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Este trabalho apresenta um sistema computacional que utiliza técnicas de Aprendizado de Máquina (AM) para auxiliar o diagnóstico oftalmológico. Trata-se de um sistema de medidas objetivas e automáticas dos principais vícios de refração ocular, astigmatismo, hipermetropia e miopia. O sistema funcional desenvolvido aplica técnicas convencionais de processamento a imagens do olho humano fornecidas por uma técnica de aquisição chamada Hartmann-Shack (HS), ou Shack-Hartmann (SH), com o objetivo de extrair e enquadrar a região de interesse e remover ruídos. Em seguida, vetores de características são extraídos dessas imagens pela técnica de transformada wavelet de Gabor e, posteriormente, analisados por técnicas de AM para diagnosticar os possíveis vícios refrativos presentes no globo ocular representado. Os resultados obtidos indicam a potencialidade dessa abordagem para a interpretação de imagens de HS de forma que, futuramente, outros problemas oculares possam ser detectados e medidos a partir dessas imagens. Além da implementação de uma nova abordagem para a medição dos vícios refrativos e da introdução de técnicas de AM na análise de imagens oftalmológicas, o trabalho contribui para a investigação da utilização de Máquinas de Vetores Suporte e Redes Neurais Artificiais em sistemas de Entendimento/Interpretação de Imagens (Image Understanding). O desenvolvimento deste sistema permite verificar criticamente a adequação e limitações dessas técnicas para a execução de tarefas no campo do Entendimento/Interpretação de Imagens em problemas reais.

Neste trabalho, formulações implícitas são adaptadas à metodologia GENSMAC, para a solução numérica de escoamentos bidimensionais, transientes, newtonianos e incompressíveis. Usando a formulação velocidade-pressão e variações do método de projeção, o ambiente de simulação FreeFlow2D ê utilizado para resolver numericamente as equações de conservação, no contexto de diferenças finitas. Os termos difusivos nas equações de Navier-Stokes são tratados implicitamente por meio das formulações Implícita Regressiva, Crank-Nicolson e Adams-Bashforth/Crank-Nicolson. Os termos convectivos são tratados explicitamente por um esquema upwind de alta ordem limitado. Para escoamentos em canais e jatos com superfícies livres a baixos números de Reynolds, as formulações são robustas e possibilitam um aumento considerável no tamanho do passo temporal. Resultados numéricos que comparam muito bem com soluções analíticas e experimentais são apresentados.

Functional programming languages, such as SML (Standard Meta Language), Haskell and Lisp, focus on rules and matching of patterns, in contrast to procedural languages in which programs are written as a sequence of instructions. Programs in functional languages may have errors due to the misunderstanding of their properties. Testing is one of the essential activities to identify these errors and to guarantee the quality of the product under development. However, there are few initiatives and tools to support the testing of functional programs. Moreover, an important issue that is often not taken into consideration in this context is to provide a means to quantify the test activity. In this work, we establish mechanisms to investigate the aplicability of Mutation Testing for testing functional programs, written in SML. Mutation Testing is a test criterion that allows to evaluate the quality of a test set and to guide the generation of test sets. The existence of a tool to support this criterion is essential due to the large amount of information related to its application. The web tool PROTEUM/SML, developed with the aim of applying the Mutation Testing to SML, implements the mutation operators defined in this work. An example is provided to illustrate the concepts and PROTEUM/SML tool.

