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Ttulo [PT]: Identificao e modelagem de padres em sistemas complexos
Autor(es): Haroldo Valentin Ribeiro
Palavras-chave [PT]:

Sistemas complexos. Fsica estatstica. Difuso anmala. Sistemas sociais. Fsica estatstica. Sries temporais. Fsica estatstica. Distribuies de probabilidade. Sons musicais. Aprendizado populacional. Xadrez. Crquete. Dinmica de bolhas. Complexidade de imagens. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Complex systems. Time series. Statistical physics. Probability distributions. Anomalous diffusion. Social systems. Music sounds. Population-level learning. Chess. Cricket. Bubble. Dynamics. Image complexity. Brazil.
Titulao: Doutor em Fsica
Banca:
Renio dos Santos Mendes [Orientador] - UEM
Constantino Tsallis - Centro Brasileiro de Pesquisas Fsicas
Ervin Kaminski Lenzi - UEM
Jos Soares de Andrade Jnior - UFC
Luciano Rodrigues da Silva - UFRGN
Luis Carlos Malacarne - UEM
Mauro Luciano Baesso - UEM
Resumo:
Resumo: Esta tese est focada na investigao e modelagem de diferentes sistemas complexos. Os problemas aqui apresentados foram analisados atravs da "lente" da Fsica e esto amplamente amparados por dados observacionais, experimentais ou simulados. No captulo 1, investigamos a dinmica sonora de aglomeraes humanas e os resultados mostraram que esses sons no so rudos triviais, pelo contrrio, foram encontradas distribuies no gaussianas, no exponenciais, leis de potncia e correlaes. Mostramos que um processo auto-regressivo pode descrever a maioria dos resultados empricos e que possvel distinguir entre sons pacficos e sons de protesto usando essa anlise. No captulo 2, estudamos os sons musicais. Verificamos que a distribuio das amplitudes pode ser ajustada por uma generalizao da gaussiana e que o parmetro da distribuio fornece informaes sobre a qualidade da msica. Vimos que existe um acoplamento entre a forma da distribuio e propriedades correlacionais. Analisamos os padres ordinais nesses sons via entropia e complexidade de permutao e verificamos que esses ndices podem ser usados no processo de identificao automtica de gneros musicais. Analisamos, quantitativamente, a evoluo de canes populares e encontramos uma tendncia de "empobrecimento estatstico" dessas msicas ao longo dos anos. No captulo 3, estudamos a evoluo da vantagem em jogos de xadrez usando uma abordagem difusiva, a qual revelou vrios aspectos anmalos e tambm um processo de aprendizagem populacional dos jogadores. Verificamos, tambm, que os erros dos jogadores seguem uma distribuio log-normal e que perceber esses erros fator determinante para vencer a partida. No captulo 4, analisamos as pontuaes dos jogos de crquete como um processo difusivo. Verificamos que o processo superdifusivo, correlacionado e autossimilar. Vimos tambm que uma equao de Langevin generalizada reproduz todos esses resultados empricos. No captulo 5, investigamos a dinmica de bolhas em gua fervente pela anlise de um feixe laser que atravessa o fluido em ebulio. Observamos que existem correlaes nessa dinmica e que a distribuio dos intervalos de retorno no exponencial. Um modelo minimalista sugere que os principais ingredientes para produzir essa dinmica (no sinal do laser) so as correlaes e a distribuio do tipo lei de potncia relacionada ao tempo no qual as bolhas passam atravs do caminho ptico do laser. Finalmente, no captulo 6, propusemos uma extenso da tcnica de entropia e complexidade de permutao para medir a complexidade de imagens. Aplicamos esse procedimento em superfcies fractais, texturas de cristais lquidos e superfcies 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.
Data da defesa: 20/12/2012
Cdigo: vtls000205539
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2012
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Renio dos Santos Mendes
Instituio: Universidade Estadual de Maring. Centro de Cincias Exatas. Programa de Ps-Graduao em Fsica
Nvel: Tese (doutorado em Fsica)
UEM: Departamento de Fsica

Responsavel: edson
Categoria: Aplicao
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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