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[pt] Esta dissertação apresenta uma abordagem para a coordenação de enxames de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT), baseada na comunicação via Internet provida pelas redes de telefonia móvel. Um grande número de atividades pode ser coberto com uma missão conjunta de VANTs voando em formação, como a vigilância e monitoramento de grandes eventos, tarefas de busca e salvamento, controle de pestes agrárias, fiscalização e conservação florestal, inspeção de oleodutos e redes de distribuição elétrica ou mesmo em missões militares de ataque e reconhecimento. A coordenação de enxame de VANTs pode ser fatorada na comunicação entre os membros do enxame e o algoritmo de controle e interrelacionamento entre os membros. A solução proposta consiste no uso de smartphones acoplados a VANTs capazes de prover o nível necessário de comunicação confiável sobre a Internet móvel, e processar o algoritmo proposto para a coordenação dos enxames de VANTs. Experimentos foram feitos através da emulação de VANTs e redes de dados de telefonia que demostraram a eficácia do algoritmo proposto e analisam o impacto da latência de rede e da velocidade dos VANTs sobre a precisão da coordenação de movimento de enxames.

[en] This work presents an approach to coordinate swarms of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) based on Internet communication provided by mobile phone networks. Several activities can be done by several UAVs flying in formation, such as surveillance and monitoring of mass events, search and rescue tasks, control of agricultural pests, monitoring and forest conservation, inspection of pipelines and electricity distribution networks or even military attack and recognition missions. Coordination of UAVs swarm can be branch in two sub-problems: communication between members of the swarm and the algorithm that controls members behaviors regarding their movements. The proposed solution assumes the use of a smartphone coupled with each UAV of the swarm, in order to provide the required level of reliable communication on the mobile Internet and run the proposed algorithm for the coordination of swarms of UAVs. Experiments were performed with emulated UAVs and WAN mobile networks. The results have demonstrated the effectiveness of the proposed algorithm, and have shown the influence of the network latency and the UAV speeds on the accuracy of the movement coordination in the swarms.

Advisors/Committee Members: MARKUS ENDLER.

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[pt] Teste de software é uma atividade crítica no processo de desenvolvimento de sistemas, principalmente devido ao aumento da complexidade das aplicações atuais e pelo impacto que tais aplicações podem gerar. Relacionado a essa complexidade, o paradigma de sistemas multiagentes tem sido utilizado especialmente quando entidades pró-ativas, autônomas, autoadaptáveis e distribuídas precisam ser desenvolvidas. Para acompanhar a criação, manutenção e execução dos testes nesses sistemas, torna-se necessária a adoção de um processo de gerência, pois prevê a realização das atividades de planejamento, projeto, execução e acompanhamento dos testes. Visando ajudar nessa gerência, a tese apresenta o Java self-Adaptive Agent Framework for Self- Test (JAAF mais T), framework que permite a criação de agentes autoadaptativos capazes de realizar autoteste, isto é, coordenar a execução dos testes necessários para validar suas autoadaptações. Como diversas informações são usadas para ajudar na gerência desses testes, documentá-las ajuda a entender como evoluir e executá-los. Baseada nessa preocupação, a tese oferece uma nova linguagem de modelagem chamada de UML Testing Profile for Coordination (UTP-C), perfil (profile) da UML que permite a modelagem dessas informações. Por fim, para automatizar o processo de gerência dos testes executados por agentes autoadaptativos, a tese apresenta ferramentas capazes de gerar de forma automática artefatos usados pelo JAAF mais T baseados em modelos UTP-C.

[en] Testing software systems has become a critical activity of software development over time. Especially when the development of complex systems, which are able to self-adapt theirs behaviors when necessary, is becoming extremely common. In this context, the multi-agent system (MAS) paradigm has been used especially when distributed, autonomous and pro-active entities are represented. Aiming to control the creation, maintenance and execution of tests on these systems, it is necessary to adopt a management process that considers the activities of planning, design, execution and monitoring of the tests. In order to help this management, the thesis presents the Java self-Adaptive Agent Framework for Self-Test (JAAF more T), that aims to allow the creation of selfadaptive agents that perform self-tests. Since several data are used to help the management of the tests, documenting them helps to understand how to evolve and execute them. Based on this concern, the thesis offers a new modeling language called UML Testing Profile for Coordination (UTP-C), profile of the UML that allows the modeling of these data. At last, but not least important, tools, which were created to automate the management of the tests executed for selfadaptive agents, are presented to generate useful artifacts used for instances of the JAAF more T based on UTP-C models.

Advisors/Committee Members: CARLOS JOSE PEREIRA DE LUCENA, CARLOS JOSE PEREIRA DE LUCENA.

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[pt] Neste trabalho são reportados o preparo, a caracterização e os estudos de luminescência de filmes do polímero 1,7-polioxepan-2-ona (policaprolactona, PCL) dopados com complexos trisacetilacetonatos (acac) de Terras Raras trivalentes (TR igual a Eu3 positivo, Gd3 positivo e Tb3 positivo). Os dados de microanálise de CHN evidenciaram que a fórmula geral para os compostos precursores é (TR(acac)3(H2O)3). Os espectros de absorção na região do infravermelho (FTIR) e os espectros Raman indicaram que a coordenação dos ligantes B-dicetonas aos íons TR3 positivo ocorre através dos átomos de oxigênio dos grupos carbonila. Os filmes de PCL foram dopados com (TR(acac)3(H2O)3) em concentrações de 1, 5, 10, 15 e 20 porcento (m/m). Os dados de FTIR e Raman evidenciaram a interação entre o polímero PCL e os B-dicetonatos de TR. As análises termogravimétricas indicaram o caráter anidro das matrizes poliméricas dopadas e melhoria da estabilidade térmica comparados aos complexos precursores. Os espectros de emissão dos sistemas PCL:Eu e PCL:Tb apresentam bandas finas características das transições intraconfiguracionais dos íons Eu3 positivo (5D0-7F0-4) e Tb3 positivo (5D4-7F6-0) que exibem as cores vermelha e verde, respectivamente. Além de supressão de luminescência por concentração, também foram observadas perdas de intensidade da emissão dos filmes ao longo do tempo. Os filmes dopados com Eu3 positivo apresentam maiores tempos de vida do nível emissor 5D0 e eficiências quânticas, indicando que o PCL participa no processo de transferência de energia ligante-metal e co-sensibiliza os íons TR3 positivo.

[en] In this work we report the preparation, characterization and the luminescence studies 1,7-polyoxepan-2-one (polycaprolactone, PCL) polymer films doped with trivalent Rare Earth (RE = Eu3 positive, Gd3 positive e Tb3 positive) trisacetylacetonate (acac) complexes. The CHN microanalysis data confirmed that the general formula for the precursor compounds is (RE(acac)3(H2O)3). The absorption spectra in the infrared region (FTIR) and Raman spectra indicated that the coordination of the B-diketone ligands to RE3 positive ions occurs through the oxygen atoms of carbonyl groups. The PCL films were doped with (RE(acac)3(H2O)3) at concentrations of 1, 5, 10, 15 and 20 porcento (w/w). FTIR and Raman data demonstrated the interaction between PCL polymer and rare earth B-diketonates. The thermogravimetric analysis indicated the anhydrous character of the doped polymer matrices and improvement of thermal stability, in comparison with the precursor complexes. The emission spectra of the PCL:Eu and PCL:Tb systems present characteristic narrow bands of the intraconfigurational transitions of Eu3 positive (5D0-7F0-4) and Tb3 positive (5D4-7F6-0), exhibiting red and green colors, respectively. In addition to concentration quenching of luminescence, losses of emission intensities were also observed over time. The Eu3 positive-doped films exhibit higher lifetimes of the 5D0 emitting level and quantum efficiencies, indicating that the PCL…

Advisors/Committee Members: JIANG KAI.

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[pt] Este trabalho é composto por dois artigos. No primeiro deles, modela-se a atuação de fundos de investimento pequenos em mercados relativamente ilíquidos com o objetivo de identificar os efeitos de suas transações sobre o volume transacionado das carteiras de ativos, bem como sobre seus preços. Insere-se um incentivo à coordenação entre os fundos de investimento, o que faz com que a distribuição das carteiras compostas pelos fundos seja concentrada ao redor da carteira média de mercado. Como se lida com um mercado ilíquido, tem-se que as carteiras próximas à média sofrerão um aumento maior de preço. Além disso, mostra-se que a quantidade total – soma das quantidades investidas em todas as carteiras por todos os fundos – cresce quando o motivo de coordenação está presente. Esse crescimento contribui para o aumento médio da variação de preços dentre todas as carteiras. O segundo artigo se dedica à inclusão no modelo básico de uma nova fonte de informação quanto à rentabilidade das carteiras dos fundos: um concurso de rentabilidade. Mostra-se que os resultados alcançados são exatamente opostos aos do aumento da coordenação.

