Forecasting accuracy and estimation uncertainty using VAR models with short- and long-term economic restrictions: a Monte-Carlo study

Using vector autoregressive (VAR) models and Monte-Carlo simulation methods we investigate the potential gains for forecasting accuracy and estimation uncertainty of two commonly used restrictions arising from economic relationships. The Örst reduces parameter space by imposing long-term restrictions on the behavior of economic variables as discussed by the literature on cointegration, and the second reduces parameter space by imposing short-term restrictions as discussed by the literature on serial-correlation common features (SCCF). Our simulations cover three important issues on model building, estimation, and forecasting. First, we examine the performance of standard and modiÖed information criteria in choosing lag length for cointegrated VARs with SCCF restrictions. Second, we provide a comparison of forecasting accuracy of Ötted VARs when only cointegration restrictions are imposed and when cointegration and SCCF restrictions are jointly imposed. Third, we propose a new estimation algorithm where short- and long-term restrictions interact to estimate the cointegrating and the cofeature spaces respectively. We have three basic results. First, ignoring SCCF restrictions has a high cost in terms of model selection, because standard information criteria chooses too frequently inconsistent models, with too small a lag length. Criteria selecting lag and rank simultaneously have a superior performance in this case. Second, this translates into a superior forecasting performance of the restricted VECM over the VECM, with important improvements in forecasting accuracy ñreaching more than 100% in extreme cases. Third, the new algorithm proposed here fares very well in terms of parameter estimation, even when we consider the estimation of long-term parameters, opening up the discussion of joint estimation of short- and long-term parameters in VAR models.

Elaboração de um modelo de valoração quantitativa das garantias para o setor de saneamento com utilização de Simulação de Monte Carlo: o caso PPP de Esgoto para a Região Metropolitana do Recife e Município de Goiânia

A situação do saneamento no Brasil é alarmante. Os serviços de água e esgotamento sanitário são prestados adequadamente somente para 59,4% e 39,7%, respectivamente, da população brasileira. Para mudar este quadro, estima-se que sejam necessários R$ 304 bilhões em investimentos. Parte desse volume terá que vir da iniciativa privada e a estruturação de parcerias público privadas é uma das formas de atingir este objetivo. Nestes projetos é comum o setor público oferecer garantias ao parceiro privado para assegurar a viabilidade do empreendimento. O presente trabalho apresenta um modelo para valoração destas garantias, utilizando como estudos de caso as PPP de esgoto da região metropolitana de Recife e do Município de Goiana. O resultado obtido mostrou a importância desta valoração, uma vez que dependendo do nível de garantia oferecida o valor presente dos desembolsos previstos para o setor público variou de zero a até R$ 204 milhões.

Simulação de Monte Carlo: de modelos de spin à teoria de campos na rede

Pós-graduação em Física - IFT

Aplicação da Simulação de Monte Carlo no estudo de testes de fadiga em rodas agrícolas

Due to the increasing demand from clients and the search for better performances in the heavy vehicles industry, a progressive evolution in technology in a general way was needed. This paper uses a scientific method to validate, prior to its manufacture, the project of an agricultural wheel for sugar cane harvesters. Monte Carlo Simulation is used in conjunction with Finite Elements Method, in order to simulate the wheel's behavior in a cornering test, identify possible failure regions and get an estimate for its life under fatigue. To this end, test conditions according to EUWA Standards were simulated and obeyed, relevant to fatigue. Simulation results were interesting, according to industry experts involved in the project and manufacture of the product in question, and have provided important elements for the decision making regarding improvements that could be made on the product project before its execution

Aplicação da Simulação de Monte Carlo no estudo de testes de fadiga em rodas agrícolas

Due to the increasing demand from clients and the search for better performances in the heavy vehicles industry, a progressive evolution in technology in a general way was needed. This paper uses a scientific method to validate, prior to its manufacture, the project of an agricultural wheel for sugar cane harvesters. Monte Carlo Simulation is used in conjunction with Finite Elements Method, in order to simulate the wheel's behavior in a cornering test, identify possible failure regions and get an estimate for its life under fatigue. To this end, test conditions according to EUWA Standards were simulated and obeyed, relevant to fatigue. Simulation results were interesting, according to industry experts involved in the project and manufacture of the product in question, and have provided important elements for the decision making regarding improvements that could be made on the product project before its execution

Identificação de danos estruturais via método de Monte Carlo com cadeias de Markov

