when Cline and Greville extended the case of square matrices to the case of rectangular matrices by considering a weight rectangular matrix. Throughout the entire past century there appeared difierent properties, characterizations and applications of these types of generalized inverses. This last decade gave rise to new notions of generalized inverses. The first of these new notions is known as the core inverse. Core inverses were introduced in 2010 by Baksalary and Trenkler. Their work had a wide repercussion in the mathematical community due to the simplicity of its denition and its application in the solution of some linear systems with restrictions. The core inverse further gain in interest due to their connection to the Bott-Duffin inverse. There is a large body of work on the core inverse, including extensions to more general sets if such as the algebra of bounded linear operators on Hilbert spaces and/or abstract rings. The main goal of this thesis is to define and study in depth a new generalized inverse for rectangular matrices. This new inverse is called weighted weak group inverse (or weighted WG inverse). Weighted WG inverses extend weak group inverse, recently defined for the square case by Wang and Chen, to the rectangular case. We also consider an extensive study of the weighted core-EP inverse. The latter type of inverse was dened by Ferreyra, Levis, and Thome in 2018. This inverse extends the core-EP inverse introduced by Manjunatha- Prasad and Mohana in 2014 to the rectangular case. This thesis presents new properties, representations, characterizations, as well as their relation with other inverses known in the literature are obtained, for weighted WG inverses and weighted core-EP inverse. In addition, the thesis presents two algorithms that allow for an efiective computation weighted WG inverses and weighted core-EP inverse. / Orquera, V. (2022). La inversa core-EP y la inversa de grupo débil para matrices rectangulares [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185227 / TESIS

La tesis estudia cinco formulaciones del método de modos acoplados para analizar guías con medios magnéticos en su interior. La formulación indirecta, de tipo general, se ha aplicado al análisis de desfasadores toroidales obteniéndose resultados similares a los obtenidos mediante un método numérico puro como es el de diferencias finitas. La tesis introduce igualmente una formulación del método de adaptación que junto con el método de modos acoplados permite analizar discontinuidades simples. La combinación de los métodos anteriores con la matriz de dispersión generalizada ha permitido analizar discontinuidades en guías de onda con ferritas transversalmente magnetizadas con discontinuidades en las tres direcciones del sistema de coordenadas.

[EN] Matrix Analysis and its applications are an important area of Applied Mathematics and are the basis of many industrial applications and for engineering in general. This work can be classified as being part of Matrix Analysis. Some partial orders and pre-orders defined in terms of generalized inverses on different sets of complex matrices are studied. In the first part of this thesis the star partial order on the class of EP matrices is studied. In this work some results obtained by Merikoski and Liu are extended to the class of EP matrices. Successors and predecessors of an EP matrix are characterized, and necessary and sufficient conditions are established for they to belong to the same class. New demonstrations of some known results using the canonical form of the EP matrices are presented. In this way a result which provides decompositions for two EP matrices comparable by the star partial order, is obtained and proved. N. Castro-González, J. Vélez-Cerrada, D. S. Djordjevic, J. J. Koliha, and Y. Wei are some authors who studied spectral projectors, denoted by $A^\pi$, corresponding to the eigenvalue zero of a matrix A. For a fixed matrix A, they characterized all matrices for which their spectral projectors coincides with $A^\pi$. In this work, we restrict our attention to the class of EP matrices and spectral projectors corresponding to the eigenvalue zero are characterized. Furthermore, the projectors mentioned above are linked to star and group partial orders. The Moore-Penrose inverse appears when the approximate (in norm 2) least squares solution of an inconsistent system of linear equations is found. When norms induced by Hermitian and positive definite matrices are employed, it is necessary to use the weighted Moore-Penrose inverse. This inverse has been studied by several authors such as Y. Wei, G. Wang, S. Qiao, H. Wu. among others. In many real situations, the problem to solve is modeled by matrices having a particular structure as, for example, they are symmetric, Hermitian, normal, EP, tridiagonal, etc. In this document, the class of EP(M;N) matrices is considered, that is, EP matrices weighted with respect to two Hermitian and positive definite matrices M and N, and in that set the weighted star partial order with respect to M and N is defined. First, the