[en] The present work is formed by two articles. In the first, I model the interaction of small investment funds in a relatively illiquid market with the aim of identifying the effects of their transactions on volume and price movements of assets. The behavior of the investment funds exhibits a coordination-motive, which ultimately diminishes the differences in the composition of the various portfolios. In an illiquid market, the rise of the price of these portfolios is higher. Besides, I show that the total volume bought by all funds rises when the coordination-motive is present. That contributes to raise the variation of prices among all portfolios. The second article is dedicated to the inclusion on the basic model of a new source of information concerning the profitability of the funds: a profitability contest. The results are opposite to the case in which the coordination-motive is present.

Advisors/Committee Members: VINICIUS DO NASCIMENTO CARRASCO.

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[pt] A prestação de serviços de comunicação utilizando plataformas móveis é realizada tradicionalmente por sistemas via satélite do Serviço Móvel por Satélite (MSS) em faixas de frequência relativamente baixas. O crescimento elevado no número de conectividades de banda larga tornou claro que o espectro do Serviço Móvel por Satélite não é suficiente para atender às novas necessidades. Este fato motivou a Conferência Mundial de Radiocomunicações 2015 (WRC-15) a solicitar, em sua Resolução 158, que Setor de Radiocomunicações da União Internacional de Telecomunicações realizasse estudos envolvendo o compartilhamento de frequências e a compatibilidade entre estações terrenas em movimento (ESIMs) operando na faixas alocadas ao Serviço Fixo por Satélite (FSS) e outros serviços. Como consequência, o assunto foi também incluído na agenda da WRC-19. O presente trabalho, aborda a proteção de receptores do Serviço Fixo Terrestre contra interferência produzidas por ESIMs e propõe, inicialmente, uma metodologia para determinar a Áreas de Coordenação em torno da área de serviço de ESIMs operando no FSS na faixa 27,5-29,5 GHz. Conforme evidenciado no trabalho, as áreas de coordenação obtidas são normalmente complexas e inadequadas para utilização em um texto regulamentar. Assim, é também proposta uma metodologia para a determinação de uma Área de Coordenação Alternativa baseada numa distância D pré estabelecida. Na metodologia, a escolha da distância D adequada é feita com base em curvas do tipo ROC (Receiver Operating Chracteristics), usualmente utilizadas em problemas de detecção. Finalmente, é feita uma análise da redução de potência de transmissão das ESIMs (redução que depende de sua localização na área de serviço) necessária para garantir a proteção dos receptores do Fixo Terrestre fora da Área de Coordenação Alternativa proposta.

[en] The provision of communication services to mobile platforms has traditionally been accomplished by Mobile-Satellite Service (MSS) satellite systems using relatively low frequency bands. The high growth in connectivity requirements has made it clear that the spectrum allocated to the MSS is not enough to meet these new needs. This fact has motivated the World Radiocommunication Conference in 2015 (WRC-15) to invite, in its Resolution 158, Radiommunications Sector of the International Telecommunication Union (ITU-R) to carry out studies involving the frequency sharing and the compatibility between earth stations in motion (ESIM) operating within geostationary FSS allocations and other services. As a consequence, the issue was also included in the WRC-19 agenda. This paper deals with the protection of Fixed Service receivers against interference produced by ESIMs and proposes, initially, a methodology to determine the Coordination Areas around the service area of the ESIMs operating in the FSS in the range 27.5-29.5 GHz. As evidenced in the paper, the obtained coordination areas are usually complex and unsuitable for use in a regulatory text. Thus, a methodology is also proposed for the…

Advisors/Committee Members: JOSE MAURO PEDRO FORTES.

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[pt] Essa tese discute o papel das expectativas dos agentes a respeito da condução das políticas monetária e fiscal na determinação dos efeitos dessas políticas, na dinâmica da economia e na volatilidades das variáveis macroeconômicas. O primeiro capítulo mostra que considerar as expectativas dos agentes a respeito de possíveis mudanças de regime tem efeitos importantes nas respostas das variáveis macroeconômicas aos choques, mesmo que essa mudança de regime não se materialize ao longo da trajetória observada após o choque. O reconhecimento da possibilidade de mudanças de regime também tem consequências importantes para a volatilidade das variáveis endógenas que são mais altas do que as obtidas no modelo linear e muito dependentes dos parâmetros de política escolhidos pelas autoridades fiscal e monetária em cada regime. O segundo capítulo discute o papel das expectativas a respeito das políticas futuras na determinação da profundidade de uma crise quando a economia atinge o limite inferior de zero para as taxas de juros nominais. Ele mostra que ao analisar o impacto de um estímulo fiscal durante um episódios de taxa de juros zero, deve-se olhar para além dos multiplicadores no curto prazo. Para ter efeitos positivos maiores, as políticas monetária e fiscal devem durar mais do que a crise e precisam ser coordenadas. O terceiro capítulo apresenta uma avaliação dos estímulos fiscais em termos das perdas de bem-estar, tornando claro que essa avaliação deve considerar não apenas o efeitos das políticas sobre a inflação e o produto no curto prazo, mas também o valor presente descontado da inflação e do produto nos períodos futuros. Ele também apresenta uma análise de como se obtém o nível ótimo da taxa de juros nominal uma vez que a economia não está mais em crise se a autoridade monetária pretende usar o canal das expectativas para reduzir a profundidade da crise.

[en] This thesis discusses the role of agents expectations regarding the conduction of monetary and fiscal policies in determining policy outcomes, economic dynamics and the volatilities of macroeconomic variables. The first Chapter shows that accounting for agents’ expectations of a possible regime change has critical effects in the responses of macroeconomic variables to shocks, even if this switch does not materialize itself along the path observed after the shock. Recognizing the possibility of regime switches also have important consequences for the volatilities of endogenous variables, which are higher than those obtained in the linear model and very dependent on the policy parameters chosen by monetary and fiscal authorities in each regime. In the second Chapter, I discuss the role of expectations in determining the depth of a crisis when the economy hits the zero lower bound on nominal interest rates. I show that when analysing the impact of a fiscal stimulus during a zero interest rate episode, there is more than just short-run multipliers. To have larger positive effects on output and inflation, monetary and fiscal policies should last longer than…

Advisors/Committee Members: TIAGO COUTO BERRIEL, TIAGO COUTO BERRIEL, TIAGO COUTO BERRIEL.

▼ [pt] O algoritmo de otimização por enxame de partículas (PSO, do inglês Particle Swarm Optimization) é uma meta-heurística baseada em populações de indivíduos na qual os candidatos à solução evoluem através da simulação de um modelo simplificado de adaptação social. Juntando robustez, eficiência e simplicidade, o PSO tem adquirido grande popularidade. São reportadas muitas aplicações bem-sucedidas do PSO nas quais este algoritmo demonstrou ter vantagens sobre outras meta-heurísticas bem estabelecidas baseadas em populações de indivíduos. Algoritmos modificados de PSO já foram propostos para resolver problemas de otimização com restrições de domínio, lineares e não lineares. A grande maioria desses algoritmos utilizam métodos de penalização, que possuem, em geral, inúmeras limitações, como por exemplo: (i) cuidado adicional ao se determinar a penalidade apropriada para cada problema, pois deve-se manter o equilíbrio entre a obtenção de soluções válidas e a busca pelo ótimo; (ii) supõem que todas as soluções devem ser avaliadas. Outros algoritmos que utilizam otimização multi-objetivo para tratar problemas restritos enfrentam o problema de não haver garantia de se encontrar soluções válidas. Os algoritmos PSO propostos até hoje que lidam com restrições, de forma a garantir soluções válidas utilizando operadores de viabilidade de soluções e de forma a não necessitar de avaliação de soluções inválidas, ou somente tratam restrições de domínio controlando a velocidade de deslocamento de partículas no enxame, ou o fazem de forma ineficiente, reinicializando aleatoriamente cada partícula inválida do enxame, o que pode tornar inviável a otimização de determinados problemas. Este trabalho apresenta um novo algoritmo de otimização por enxame de partículas, denominado PSO+, capaz de resolver problemas com restrições lineares e não lineares de forma a solucionar essas deficiências. A modelagem do algoritmo agrega seis diferentes capacidades para resolver problemas de otimização com restrições: (i) redirecionamento aritmético de validade de partículas; (ii) dois enxames de partículas, onde cada enxame tem um papel específico na otimização do problema; (iii) um novo método de atualização de partículas para inserir diversidade no enxame e melhorar a cobertura do espaço de busca, permitindo que a borda do espaço de busca válido seja devidamente explorada – o que é especialmente conveniente quando o problema a ser otimizado envolve restrições ativas no ótimo ou próximas do ótimo; (iv) duas heurísticas de criação da população inicial do enxame com o objetivo de acelerar a inicialização das partículas, facilitar a geração da população inicial válida e garantir diversidade no ponto de partida do processo de otimização; (v) topologia de vizinhança, denominada vizinhança de agrupamento aleatório coordenado para minimizar o problema de convergência prematura da otimização; (vi) módulo de transformação de restrições de igualdade em restrições de desigualdade. O algoritmo foi testado em vinte e quatro funções benchmarks – criadas e propostas… Advisors/Committee Members: RICARDO TANSCHEIT.