O presente trabalho apresenta um estudo referente à aplicação da abordagem Bayesiana como técnica de solução do problema inverso de identificação de danos estruturais, onde a integridade da estrutura é continuamente descrita por um parâmetro estrutural denominado parâmetro de coesão. A estrutura escolhida para análise é uma viga simplesmente apoiada do tipo Euler-Bernoulli. A identificação de danos é baseada em alterações na resposta impulsiva da estrutura, provocadas pela presença dos mesmos. O problema direto é resolvido através do Método de Elementos Finitos (MEF), que, por sua vez, é parametrizado pelo parâmetro de coesão da estrutura. O problema de identificação de danos é formulado como um problema inverso, cuja solução, do ponto de vista Bayesiano, é uma distribuição de probabilidade a posteriori para cada parâmetro de coesão da estrutura, obtida utilizando-se a metodologia de amostragem de Monte Carlo com Cadeia de Markov. As incertezas inerentes aos dados medidos serão contempladas na função de verossimilhança. Três estratégias de solução são apresentadas. Na Estratégia 1, os parâmetros de coesão da estrutura são amostrados de funções densidade de probabilidade a posteriori que possuem o mesmo desvio padrão. Na Estratégia 2, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, determina-se regiões da viga potencialmente danificadas e os parâmetros de coesão associados à essas regiões são amostrados a partir de funções de densidade de probabilidade a posteriori que possuem desvios diferenciados. Na Estratégia 3, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, apenas os parâmetros associados às regiões identificadas como potencialmente danificadas são atualizados. Um conjunto de resultados numéricos é apresentado levando-se em consideração diferentes níveis de ruído para as três estratégias de solução apresentadas.

Diseño de agromodelos sostenibles para el partido de Guaminí (pcia. de Buenos Aires) con el método Monte Carlo

p.119-129

Utilização do método de Monte Carlo na resolução de problemas de transferência de calor por radiação em cavidades que contém meio participante

Um estudo foi realizado com a finalidade principal de investigar de que maneira a teoria de transferência de calor por radiação em meios participantes pode ser melhor aplicada na resolução de problemas de troca de energia no interior de cavidades que se assemelhem a fornalhas industriais. Verificou-se que as superfícies internas da maioria das fornalhas podem ser consideradas cinzentas e difusoras, o que facilita a aplicação de modelos de soma ponderada de gases cinzas. Sendo assim, as maiores dificuldades aparecem quando a geometria da cavidade é complexa. Com o método de Monte Carlo, é possível resolver problemas com características geométricas bastante complexas, bem como considerar efeitos espectrais e direcionais, quando necessário. Este método foi, então, aplicado, em conjunto com o método da zona, na elaboração de três códigos computacionais, que são capazes de determinar áreas de troca totais em cavidades onde as paredes e o gás são cinzas. Um deles pode ser aplicado a cavidades paralelepipédicas; outro, a cilíndricas. Tanto no primeiro, quanto no segundo, as dimensões podem assumir qualquer valor. Com o terceiro código computacional, é possível obter-se áreas de troca totais entre zonas de cavidades que têm geometria genérica formada a partir de combinações de cubos. Resultados obtidos através dos três códigos computacionais foram comparados com outros disponíveis na literatura.

Estudo de solvatocromismo em líquidos moleculares orgânicos via método seqüencial Monte Carlo/Mecânica Quântica

Utilizou-se o método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica para obterem-se os desvios de solvatocromismo e os momentos de dipolo dos sistemas de moléculas orgânicas: Uracil em meio aquoso, -Caroteno em Ácido Oléico, Ácido Ricinoléico em metanol e em Etanol e Ácido Oléico em metanol e em Etanol. As otimizações das geometrias e as distribuições de cargas foram obtidas através da Teoria do Funcional Densidade com o funcional B3LYP e os conjuntos de funções de base 6-31G(d) para todas as moléculas exceto para a água e Uracil, as quais, foram utilizadas o conjunto de funções de base 6-311++G(d,p). No tratamento clássico, Monte Carlo, aplicou-se o algoritmo Metropólis através do programa DICE. A separação de configurações estatisticamente relevantes para os cálculos das propriedades médias foi implementada com a utilização da função de auto-correlação calculada para cada sistema. A função de distribuição radial dos líquidos moleculares foi utilizada para a separação da primeira camada de solvatação, a qual, estabelece a principal interação entre soluto-solvente. As configurações relevantes da primeira camada de solvatação de cada sistema foram submetidas a cálculos quânticos a nível semi-empírico com o método ZINDO/S-CI. Os espectros de absorção foram obtidos para os solutos em fase gasosa e para os sistemas de líquidos moleculares comentados. Os momentos de dipolo elétrico dos mesmos também foram obtidos. Todas as bandas dos espectros de absorção dos sistemas tiveram um desvio para o azul, exceto a segunda banda do sistema de Beta-Caroteno em Ácido Oléico que apresentou um desvio para o vermelho. Os resultados encontrados apresentam-se em excelente concordância com os valores experimentais encontrados na literatura. Todos os sistemas tiveram aumento no momento de dipolo elétrico devido às moléculas dos solventes serem moléculas polares. Os sistemas de ácidos graxos em álcoois apresentaram resultados muito semelhantes, ou seja, os ácidos graxos mencionados possuem comportamentos espectroscópicos semelhantes submetidos aos mesmos solventes. As simulações através do método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica estudadas demonstraram que a metodologia é eficaz para a obtenção das propriedades espectroscópicas dos líquidos moleculares analisados.