Os ambientes virtuais de aprendizagem estão cada vez mais populares e estão recebendo cada vez mais atenção das pesquisas acadêmicas devido ao avanço tecnológico na última década e na modernização das escolas e ambientes de ensino. Diversos estudos apontam que alunos que utilizam sistemas educacionais melhoram o seu desempenho e aprendem mais. Entretanto, problemas importantes que dificultam sua utilização ainda precisam ser investigados. Dentre eles, um dos principais problemas encontrados é o uso inadequado destes sistemas por parte dos alunos. O tédio, desinteresse, monotonia, a falta de motivação, entre outros fatores, acabam por fazer com que o aluno se comporte inadequadamente ao interagir com o sistema. O comportamento inadequado mais conhecido é trapacear o sistema (do Inglês \"gaming the system\"). Ao externalizar este comportamento, o aluno tenta identificar formas de resolver os exercícios mecanicamente, sem levar em consideração o que precisa ser aprendido. Nesse contexto, esse trabalho tem por objetivo estudar e definir uma alternativa para diminuir o comportamento indesejável nos sistemas por meio do uso de técnicas de Gamificação. Essas técnicas permitem \"persuadir\" o aluno a interagir de forma correta com o sistema. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema educacional gamificado (E-Game) a fim de comprovar se os elementos de jogos auxiliam na diminuição de comportamentos como gaming the system nos alunos, aumentando a motivação deles durante a atividade. O sistema educacional foi submetido a experimentos empíricos em ambientes reais de aprendizagem para que fosse possível obter diferentes tipos de dados para análise. Dessa forma, um outro sistema educacional foi desenvolvido, sem técnicas de gamificação, a fim de obter dados comparativos. Um experimento foi realizado numa escola estadual de São Carlos com o total de 60 alunos. Observou-se, a partir do experimento, que há uma diferença estatisticamente significativa quando se usa os sistemas gamificado e não gamificado. Empiricamente, os resultados comprovam que há uma diminuição do comportamento externalizado gaming the system com o uso de sistemas educacionais gamificados. Além disso, foi observada uma diferença nos resultados relacionada aos gênero dos alunos, até então desconhecida pela literatura. Foi detectado que o gênero masculino externalizou menos trapaças durante o uso do sistema educacional gamificado, em relação ao gênero feminino. Por outro lado, o gênero feminino externalizou menos trapaças no ambiente não gamificado, em comparação ao ambiente gamificado.

Graph-based semi-supervised learning (SSL) algorithms have been widely studied in the last few years. Most of these algorithms were designed from unconstrained optimization problems using a Laplacian regularizer term as smoothness functional in an attempt to reflect the intrinsic geometric structure of the datas marginal distribution. Although a number of recent research papers are still focusing on unconstrained methods for graph-based SSL, a recent statistical analysis showed that many of these algorithms may be unstable on transductive regression. Therefore, we focus on providing new constrained methods for graph-based SSL. We begin by analyzing the regularization framework of existing unconstrained methods. Then, we incorporate two normalization constraints into the optimization problem of three of these methods. We show that the proposed optimization problems have closed-form solution. By generalizing one of these constraints to any distribution, we provide generalized methods for constrained graph-based SSL. The proposed methods have a more flexible regularization framework than the corresponding unconstrained methods. More precisely, our methods can deal with any graph Laplacian and use higher order regularization, which is effective on general SSL taks. In order to show the effectiveness of the proposed methods, we provide comprehensive experimental analyses. Specifically, our experiments are subdivided into two parts. In the first part, we evaluate existing graph-based SSL algorithms on time series data to find their weaknesses. In the second part, we evaluate the proposed constrained methods against six state-of-the-art graph-based SSL algorithms on benchmark data sets. Since the widely used best case analysis may hide useful information concerning the SSL algorithms performance with respect to parameter selection, we used recently proposed empirical evaluation models to evaluate our results. Our results show that our methods outperforms the competing methods on most parameter settings and graph construction methods. However, we found a few experimental settings in which our methods showed poor performance. In order to facilitate the reproduction of our results, the source codes, data sets, and experimental results are freely available.

Irregular cutting and packing problems, with convex and non-convex polygons, are found in many industries such as metal mechanics, textiles, of shoe making, the furniture making and others. In this thesis we study the two-dimensional version of these problems, where we want to allocate a set of items, without overlap, inside one or more containers, limited or unlimited, so as to optimize an objective function. In this document we study the knapsack problem, placement problem, strip packing problem, cutting stock problem and bin packing problem. For these problems, the heuristic methods and mathematical programming models are proposed and presented very promising results, surpassing in many cases the best results in the specialized literature. This thesis is organized as follows. In Chapter 1, we present a review of the studied problems, the value proposition for this thesis with the main contributions and ideas. In Chapter 2, we propose a metaheursitic for the strip packing problem with irregular items and circles. Then, in Chapter 3, we present a generic heuristic for the allocation of irregular items that may be weakly or strongly heterogeneous and will be allocated in a container (output maximization problems) or multiple containers (input minimization problems). In Chapter 4, we propose a solution method for the cutting stock problem with deterministic demand and stochastic demand. In Chapters 5 and 6, we present mathematical programming models for the strip packing problem. Finally, in Chapter 7, we present a conclusion and a concise direction for future works.

