Mestrado em Modelagem Matemática e Computacional

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Uma abordagem evolutiva e híbrida para a solução de problemas de fluxo de potência ótimo
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-06-09) Marcelino, Carolina Gil; Almeida, Paulo Eduardo Maciel de; Wanner, Elizabeth Fialho; http://lattes.cnpq.br/2243256075052322; http://lattes.cnpq.br/6099942406051896; http://lattes.cnpq.br/3289676418940953; Almeida, Paulo Eduardo Maciel de; Wanner, Elizabeth Fialho; Bernadino, Heder Soares; Pinto, Felipe Campelo Franca; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Martins, Flávio Vinicius Cruzeiro
Nos últimos anos, tem-se percebido uma preocupação crescente em relação ao uso racional da energia. Os países desenvolvidos têm realizado campanhas relacionadas à projeção e prospecção de novas soluções eficazes na indústria, entre elas a busca objetiva pelo uso adequado das fontes de energia elétrica. Esta forma de energia é considerada de suma importância para o desenvolvimento social e econômico. Garantir a eficiência energética visando a sustentabilidade e a minimização do uso de recursos se torna um grande desafio. Controlar grandes sistemas de geração e transmissão de energia elétrica é uma tarefa complexa, por ser um problema não-linear e possuir um alto número de restrições agregadas. Neste contexto, o estudo e a proposição de novos métodos para solucionar problemas de Fluxo de Potência Ótimo (OPF) se tornam temas de alta prioridade no cenário mundial. Este trabalho propõe e implementa algoritmos evolucionários híbridos e os aplica para solução destes problemas. Dois novos algoritmos híbridos C-DEEPSO e hC-DEEPSO são propostos e apresentados, os quais resolvem dada a dificuldade de cada problema elétrico em sua necessidade os problemas: de despacho elétrico em uma usina hidrelétrica, do controle da geração elétrica em uma planta eólica, os problemas OPF com restrições de segurança em grandes redes e o problema do despacho elétrico em um modelo de microgrid híbrido aperfeiçoado. Neste caso, um método de tomada de decisão foi utilizado a posteriori para definir o melhor sistema de armazenamento de energia para a rede proposta. Experimentos simulados foram executados em um computador de alto desempenho, e a análise deles foi realizada a partir de técnicas de inferência estatística, indicando que os algoritmos propostos se mostraram eficientes e competitivos na solução dos problemas estudados.
Problemas de programação de tarefas com janelas de conclusão e penalidades por antecipação e atraso: algoritmos e formulações
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-10-27) Rosa, Bruno Ferreira; Michelon, Philippe Yves Paul; Souza, Sérgio Ricardo de; http://lattes.cnpq.br/3677015295211434; http://lattes.cnpq.br/6925570277196451; http://lattes.cnpq.br/9733200718349659; Souza, Sérgio Ricardo de; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Michelon, Philippe Yves Paul; Ronconi, Débora Pretti; Ochi, Luiz Satoru; Souza, Maurício Cardoso de; França Filho, Moacir Felizardo de França; Sá, Elisângela Martins de; Martins, Flávio Vinícius Cruzeiro
Este trabalho trata o problema de programação de tarefas em uma máquina com janelas de conclusão distintas e tempos de preparação da máquina dependentes da sequência de exe- cução das tarefas, denominado SMSPETP-SDS. O objetivo é minimizar a soma ponderada das antecipações e dos atrasos na conclusão das tarefas. Em termos práticos, as penalidades por antecipação são decorrentes de custos gerados pela necessidade de estocagem, enquanto as penalidades por atraso são consequências de multas contratuais. O SMSPETP-SDS possui muitas aplicações em indústrias metalúrgicas, têxteis, químicas, entre outras. Além do grande número de aplicações, é um problema difícil de ser resolvido na otimalidade, visto pertencer à classe NP-difícil. A união entre a aplicabilidade e a dificuldade de encontrar uma solução ótima motiva o desenvolvimento de algoritmos eficientes para resolvê-lo. Apesar disso, o problema de programação de tarefas com as características consideradas neste trabalho ainda não recebeu a devida atenção. O SMSPETP-SDS tem sido tratado basicamente por meio de procedimentos heurísticos que dividem o problema em dois subproblemas: determinar a melhor programa- ção de uma dada sequência de tarefas, considerando-se a possibilidade de inserção de tempos ociosos entre a execução de tarefas consecutivas; e determinar uma sequência de tarefas que, associada à sua programação ótima, minimize a soma das penalidades geradas pelas tarefas. Neste trabalho, o SMSPETP-SDS é tratado sob uma perspectiva ainda não considerada na literatura. Inicialmente é proposto um novo algoritmo de programação ótima de uma dada. sequência de tarefas. Esse algoritmo, de complexidade O(n2), é utilizado nos algoritmos heu- rísticos propostos para resolver o problema de sequenciamento das tarefas. Esse algoritmo de programação ótima também é utilizado em um algoritmo exato de enumeração implícita para o caso particular com tempos de preparação da máquina independentes da sequência de exe- cução das tarefas, denominado SMSPETP-SIS. O algoritmo de enumeração implícita proposto faz uso de resultados teóricos desenvolvidos exclusivamente para o SMSPETP-SIS. Em um segundo momento, propõem-se várias formulações matemáticas para o SMSPET P-SDS. Um horizonte de planejamento para a execução de cada tarefa é proposto a fim de ser utilizado na determinação dos parâmetros de entrada dessas formulações. Por último, são propostas novas famílias de restrições válidas para as formulações baseadas em variáveis indexadas no tempo, bem como algoritmos de separação para essas famílias. Experimentos computacionais mostram que: o algoritmo de programação ótima de uma dada sequência de execução das tarefas pro- posto é mais rápido que o algoritmo até então utilizado para esse fim; os algoritmos heurísticos propostos para o problema de sequenciamento das tarefas são melhores que dois algoritmos da literatura na maioria dos problemas-teste considerados; o algoritmo de enumeração implí- cita é uma boa alternativa para a resolução exata do SMSPET P-SIS; e os limites inferiores construídos com os algoritmos de separação propostos são muito melhores que as soluções das respectivas relaxações line ares das formulações matemáticas apresentadas.