square matrices that belong to this class are studied and analyzed and then for the case M = N details are provided characterizing predecessors and successors of an EP(M;M) matrix. Extending the results given by N. Matzakos y D. Pappas for weighted EP matrices, two algorithms are designed to calculate the weighted Moore-Penrose inverse of a EP(M;M) matrix. The Drazin inverse is another generalized inverse considered in this memory. A nonzero weight matrix W is considered to transform a rectangular matrix A into two square matrices, AW and WA. Then, three new pre-orders on the set of rectangular complex matrices are defined. Matrices related by these pre-orders are characterized, finding in each case a representation for them. In particular, adjacent matrices are characterized. It is also studied the class of matrices with equal weighted Drazin projectors and they are related to the new pre-order. / [ES] El Análisis Matricial y sus aplicaciones constituyen un área importante de la Matemática Aplicada y son la base de muchas aplicaciones industriales y para la ingeniería en general. El presente trabajo se encuadra dentro del Análisis Matricial. Se estudian algunos órdenes parciales y pre-órdenes, definidos a partir de inversas generalizadas, sobre diferentes conjuntos de matrices complejas. En la primera parte de esta memoria se estudia el orden parcial estrella en la clase de matrices EP. En el presente trabajo se extienden algunos resultados obtenidos por Merikoski y Liu a la clase de matrices EP. Se caracterizan los sucesores y predecesores de una matriz EP dada y se establecen condiciones necesarias y suficientes para que éstos pertenezcan a la misma clase. Se presentan nuevas demostraciones de algunos resultados conocidos utilizando la forma canónica de las matrices EP. De esta manera se obtiene un teorema que proporciona descomposiciones para dos matrices EP comparables a través del orden parcial estrella. N. Castro-González, J. Vélez-Cerrada, D. S. Djordjevic, J. J. Koliha y Y. Wei son algunos de los autores que han estudiado los proyectores espectrales correspondientes al valor propio nulo de una matriz A, denotados por $A^\pi$. Para una matriz A fija, caracterizaron todas las matrices para las cuales dicho proyector coincide con $A^\pi$. En este trabajo se restringe el conjunto de estudio a la clase de matrices EP y se caracterizan los proyectores espectrales correspondientes al valor propio nulo. Más adelante, se relacionan los proyectores mencionados con los órdenes parciales estrella y grupo. La inversa de Moore-Penrose aparece cuando se busca la solución aproximada (en norma 2) por mínimos cuadrados de un sistema de ecuaciones lineales inconsistente. En los casos en que se utilizan normas inducidas por matrices hermíticas y definidas positivas, es necesario utilizar la inversa de Moore-Penrose ponderada por dichas matrices, inversa estudiada por varios autores como Y. Wei, G. Wang, S. Qiao, H. Wu, entre otros. En muchas situaciones reales, las matrices que modelizan el problema a resolver poseen una determinada estructura como, por ejemplo, el hecho de ser simétricas, hermíticas, normales, EP, tridiagonales, etc. En esta memoria se considera la clase de matrices EP(M;N), matrices EP ponderadas con respecto a dos matrices hermíticas definidas positivas M y N, y se define en ese conjunto el orden parcial estrella ponderado con respecto a M y N. Primero se estudian las matrices cuadradas que pertenecen a esta clase y luego se particulariza al caso en que M coincide con N, caracterizando los predecesores y sucesores de una matriz EP(M;M). Extendiendo los resultados de N. Matzakos y D. Pappas para matrices EP ponderadas, se diseñan dos algoritmos para calcular la inversa de Moore-Penrose ponderada de una matriz EP(M;M). La inversa de Drazin es otra de las inversas generalizadas con las que se trabaja en esta memoria. Se considera una matriz peso W no nula que transforma una matriz rectangular A en dos matrices cuadradas, AW y WA. Luego, se definen tres nuevos pre-órdenes en el conjunto de matrices rectangulares complejas. Se caracterizan las matrices que están relacionadas mediante cada uno de esos pre-órdenes, encontrando en cada caso representaciones para ellas. En particular, se caracterizan las matrices adyacentes y se estudia la clase de las matrices que tienen proyectores de Drazin ponderados iguales. / [CAT] L'Anàlisi Matricial i les seues aplicacions constitueixen una àrea important de la Matemàtica Aplicada i són la base de moltes aplicacions industrials i per a la enginyeria en general. Aquest treball s'enquadra doncs dins de l'Anàlisi Matricial. S'estudien alguns ordres parcials i pre-ordres, definits a partir d'inverses generalitzades, sobre diferents conjunts de matrius complexes. A la primera part d'aquesta memòria s'estudia l'ordre parcial estrella en la classe de matrius EP. En aquest treball s'estenen alguns dels resultats obtinguts per Merikoski i Liu per a la classe de matrius EP. Es caracteritzen els successors i predecessors d'una matriu EP donada i s'estableixen condicions necessàries