Este trabalho apresenta meios alternativos para a obtenção de imagens aéreas e sua utilização na agricultura. Imagens aéreas representam uma ferramenta importante na avaliação de diversos aspectos da atividade agrícola moderna, principalmente aqueles que não podem ser avaliados ao nível do solo. Três tipos de sistemas são definidos com níveis crescentes de complexidade e funcionalidade. Diversos critérios são propostos para a avaliação do sistema e para a determinação da sua adequação às principais aplicações na agricultura. Foi construido um protótipo de sistema do Tipo I baseado em aeromodelos que foi utilizado na avaliação da tecnologia e validação do projeto. Foram utilizados componentes facilmente encontrados no mercado, existindo potencial para a evolução técnica do sistema construído em cada um dos seus componentes básicos: a aeronave, o método de controle e o meio de captação das imagens. Os resultados obtidos mostram que o sistema pode substituir, a baixo custo, os meios convencionais utilizados até então para a obtenção dessas imagens.

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento e avaliação de algoritmos numéricos paralelos e sua execução em máquinas paralelas (máquinas multiprocessadas, máquinas vetoriais e máquinas paralelas virtuais). Os algoritmos desenvolvidos foram executados em diferentes condições tanto em termos de plataformas utilizadas como em termos de tamanho da aplicação considerada. Os resultados obtidos na implementação dos algoritmos numéricos são analisados baseando-se em algumas métricas (tempo de execução e operações em ponto flutuante) comuns aos resultados apresentados nos principais benchmarks estudados. Através dos resultados obtidos, o desempenho das bibliotecas de passagem de mensagem MPI e PVM, o desempenho das arquiteturas consideradas e da implementação dos algoritmos numéricos são analisados.

O avanço de algumas áreas como computação e comunicação de dados, bem como a busca incessante pelo domínio das informações, contribui para aumentar cada vez mais as pesquisas relacionadas com aquisição de conhecimento, tema central da área de Inteligência Artificial. A aquisição implícita de conhecimento é realizada utilizando-se algoritmos de Aprendizado de Máquina. No caso de algoritmos simbólicos supervisionados, o conhecimento adquirido é representado em estruturas lógicas, tais como regras do tipo se então, que são entendíveis pelo ser humano. Quando o número de regras é elevado, ou as regras consideram muitas condições no seu corpo, torna-se difícil, ao ser humano, a análise desse conhecimento. Uma solução para esta questão é o desenvolvimento de boas medidas de avaliação de regras. Independentemente da quantidade de regras, essas medidas ajudam a selecionar aquelas que são mais úteis e interessantes, pois parte do conhecimento adquirido dos exemplos pode ser muito óbvio ou irrelevante. Neste trabalho são discutidas algumas medidas propostas na literatura, com a finalidade de auxiliar o usuário no entendimento e utilização proveitosa do conhecimento adquirido. Com base nos estudos realizados foi projetado e implementado um sistema computacional, denominado 7.0 system , para auxiliar na avaliação dessas regras de conhecimento. 0 RQsystem foi desenvolvido na linguagem de programação lógica Prolog e consiste de dois módulos principais. O primeiro é responsável pelo pré-processamento dos dados de entrada. O segundo módulo é responsável por fornecer diversar informações pré-definidas no sistema ou construídas e formuladas pelo usuário. o TZQsystern está descrito neste trabalho utilizando um pequeno conjunto de dados do mundo real e as regras geradas pelos algoritmos de Aprendizado de Máquina C.111-2 e C4.5. Esse sistema tem características interessantes que lhe conferem uma boa utilidade tanto na avaliação de regras quanto no estudo de outras questões relacionadas com as regras. Extensões futuras do sistema poderão ser particularmente úteis em Data Mining.