Classificadores para pacientes com câncer de mama de acordo com a sensibilidade quimioterápica neoadjuvante
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-30) Carvalho, Pedro Kássio Ribeiro Matos Loureiro de; Rodrigues, Thiago de Souza; http://lattes.cnpq.br/4182923743939851; http://lattes.cnpq.br/1889558989512152; Rodrigues, Thiago de Souza; Sarubbi, João Fernando Machry; Santos, Vinícius Fernandes dos
O câncer de mama é tipo de câncer mais comum entre as mulheres. O seu tratamento é geralmente efetuado por meio da utilização de quimioterapia neoadjuvante, também conhecida como pré-operatória, seguida da operação para remoção do tumor e posteriormente a quimioterapia pós-operatória. A quimioterapia neoadjuvante pode ter Resposta Patológica Completa (PCR), quando a doença é eliminada, ou pode possuir Doença Residual (RD). Este projeto busca utilizar informações de subtipos moleculares do câncer de mama, para identificar cinco tipos específicos destas expressões gênicas e, por meio da implementação de diversos tipos diferentes de classificadores, avaliar o efeito da quimioterapia neoadjuvante nos portadores da doença. O melhor classificador obtido foi o Extreme Learning Machine, que possui um tempo de execução baixo e 80% de acerto em média, indicando um bom resultado.
Algoritmos híbridos aplicados ao problema de roteamento de veículos com janela de tempo
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-25) Pinto, Aguinaldo Alves; Souza, Sérgio Ricardo de; http://lattes.cnpq.br/3677015295211434; http://lattes.cnpq.br/7686232310898524; Souza, Sérgio Ricardo de; Silva, Carlos Alexandre; França Filho, Moacir Felizardo de; Moita, Gray Farias
Nesta dissertação é tratado o Problema de Roteamento de Veículos com Janela de Tempo (PRVJT). O objetivo é atender um conjunto de clientes geogra camente distribuídos com um número de veículos limitado. É considerado um único depósito, a partir do qual os veículos partem e retornam após visitar todos os clientes de sua respectiva rota. Há uma janela de tempo associada ao depósito, que indica seu período de funcionamento, além de uma janela de tempo correspondente a cada cliente, que indica o intervalo de tempo para iniciar o atendimento. Todos os veículos possuem a mesma capacidade de carga em uma dada instância e há uma demanda correspondente a cada cliente. Esta dissertação propõe, para a solução de instâncias do PRVJT, uma hibridização das metaheurísticas Iterated Greedy Search (IGS) e Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP), integrada às heurísticas Push-Forward Insertion Heuristic (PFIH) e Variable Neighborhood Descent (VND). Os testes computacionais realizados utilizam as 56 instâncias propostas por Solomon (1987) e comparam com os melhores resultados heurísticos da literatura para esta classe de instâncias do PRVJT.
Desenvolvimento de uma metodologia baseada em matriz de distâncias para a verificação de similaridades de proteínas
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-25) Monteiro, Otaviano Martins; Rodrigues, Thiago de Souza; Dias, Sandro Renato; http://lattes.cnpq.br/5300421458375793; http://lattes.cnpq.br/4182923743939851; http://lattes.cnpq.br/5378637011361467; Rodrigues, Thiago de Souza; Dias, Sandro Renato; Semenchenko, Anton; Lacerda, Anísio Mendes
As proteínas são macromoléculas presentes em todos os seres vivos e desempenham funções importantes, tais como manutenção de órgãos e tecidos, diferenciação celular, transporte, entre outras diversas finalidades. Várias proteínas, possuem a sua estrutura tridimensional resolvida e armazenada em bancos de dados biológicos, como o Protein Data Bank (PDB). Existem diversos softwares que trabalham com informações extraídas do PDB. Algumas dessas ferramentas, tem como função a verificação de similaridades entre estruturas proteicas. Um exemplo é o LSQKAB, que pertence ao pacote CCP4, e tem o seu funcionamento baseado no algoritmo de Kabsch, uma técnica frequentemente utilizada na área de bioinformática que possibilita a comparação entre duas estruturas de proteínas. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia baseada em uma matriz de distâncias, que verifique a similaridade de trechos de proteínas. A sua precisão deve ser a mesma do LSQKAB e ainda deve ser possibilitado o agrupamento de resíduos de acordo com as similaridades de seus valores de distâncias atômicas. Os experimentos foram realizados com arquivos de interações de resíduos de uma mesma proteína e os resultados foram comparados com o Cutoff Scanning Matrix (CSM) e com a técnica do arquivo de referência, utilizada na busca de pares interagentes pela ferramenta RID. Foi possível formar diversos grupos com arquivos similares através de cada técnica avaliada. A metodologia apresentada obteve resultados interessantes diante das outras técnicas comparadas, obtendo uma maior precisão.