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[pt] O uso de multithreading tem se popularizado como forma de separar a execução de tarefas concorrentes e de alcançar maior desempenho aproveitando melhor o tempo das CPUs. No entanto, a programação com threads não é uma tarefa fácil. O uso dos recursos compartilhados deve ser coordenado, pois o acesso concorrente aos mesmos, na maioria dos casos, gera inconsistência na aplicação. O modelo de desenvolvimento orientado a eventos foi apontado por alguns como uma boa alternativa na criação de aplicações. Nesse modelo, a tarefa é realizada por um ou mais eventos, e um loop principal fica responsável por receber e despachar esses eventos. Investigamos, neste trabalho, um modelo em Lua que combina orientação a eventos com preempção sem trazer de volta os problemas de programação concorrente. Investigamos também como características da linguagem podem ser utilizadas para prover mecanismos de coordenação flexíveis. Essas características podem ajudar, por exemplo, a compor novos mecanismos a partir de existentes.

[en] Multithreading has become popular as a way to organize concurrent tasks and achieve better performance from CPUs. However, programming with threads is not an easy task. Usage of shared resources needs to be coordinated because concurrent access to them, in most cases, may create inconsistency in the application. The event-driven model has been pointed as a good alternative to multithreaded programming. In this model, a task is performed by one or more events, where a main loop is responsible for receiving and dispatching these events. In this work, we investigate a model to combine event-driven and preemption in Lua without bringing back all the concurrent programming problems. We also investigate how the language’s characteristics can be used to provide flexible coordination mechanisms. These characteristics can aid, for example, to create new mechanisms based on the ones already existent.

Advisors/Committee Members: NOEMI DE LA ROCQUE RODRIGUEZ.

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[pt] O potássio é um íon essencial para a nutrição de plantas, geralmente fornecido sob a forma de cloretos e sulfatos. De acordo com a disponibilidade e demanda brasileira de fertilizantes agrícolas, a importação de compostos portadores desse elemento químico é mandatória para atender a enorme demanda por esse nutriente. Assim, iniciativas que buscam fontes alternativas de potássio tornam-se cada vez mais interessantes e economicamente atraentes. Uma rota potencial está associada com a digestão com ácido sulfúrico de minerais portadores de glauconita e operações unitárias sequenciais para recuperar compostos de alumínio, ferro, magnésio e potássio. No contexto deste processo químico, o alúmen de potássio dodecahidrato aparece como um produto intermediário relevante que permite a recuperação seletiva de potássio e alumínio através de decomposição térmica seguida de solubilização em água e filtração. Com base no que foi dito, o presente trabalho investiga a cinética da decomposição do alúmen de potássio dodecahidratado sob condições não-redutoras e redutoras, e um novo modelo matemático é proposto para descrever a perda de massa ao longo do tempo. Uma abordagem estocástica, com o uso do método de otimização enxame de partículas, é empregada para estimar os parâmetros desconhecidos do modelo. As previsões do modelo são validadas por dados experimentais obtidos via análise termogravimétrica dinâmica em diferentes atmosferas de reação (inerte e oxidante), e com a presença ou não de agente redutor (finos de coque metalúrgico). Com os parâmetros do modelo validado, é possível usar o mesmo para monitorar as composições mássicas de todos os compostos presentes no meio assim como empregar o modelo futuramente para monitoramento online uma vez que sua simulação leva menos do que 1 s para simular 20 min de decomposição térmica.

[en] Potassium is an essential ion for plant nutrition, usually supplied in the form of chlorides and sulfates. According to Brazilian availability and demand of agriculture fertilizers, the importation of compounds carrying this chemical element is mandatory in order to fulfill the huge demand for this nutrient. So initiatives looking for alternative sources of potassium become increasingly interesting and economically attractive. A potential route is associated with the sulfuric digestion of glauconite-bearing greensands and sequential unit operations in order to recover aluminum, iron, magnesium and potassium compounds. In the context of this chemical process, the potassium alum dodecahydrate appears as a relevant intermediate product that allows the selective recovery of potassium and aluminum through thermal decomposition followed by solubilization in water and filtration. Based on what was said, the present work investigates the kinetics of potassium alum dodecahydrate decomposition under nonreductive and reductive conditions, and a novel mathematical model is proposed to describe the weight loss during time. A stochastic approach approach, using particle swarm optimization method, is employed…

Advisors/Committee Members: AMANDA LEMETTE TEIXEIRA BRANDAO, AMANDA LEMETTE TEIXEIRA BRANDAO.

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[pt] Redes de sensores sem fio (WSN) são uma importante alternativa na coleta de dados em diversas situações, tais como no monitoramento de grandes áreas ou áreas que apresentem perigo. A recuperação de dados de WSNs é uma importante atividade que pode obter melhores resultados com o uso de veículos aéreos não tripulados (UAV) como, por exemplo, em relação ao aumento da quantidade de dados coletados e diminuição do tempo entre a coleta dos dados e seu uso. Em particular, áreas tomadas por desastres podem ficar sem recursos de comunicação e com grande risco residual para humanos, momento no qual uma WSN pode ser rapidamente lançada por via aérea e atuar na coleta de dados relevantes até que medidas pertinentes e dedicadas possam ser colocadas em ação. Estudos apresentam abordagens no uso de UAVs para coleta dos dados de WSN, focando principalmente na otimização do caminho a ser percorrido por um único UAV e se baseando em uma comunicação de longo alcance sempre disponível, não explorando a possibilidade da utilização de diversos UAVs ou à limitação do alcance da comunicação. Neste trabalho apresentamos o DADCA, uma abordagem distribuída escalável capaz de coordenadar grupos de UAVs na coleta de dados de WSN sob restrições de alcance de comunicação, sem fazer uso de técnicas de otimização. Resultados indicam que a quantidade de dados coletados pelo DADCA é semelhante ou superior, em até 1 porcento, a abordagens de otimização de caminhos percorridos por UAVs. O atraso no recebimento de mensagens de sensores é até 46 porcento menor do que outras abordagens e o processamento necessário a bordo de UAVs é no mínimo menor do que 75 porcento do que aqueles que utilizam algoritmos baseados em otimização. Os resultados apresentados indicam que o DADCA é capaz de igualar e até superar outras abordagens apresentadas, agregando vantagens de uma abordagem distribuída.

[en] Wireless sensor networks (WSNs) are an important means of collecting data in a variety of situations, such as monitoring large or hazardous areas. The retrieval of WSN data can yield better results with the use of unmanned aerial vehicles (UAVs), for example, concerning the increase in the amount of collected data and decrease in the time between the collection and use of the data. In particular, disaster areas may be left without communication resources and with great residual risk to humans, at which point a WSN can be quickly launched by air to collect relevant data until other measures can be put in place. Some studies present approaches to the use of UAVs for the collection of WSN data, focusing mainly on optimizing the path to be covered by a single UAV and relying on long-range communication that is always available; these studies do not explore the possibility of using several UAVs or the limitations on the range of communication. This work describes DADCA, a distributed scalable approach capable of coordinating groups of UAVs in WSN data collection with restricted communication range and without the use of optimization techniques. The results show…

Advisors/Committee Members: MARKUS ENDLER.