O reconhecimento automático de faces é um dos problemas mais desafiadores no campo da visão computacional e de reconhecimento. Métodos seguros e robustos podem ser usados em uma grande variedade de aplicações, como em sistemas de identificação de suspeitos pela polícia. A identificação de suspeitos com auxílio de testemunhas ou vítimas é muito usada na solução de crimes. Um dos métodos mais usados na identificação é o álbum de fotografia, que é desgastante, toma tempo, e confimde a testemunha que examina milhares de fotos. Pode-se, entretanto, desenvolver um sistema que combine a descrição da testemunha com as descrições contidas numa base de dados, ordenando as fotos a serem apresentadas para a vitima em ordem de similaridade, tomando menos tediosa e mais rápida a identificação correta do suspeito pela testemunha. Este trabalho diz respeito à seleção de técnicas e à criação de um sistema de catinstramento multimidia de suspeitos, com utilização de um algoritmo de reconhecimento de fotos para apoio à ordenação da base de fotografias policiais. Entre os algoritmos existentes para reconhecimento de faces, foi selecionado o PCA (Principal Component Analisys). Uma base de dados para cadastramento foi criada, incluindo fotografias, e o algoritmo de reconhecimento foi implementado para completar a funcionalidade do sistema. Testes sugerem bom grau de reconhecimento e boa adaptação à tarefa de ordenação do conjunto de fotos.

Este trabalho apresenta um protótipo de ferramenta, a Html2Hip, que proporciona um ambiente de importação e adaptação de documentos descritos segundo o padrão HTML (HyperTexi Markup Language) para a representação interna do SASHE (Sistema de Autoria e Suporte Hipermiclia para Ensino), que se baseia na estruturação de objetos multimidia, segundo a hierarquia de classes proposta pelo MCA (Modelo de Contextos Aninhados). Além disso, este trabalho estendeu a capacidade do editor de nós de informação do tipo texto do protótipo anterior no que concerne ao processamento de arquivos-texto descritos pelo padrão RTF (Rich Text Formai). Dessa forma, o SASHE tornou-se capaz de processar e organizar materiais instrucionais preparados em seu próprio ambiente, no ambiente NX/NTAT/ (World-Wide Web), bem como em processadores de texto comuns.

O armazenamento e a recuperação de imagens podem fazer-se pela indexação de características extraidas, automaticamente, por algum procedimento computacional. Estas caracteristicas são muitas vezes constituídas por valores numéricos sob a forma de vetores, representando coordenadas de pontos no espaço cuja dimensão é determinada pela quantidade destes valores. Diversos métodos de indexação voltados para este tipo de dados têm sido estudados e desenvolvidos no contexto de Sistema Gerenciadores de Banco de Dados. tidos como Métodos de Indexação Espacial, com o intuito de melhorar o desempenho do acesso às informações. O presente trabalho se inicia pela exposição de como o Modelo de Dados SIRIUS define \"Imagem- como tipo de dados abstrato, visando o desenvolvimento de aplicações na área médica. e como algoritmos de extração de características são associados a este tipo. Em seguida, fez-se o estudo sobre dados espaciais envolvendo: definições, propriedades, aplicações e métodos de indexação espacial, onde os métodos R-Tree e TV-Tree são descritos. Por fim, discutiu-se o resultado de testes feitos com esses métodos, utilizando conjuntos de pontos entre as dimensões 2 e 255, o que aponta o segundo (TV-Tree) como o mais adequado a aplicações que trabalham com pontos em dimensões distintas e elevadas. Dessa forma, pôde-se definir qual o método mais preferencial a ser incorporado ao Gerenciador de Objetos do SIRIUS, afim de efetuar a indexação do tipo de dados -Imagem\" nesse ambiente.

Este trabalho apresenta um estudo sobre as modificações necessárias no ASiA (Ambiente de Simulação Automático) para viabilizar a utilização de Redes de Petri para a representação de modelos. Esse estudo inicia-se com uma comparação entre Redes de Filas e Redes de Petri. utilizadas como técnicas para modelagem de sistemas computacionais, visando a avaliação desses sistemas através de simulação. O estudo da viabilidade analisa diversos aspectos tais como: possibilidade de utilização da linguagem SMPL; avaliação das modificações necessárias no Editor Gráfico; alterações necessárias no Gerador de Aplicações e no Gabarito utilizado pelo ASiA.