Um algoritmo híbrido baseado em colônia de formigas e programação linear aplicado ao problema de roteamento de veículos capacitados
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-10) Papa, Larissa Camila; Martins, Flávio Vinicius Cruzeiro; Cardoso, Rodrigo Tomás Nogueira; http://lattes.cnpq.br/5174842920583671; http://lattes.cnpq.br/3199420233273400; http://lattes.cnpq.br/8327916913062595; Martins, Flávio Vinicius Cruzeiro; Cardoso, Rodrigo Tomás Nogueira; Alexandre, Rafael Frederico; Santos, Vinicius Fernandes dos; Sarubbi, João Fernandes Machry
Neste trabalho é abordado o Problema de Roteamento de Veículos Capacitados. Ele compreende a obtenção de um conjunto de rotas, que devem ser percorridas por uma frota de veículos homogêneos e de igual capacidade, atendendo assim as demandas de um conjunto de clientes. Seu objetivo é a minimização do custo total das rotas, sabendo-se que elas devem iniciar e terminar no depósito central, além de cada cliente somente pode ser atendido uma única vez por um único veículo. Este problema possui natureza NP-difícil, sendo comumente resolvido por meio de heurísticas. Outra técnica utilizada é a programação linear inteira, cuja particularidade corresponde a confiança na solução obtida, uma vez que por meio da solução final retornada pode-se provar que é o ótimo global. Como desvantagem, os problemas de natureza combinatória são, na maioria dos casos, computacionalmente custosos, tornando improvável encontrar uma solução ótima em tempo computacional aceitável. A proposta deste trabalho é desenvolver um algoritmo híbrido que combine a natureza ágil das heurísticas com a precisão dos métodos de solução por Programação Linear. A heurística utilizada foi a Otimização por Colônia de Formigas (ACO), a qual irá trabalhar de forma híbrida com o CPLEX, software distribuído pela IBM. Estuda-se a melhor forma de interação entre estes dois métodos, analisando os seus possíveis modos de comunicação. Estes compreendem duas diferentes formas de hibridização, uma caracterizada pela ausência do processo de realimentação, e a outra fazendo uso deste recurso. Os resultados obtidos pelas hibridizações foram comparados com os produzidos pelos métodos executados individualmente, bem como com as soluções presentes na literatura.
Um arcabouço de recomendação multimodal de imagens baseado em fatores latentes de baixa dimensionalidade.
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-04) Anício, Anna Claudia Almeida; Lacerda, Anísio Mendes; Pádua, Flávio Luis Cardeal; http://lattes.cnpq.br/6545115051079964; http://lattes.cnpq.br/2034607422210997; http://lattes.cnpq.br/8461592367063314; Lacerda, Anísio Mendes; Pádua, Flávio Luis Cardeal; Pereira Júnior, Álvaro Rodrigues; Rodrigues, Thiago de Souza
A popularização de dispositivos fotográficos, como smartphones e câmeras digitais, tem levado as pessoas ao hábito de registrar momentos por meio de fotos. Assim, todos os dias, uma grande quantidade de imagens são disponibilizadas em redes sociais de compartilhamento de fotos, como Flickr, Pinterest e Instagram. Esta dissertação propõe um arcabouço de recomendação de imagens, que visa ajudar os usuários a lidar com a enorme quantidade de informação disponível, por meio de uma experiência personalizada. Sistemas de Recomendação são ferramentas computacionais que auxiliam usuários a encontrar informação relevante (por exemplo: imagens, músicas, filmes) de acordo com seus interesses. Tradicionalmente, esses sistemas utilizam informação colaborativa das preferências dos usuários para sugerir itens. Porém, nem sempre essa informação está disponível. Por exemplo, quando novos itens são inseridos no sistema não existe informação de preferência dos usuários sobre eles, fato que leva à necessidade de explorar o conteúdo desses itens. Neste trabalho, o foco é explorar informação de natureza multimodal para recomendação de imagens, sendo essas representadas por meio de características (i) visuais e (ii) textuais. As características visuais são extraídas da própria imagem (ex., cor e textura), utilizando técnicas de Visão Computacional e Processamento de Imagens. Por outro lado, as características textuais são extraídas de metadados das imagens (ex., do título e da descrição), utilizando técnicas de Recuperação de Informação. Dessa forma, é possível descrever uma imagem sob diferentes dimensões. Os sistemas de recomendação estado-da-arte são baseados em informação colaborativa e descrição dos itens. Esses sistemas sofrem do problema da "maldição da dimensionalidade". As características de alta dimensão dos itens dificulta a identificação de itens similares, dado que a distribuição dos dados originais é extremamente esparsa. A fim de aliviar esse problema, propõe-se projetar a representação dos itens de alta dimensão em um espaço de fatores latentes de dimensão inferior. O arcabouço de recomendação proposto é baseado no algoritmo Sparse Linear Methods with Side Information (SSLIM) que, por sua vez, consiste na construção de matrizes de (i) relação entre usuários e itens e de (ii) relação entre itens. O trabalho proposto é avaliado em uma base de dados real coletada do Flickr; e comparado com técnicas do estado-da-arte. Conforme demonstrado nos experimentos, o arcabouço proposto apresenta melhora na qualidade das recomendações e fornece ganhos de 15% a 17% em termos de taxa de acertos em relação aos métodos de referência.