Cálculo das funções de anisotropia e radial de dose para braquiterapia com semente de 192Ir em diferentes materiais de interesse em radiologia com o auxílio do programa baseado no método de Monte Carlo MCNPX

The brachytherapy braquiterapia is an x-ray modality radiotherapy in which stamped or halfstamped radioactive sources in format of seeds are used, wires or to one short distance, in contact or implanted to the fabric to be treated. All the treatment modalities require a previous planning. The formalism recommended for calculation of dose was considered by the AAPM for the first TG-43 Report. In it distributions of dose of isolated seeds measured and calculated by Monte Carlo method in water instead of with models half-empiricists. In this work we in accordance with present some preliminary results of the calculation of functions of radial anisotropy and of dose in the distance for seed of 192Ir, wide used in brachytherapy treatments of high tax of dose (HDR), with the aid of the program based on the Monte Carlo method MCNPX v2.50 (Mount Carlo N ParticleeXtended). The materials chosen in the simulation beyond water, had been MS20 and estriado muscle

Uso do método de Monte Carlo para simulação e detecção do espectro de raios-X gerado com feixes de elétrons em alvo de Molibdênio, utilizando o Geant4

The huge demand for procedures involving ionizing radiation promotes the need for safe methods of experimentation considering the danger of their biological e ects with consequent risk to humans. Brazilian's legislation prohibits experiments involving this type of radiation in humans through Decree 453 of Ministry of Health with determines that such procedures comply with the principles of justi cation, optimization and dose limitation. In this line, concurrently with the advancement of available computer processing power, computing simulations have become relevant in those situations where experimental procedures are too cost or impractical. The Monte Carlo method, created along the Manhattan Project duringWorldWar II, is a powerful strategy to simulations in computational physics. In medical physics, this technique has been extensively used with applications in diagnostics and cancer treatment. The objective of this work is to simulate the production and detection of X-rays for the energy range of diagnostic radiology, for molybdenum target, using the Geant4 toolkit. X-ray tubes with this kind of target material are used in diagnostic radiology, speci cally in mammography, one of the most used techniques for screening of breast cancer in women. During the simulations, we used di erent models for bremsstrahlung available in physical models for low energy, in situations already covered by the literature in earlier versions of Geant4. Our results show that although the physical situations seems qualitatively adequate, quantitative comparisons to available analytical data shows aws in the code of Geant4 Low Energy source

Estudo do método Monte Carlo e sua aplicação no modelo SIR

In this work we present a discussion and the results of the simulation of disease spread using the Monte Carlo method. The dissemination model is the SIR model and presents as main characteristic the disease evolution among individuals of the population subdivided into three groups: susceptible (S), infected (I) and recovered (R). The technique used is based on the introduction of transition probabilities S-> I and I->R to do the spread of the disease, they are governed by a Poisson distribution. The simulation of the spread of disease was based on the randomness introduced, taking into account two basic parameters of the model, the power of infection and average time of the disease. Considering appropriate values of these parameters, the results are presented graphically and analysis of these results gives information on a group of individuals react to the changes of these parameters and what are the chances of a disease becoming a pandemic

Análisis y diseño de multiplicadores y mezcladores mediante el método de Monte Carlo en la banda de THz = Analysis and design of multipliers and mixers via Monte Carlo modelling at THz bands