Este trabalho apresenta um estudo sobre problemas de dimensionamento de lotes monoestágios, que consistem em determinar as quantidades de itens a serem produzidos em diferentes períodos de tempo, de modo a minimizar a soma dos custos de produção, preparação e estoque. A quantidade produzida em cada período deve ser capaz de atender as demandas dos itens, sem exceder a capacidade de máquina. Para retratar o consumo de recursos, são incluídos tempos de preparação e produção. Inicialmente, são apresentados alguns métodos básicos para resolução de modelos simplificados e, em seguida, apresenta-se dois métodos para resolução de importantes modelos da literatura de problemas monoestágios. O primeiro, foi desenvolvido por Trigeiro et ai. (1989) e consiste num método heurístico baseado em relaxação Lagrangiana, no método de otimização do subgradiente e em uma heurística de factibilização. O segundo método, desenvolvido por Diaby et aL (1992a), é um método exato, baseado num procedimento de enumeração implícita, onde os limitantes inferiores são gerados por relaxação Lagrangiana tendo como opção a utilização do método de otimização do subgradiente. O primeiro método foi implementado assim como uma versão modificada. Finalmente, são apresentados alguns experimentos computacionais comparando as duas versões.

Este trabalho cobre as principais tecnologias de redes de comunicação de alto desempenho e suas aplicações. O enfoque principal é o estudo e a seleção de um padrão de rede de alta velocidade adequado para a implementação de sistemas computacionais paralelos de alto desempenho. Os resultados do estudo feito foram aplicados no SPP2, uma arquitetura paralela baseada em computadores pessoais desenvolvida no LCAD-ICMC-USP. É proposta uma nova topologia de rede de alto desempenho para essa máquina baseada em componentes Myrinet. A nova rede de comunicações do SPP2 atende perfeitamente os requisitos iniciais do sistema. Os testes de desempenho realizados mostram um desempenho muito superior ao padrão de rede originalmente adotado no SPP2 e aos padrões de rede comumente utilizados em redes locais de estações de trabalho. A arquitetura SPP2, com o novo sistema de comunicações, representa um grande passo na disseminação do processamento paralelo por apresentar características como baixo custo, alto desempenho, facilidade de construção e ampla disponibilidade de componentes para atualização do seu desempenho.

Segmentação de imagens é uma tarefa importante em processamento de imagens usualmente empregada em tarefas mais complexas de visão computacional. Em abordagens de segmentação por agrupamento em grafos a imagem é modelada por um grafo, em que geralmente os vértices são representados por pixels e as arestas por pesos que denotam similaridade entre pixels. Os problemas associados a abordagens baseadas em grafos normalmente dizem respeito ao custo computacional e a alta cardinalidade dos grafos, que se traduz no grande número de vértices e arestas necessários para gerar uma adequada representação da imagem. Das abordagens para segmentação com grafos, destacam-se aquelas baseadas em detecção de comunidades em redes complexas, como por exemplo o Label Propagation em especial por apresentarem mais baixo custo computacional. No entanto, tais métodos quando aplicados diretamente em imagens, não geram resultados precisos, além de serem não determinísticos, o que é uma qualidade indesejável em segmentação de imagens. Por outro lado, as técnicas de superpixels, que combinam vários pixels, são importantes não apenas na redução da cardinalidade dos grafos, com também proporcionam maior poder descritivo se comparado a um único pixel. Esta tese de doutorado apresenta uma nova família de métodos de segmentação para imagens de cenas naturais de alta dimensão baseada no método Label Propagation e superpixels, de comportamento determinístico e que utiliza-se de informações específicas do domínio de imagens. Foram desenvolvidos algoritmos tanto para segmentação automática (SGLP - Simple Graph Label Propagation e MGLP - Multi-level Label Propagation), quanto para segmentação interativa (IGLP - Interactive Graph Label Propagation), que demanda auxílio do usuário. Os resultados quantitativos mostram uma precisão PRI de 0:83 e percentagem de erro de Er 6:13%, para a versão automática e interativa, respectivamente. Também foram obtidos resultados no tempo de processamento de 0:0048 s e 0:29 s, para segmentação automática e interativa. Tais resultados foram corroborados em vários experimentos sobre conjuntos de dados padrão. Quando comparados com métodos relacionados, os resultados dos métodos se mostram superiores tanto em precisão media e tempo para segmentação automática, e no caso do método de segmentação interativa (IGLP) apresenta resultados de precisão media relativamente inferiores, mas com a vantagem de ser mais rápido.