Aprendizado por reforço baseado em agrupamentos para recomendação na ausência de informação prévia
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-08-02) Rodrigues, Otávio Augusto Malheiros; Lacerda, Anísio Mendes; Pádua, Flávio Luis Cardeal; http://lattes.cnpq.br/6545115051079964; http://lattes.cnpq.br/2034607422210997; http://lattes.cnpq.br/2125546646444157; Lacerda, Anísio Mendes; Pádua, Flávio Luis Cardeal; Bax, Marcelo Peixoto; Pereira, Adriano César Machado
Atualmente, com a popularização e aumento da quantidade de páginas Web, o volume de informação compartilhada tem crescido, ampliando cada vez mais a quantidade de conteúdo disponível para os usuários dessa rede. Assim, surge a necessidade de ferramentas capazes de identificar conteúdo relevante a partir desse grande volume de informação disponível. Os sistemas de recomendação são ferramentas computacionais que possuem este objetivo, ou seja, esses sistemas focam em auxiliar os usuários a encontrar informação relacionada às suas preferências de forma personalizada. As técnicas estado-da-arte na literatura de sistemas de recomendação são baseadas no histórico de interação dos usuários com os itens disponíveis no sistema. Assim, estas técnicas são limitadas no cenário de ausência de informação prévia sobre as preferências dos usuários. Este é um problema bem conhecido na literatura de sistemas de recomendação, chamado cold-start de usuários e é o foco desta dissertação. Mais especificamente,aborda-se o problema de recomendar itens para usuários de forma contínua (i.e.,online) por meio de algoritmos baseados em aprendizado por reforço. A classe de algoritmos na qual baseia-se este trabalho é Multi-Armed Bandits (MAB) e refere-se a algoritmos de tomada de decisão sequencial com retro-alimentação. Neste trabalho, modelamos a recomendação no cenário de cold-start como um algoritmo MAB de dois passos. Assumimos que os itens podem ser agrupados considerando sua descrição textual, o que leva a agrupamentos de itens semanticamente semelhantes. Primeiramente, seleciona-se o agrupamento de itens mais relevante para o usuário-alvo da recomendação. A seguir, dado o agrupamento previamente selecionado, escolhe-se o item mais relevante dentro desse agrupamento, o qual é sugerido para o usuário-alvo. Para avaliar a qualidade do algoritmo proposto, o seu desempenho foi mensurado utilizando um conjunto de dados real. A avaliação experimental mostra que o algoritmo proposto produz melhorias significativas em termos de qualidade de recomendação em relação aos algoritmos MAB estado-da-arte.
Simulação de materiais granulares aplicada a transportadores de correia
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-02-24) Tavares, Abraão Marques; Faria, Allbens Atman Picardi; http://lattes.cnpq.br/4216801992845696; http://lattes.cnpq.br/3743860013798719; Faria, Allbens Atman Picardi; Magalhães, Arthur Rodrigo Bosco de; Pádua, Flávio Luis Cardeal; Mattos, Thiago Gomes de
Nesta dissertação, tratamos do desenvolvimento de simulações para o estudo do comportamento de materiais granulares em situações típicas da indústria. Estudamos o transporte via transportadores de correia, uma importante etapa nos processos da indústria de mineração e manuseio de matérias-primas. Desse modo, focamo-nos em um fenômeno de aumento de velocidade de grãos no ponto de descarga de transportadores, que, em nosso conhecimento, é inédito na literatura. Para tal, desenvolvemos um sistema de simulação que utiliza a técnica da Dinâmica Molecular e realizamos uma série de simulações com o intuito de investigar fatores que influenciam o supracitado fenômeno, tais como altura da camada de material, inclinação da correia e distribuição granulométrica. A partir dos resultados de nosso sistema e de outro previamente utilizado, formulamos hipóteses sobre os mecanismos físicos subjacentes ao comportamento observado
Modelo para dinâmica de mercado financeiro baseado no modelo SIR.
