Teses e Dissertações (BDTD USP - IFSC)
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Item Redes complexas em visão computacional com aplicações em bioinformática(2013-09-11) Casanova, DalcimarRedes complexas é uma área de estudo relativamente recente, que tem chamado a atenção da comunidade científica e vem sendo aplicada com êxito em diferentes áreas de atuação tais como redes de computadores, sociologia, medicina, física, matemática entre outras. Entretanto a literatura demonstra que poucos são os trabalhos que empregam redes complexas na extração de características de imagens para posterior analise ou classificação. Dada uma imagem é possível modela-la como uma rede, extrair características topológicas e, utilizando-se dessas medidas, construir o classificador desejado. Esse trabalho objetiva, portanto, investigar mais a fundo esse tipo de aplicação, analisando novas formas de modelar uma imagem como uma rede complexa e investigar diferentes características topológicas na caracterização de imagens. Como forma de analisar o potencial das técnicas desenvolvidas, selecionamos um grande desafio na área de visão computacional: identificação vegetal por meio de análise foliar. A identificação vegetal é uma importante tarefa em vários campos de pesquisa como biodiversidade, ecologia, botânica, farmacologia entre outros.Item Relações da estrutura de redes complexas com as dinâmicas do passeio aleatório, de transporte e de sincronização(2012-03-13) Antiqueira, LucasO relacionamento entre estrutura e dinâmica em redes complexas foi considerado utilizando-se uma ampla gama de diferentes técnicas. Diversas redes reais foram estudadas em termos das correlações entre grau e atividade. A medida de atividade é definida como a proporção de visitas por vértice no regime estacionário do passeio aleatório simples. O estudo desse tipo de correlação é importante pois pode fornecer subsídios para que uma propriedade dinâmica de um vértice possa ser obtida somente analisando-se seu(s) grau(s). O conceito de acessibilidade foi abordado nesse contexto, permitindo que fossem evidenciadas diferentes correlações, em redes como a WWW, de acordo com a intensidade de acessibilidade dos vértices. Propôs-se também um novo modelo de rede baseado no crescimento do número de vértices em que novas conexões são criadas com probabilidade proporcional à atividade de cada vértice. Esse modelo pode ser entendido como uma generalização do modelo de Barabási e Albert para redes com arestas direcionadas. Utilizando-se um conjunto de diversas medidas estruturais, mostrou-se que o novo modelo apresenta, entre outros modelos tradicionais de redes, a maior compatibilidade com três redes corticais. Foi também desenvolvido um método para caracterização da distribuição de subgrafos e seus inter-relacionamentos. O principal aspecto dessa metodologia é a expansão gradual dos subgrafos, desenvolvida para que os vértices que encontram-se fora de subgrafos possam ter suas relevâncias quantificadas em termos da importância no estabelecimento das conexões entre subgrafos. Experimentos para ilustração do método foram realizados utilizando-se quatro modelos de redes e cinco redes reais, e os resultados obtidos foram relacionados aos processos dinâmicos de transporte e de espalhamento. Outro tópico aqui considerado é o dos efeitos da amostragem de redes corticais, quantificados por meio de análise multivariada e classificação, fazendo uso de um conjunto de medidas estruturais de redes. Esses efeitos também foram mensurados em termos do comportamento dinâmico das redes (sincronização e acessibilidade). Simulações dos métodos de encefalografia MEG e EEG mostraram que as redes amostradas podem apresentar características bem diferentes das da rede original, principalmente no caso de amostras pequenas. Adicionalmente, a rede integrada da bactéria Escherichia coli foi analisada, a qual incorpora (i) regulação de transcrição gênica, (ii) vias metabólicas e de sinalização e (iii) interações entre proteínas. Outliers foram identificados no relacionamento entre grau e atividade, os quais representam reguladores globais de transcrição. Além disso, verificou-se que esses outliers são genes altamente expressos em diferentes condições, apresentando, portanto, uma natureza global no controle