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[pt] Esta tese consiste na investigação e no desenvolvimento de estratégias de coordenação inteligente que possam ser integradas a modelos neuro-fuzzy hierárquicos para sistemas de múltiplos agentes em ambientes complexos. Em ambientes dinâmicos ou complexos a organização dos agentes deve se adaptar a mudanças nos objetivos do sistema, na disponibilidade de recursos, nos relacionamentos entre os agentes, e assim por diante. Esta flexibilidade é um problema chave nos sistemas multiagente. O objetivo principal dos modelos propostos é fazer com que múltiplos agentes interajam de forma inteligente entre si em sistemas complexos. Neste trabalho foram desenvolvidos dois novos modelos inteligentes neuro-fuzzy hierárquicos com mecanismo de coordenação para sistemas multiagentes, a saber: modelo Neuro-Fuzzy Hierárquico com Aprendizado por Reforço com mecanismo de coordenação Market-Driven (RL-NFHP-MA-MD); e o Modelo Neuro-Fuzzy Hierárquico com Aprendizado por Reforço com modelo de coordenação por grafos (RL-NFHP-MA-CG). A inclusão de modelos de coordenação ao modelo Neuro-Fuzzy Hierárquicos com Aprendizado por Reforço (RL-NHFP-MA) foi motivada principalmente pela importância de otimizar o desempenho do trabalho em conjunto dos agentes, melhorando os resultados do modelo e visando aplicações mais complexas. Os modelos foram concebidos a partir do estudo das limitações existentes nos modelos atuais e das características desejáveis para sistemas de aprendizado baseados em RL, em particular quando aplicados a ambientes contínuos e/ou ambientes considerados de grande dimensão. Os modelos desenvolvidos foram testados através de basicamente dois estudos de caso: a aplicação benchmark do jogo da presa-predador (Pursuit- Game) e Futebol de robôs (simulado e com agentes robóticos). Os resultados obtidos tanto no jogo da presa-predador quanto no futebol de robô através dos novos modelos RL-NFHP-MA-MD e RL-NFHP-MA-CG para múltiplos agentes se mostraram bastante promissores. Os testes demonstraram que o novo sistema mostrou capacidade de coordenar as ações entre agentes com uma velocidade de convergência quase 30 por cento maior que a versão original. Os resultados de futebol de robô foram obtidos com o modelo RL-NFHP-MA-MD e o modelo RL-NFHP-MA-CG, os resultados são bons em jogos completos como em jogadas específicas, ganhando de times desenvolvidos com outros modelos similares.

[en] This thesis is the research and development of intelligent coordination strategies that can be integrated into models for hierarchical neuro-fuzzy systems of multiple agents in complex environments. In dynamic environments or complex organization of agents must adapt to changes in the objectives of the system, availability of resources, relationships between agents, and so on. This flexibility is a key problem in multiagent systems. The main objective of the proposed models is to make multiple agents interact intelligently with each other in complex systems. In this work we developed two new intelligent neuro-fuzzy models with hierarchical coordination…

Advisors/Committee Members: MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO.

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[pt] Este trabalho apresenta uma plataforma para aplicações baseadas em serviços. Esta plataforma foi concebida para dar suporte ao compartilhamento de informações serviços usando diferentes dispositivos. Através do uso de padrões abertos e de uma abordagem totalmente distribuída, Everyware permite que os usuários finais possam disponibilizar serviços sem necessidade de configuração ou administração. Estes serviços podem ser marcados semanticamente e integrados à Web semântica, o que permite que sejam processados automaticamente por máquinas. A plataforma ainda oferece uma arquitetura padrão para o desenvolvimento de aplicações e uma API para o desenvolvimento de mecanismos de coordenação de serviços que integra os diversos aspectos presentes em aplicações baseadas em serviços.

[en] This work addresses issues on the development of service- oriented web applications on the semantic web. It presents a platform conceived to support information sharing among different services accessed by different devices and hardware infraestructure. Using open standards and a totally distributed approach, everyware allows users to publish their services without need to configuration and administration. Services can also be semantically tagged and integrated to the Semantic Web, so they can be easily preocessed by machines. Everyware platform offers a standard architecture to application development and an API to the development of coordination mechanisms. It integrates most concerns that are present in service- oriented applications.

Advisors/Committee Members: DANIEL SCHWABE, CARLOS JOSE PEREIRA DE LUCENA, CARLOS JOSE PEREIRA DE LUCENA.

▼ Opinion Mining (OM), also known as sentiment analysis, is the field of study that analyzes people’s sentiments, evaluations, attitudes, and emotions about different entities expressed in textual input. This is accomplished through the classification of an opinion into categories, such as positive, negative, or neutral. Supervised machine learning (ML) and lexicon-based are the most frequent approaches for OM. However, these approaches require considerable effort for preparing training data and to build the opinion lexicon, respectively. In order to address the drawbacks of these approaches, this Thesis proposes the use of unsupervised clustering approach for the OM task which is able to produce accurate results for several domains without manually labeled data for the training step or tools which are language dependent. Three swarm algorithms based on Particle Swarm Optimization (PSO) and Cuckoo Search (CS) are proposed: the DPSOMUT which is based on a discrete PSO binary version, the IDPSOMUT that is based on an Improved Self-Adaptive PSO algorithm with detection function, and the IDPSOMUT/CS that is a hybrid version of IDPSOMUT and CS. Several experiments were conducted with different corpora types, domains, text language, class balancing, fitness function, and pre-processing techniques. The effectiveness of the clustering algorithms was evaluated with external measures such as accuracy, precision, recall, and F-score. From the statistical analysis, it was possible to observe that the swarm-based algorithms, especially the PSO ones, were able to find better solutions than conventional grouping techniques, such as K-means and Agglomerative. The PSO-based algorithms achieved better accuracy using a word bigram pre-processing and the Global Silhouette as fitness function. The OBCC corpus is also another contribution of this Thesis and contains a gold collection with 2,940 tweets in Brazilian Portuguese with opinions of consumers about products and services. Advisors/Committee Members: OLIVEIRA, Adriano Lorena Inacio de (advisor), http://lattes.cnpq.br/5194381227316437 (advisor).

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Tese de doutoramento, Informática (Engenharia Informática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011

Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é necessário, antecipando as acções do robô. Para fornecer atenção visual com propriedades auto-organizadas, este trabalho obtém inspiração da Natureza. Concretamente, os mecanismos responsáveis pela capacidade que as formigas guerreiras têm de procurar alimento de forma auto-organizada, são usados como metáfora na resolução da tarefa de procurar, também de forma auto-organizada, obstáculos e trilhos no campo visual do robô. A solução proposta nesta tese é a de colocar vários focos de atenção encoberta a operar como um enxame, através de interacções baseadas em feromona. Este trabalho representa a primeira realização corporizada de cognição de enxame. Este é um novo campo de investigação que procura descobrir os princípios básicos da cognição, inspeccionando as propriedades auto-organizadas da inteligência colectiva exibida pelos insectos sociais. Logo, esta tese contribui para a robótica como disciplina de engenharia e para a robótica como disciplina de modelação, capaz de suportar o estudo do comportamento adaptável.

Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é…

Advisors/Committee Members: Correia, Luís Miguel Parreira e, 1959-.

▼ Nas ciências em geral, o termo otimização se refere ao estudo de um conjunto de técnicas que têm como objetivo a obtenção de um melhor resultado para uma função e parâmetros (variáveis de projeto) pré-especificados dentro de um conjunto permitido (espaço de projeto). A otimização em geral é feita através de procedimentos numéricos computacionais. A maioria desses procedimentos utiliza algoritmos que fazem uso de gradientes devido principalmente à eficiência computacional dos mesmos no processo de obtenção de pontos de ótimo. No entanto, nas últimas décadas, algoritmos metaheurísticos (algoritmos que não requerem cálculos de gradientes no processo de otimização) têm atraído grande atenção da comunidade científica. Os algoritmos dessa classe geralmente imitam algum fenômeno da natureza e são comumente chamados de algoritmos evolucionários. Dentre as alternativas existentes nessa classe de algoritmos, podem ser citados: o algoritmo genético (genetic algorithm GA), o recozimento simulado (simulated annealing SA) e o enxame de partículas (particle swarm PS). Embora as técnicas citadas requeiram mais avaliações de funções para encontrar uma solução ótima, quando comparadas com algoritmos que utilizam o cálculo de gradientes, os algoritmos baseados em procedimentos evolucionários apresentam várias vantagens, a saber: facilidade de programação; não necessitam da garantia de continuidade nas funções envolvidas na definição do problema; mais adequado na determinação de um ótimo global ou próximo do global; e adequados na solução de problemas discretos. Nos últimos três anos, o nosso grupo de pesquisa tem se empenhado na implementação computacional e uso do algoritmo de otimização do enxame de partículas (Particle Swarm Optimization - PSO). O algoritmo PSO se desenvolveu de experiências com algoritmos que modelavam o comportamento de muitas espécies de pássaros. A metodologia estudada tem fortes raízes em vida artificial e na psicologia social. Neste trabalho, o procedimento desenvolvido é aplicado a uma diversidade de problemas que têm o intuito de enfatizar a eficácia e versatilidade da metodologia estudada nos diversos tipos de problemas existentes, inclusive em problemas práticos da engenharia.Várias versões foram desenvolvidas no ambiente MATLAB, onde o algoritmo PSO está implementado, tanto para problemas que envolvem uma única função objetivo como para aqueles que envolvem várias funções (otimização multiobjetivo). As várias opções disponíveis estão configuradas em um ambiente bastante fácil de entender e de operar. A utilização de modelos substitutos de baixo custo computacional, porém de precisão aferida, constitui uma alternativa bastante promissora a ser utilizadas em tais algoritmos, evitando desta forma uma grande demanda de tempo computacional, característica inerente das metodologias evolucionárias acopladas a simuladores numéricos. Nesta combinação de estratégias, o grande número de avaliações de funções requeridas pelo algoritmo evolucionário não mais se darão através de… Advisors/Committee Members: Maria Bastos Afonso da Silva, Silvana (advisor).