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-02-21) Fonseca, Carla Liliane Guedes; Magalhães, Arthur Rodrigo Bosco de; http://lattes.cnpq.br/6122907819049400; http://lattes.cnpq.br/3820958597707901; Magalhães, Arthur Rodrigo Bosco de; Oliveira, Adélcio Carlos de; Faria, Allbens Atman Picardi; Fernandes, José Luiz Acebal
Neste trabalho, busca-se modelar a dinâmica de preços de ativos, através de equações diferenciais. A pesquisa tem como referência um modelo epidêmico que visa contribuir para a modelagem de sistemas financeiros, considerados complexos, através de sistemas determinísticos simples que agregam características estocásticas. Em analogia ao modelo SIR (Suscetíveis - Infectados - Recuperados), foi construído um modelo de mercado composto de quatro populações, infectados de compra, infectados de venda, suscetíveis de compra e suscetíveis de venda, que resultou em um sistema de quatro equações diferenciais não lineares. Em paralelo às equações inspiradas no modelo SIR, foi formulada a equação do preço. O modelo foi investigado por meio da análise dos autovalores de sua matriz jacobiana nos pontos críticos, e foram extraídas diversas dinâmicas, todas simuladas em um programa específico, construído através do software MATLAB. Num segundo momento, foi inserida aleatoriedade no modelo para novas análises, o que, aparentemente, tornou as curvas de preço por ele produzidas mais parecidas com as curvas encontradas em séries reais. Dois tipos de aleatoriedade foram considerados, uma em que a liquidez no mercado não muda e outra em que tal liquidez varia. Para efeito de validação do modelo, foram realizadas investigações estatísticas através da ferramenta expoente de Hurst e por meio do cálculo da curtose das séries produzidas. As curvas sintéticas extraídas do modelo foram comparadas estatisticamente à curvas reais advindas de ativos do Índice Bovespa. Ao mesmo tempo foram analisadas estatísticas relativas a um caminhante aleatório, para servirem de referência. As estatísticas foram calculadas para candles completos, oriundos de séries empíricas ou construídos a partir de séries sintéticas. Os resultados mais interessantes encontrados foram diferenças consistentes nos expoentes de Hurst e nas curtoses quando calculados sobre preços de abertura e fechamento, em relação aos valores relativos a máximo e mínimo. Até onde sabemos, tais resultados não foram reportados na literatura.
Algoritmos e modelos matemáticos para o problema da k-partição de números
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2017-02-16) Faria, Alexandre Frias; Souza, Sérgio Ricardo de; Silva, Carlos Alexandre; http://lattes.cnpq.br/8465270749629421; http://lattes.cnpq.br/3677015295211434; http://lattes.cnpq.br/7284035698082266; Souza, Sérgio Ricardo de; Silva, Carlos Alexandre; Coleho, Alessandra Martins; Cardoso, Rodrigo Tomás Nogueira
Esta dissertação de mestrado apresenta uma formulação matemática e algoritmos para a versão de otimização do Problema da k-Partição de Números. Este problema consiste em distribuir os elementos de uma sequência numérica em k subconjuntos disjuntos, de modo que os resultados das somas dos elementos de cada subconjunto fiquem contidos no menor intervalo possível. A formulação matemática proposta é baseada em dois problemas semelhantes da literatura. Elimina-se a multiplicidade de soluções do modelo de programação inteira, reduzindo ao mínimo o número de variáveis. Mostra-se a NP-completude do problema estudado. Estudam-se algoritmos heurísticos, aproximados e exatos da literatura aplicáveis aos problemas relacionados. Aplica-se a meta-heurística ILS (Iterated Local Search) à solução gerada por um algoritmo aproximado. A estratégia utilizada é aplicar método guloso em todas as fases do algoritmo, tanto na inicialização quanto para a escolha de movimentos do ILS. Propõe-se uma melhoria de métodos exatos Branch-and-Bound aplicados ao problema e presentes na literatura . Esta modificação refina os limitantes do método, usando a relaxação do modelo matemático e ILS propostos. Insere-se um critério de busca para que os nós mais promissores tenham prioridade. Os resultados mostram a solução do ILS superando as soluções de heurísticas construtivas listadas na literatura. A qualidade da solução do ILS é certificada por métodos exatos, um da literatura e outro com as melhorias propostas neste trabalho. As modificações do algoritmo exato se mostram eficazes em uma comparação entre a solução alcançada sobre o número de nós explorados nas duas versões.
Autômatos celulares aplicados à dinâmica de doação emparelhada de rins
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-08-31) Melo, Mariana de Mendonça; Mattos, Thiago Gomes de; Faria, José Geraldo Peixoto de; http://lattes.cnpq.br/7536181384159078; http://lattes.cnpq.br/9832733706852720; http://lattes.cnpq.br/9220534097454750; Mattos, Thiago Gomes de; Faria, José Geraldo Peixoto de; Falcão, Ricardo de Carvalho; Magalhães, Arthur Rodrigo Bosco de; Lima, Leonardo dos Santos
Embora o transplante seja o melhor tratamento para o doente renal crônico, há um déficit constante entre a quantidade de doadores de rins para a realização do transplante e o número de doentes renais na fase terminal. Em decorrência desse desequilíbrio, a fila única de espera por um rim de doador falecido cresce consideravelmente, e quanto maior o tempo em que o doente renal em tratamento dialítico espera por um rim, maior é o risco de morte e doenças mórbidas. Dessa forma, para estender o acesso ao transplante e melhorar a taxa de sobrevivência com qualidade de vida para o paciente, este trabalho visa desenvolver um modelo simulacional de doação emparelhada de rins associada à díade formada por doador vivo e paciente. O modelo baseia-se em solucionar a incompatibilidade e/ou a baixa compatibilidade envolvida em um par doador-receptor trocando-se o doador de dois pares distintos. No modelo proposto descrevemos a propagação dos transplantes renais a cada passo de tempo sob influência do grau de altruísmo do doador, da duração da dinâmica e da (in)compatibilidade entre os pares. Através de estudos estatísticos, analisamos o comportamento do modelo que consiste na dinâmica de evolução de uma rede aleatória de autômatos celulares probabilísticos, no qual cada nó da rede corresponde a um par doador-receptor. Os resultados obtidos indicaram a eficácia do modelo quanto ao aumento do número de transplantes. Definimos uma relação de equilíbrio entre os parâmetros grau de altruísmo crítico e duração total da dinâmica para que todos os pares transplantassem.