i suficients per a que aquests pertanyin a la mateixa classe. Es presenten noves demostracions d'alguns resultats coneguts fent servir la forma canònica de les matrius EP. D'aquesta manera s'obté i es verifica un teorema que proporciona descomposicions per a dos matrius EP comparables a través de l'ordre parcial estrella. N. Castro-González, J. Vélez-Cerrada, D. S. Djordjevic, J. J. Koliha i Y. Wei són alguns dels autors que han estudiat els projectors espectrals, denotats per $A^\pi$, corresponents al valor propi nul d'una matriu A. Per a una matriu A fixa, van caracteritzar totes les matrius per a les quals aquest projector coincideix amb $A^\pi$. En aquest treball es restringeix el conjunt d'estudi a la classe de matrius EP i es caracteritzen els projectors espectrals corresponents al valor propi nul. Més endavant es relacionen els projectors mencionats amb els ordres parcials estrella i grup. La inversa de Moore-Penrose apareix quan es busca la solució aproximada (en norma 2) per mínims quadrats d'un sistema d'equacions lineals inconsistent. En els casos en que s'utilitzen normes induïdes per matrius hermítiques i definides positives, és necessari utilitzar la inversa de Moore-Penrose ponderada per aquestes matrius, inversa estudiada per varis autors com Y. Wei, G. Wang, S. Qiao, H. Wu, entre altres. En moltes situacions reals, les matrius que modelitzen el problema a resoldre posseeixen una determinada estructura com, per exemple, el fet de ser simètriques, hermítiques, normals, EP, tridiagonals, etc. En aquesta memòria es considera la classe de matrius EP(M;N), matrius EP ponderades respecte dos matrius hermítiques definides positives M i N, i es defineix en aquest conjunt l'ordre parcial estrella ponderat respecte M i N. Primer s'estudien i analitzen les matrius quadrades que pertanyen a aquesta classe i després es particularitza per al cas en que M coincideix amb N, caracteritzant els predecessors i successors d'una matriu EP(M;M). Estenent les resultats de N. Matzakos i D. Pappas per a matrius EP ponderades, es dissenyen dos algoritmes per calcular la inversa de Moore-Penrose ponderada d'una matriu EP(M;M). La inversa de Drazin és una altra de les inverses generalitzades amb les que es treballa en aquesta memòria. Es considera una matriu pes W no nul.la que transforma una matriu rectangular A en dues matrius quadrades, AW i WA. Després, es defineixen tres nous pre-ordres en el conjunt de matrius rectangulars complexes. Es caracteritzen les matrius que estan relacionades mitjançant cada un d'aquests pre-ordres, trobant en cada cas representacions per a elles. En particular, es caracteritzen les matrius adjacents i s'estudia la classe de les matrius que tenen projectors de Drazin ponderats iguals. / Hernández, AE. (2016). Órdenes parciales y pre-órdenes definidos a partir de matrices inversas generalizadas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64070 / TESIS

La presente tesis tiene dos objetivos principales. El primer objetivo es la búsqueda y comparación de diversos algoritmos de optimización que permitan obtener diseños automatizados de la estructura de pilas rectangulares huecas de hormigón armado sin necesidad de un conocimiento previo de las mismas. Y el segundo objetivo es el de extraer conclusiones generales sobre las estructuras optimizadas, para lo cual se parametrizarán pilas de diferentes alturas con diferentes luces de vanos tanto para tableros de viaductos de carretera como de ferrocarril. El estudio se finalizará con la optimización de una pila de 90 metros de altura para un viaducto de carretera. La robustez de las soluciones obtenidas a través de las diferentes ejecuciones realizadas para las pilas y métodos de optimización estudiados ha sido realizada mediante la distribución t de Student, lo que permite dar un nivel de confianza de las soluciones encontradas. Para realizar la comparación de los métodos heurísticos se aplicaron a una misma pila diez tipos distintos de algoritmos, entre los que se encuentran la estrategia de saltos múltiples aleatorios (RW), tres métodos de búsqueda local y seis de búsqueda poblacional. Entre los de búsqueda local están el método del gradiente (DLS), la aceptación por umbrales (TA) y la cristalización simulada (SA). En cuanto a los métodos poblacionales se han estudiado cuatro variantes de la optimización mediante colonias de hormigas (AS, ACS, ASO1 y ASO2) y dos variantes de los algoritmos genéticos (GEN1 y GEN2). El menor coste mínimo fue obtenido por AS con un valor de 68819.41 siendo la diferencia con los menores costes del resto de heurísticas, excepto para el RW, inferior al 1%. Por otro lado, los tiempos de ejecución empleados por los métodos poblacionales fueron, en general, superiores a los utilizados por los métodos de búsqueda local. Además, se compararon los resultados obtenidos mediante las heurísticas con la pila construida, la cual fue proyectada ....... / Martínez Martín, FJ. (2008). Optimización Heurística de pilas rectangulares huecas de hormigón armado [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2602 / Palancia