▼ A ocorrência de derrames basálticos continentais assim como enxames de diques a estes relacionados tem sido correlacionada ao impacto de uma pluma mantélica na base da litosfera, ao afinamento crustal e à fragmentação de continentes. Um outro modelo sugere que a ascensão do material magmático ocorre por descontinuidades na litosfera não sendo necessária assim a ocorrência de uma pluma mantélica. Na região entre Resende e a Baía da Ilha Grande, localizada no Estado do Rio de Janeiro, Região Sudeste do Brasil, foram cartografados aproximadamente 140 corpos magmáticos (diques e sills), correlacionados à fragmentação do Gondwana que teve seu ponto máximo a aproximadamente 120 Ma. Estes corpos, em conjunto com outros em outras regiões do Estado do Rio de Janeiro, fazem parte do Enxame de Diques da Serra do Mar. Os corpos cartografados são, em sua maioria, diques e subordinadamente sills que formam três diferentes grupos com base na orientação espacial: NW, NS e NE. A petrografia indicou que estes são formados por basalto, basalto porfirítico, diabásio e micro-gabro sendo a constituição mineralógica formada por fenocristais de olivina, augita e plagioclásio e uma matriz composta por augita, pigeonita, plagioclásio, minerais opacos, apatita, quartzo, clorita e saussurita. Os diques e sills fazem parte de uma série transicional de afinidade toleítica sendo composta por quartzo toleítos classificados como basalto, basalto andesítico, traquibasalto e basalto traquiandesítico. Os toleítos apresentam teores médios de MgO de 4,1% (peso) e teores médios de TiO2 de 3,70% (peso). Com base na razão (La/Yb)n e em outras razões de elementos traços, foi sugerida a ocorrência de três suítes magmáticas distintas: 1) Suíte A (La/Yb)n entre 7,20 e 11; 2) Suíte B (La/Yb)n entre 11,6 e 17,7; 3) Suíte C (La/Yb)n entre 24,8 e 32,6. A análise de diagramas bivariantes, multielementares e de elementos traços, sugriu que o provável processo evolutivo destas suítes foi a cristalização fracionada com o envolvimento de uma fonte do tipo enriquecida com pelo menos uma participação do manto litosférico subcontinental. Análises geocronológicas 40Ar/39Ar dos corpos da área alvo indicaram idades localizadas no intervalo entre 126,34,5 e 155,44,6 Ma, com a distribuição média das idades situada no intervalo entre 134-145 Ma, sendo portanto um pouco mais antigas se comparadas as idades de outras áreas do Enxame de Diques da Serra do Mar. A comparação da orientação espacial dos diques da área alvo com outras áreas do Enxame de Diques da Serra do Mar revelou que somente os diques NE apresentam direções coincidentes tanto com a estruturação do embasamento quanto com a dos outros diques que fazem parte do Enxame. Os corpos com direção NW e NS, abundantes na área alvo são raramente reportados em outras áreas, sugerindo que para área alvo a ocorrência de estruturas NW e NS, como por exemplo falhas e fraturas, exerceram um controle maior no processo de intrusão do que a estruturação NE do embasamento. Em relação a litogeoquímica, as comparações efetuadas com… Advisors/Committee Members: Monica da Costa Pereira Lavalle Heilbron, Sérgio de Castro Valente, José Affonso Brod, Umberto Giuseppe Cordani, Pedro Victor Zalan.

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[pt] Neste trabalho propomos usar o ALua, um mecanismo de comunicação orientado a eventos, baseado na linguagem interpretada Lua, para coordenação e desenvolvimento de aplicações paralelas distribuídas. ALua é um modelo de programação dual para aplicações paralelas distribuídas, que age como elemento de ligação, permitindo que partes pré- compiladas do programa sejam executadas em diferentes máquinas. Novas tecnologias em programação paralela, como computação em grade, e o interesse atual em computação distribuída para redes geográficas demandam novos níveis de flexibilidade, como o uso de estratégias de adaptação e a habilidade para um usuário interferir em uma computação sem a necessidade de interrompê-la. Além disso, devido a sua natureza assíncrona, a programação dirigida a eventos oferece um modelo apropriado para ambiente sujeitos a falhas e retardos, que são freqüentes no contexto de redes geográficas. Neste trabalho, mostramos que o ALua pode trazer a flexibilidade desejada, através de mecanismos de adaptação e monitoramento não só de aplicações, mas do próprio ambiente de execução, e ainda tirar proveito de sua natureza interpretada para permitir a intervenção do usuário na aplicação mesmo durante a sua execução.

[en] In this work we propose the use of Alua, an event-driven communication mechanism for coordinating and developing distributed parallel applications, based on the interpreted language Lua. Alua adopts a multilinguage programming model for distributed parallel applications, acting as a gluing element among precompiled program parts running on different machines. New developments in parallel programming, such as Grid computing, and current interest in wide-area distributed computing demand new levels of flexibility, such as the use of adaptive strategies and the ability for an user to interfer with a computation without having to stop it. Furthermore, because of its asynchronous nature, event-driven programming provides a suitable model for environments subject to failures and delays that are frequent in the context of geographically distributed computing. In this work we show that ALua can achieve the required flexibility through mechanisms for monitoring and adapting not only applications, but also the execution environment, and also exploit its interpretive nature to allow the programmer to modify the behavior of the application during its execution.

Advisors/Committee Members: NOEMI DE LA ROCQUE RODRIGUEZ.

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[pt] A presente dissertação tem por tema a constituição da Unasul sob a perspectiva da política externa brasileira e por objeto a análise dos mecanismos de coordenação político-administrativa das políticas domésticas do governo federal brasileiro que estão relacionadas com a consecução dos propósitos da Unasul. Os eixos de conflito no sistema internacional, no sistema nacional e na condução da política externa são relacionados na medida em que condicionam a integração regional sul-americana por meio da Unasul como objetivo de política pública. A abordagem adota a perspectiva do formulador de políticas públicas que, de um ponto de vista realista, identifica atores e interesses, avalia seus recursos de poder e as capacidades, em especial do Estado nacional brasileiro, mediante o uso de conceitos de análise e de implementação de políticas públicas, de ciência política, de relações internacionais, de economia, de geopolítica e de administração pública. O foco está na dimensão administrativa e em sua centralidade para o êxito da integração regional, pois há um hiato entre a prioridade presidencial conferida à integração sul-americana na política externa brasileira e o baixo perfil da coordenação das políticas públicas domésticas que dão suporte ao processo. Há uma agenda importante em curso e os procedimentos administrativos estão sendo aperfeiçoados, mas são ainda insuficientes para dar suporte ao projeto geopolítico de constituição de um polo de poder sul-americano.

[en] This dissertation is about the creation of UNASUR from the perspective of Brazilian foreign policy and analyses the mechanisms of political and administrative coordination of domestic policies of the Brazilian federal government that are related to the achievement of the purposes of UNASUR. The axes of conflict in the international system, in the national system and in the conduct of foreign policy are related as conditioning of South American regional integration through UNASUR as public policy objective. The approach adopts the perspective of the formulator of public policy that, from a realistic point of view, identifies actors and interests, evaluates its power resources and capabilities, in particular of the Brazilian state, through the use of concepts of analysis and implementation of public policy, political science, international relations, economics, geopolitical and public administration. The focus is on the administrative dimension and its centrality to the success of regional integration, because there is a gap between the presidential priority given to South American integration in Brazilian foreign policy and the low profile of coordinating domestic policies to support the process. There is an important agenda in progress and administrative procedures are being improved, but are still insufficient to support the geopolitical project of establishing a pole of South American power.

Advisors/Committee Members: LUIZ JORGE WERNECK VIANNA, LUIZ JORGE WERNECK VIANNA, LUIZ JORGE WERNECK VIANNA.