La región del espectro electromagnético comprendida entre 100 GHz y 10 THz alberga una gran variedad de aplicaciones en campos tan dispares como la radioastronomía, espectroscopíamolecular, medicina, seguridad, radar, etc. Los principales inconvenientes en el desarrollo de estas aplicaciones son los altos costes de producción de los sistemas trabajando a estas frecuencias, su costoso mantenimiento, gran volumen y baja fiabilidad. Entre las diferentes tecnologías a frecuencias de THz, la tecnología de los diodos Schottky juega un importante papel debido a su madurez y a la sencillez de estos dispositivos. Además, los diodos Schottky pueden operar tanto a temperatura ambiente como a temperaturas criogénicas, con altas eficiencias cuando se usan como multiplicadores y con moderadas temperaturas de ruido en mezcladores. El principal objetivo de esta tesis doctoral es analizar los fenómenos físicos responsables de las características eléctricas y del ruido en los diodos Schottky, así como analizar y diseñar circuitos multiplicadores y mezcladores en bandas milimétricas y submilimétricas. La primera parte de la tesis presenta un análisis de los fenómenos físicos que limitan el comportamiento de los diodos Schottky de GaAs y GaN y de las características del espectro de ruido de estos dispositivos. Para llevar a cabo este análisis, un modelo del diodo basado en la técnica de Monte Carlo se ha considerado como referencia debido a la elevada precisión y fiabilidad de este modelo. Además, el modelo de Monte Carlo permite calcular directamente el espectro de ruido de los diodos sin necesidad de utilizar ningún modelo analítico o empírico. Se han analizado fenómenos físicos como saturación de la velocidad, inercia de los portadores, dependencia de la movilidad electrónica con la longitud de la epicapa, resonancias del plasma y efectos no locales y no estacionarios. También se ha presentado un completo análisis del espectro de ruido para diodos Schottky de GaAs y GaN operando tanto en condiciones estáticas como variables con el tiempo. Los resultados obtenidos en esta parte de la tesis contribuyen a mejorar la comprensión de la respuesta eléctrica y del ruido de los diodos Schottky en condiciones de altas frecuencias y/o altos campos eléctricos. También, estos resultados han ayudado a determinar las limitaciones de modelos numéricos y analíticos usados en el análisis de la respuesta eléctrica y del ruido electrónico en los diodos Schottky. La segunda parte de la tesis está dedicada al análisis de multiplicadores y mezcladores mediante una herramienta de simulación de circuitos basada en la técnica de balance armónico. Diferentes modelos basados en circuitos equivalentes del dispositivo, en las ecuaciones de arrastre-difusión y en la técnica de Monte Carlo se han considerado en este análisis. El modelo de Monte Carlo acoplado a la técnica de balance armónico se ha usado como referencia para evaluar las limitaciones y el rango de validez de modelos basados en circuitos equivalentes y en las ecuaciones de arrastredifusión para el diseño de circuitos multiplicadores y mezcladores. Una notable característica de esta herramienta de simulación es que permite diseñar circuitos Schottky teniendo en cuenta tanto la respuesta eléctrica como el ruido generado en los dispositivos. Los resultados de las simulaciones presentados en esta parte de la tesis, tanto paramultiplicadores comomezcladores, se han comparado con resultados experimentales publicados en la literatura. El simulador que integra el modelo de Monte Carlo con la técnica de balance armónico permite analizar y diseñar circuitos a frecuencias superiores a 1 THz. ABSTRACT The terahertz region of the electromagnetic spectrum(100 GHz-10 THz) presents a wide range of applications such as radio-astronomy, molecular spectroscopy, medicine, security and radar, among others. The main obstacles for the development of these applications are the high production cost of the systems working at these frequencies, highmaintenance, high volume and low reliability. Among the different THz technologies, Schottky technology plays an important rule due to its maturity and the inherent simplicity of these devices. Besides, Schottky diodes can operate at both room and cryogenic temperatures, with high efficiency in multipliers and moderate noise temperature in mixers. This PhD. thesis is mainly concerned with the analysis of the physical processes responsible for the characteristics of the electrical response and noise of Schottky diodes, as well as the analysis and design of frequency multipliers and mixers at millimeter and submillimeter wavelengths. The first part of the thesis deals with the analysis of the physical phenomena limiting the electrical performance of GaAs and GaN Schottky diodes and their noise performance. To carry out this analysis, a Monte Carlo model of the diode has been used as a reference due to the high accuracy and reliability of this diode model at millimeter and submillimter wavelengths. Besides, the Monte Carlo model provides a direct description of the noise spectra of the devices without the necessity of any additional analytical or empirical model. Physical phenomena like velocity saturation, carrier inertia, dependence of the electron mobility on the epilayer length, plasma resonance and nonlocal effects in time and space have been analysed. Also, a complete analysis of the current noise spectra of GaAs and GaN Schottky diodes operating under static and time varying conditions is presented in this part of the thesis. The obtained results provide a better understanding of the electrical and the noise responses of Schottky diodes under high frequency and/or high electric field conditions. Also these results have helped to determine the limitations of numerical and analytical models used in the analysis of the electrical and the noise responses of these devices. The second part of the thesis is devoted to the analysis of frequency multipliers and mixers by means of an in-house circuit simulation tool based on the harmonic balance technique. Different lumped equivalent circuits, drift-diffusion and Monte Carlo models have been considered in this analysis. The Monte Carlo model coupled to the harmonic balance technique has been used as a reference to evaluate the limitations and range of validity of lumped equivalent circuit and driftdiffusion models for the design of frequency multipliers and mixers. A remarkable feature of this reference simulation tool is that it enables the design of Schottky circuits from both electrical and noise considerations. The simulation results presented in this part of the thesis for both multipliers and mixers have been compared with measured results available in the literature. In addition, the Monte Carlo simulation tool allows the analysis and design of circuits above 1 THz.