Estudo da complexidade de redes de criminalidade
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-11-13) Toledo, Alex Sander de Oliveira; Faria, Allbens Atman Picardi; Carpi, Laura Corina; http://lattes.cnpq.br/2779640920944038; http://lattes.cnpq.br/4216801992845696; http://lattes.cnpq.br/9658658789730577; Faria, Allbens Atman Picardi; Carpi, Laura Corina; Laia, Marconi Martins; Ravetti, Martin Gomez; Magalhães, Arthur Rodrigo Bosco de; Carpelli, Antônio Paulo Baêta
Este trabalho evidenciou as redes de criminalidade de Minas Gerais. O estudo de redes de criminalidade permitiu novas abordagens e respostas para fazer frente à demanda crescente de Segurança Pública. A pesquisa concentrou-se na hierarquia, personagens e violência nas organizações criminosas. A partir da modelagem de relacionamentos oriundos de um banco de dados de Inteligência de Segurança Pública e utilizando elementos de redes complexas, foi possível identificar redes de criminalidade, relacionamentos entre criminosos e líderes. O uso de autômatos celulares permitiu modelar e analisar a evolução de rede de criminalidade e testar a robustez à ruptura e resiliência. A utilização pioneira de redes multiplex para identificação e análise de redes de criminalidade possibilitou a visualização da estrutura criminosa em camadas hierárquicas, sendo explorada a medida de diversidade de nós para identificação de líderes.
Avaliação de retorno e risco em alocação de recursos de fundo de pensão
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-06-15) Reis, Jésus Amarante dos; Reis, Jésus Amarante dos; Pereira, Marconi de Arruda; http://lattes.cnpq.br/0211598484585754; Reis, Jésus Amarante dos; Pereira, Marconi de Arruda; Magalhães, Arthur Rodrigo Bosco de; Paiva, Felipe Dias
As alterações de fatores econômicos e sociais ocorridas nos últimos anos estão modificando significativamente a maneira de se planejar para aposentadoria. A gradativa redução da capacidade laboral, que acontece naturalmente com o passar dos anos, faz refletir sobre o período da incapacidade para o trabalho e, neste momento, reconhecemos a importância dos benefícios pagos pela Previdência Oficial, que há tempos vive uma expectativa de crise financeira favorecendo o surgimento e posterior crescimento das Entidades Fechadas de Previdência Complementar (EFPC). Neste mercado de previdência complementar, o período de acumulação de recursos é muito importante e a rentabilidade obtida nesta fase interfere diretamente na reserva financeira acumulada para a aposentadoria. Por isso, este trabalho tem como objetivo criar uma modelagem para selecionar e sugerir aos gestores de EFPC um portfólio de investimentos usando também renda variável em sua composição e que tenha rentabilidade suficiente para o cumprimento das expectativas do plano a um baixo nível de risco, medido pelo CVaR. Para tornar possível esta seleção de ativos é necessário observar a legislação atual relacionada aos limites da meta atuarial e da composição da carteira conforme a classificação dos ativos na B3. Dispondo das cotações diárias da BOVESPA do período de 2008 a 2016 será aplicada a Teoria do Portfólio de Markowitz para obter uma carteira ativos com o retorno adequado à legislação e risco minimizado. As simulações realizadas apresentaram retorno acumulado em oito anos superior em 128,45% à meta atuarial e 193,55% ao IBOVESPA que em média representa retorno anual superior em 16,00% e 24,00%, respectivamente. Os resultados foram validados com Fundos de Investimentos selecionados e com uma solução proposta pelo algoritmo evolutivo multiobjetivo NSGA-II, que também foram superados. De posse dos melhores ativos selecionados, pode-se então recomendar sugestões de carteiras para fundos de pensão.
Estudo comparativo de modelos e técnicas para otimização de portfólios com restrição de cardinalidade
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-02-08) Cardoso, Rodrigo Tomás Nogueira; Cardoso, Rodrigo Tomás Nogueira; Cardoso, Rodrigo Tomás Nogueira; Pinto, Felipe Campelo França; Pereira, Adriano César Machado; Martins, Flávio Vinicius Cruzeiro
A teoria moderna do portfólio introduz o conceito de risco para investimentos financeiros, iniciando um problema de decisão em uma relação de compromisso entre o risco e retorno, que são características conflitantes em um investimento. Recentemente, estudos vêm utilizando otimização multiobjetivo para tratar esse problema, mas modelos e técnicas ainda estão sendo aprimorados. Deseja-se, portanto, contribuir para o desenvolvimento desse processo de otimização, especificamente com restrição de quantidade de diferentes ativos em um investimento, propondo modificações em modelos e técnicas já propostos. Para isso, quatro experimentos foram planejados, estabelecendo comparação de técnicas e modelos para otimização, simulações para validação desses e desenvolvimento de técnicas paralelas objetivando a redução do tempo computacional desses métodos de otimização, respectivamente. Resultados dos dois primeiros experimentos sugerem superioridade do modelo e técnica proposta em relação a outros presentes na literatura. O terceiro experimento valida o modelo e técnica escolhidos nos experimentos anteriores em uma simulação de negociações no mercado de ações, e o quarto experimento apresenta melhorias à técnica que apresentou melhor desempenho, melhorando a qualidade das soluções geradas com um aumento mínimo de tempo.