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[pt] A engenharia de software baseada em componentes é uma abordagem que prevê a reutilização de artefatos de software na geração de um conjunto de aplicações. Ao desenvolver aplicações com esta abordagem, é preciso reunir ou compor componentes de software já existentes. Após compor estas unidades, é necessário coordenar as interdependências estabelecidas entre elas para adequar a aplicação em desenvolvimento à resolução do problema. Esta dissertação propõe uma arquitetura de software que separa e estrutura os conceitos de coordenação, composição e componentes de software em camadas arquiteturais. A partir desta estrutura, espera-se que modificações específicas em construções de uma camada tenham o mínimo de influência sobre as demais. ACCA (Arquitetura para a Coordenação e a Composição de Artefatos de Software) deve ser entendida como uma estrutura conceitual utilizada para organizar o desenvolvimento de software baseado em componentes. Além disto, são apresentados um framework para ilustrar a realização da camada de composição de ACCA, o processo de reificação de ACCA e um processo de desenvolvimento de software utilizando a abordagem proposta.

[en] Component Based Software Engineering is an approach for reusing software artifacts when developing applications. In order to develop solutions using this approach, it is necessary to compose software using components that have already been developed. After putting those pieces together, we need to coordinate the interdependencies established among those compositions to fulfill the requirements, needed to resolve a problem. This dissertation proposes a software architecture that separates and structures the concepts of coordination, composition and software components in different architectural layers. Using this approach, we expect that specific modifications in layer constructions have the minimum impact on the others layers. ACCA (Architecture for Coordination and Composition of software Artifacts) must be understood as a conceptual structure that is used to organize component based software development. It also presents a composition framework, the reification process for ACCA and a software development process organized using this approach.

Advisors/Committee Members: CARLOS JOSE PEREIRA DE LUCENA, CARLOS JOSE PEREIRA DE LUCENA.

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Dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Na robótica industrial o transporte de cargas suspensas tem de ser feito com garantias de segurança da carga e do meio envolvente, o que normalmente se traduz em movimentos lentos para não haver oscilação da carga. Este trabalho tem como objetivo a implementação de algoritmos de controlo que possibilitem o transporte rápido de uma massa suspensa de um ponto para outro criando a mínima oscilação possível da massa no final do movimento. Neste trabalho foi utilizado o braço robótico UR5 da Universal Robots, ao qual foi acoplado um pêndulo na extremidade do mesmo, e foi definida uma trajetória linear a ser efetuada pela extremidade do braço de forma a poder criar as condições necessárias para o desenvolvimento do trabalho. Para diminuir a oscilação provocada pelo movimento rápido do braço robótico foi implementado um controlador Posicast que teve de ser adaptado tendo em conta a dinâmica do robô UR5. Para otimizar os parâmetros do controlador Posicast para o caso em estudo foi utilizado um algoritmo de otimização por enxame de partículas, adaptado a este problema, em conjunto com um simulador que permite prever o comportamento do braço robótico. Para validar a eficácia do algoritmo de otimização por enxame de partículas foi feito um conjunto de testes para diferentes condições de forma a poder comparar os resultados obtidos no simulador com os obtidos pelo robô e verificar se o parâmetro otimizado pelo algoritmo corresponde ao ideal a ser utilizado pelo UR5.

In industrial robotics the transport of suspended loads has to be performed with guarantees of safety for the load and the surrounding environment, which usually translates into slow movement so that there is no load oscillation. This work aim at the implementation of control algorithms that allow the rapid transport of a suspended mass from one point to another creating the minimum possible oscillation of the mass at the end of the movement. In this work the robotic arm UR5 of Universal Robots was used, to which a pendulum was attached to the tool center point (TCP), and a linear trajectory was defined to be executed by the robot arm TCP in order to create the necessary conditions to perform the work. To reduce the oscillation caused by the rapid movement of the robotic arm a Posicast controller adapted taking into account the dynamics of the robot UR5 was implemented. To optimize the Posicast controller parameters for the case under study, a particle swarm optimization algorithm, was used in conjunction with a simulator that enables predicting robotic arm behavior. To validate the effectiveness of the particle swarm optimization algorithm, a set of tests was executed for different conditions in order to compare the results obtained in the simulator with those obtained by the robot and to verify if the optimized parameter by the algorithm corresponds to the ideal one to be used by UR5.

Advisors/Committee Members: Oliveira, José Paulo Barroso de Moura, Oliveira, Josenalde Barbosa de.

▼ Otimização de Muitos Objetivos consiste na otimização de problemas com muitos objetivos, isto é, problemas multiobjetivos com um elevado número de objetivos, geralmente mais de três. Atualmente, essa área é uma área ativa com respeito ao campo de algoritmos evolucionários. Em problemas como esses, algoritmos que utilizam a dominância de Pareto como critério de atribuição de aptidão tais como MOEAs e MOPSOs se tornam inefetivos, pois praticamente todas as soluções da população tendem a ser tornar não-dominadas, levando a perda da pressão de convergência para a Frente de Pareto. A ineficácia desses algoritmos levou os pesquisadores a proporem estratégias alternativas a dominância de Pareto para lidar com esses problemas, principalmente para os MOEAs. Contudo, pouco tem sido feito no sentido de tornar os MOPSOs efetivos em problemas com muitos objetivos. Na literatura, os MOPSOs propostos para lidar com esses problemas apresentam muitas dificuldades, tais como parâmetros difíceis de ajustar, necessidade de conhecimento sobre o problema, e a incapacidade de convergência em problemas com multimodalidade. Nesse trabalho, um novo algoritmo baseado em enxame de partículas para problemas com muitos objetivos foi proposto e foi denominado de MOPSO-GD. O MOPSO-GD caracteriza-se por esquemas melhorados para (i) a seleção dos líderes sociais, (ii) seleção dos líderes cognitivos e (iii) poda do arquivo externo. Todos esses esquemas são baseados em um método de alta granularidade denominado de Detrimento Global. O Detrimento Global foi usado como um método para promover a convergência e promover a habilidade do MOPSO-GD de lidar com um grande número de objetivos. Para validar o MOPSO-GD, ele foi avaliado usando quatro problemas de teste escaláveis bem conhecidos (DTLZ{1,3,4,6}) com 5, 10, 15, 20, 30 e 50 objetivos; e foi comparado com duas abordagens baseadas em enxame de partículas (MOPSO-CDR e SMPSO) e dois algoritmos evolucionários estado da arte para problemas com muitos objetivos (CEGA e MDFA). Os resultados mostraram que o MOPSO-GD obteve bom desempenho em termos de convergência, enquanto manteve os níveis de diversidade do CEGA e do MDFA. Advisors/Committee Members: LUDERMIR, Teresa Bernarda (advisor), BASTOS FILHO, Carmelo José Albanez (advisor).

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A Inteligência de Enxame foi proposta a partir da observação do comportamento social de espécies de insetos, pássaros e peixes. A ideia central deste comportamento coletivo é executar uma tarefa complexa decompondo-a em tarefas simples, que são facilmente executadas pelos indivíduos do enxame. A realização coordenada destas tarefas simples, respeitando uma proporção pré-definida de execução, permite a realização da tarefa complexa. O problema de alocação de tarefas surge da necessidade de alocar as tarefas aos indivíduos de modo coordenado, permitindo o gerenciamento do enxame. A alocação de tarefas é um processo dinâmico pois precisa ser continuamente ajustado em resposta a alterações no ambiente, na configuração do enxame e/ou no desempenho do mesmo. A robótica de enxame surge deste contexto de cooperação coletiva, ampliada à robôs reais. Nesta abordagem, problemas complexos são resolvidos pela realização de tarefas complexas por enxames de robôs simples, com capacidade de processamento e comunicação limitada. Objetivando obter flexibilidade e confiabilidade, a alocação deve emergir como resultado de um processo distribuído. Com a descentralização do problema e o aumento do número de robôs no enxame, o processo de alocação adquire uma elevada complexidade. Desta forma, o problema de alocação de tarefas pode ser caracterizado como um processo de otimização que aloca as tarefas aos robôs, de modo que a proporção desejada seja atendida no momento em que o processo de otimização encontre a solução desejada. Nesta dissertação, são propostos dois algoritmos que seguem abordagens distintas ao problema de alocação dinâmica de tarefas, sendo uma local e a outra global. O algoritmo para alocação dinâmica de tarefas com abordagem local (ADTL) atualiza a alocação de tarefa de cada robô a partir de uma avaliação determinística do conhecimento atual que este possui sobre as tarefas alocadas aos demais robôs do enxame. O algoritmo para alocação dinâmica de tarefas com abordagem global (ADTG) atualiza a alocação de tarefas do enxame com base no algoritmo de otimização PSO (Particle swarm optimization). No ADTG, cada robô possui uma possível solução para a alocação do enxame que é continuamente atualizada através da troca de informação entre os robôs. As alocações são avaliadas quanto a sua aptidão em atender à proporção-objetivo. Quando é identificada a alocação de maior aptidão no enxame, todos os robôs do enxame são alocados para as tarefas definidas por esta alocação. Os algoritmos propostos foram implementados em enxames com diferentes arranjos de robôs reais demonstrando sua eficiência e eficácia, atestados pelos resultados obtidos.