de diversos outros genes da célula.Item Efeito da amostragem nas propriedades topológicas de redes complexas(2011-05-24) Boas, Paulino Ribeiro VillasMuitos sistemas complexos naturais ou construídos pelos seres humanos podem ser representados por redes complexas, uma teoria que une o estudo de grafos com a mecânica estatística. Esse tipo de representação, porém, pode ser comprometido pela maneira como os dados são obtidos. Em geral, os dados utilizados para representar tais sistemas nem sempre são precisos ou completos e correspondem a apenas amostras pequenas de redes maiores, como é o caso da teia mundial (WWW). Dessa forma, mesmo que as amostras sejam grandes, as suas propriedades são diretamente afetadas pela maneira como elas são obtidas e podem não corresponder com as de suas respectivas redes originais. Por exemplo, a amostragem mais utilizada para captura de roteadores da Internet, se empregada em redes aleatórias, tende a obter redes sem escala como resultado. Em contrapartida, amostras de redes sem escala não têm garantia de preservar essa estrutura. Por causa desses e outros problemas que possam ocorrer na amostragem das redes, é muito importante avaliar a variação das propriedades das redes a ruídos (para saber quais variam menos, sendo, portanto, mais adequadas para caracterizar redes com problemas de amostragem) e os efeitos da amostragem na caracterização, classificação e análise de redes complexas (pois redes amostradas podem não corresponder ao sistemas dos quais foram obtidas, tornando os resultados incorretos). Neste trabalho, foi investigada a influência de três tipos de perturbação (ruído): adição, remoção e troca aleatória de conexões nas propriedades de redes complexas, e as mais apropriadas para caracterizar redes amostradas foram identificadas. Além disso, foram definidas duas novas estruturas em redes complexas: árvores de borda e cadeias de vértices. A ocorrência dessas estruturas em redes mal amostradas tende a ser alta, indicando que existe uma relação com redes parcialmente amostradas. Para verificar tal hipótese, foi investigada a presença de cadeias de vértices em redes gradativamente amostradas por caminhadas aleatórias.Item \"Metodologia das redes complexas para caracterização do sistema de Havers\"(2007-04-19) Viana, Matheus PalharesEsta dissertação apresenta um estudo detalhado do sistema de canais do osso cortical dos animais sob o ponto de vista das redes complexas. Este sistema é composto por canais paralelos ao eixo principal do osso e por canais perpendiculares. Estes canais são chamados de canais de Havers e Volkman, respectivamente. Sua principal função é conduzir os vasos sangüíneos responsáveis pela nutrição das células por toda estrutura óssea. O conjunto de canais foi mapeado em uma rede na qual consideramos cada vértice como sendo a intersecção de um ou mais canais e as conexões entre os vértices como os próprios canais. Analisamos as características topológicas desta rede utilizando os conceitos clássicos de redes complexas, como conectividade, coeficiente de clusterização, distribuição do comprimento dos menores caminhos e detecção de comunidades. Também utilizamos uma abordagem hierárquica para algumas destas medidas. Mostramos que a rede do osso cortical é altamente modular, sendo organizada em comunidades bem definidas e espacialmente localizadas, sendo este último fator importante para determinação das características topológicas da comunidade. Os resultados demonstram que a rede Haversiana é similar a outras redes reais, sugerindo um processo natural de otimização durante sua criação. Alguns aspectos dinâmicos também foram estudados através do processo de despercolação. Nós mostramos que as comunidades da rede Haversiana não são igualmente resistentes a perda de conexões. Além disso as comunidades mais resistentes estão localizadas na região posterior do osso, onde também estão localizados os prolongamentos ósseos, responsáveis pela sustentação e equilíbrio mecânico da estrutura. Também avaliamos o fluxo entre a medula óssea e o periósteo ósseo durante o processo de despercolação e o comparamos com o fluxo medido quando a rede é submetida a ataques. Nossos resultados indicam que a remoção aleatória de conexões é mais prejudical às propriedades de transporte desta rede.