Modelos mono e multiobjetivo para o problema de localização de máxima cobertura estudo de caso SAMU-BH
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2018-02-07) Guimarães, Mariana Mendes; Martins, Flávio Vinicius Cruzeiro; Silva, Fábio Rocha da; http://lattes.cnpq.br/3199420233273400; http://lattes.cnpq.br/0810552471549148; Martins, Flávio Vinicius Cruzeiro; Silva, Fábio Rocha da; Carrano, Eduardo Gontijo; Cunha Júnior, Joaquim José da; Sá, Elisângela Martins de
O Problema de Localização de Facilidades (Facility Location Problem - FLP) é um dos temas clássicos na Pesquisa Operacional e se propõe a definir os melhores pontos de instalação de p facilidades para que n demandas sejam atendidas. O modelo visa minimizar custos ou maximizar algum benefício sob determinadas restrições (de capacidade, tempo, equipe etc). Uma de suas versões, o Problema de Máxima Cobertura (Maximal Covering Location Problem - MCLP), tem o objetivo de cobrir a maior demanda possível dentro de um limite preestabelecido (de tempo ou distância). Neste trabalho, o problema do tipo MCLP foi aplicado à realidade do Serviço de Atendimento Móvel de Urgência da cidade de Belo Horizonte, Minas Gerais, SAMU-BH, com o objetivo de maximizar a cobertura dos chamados atendidos dentro de um tempo de resposta de até oito minutos para as unidades de suporte básico (USBs) e de até dez minutos para as unidades de suporte avançado (USAs). Foram coletados dados dos prontuários referentes às ocorrências de Maio/2016 a Abril/2017, totalizando 29.048 registros. Os dados foram utilizados para a criação de instâncias do problema baseadas no comportamento dos chamados e representam a realidade do estudo de caso. Foi desenvolvido um modelo de programação linear inteira, adaptado de um modelo da literatura, e mapeados 427 nós de demanda e 1.527 nós candidatos à instalação de facilidades. Os tempos de resposta entre os nós foram calculados pelo aplicativo GoogleMaps Direction API. O modelo foi implementado em IBM ILOG CPLEX R 12.7.1, em tempos computacionais satisfatórios. Foram construídos três cenários para localização das 26 ambulâncias disponíveis. Considerou-se o remanejamento entre as bases existentes, a localização ótima em novos pontos mapeados e as taxas de ocupação para cada tipo de ambulância conforme níveis de confiança predefinidos. Os resultados foram comparados com o cenário real de localização das bases, vigente em 2017. Houve um aumento de 9% a 25% na taxa de cobertura, que variou conforme parâmetros estabelecidos, e chegou à cobertura de 100% dos chamados com empenho de USBs. Novos cenários também foram testados, com a aquisição de ambulâncias conforme planejamento para o triênio 2018-2020. O resultado apresentou uma cobertura das ocorrências com o empenho de unidades avançadas 36% maior que a atual. No caso das unidades básicas, o tempo de resposta desejado foi reduzido para 6 minutos e a cobertura aumentou em 20%. Uma abordagem multiobjetivo foi apresentada, utilizando o método da Soma Ponderada, a posteriori, com os objetivos de aumentar a cobertura total e reduzir o número de bases instaladas. Foram encontradas 25 soluções Pareto-Ótimas, sendo alternativas para a tomada de decisão gerencial.
Programação genética aplicada na construção da base de regras em redes Neuro-Fuzzy tipo Neo-Fuzzy-Neuron
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2019-12-12) Medeiros, Glender Brás de; Silva, Alisson Marques da; http://lattes.cnpq.br/3856358583630209; http://lattes.cnpq.br/5341764231791401; Silva, Alisson Marques da; Caminhas, Walmir Matos; Almeida, Paulo Eduardo Maciel de
Este trabalho propõe a utilização de Programação Genética para construção da base de regras em Redes Neuro-Fuzzy do tipo Neo-Fuzzy-Neuron (NFN). Redes Neuro-Fuzzy são sistemas híbridos que combinam características dos Sistemas Fuzzy, como lidar com dados linguísticos e imprecisos, e das Redes Neurais Artificiais, como a capacidade de incorporar técnicas de aprendizado. A rede NFN é uma rede Neuro-Fuzzy composta por n modelos Takagi-Sugeno de ordem zero, um para cada variável de entrada. Programação Genética (PG) é uma técnica de Computação Evolucionária que utiliza analogias aos conceitos de evolução natural dos seres vivos para gerar e evoluir programas computacionais automaticamente. É um método populacional, isto é, trabalha com uma população de indivíduos (soluções) que buscam gerar indivíduos melhores a partir do processo evolucionário da PG. Neste trabalho são propostos três novos algoritmos para redes Neuro-Fuzzy do tipo Neo-Fuzzy-Neuron com aprendizado por Programação Genética para construção da base de regras em cooperação com um método do gradiente para ajuste dos parâmetros do consequente. A escolha da PG se deve principalmente pela capacidade desta de, como qualquer outro método evolucionário, explorar um amplo espaço de busca com menos passos que algoritmos convencionais e fugir de ótimos locais. Por fim, os modelos foram avaliados e comparados com modelos alternativos do estado da arte que utilizam métodos convencionais de aprendizado em problemas de previsão e identificação de sistemas. Os resultados obtidos mostram que a Programação Genética é uma alternativa eficaz para a construção da base de regras em redes Neo-Fuzzy-Neuron, possibilitando obter modelos com boa acurácia quando aplicados em problemas de previsão e identificação de sistemas.