Swarm Intelligence has been proposed based on the observation of social behavior of insect species, birds and fishes. The main idea of this collective behavior is to perform a complex task decomposing it into many simple tasks, that can be easily performed by individuals of the swarm. Coordinated realization of these simple tasks while adhering to a pre-defined distribution of execution, allows…

Advisors/Committee Members: Nadia Nedjah, Luiza de Macedo Mourelle, Leandro dos Santos Coelho, Sheila Regina Murgel Veloso.

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Os Sistemas Multi-Robôs proporcionam vantagens sobre um robô individual, quando da realização de uma tarefa com maiores velocidade, precisão e tolerância a falhas. Os estudos dos comportamentos sociais na natureza têm permitido desenvolver algoritmos bio-inspirados úteis na área da robótica de enxame. Seguindo instruções simples e repetitivas, grupos de robôs, fisicamente limitados, conseguem solucionar problemas complexos. Quando existem duas ou mais tarefas a serem realizadas e o conjunto de robôs é heterogêneo, é possível agrupá-los de acordo com as funcionalidades neles disponíveis. No caso em que o conjunto de robôs é homogêneo, o agrupamento pode ser realizado considerando a posição relativa do robô em relação a uma tarefa ou acrescentando alguma característica distintiva. Nesta dissertação, é proposta uma técnica de clusterização espacial baseada simplesmente na comunicação local de robôs. Por meio de troca de mensagens entre os robôs vizinhos, esta técnica permite formar grupos de robôs espacialmente próximos sem precisar movimentar os robôs. Baseando-se nos métodos de clusterização de fichas, a técnica proposta emprega a noção de fichas virtuais, que são chamadas de cargas, sendo que uma carga pode ser estática ou dinâmica. Se uma carga é estática permite determinar a classe à qual um robô pertence. Dependendo da quantidade e do peso das cargas disponíveis no sistema, os robôs intercambiam informações até alcançar uma disposição homogênea de cargas. Quando as cargas se tornam estacionárias, é calculada uma densidade que permite guiar aquelas que estão ainda em movimento. Durante as experiências, foi observado visualmente que as cargas com maior peso acabam se agrupando primeiro enquanto aquelas com menor peso continuam se deslocando no enxame, até que estas cargas formem faixas de densidades diferenciadas para cada classe, alcançando assim o objetivo final que é a clusterização dos robôs.

Multi-Robots Systems provide advantages over a single robot when performing a task, achieving a greater speed, higher accuracy and better fault tolerance. The studies of social behavior in nature have allowed to develop bio-inspired algorithms useful in swarm robotics. Following simple and repetitive rules, groups of robots can provide solutions to complex problems. When two or more tasks to be executed by a set of heterogeneous robots, it is possible to cluster the robots according to their intrinsic features. When homogeneous robots are used, the clustering may be achieved by considering the robot relative position regarding the location where the task has to be performed or adding some other distinct feature. In this dissertation, a technique for spatial clustering simply based on local communication between robots is proposed. Through the message exchange between neighboring robots, this technique allows cluster formation without robot movement. Based on the token clustering methods, the proposed technique employs a virtual token, which is called a load. The load allows identifying the class to which a robot belongs.…

Advisors/Committee Members: Nadia Nedjah, Luiza de Macedo Mourelle, Luerbio Faria, Mariá Cristina Vasconcelos Nascimento Rosset.

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O enxame de diques ácidos da região de Manaíra-Princesa Isabel aflora no na porção mais centro-ocidental do estado da Paraíba, geograficamente limitada pelas cidades de Manaíra, Princesa Isabel e Tavares. Geologicamente, intrude um substrato composto por rochas granitóides neoproterozóicas representadas pelos batólito de Triunfo e os plútons de Princesa Isabel e Tavares. Os diques estão distribuídos em um trend NNE-SSW, a sul dos milonitos verticais da Zona de Cisalhamento de Juru-Belém, compreendendo nefelina sienitos a sienitos supersaturados em sílica, com afinidade peralcalina a sub-metaluminosa, potássica a ultrapotássica. Um conjunto menor de diques é ainda representado por álcali-granitos, com afinidade peraluminosa. A assinatuura geoquímica-isotópica dos diques mostra forte enriquecimento em elementos incompatíveis (Rb, Ba, K, Th, U, Sr), depleção pronunciada em Nb, e razões 87Sr/86Sr e 143Nd/144Nd (= ?Nd negativos) muito radiogênicas. A combinação desses aspectos sugere uma fonte comum, provavelmente um manto litosférico enriquecido. Um componente de subducção, sugerido pelas anomalias negativas em Nb, seria o provável responsável pela modificação geoquímica desse manto. Ao contrário, razões 206,207,208Pb/204Pb mais baixas, em relação à média dos valores crustais, sugerem a participação conjunta de um componente não-radiogênico, ainda não identificado. Idades TDM entre 1,8-2,2 Ga indicam que o evento metassomático deve ter sido antigo, provavelmente relacionado à geração de crosta (em ambiente de arco) paleoproterozóica na região. Dados U/Pb SHRIMP em zircão e 40Ar/39Ar em anfibólio indicam idade c. 600 Ma para o magmatismo alcalino fissural na região de Manaíra-Princesa Isabel. Esse resultado é importante para definir um cenário geodinâmico de exumação crustal, no setor central da Zona Transversal, entre dois picos de atividade magmática a c. 630 Ma e 580 Ma.

The Manaíra-Princesa Isabel dike swarm forms one of the most expressive Neoproterozoic alkaline magmatism of the Borborema Province (NE Brazil). It consists of about a hundred NE-trending bodies intrusive in Neoproterozoic porphyritic granites (Princesa Isabel and Tavares plutons) and orthogneisses and low grade metasediments of the Eoneoproterozoic Riacho Gravatá Complex. The swarm was divided in four groups according its geographic location, i.e., the Tavares dikes to the north, the Princesa Isabel and Manaíra dikes, and the Serra Talhada dikes to the south. Silica oversatured nepheline syenites and syenites are typicall for Tavares, Princesa Isabel and Manaíra dikes, with potassic to ultrapotassic, peralkaline to sub-metaluminous affinity. A minor but distinct Serra Talhada dikes, show characteristically peraluminous affinity. Geochemical and isotopic signatures indicate strong enrichment in incompatible elements (Rb, Ba, K, Th, U, Sr), negative Nb anomaly, and quite radiogenic 87Sr/86Sr and 143Nd/144Nd (= negative eNd values) initial ratios. These features suggest a common source for the swarm, which was probably an enriched litosferic mantle…

Advisors/Committee Members: Hollanda, Maria Helena Bezerra Maia de.

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Na natureza, é possível observar um comportamento cooperativo existente em vários grupos de espécies de animais. A análise deste comportamento, por parte de investigadores, deu origem ao desenvolvimento de algoritmos de otimização capazes de solucionar problemas emergentes, inspirados no comportamento cooperativo de insetos e outros animais. A aplicação deste tipo de algoritmos de inspiração natural e biológica à robótica originou o aparecimento da Robótica de Enxames. A Robótica de enxames está focada na coordenação descentralizada de sistemas multi-robôs auto-organizados, que descreve um comportamento coletivo organizado, baseadas nas interações locais e com seu ambiente. Neste trabalho alguns algoritmos de inspiração natural e biológica são implementados utilizando enxames robóticos de pequena dimensão. Os algoritmos em questão são baseados no modelo Boids e no algoritmo Glowworm Swarm Optimization. Os robôs utilizados são os Kilobots. Apresentam-se resultados das implementações das várias estratégias

In nature, it is possible to observe an existing cooperative behavior in the various groups of animals species. This behavior analysis motivated the development of optimization algorithms capable of solving emerging problems, inspired by the cooperative behavior of insects and other animals. The application of some nature and biologically inspired algorithms to robotics originated Swarm Robotics. Swarm Robotics is focused on the decentralized coordination of selforganized multi-robot systems, which describes organized collective behaviors, based on local interactions and with the environment. In this work some natural and biologically inspared algorithms are implemented using robotic swarms of small size. The algorithms in question are based on the Boids model and the Glowworm Swarm Optimization algorithm. The robots used are the Kilobots. Implementation results of the various strategies are presented.

