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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Física (Acadêmico)

Título [PT]: Identificação e modelagem de padrões em sistemas complexos
Autor(es): Haroldo Valentin Ribeiro
Palavras-chave [PT]:

Sistemas complexos. Física estatística. Difusão anômala. Sistemas sociais. Física estatística. Séries temporais. Física estatística. Distribuições de probabilidade. Sons musicais. Aprendizado populacional. Xadrez. Críquete. Dinâmica de bolhas. Complexidade de imagens. Brasil.

Complex systems. Time series. Statistical physics. Probability distributions. Anomalous diffusion. Social systems. Music sounds. Population-level learning. Chess. Cricket. Bubble. Dynamics. Image complexity. Brazil.

Renio dos Santos Mendes [Orientador] - UEM Constantino Tsallis - Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas Ervin Kaminski Lenzi - UEM José Soares de Andrade Júnior - UFC Luciano Rodrigues da Silva - UFRGN Luis Carlos Malacarne - UEM Mauro Luciano Baesso - UEM

Resumo: Esta tese está focada na investigação e modelagem de diferentes sistemas complexos. Os problemas aqui apresentados foram analisados através da "lente" da Física e estão amplamente amparados por dados observacionais, experimentais ou simulados. No capítulo 1, investigamos a dinâmica sonora de aglomerações humanas e os resultados mostraram que esses sons não são ruídos triviais, pelo contrário, foram encontradas distribuições não gaussianas, não exponenciais, leis de potência e correlações. Mostramos que um processo auto-regressivo pode descrever a maioria dos resultados empíricos e que é possível distinguir entre sons pacíficos e sons de protesto usando essa análise. No capítulo 2, estudamos os sons musicais. Verificamos que a distribuição das amplitudes pode ser ajustada por uma generalização da gaussiana e que o parâmetro da distribuição fornece informações sobre a qualidade da música. Vimos que existe um acoplamento entre a forma da distribuição e propriedades correlacionais. Analisamos os padrões ordinais nesses sons via entropia e complexidade de permutação e verificamos que esses índices podem ser usados no processo de identificação automática de gêneros musicais. Analisamos, quantitativamente, a evolução de canções populares e encontramos uma tendência de "empobrecimento estatístico" dessas músicas ao longo dos anos. No capítulo 3, estudamos a evolução da vantagem em jogos de xadrez usando uma abordagem difusiva, a qual revelou vários aspectos anômalos e também um processo de aprendizagem populacional dos jogadores. Verificamos, também, que os erros dos jogadores seguem uma distribuição log-normal e que perceber esses erros é fator determinante para vencer a partida. No capítulo 4, analisamos as pontuações dos jogos de críquete como um processo difusivo. Verificamos que o processo é superdifusivo, correlacionado e autossimilar. Vimos também que uma equação de Langevin generalizada reproduz todos esses resultados empíricos. No capítulo 5, investigamos a dinâmica de bolhas em água fervente pela análise de um feixe laser que atravessa o fluido em ebulição. Observamos que existem correlações nessa dinâmica e que a distribuição dos intervalos de retorno é não exponencial. Um modelo minimalista sugere que os principais ingredientes para produzir essa dinâmica (no sinal do laser) são as correlações e a distribuição do tipo lei de potência relacionada ao tempo no qual as bolhas passam através do caminho óptico do laser. Finalmente, no capítulo 6, propusemos uma extensão da técnica de entropia e complexidade de permutação para medir a complexidade de imagens. Aplicamos esse procedimento em superfícies fractais, texturas de cristais líquidos e superfícies de Ising para comprovar a sua utilidade. Abstract: This thesis is focused on the study and modeling of different complex systems. The systems investigated here were analyzed by using the "physics lens" and are all based on observational, experimental or simulated data. In chapter 1, we investigated the sounds cape dynamics of human agglomeration where we showed that these noises have a non trivial dynamics with non-Gaussian, non-exponential, power-law distributions and long-range correlations. We also showed that an autoregressive model can reproduce most of the empirical findings and that is possible to distinguish between pacific and violent sounds capes. In chapter 2, we reported studies on musical sounds where the distribution of the sound amplitudes was fitted by a stretched gaussian and the parameter of the distribution gives information about the quality of the music. We also saw that there is a kind of coupling between the shape of the distribution and the long-range correlations. We analyzed the ordinal patterns in these sounds using the complexity-entropy causality plane and we employed a supported vector machine to identify the music genres of our dataset. We further investigate the evolution of these patterns over the years for a set of popular songs where we suggest that the songs are becoming more statistically poor. In chapter 3, we studied the dynamics of the advantage in chess matches by using a diffusive approach which revealed several anomalous features and a population-level learning of the game. We have also verified that the error distribution of players follows a log-normal distribution and that to note the mistakes is very important for wining the match. In chapter 4, we analyzed the scores of the game of cricket through a diffusive approach. We verified that the process is super-diffusive, long-range correlated and self-similar; all these features were modeled using a generalized Lange in equation. In chapter 5, we investigated the bubble dynamics in boiling water thought an experiment in which laser beam was scattered by bubbles in the boiling fluid. We found that there are long-range correlations in the laser intensity and that the return intervals are exponentially distributed. A simple model suggests that the main ingredients for this non-trivial dynamics are the correlation and power-law distribution related to the time interval in which bubbles passes through the optical path. Finally, in chapter 6, we have proposed an extension of the complexity-entropy causality plane for measuring the complexity of two-dimensional patterns such as images. Our extension was worked out for fractal surfaces, textures of liquid crystals, and Ising surfaces where we proved the usefulness of our extension.

Idioma: Português Data de Publicação: 2012 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Renio dos Santos Mendes Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Centro de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Física Nível: Tese (doutorado em Física) UEM: Departamento de Física

Responsavel: edson
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: haroldo_valentin_ribeiro_2012.pdf
Tamanho: 26037 Kb (26661909 bytes)
Criado: 25-04-2016 16:00
Atualizado: 25-04-2016 16:32
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