Investigação de memória a longo prazo no mercado acionário brasileiro
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2019-11-05) Silva, Mariela Galdina de Moura; Lima, Leonardo dos Santos; http://lattes.cnpq.br/1692493567614339; Lima, Leonardo dos Santos; Paiva, Felipe Dias; Magalhães, Arthur Rodrigo Bosco de
O mercado acionário apresenta variáveis econômicas governadas por processos estocásticos e não-lineares, podendo levar à geração de relações de dependência de longo prazo. As singularidades deste mercado podem não ser adequadamente descritas pelos tradicionais modelos analíticos da hipótese dos mercados eficientes e de passeio aleatório. Assim, a investigação de memória de longo prazo em séries financeiras é importante para se encontrar modelos adequados que permitam identificar, corretamente, o comportamento das séries financeiras. Neste trabalho é realizada a investigação da memória de longo prazo, em séries financeiras diárias de retornos do índice Bovespa e de cinco ativos individuais do mercado acionário brasileiro. Foram utilizadas a estatística R/S (rescaled range) e também a análise DFA (detrended fluctuation analysis), para a determinação do expoente de Hurst (H) e, consequentemente, a qualificação do comportamento do mercado de ações brasileiro. Os resultados apresentaram divergências entre os métodos utilizados e houve variação nos expoentes de Hurst calculados ao longo do tempo, no entanto, os resultados gerais, suportam a presença de memória longa sob a forma de persistência.
Estudo da estabilidade de reservatórios de água em sistemas de abastecimento urbano
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2019-08-30) Carvalho, Romeu Manuel de; Mattos, Thiago Gomes de; http://lattes.cnpq.br/9832733706852720; http://lattes.cnpq.br/0586024820637357; Mattos, Thiago Gomes de; Calviño, Luis Argel Poveda; Faria, Allbens Atman Picardi
A escassez dos recursos hídricos gerada pelos baixos índices pluviométricos entre os anos de 2014 e 2017 no Brasil, especialmente nas regiões Norte, Nordeste e Sudeste, geraram incertezas sobre a recuperação dos volumes dos reservatórios que abastecem a região metropolitana de Belo Horizonte. Neste trabalho propomos um modelo matemático baseado em equações diferenciais para estudar a estabilidade de reservatórios de água em sistemas de abastecimento urbano. O modelo é capaz de descrever o diagrama de fase e a estabilidade para o reservatório, a partir dos pontos de estabilidade do sistema de equações diferenciais. A construção do modelo é feita através da relação entre o volume do reservatório e da estação de tratamento de água sugerindo níveis estáveis na correlação. O foco principal é o sistema Rio Manso, por ser essencial no abastecimento de água da região metropolitana de Belo Horizonte. Através das equações de Lotka-Volterra com crescimento logístico e de métodos de análise de estabilidade, o modelo possibilitou o levantamento do diagrama de fase para o sistema Rio Manso. O resultado obtido para o principal ponto de estabilidade do sistema foi um foco hiperbólico instável. O modelo não apresentou ponto de estabilidade estável para o sistema Rio Manso dentro do domínio desejado.
Utilização das transformações conformes e de Schwarz-Christoffel como método de abordagem de problemas na eletrostática
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2019-08-28) Silva, André Luiz de Paulo e; Pellegrino, Giancarlo Queiroz; http://lattes.cnpq.br/7555708910723173; http://lattes.cnpq.br/4076132562533854; Pellegrino, Giancarlo Queiroz; Resende, Úrsula do Carmo; Cosme, Carlos Magno Martins; Lima, Leonardo dos Santos
Esta dissertação utiliza as transformações conformes e de Schwarz-Christoffel como método de abordagem de problemas bidimensionais de valor de contorno envolvendo a Equação de Laplace, com o foco nos problemas da eletrostática. As condições de contorno que são trabalhadas por essas transformações são dos tipos Dirichlet constantes e Neumann nulas, sendo o foco desta dissertação as condições do primeiro tipo. Esse método de abordagem é baseado no mapeamento de regiões de um plano complexo em outro, permitindo que as regiões mapeadas possam sempre voltar para suas geometrias originais. Nesse sentido, a região de destino deve apresentar um menor nível de complexidade do problema e, se possível, uma solução analítica já conhecida. As transformações de Schwarz-Christoffel são um tipo específico de transformações conformes envolvendo domínios poligonais. Nesta dissertação, encontram-se as definições e propriedades matemáticas de ambos os mapeamentos com algumas demonstrações. Além disso, cinco problemas são solucionados analiticamente com as transformações conformes e um com a de Schwarz-Christoffel. E quatro problemas são solucionados numericamente via Schwarz-Christoffel pelo pacote SC Toolbox do MATLAB e confrontados com as soluções analíticas, quando estabelecidas, ou confrontadas com as soluções numéricas obtidas pelo método de Elementos Finitos do pacote PDE Toolbox do MATLAB.

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