Estudo dos parâmetros dosimétricos de sementes de Iodo-125 desenvolvidas pelo IPEN-CNEN/SP utilizadas em braquiterapia por simulação computacional pelo método de Monte Carlo

As expectativas da Organização Mundial de Saúde para o ano de 2030 são que o número de mortes por câncer seja de aproximadamente 13,2 milhões, evidenciando a elevada parcela desta doença no problema de saúde mundial. Com relação ao câncer de próstata, de acordo com o Instituto Nacional do Câncer, o número de casos diagnosticados no mundo em 2012 foi de aproximadamente 1,1 milhão, enquanto que no Brasil os dados indicam a incidência de 68 mil novos casos. O tratamento deste tipo de neoplasia pode ser realizado com cirurgia (prostatectomia) ou radioterapia. Dentre a radioterapia, podemos destacar a técnica de braquiterapia, a qual consiste na introdução (implante) de pequenas fontes radioativas (sementes) no interior da próstata, onde será entregue um valor elevado de dose no volume de tratamento e baixa dose nos tecidos ao redor. No Brasil, a classe médica estima uma demanda de aproximadamente 8000 sementes/mês, sendo o custo unitário de cada semente de pelo menos U$ 26,00. A Associação Americana de Físicos na Medicina publicou alguns documentos descrevendo quais parâmetros e análises devem ser realizadas para avaliações da distribuição de dose, como por exemplo, os parâmetros Constante de taxa de dose, Função radial e Função de anisotropia. Estes parâmetros podem ser obtidos através de medidas experimentais da distribuição de dose ou por simulações computacionais. Neste trabalho foram determinados os parâmetros dosimétricos da semente OncoSeed-6711 da empresa Oncura-GEHealthcare e da semente desenvolvida pelo Grupo de Dosimetria de Fontes de Braquiterapia do Centro de Tecnologia das Radiações (CTR IPEN-CNEN/SP) por simulação computacional da distribuição de dose utilizando o código MCNP5, baseado no Método de Monte Carlo. A semente 6711 foi modelada, assim como um sistema dosimétrico constituído por um objeto simulador cúbico de 30x30x30 cm3 preenchido com água. Os valores obtidos da semente 6711 foram comparados com alguns apresentados na literatura, onde o parâmetro Constante de taxa de dose apresentou erro relativo em relação ao valor publicado no TG- 43 de 0,1%, sendo que os outros parâmetros analisados também apresentaram boa concordância com os valores publicados na literatura. Deste modo, pode-se considerar que os parâmetros utilizados nas simulações (espectro, modelagem geométrica e avaliação de resultados) estão compatíveis com outros estudos, sendo estes parâmetros também utilizados nas simulações da semente do IPEN. Considerando as análises de incerteza estatística, os valores obtidos da semente do IPEN são semelhantes aos valores da semente 6711.

Aplicação do método de Monte Carlo no estudo da padronização de radionuclídeos com esquema de desintegração complexos em sistema de coincidencias 4-pi-beta-gama

Tese (Doutoramento)