Advisors/Committee Members: Oliveira, José Paulo Barroso De Moura, Pires, Eduardo José Solteiro.

▼ A energia elétrica é considerada como um dos principais insumos do setor industrial; sua disponibilidade, qualidade e custo são diretamente ligados à capacidade competitiva deste setor. Com o aumento dos custos da eletricidade e da emissão de gases causadores do efeito estufa, ações voltadas para o uso eficiente deste insumo tornam-se cada vez mais atrativas. Uma parte muito importante da área de controle e automação dos processos industriais é a sintonia dos controladores PID, uma vez que os processos, dentre outras coisas, dependem dos seus controladores, e estes para serem produtivos precisam estar bem sintonizados. O presente trabalho descreve uma maneira de sintonizar desses tipos de controladores baseada em inteligência artificial utilizando uma técnica de otimização evolutiva, conhecida como Otimização por Enxame de Partícula (PSO), técnica eficiente na otimização de funções com vários mínimos locais, funcionando desta forma como uma alternativa às diversas formas de sintonizações clássicas existentes. O objetivo deste trabalho é o de demonstrar o ganho em desempenho no controlador, tanto na parte energética como na ação de controle, proporcionado pela sintonia do controlador através do PSO. Uma parte importante da metodologia deste trabalho é a possibilidade da implementação direta no sistema real dos parâmetros sintonizados do controlador, encontrados por meio da otimização por PSO via simulação computacional; para isso, foi necessária a modelagem do sistema de forma digital, a qual permitiu reproduzir os efeitos da dinâmica do processo real. A implementação real foi feita por meio do protótipo de um sistema de exaustão industrial, o qual é todo controlado por um controlador lógico programável (CLP), localizado no Laboratório de Sistemas Motrizes da Universidade Federal de Pernambuco, a partir do qual foi realizada a coleta de dados experimentais para a análise do desempenho do sistema quando do uso deste tipo de sintonia do controlador. Advisors/Committee Members: AQUINO, Ronaldo Ribeiro Barbosa de (advisor), NÓBREGA NETO, Otoni (advisor), http://lattes.cnpq.br/0731639653204720 (advisor).

▼ The new settings for devices and microwaves circuits result in an increase of complexity in the processes of development, specially in regards to the process of synthesis. Antennas and Frequency Selective Surfaces (FSS) are primordial in communication systems. Alternatively, these structures may be optimized through the usage of bio-inspired algorithms. Generally, in order for the bio-inspired algorithms to assist in the optimization of FSS structures, it is necessary to implement several numerical analysis techniques, such as the method of moments or finite elements. Because of the difficulty to model such methods, it has been turned common the usage of a point estimation function, such as artificial neural networks, to substitute the numerical analysis. Although these procedures end up encountering desirable solutions, the estimations are done after a training process conducted through a database. Additionally, every FSS antenna demands a specific database. This work proposes an optimization technique that relies on the usage of a bio-inspired algorithm and a framework (that provides the integration between the algorithm and the commercial software ANSS HFSS). The purpose of the work is to do simulations of possible solutions during the execution of the bio-inspired algorithm; therefore, avoiding the usage of the database; and so, make the technique flexible and efficient in relation to altering the antennas’ structures or FSS. Furthermore, another objective of this work is the usage of the algorithm, namely Social Spider Optimization - SSO in the search for solutions in the field of applied electromagnetism. In order to prove the efficiency of the proposed techniques, some FSS’ and antennas’ projects are optimized through the variation of their structural parameters. In conclusion, the results that were obtained through the procedures previously shown, are compared to other techniques, resulting in a satisfying agreement rate. Advisors/Committee Members: D'Assunção, Adaildo Gomes (advisor), 04401565487 (advisor).

▼ The control of dynamic systems is a challenge, the methods traditionally used in tuning present the difficulty in expressing the desired specifications and being able to find controllers that produce these requirements, especially when the case requires more complex controllers, as in the case of Multiple Input Multiple Output (MIMO) problems. Due to the increasing competitiveness in the industry, it becomes imperative to use more efficient tuning techniques and that in fact can find controllers with the desired performance. For this, one can use metaheuristics, such as Particle Swarm Optimization (PSO), Genetic Algorithm (AG) and Vagalume Algorithm (AV) to obtain the parameters of the controller according to a fitness function, which should in fact code how good a given controller is, adequately expressing the desired specifications, so that the metaheuristic employed can find the optimal controller, which best satisfies the chosen fitness function. Therefore, it is proposed to use the multilevel wavelet analysis, already present in the literature, focused on other applications, especially in the analysis of signals, sounds and images, for the creation of an index to be used as a fitness function in control optimization. Wavelet analysis allows to capture information on the behavior and shape of the signal by informing the frequency of a signal over time, a characteristic that may be desirable, in the evaluation and design of controllers and, thus, it is possible to separately evaluate the transient and steady-state performances. A case study will be done, finding control of a MIMO system of four coupled tanks. A comparative study was made with other fitness functions presented in the literature and with the LGR (Geometric Place of Roots) method. The implemented controllers presented the expected performance, and the one found using the proposed index presented better performance. Advisors/Committee Members: Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de (advisor), 82675090468 (advisor).

▼ Redes ópticas elásticas oferecem uma solução promissora ao desafio de alocação adaptativa de recursos de acordo com as demandas vigentes de comunicação. Em tempos em que a conectividade impera, a não-restrição aos tradicionais 50GHz a que canais ópticos estão submetidos (em redes WDM) também impõe diversidade nas formas em que interações físicas não-lineares se manifestam em novas composições de arranjos espectrais. Movida pela elaboração de modelos matemáticos de propagação não-linear com baixa complexidade computacional, a busca pela fidelidade de reprodução de efeitos de camada física amplia o campo de análise em simulações de redes e permite avanço em otimizações que garantam QoT. Adicionalmente, a penetração de técnicas de Inteligência Artificial em aplicações de engenharia permite uma investigação eficiente (quando comparada a técnicas tradicionais de programação matemática) de dois problemas específicos na busca de mitigação das imperfeições físicas, o de determinação de perfis de potência e de alocação espectral. Neste contexto, o presente trabalho estuda a aplicação de duas técnicas de otimização baseadas em Inteligência Artificial: otimização por enxame de partículas e algoritmo genético, traçando um paralelo entre características biológicas com o enredo de transmissão óptica na tentativa de prover diversidade em perfis que atendam de forma apropriada as circunstâncias encontradas em redes de comunicação. Por fim, o contraste entre as duas meta-heurísticas propõe no algoritmo genético uma candidatura favorável na tratativa dos modelos não-lineares discutidos, por apresentar eficácia satisfatória quando comparado a recursos matemáticos amplamente utilizados. Além disso, a concordância com resultados científicos publicados e a possibilidade de análises de compromisso multiobjetivas, elencam o algoritmo genético com forte credibilidade para tratativas de otimização no campo de transmissão óptica. Advisors/Committee Members: ALMEIDA JÚNIOR, Raul Camelo de Andrade (advisor), http://lattes.cnpq.br/5242718140293648 (advisor).

▼ Seleção automática de casos de teste (CTs) é uma tarefa importante para melhora da eficiência das atividades de Testes de Software. Essa tarefa pode ser tratada como um problema de otimização, cujo objetivo é encontrar um subconjunto de CTs que maximizem um dado critério de teste. No nosso trabalho, o critério de testes é a cobertura de requisitos funcionais formalmente especificados, e, além dele, o custo (esforço de execução) também é levado em consideração no processo de seleção. Mesmo sendo um aspecto importante, o esforço de execução ainda é negligenciado por outros trabalhos na área de seleção automática de CTs. Nesse trabalho, utilizamos o algoritmo conhecido como como Otimização por Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization - PSO), ainda não investigado na resolução desse tipo de problema, para criação de uma ferramenta de seleção automática de CTs. Nela, o esforço de execução é utilizado como um limiar no processo de seleção, onde, dada uma suíte de testes, busca-se selecionar um subconjunto de casos de testes que não ultrapassem esse limiar e que maximizem a cobertura de requisitos funcionais. Para tanto, o esforço de execução foi considerado uma restrição ao problema de otimização e a cobertura de requisitos como a função de fitness. Nessa ferramenta, sete módulos (que implementavam outras técnicas de busca), foram desenvolvidos e seus desempenhos comparados através de experimentos onde foi possível oberservar o bom desempenho do PSO se comparado às outras técnicas Advisors/Committee Members: de Almeida Barros, Flávia (advisor).