Linhas de produção são sistemas fabris para produção em larga escala, com grande importância no sistema industrial atual. Como se trata de um sistema já consolidado, é natural que existam métricas de desempenho e estratégias para otimização de eficiência para as diversas configurações de linhas de produção existentes. Este trabalho se concentra em linhas seriais não-ritmadas e estocásticas. Em particular, o interesse é no efeito de se desbalancear adequadamente uma linha de produção para melhorar sua produtividade, o que é denominado na literatura de fenômeno Tigela (Bowl phenomenon). Uma revisão da literatura mostrou que esse fenômeno já foi estudado em diferentes cenários: linhas com e sem buffers, diversos perfis de carga ao longo da linha e diferentes distribuições probabilísticas regendo os tempos de execução das tarefas. Contudo, nenhum dos estudos considerou a indivisibilidade das tarefas, isto é, o fato de que cada tarefa deve ser executada em uma única estação. Essa é a principal lacuna explorada neste estudo. Para isso, são utilizadas instâncias recentemente propostas do Problema Simples de Balanceamento de Linhas de Produção (SALBP, na sigla em inglês) e instâncias do Problema de Designação de Trabalhadores e Balanceamento de Linhas de Produção (ALWABP), que são solucionadas a partir de modelos de programação inteira mista que induzem soluções de acordo com o efeito Tigela. Essas soluções são utilizadas em um modelo de simulação estocástico, também apresentado neste trabalho. Em linhas gerais, os resultados mostram que as soluções do SALBP e ALWABP obtidas podem se beneficiar do efeito Tigela. Além disso, a variedade das instâncias utilizadas nos experimentos argumentam em favor de uma maior capacidade de generalização dos resultados para casos práticos se comparados aos casos simplificados previamente discutidos na literatura.

A oferta de produtos,informação e serviços a partir de perfis de usuários tem tornado os sistemas de recomendação cada vez mais presentes na Web, aumentando a facilidade de escolha e de permanência dos usuários nestes sistemas. Entretanto, existem otimizações a serem feitas principalmente com relação à modelagem do perfil do usuário. Geralmente, suas preferências são modeladas de modo superficial, devido à escassez das informações coletadas,como notas ou comentários, ou devido a informações indutivas que estão suscetíveis a erros. Esta dissertação propõe uma ferramenta de recomendação baseado em interações multimodais, capaz de combinar informações de usuários processadas individualmente por algoritmos de recomendação tradicionais. Nesta ferramenta desenvolveram-se quatro técnicas de combinação afim fornecer aos sistemas de recomendação, subsídios para melhoria na qualidade das predições em diversos domínios.

Este trabalho apresenta uma especialização do Método Primal Simplex para resolver o Problema de Aproximação Linear no L1 e o Problema de Regressão Quantil, os quais são casos particulares de Problema de Programação Linear por Partes. No Problema de Regressão Quantil a função objetivo linear por partes depende de um parâmetro θ e, com pequenas adaptações da pós otimização clássica da Programação Linear, pode-se determinar o intervalo para θ onde a solução do problema fica invariante. Assim, este trabalho apresenta também uma maneira simples para realizar esta análise pós otimização. Além disso, este trabalho apresenta alguns resultados computacionais, utilizando-se de exemplos da literatura.

O conceito de manufatura celular consiste em decompor um sistema de manufatura em subsistemas mais fáceis de gerenciar que o sistema global. As máquinas são agrupadas em células e as peças em famílias. Cada par família-célula constitui uma célula de manufatura. Nesta dissertação estudamos vários algoritmos e modelos para a obtenção de células de manufatura e propomos um método para resolver este problema baseado no algoritmo da máquina semente. Os resultados obtidos sobre vários exemplos da literatura são equivalentes ou melhores que aqueles existentes.