Zastosowanie modelu hantli w badaniach właściwości fizykochemicznych i strukturalnych układów homo- i heterogenicznych metodą Monte Carlo

Wydział Chemii

Aplicação do Método de Monte Carlo no estudo da atividade obtida em sistema de coincidências 4π(β,EC)-γ pelo Método da Discriminação com reposição

Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear)

A medida e as escalas de avaliação da saúde das populações neonatais e pediátricas : estudo de simulação de Monte Carlo com variáveis ordinais

A investigação na área da saúde e a utilização dos seus resultados tem funcionado como base para a melhoria da qualidade de cuidados, exigindo dos profissionais de saúde conhecimentos na área específica onde desempenham funções, conhecimentos em metodologia de investigação que incluam as técnicas de observação, técnicas de recolha e análise de dados, para mais facilmente serem leitores capacitados dos resultados da investigação. Os profissionais de saúde são observadores privilegiados das respostas humanas à saúde e à doença, podendo contribuir para o desenvolvimento e bem-estar dos indivíduos muitas vezes em situações de grande vulnerabilidade. Em saúde infantil e pediatria o enfoque está nos cuidados centrados na família privilegiando-se o desenvolvimento harmonioso da criança e jovem, valorizando os resultados mensuráveis em saúde que permitam determinar a eficácia das intervenções e a qualidade de saúde e de vida. No contexto pediátrico realçamos as práticas baseadas na evidência, a importância atribuída à pesquisa e à aplicação dos resultados da investigação nas práticas clínicas, assim como o desenvolvimento de instrumentos de mensuração padronizados, nomeadamente as escalas de avaliação, de ampla utilização clínica, que facilitam a apreciação e avaliação do desenvolvimento e da saúde das crianças e jovens e resultem em ganhos em saúde. A observação de forma sistematizada das populações neonatais e pediátricas com escalas de avaliação tem vindo a aumentar, o que tem permitido um maior equilíbrio na avaliação das crianças e também uma observação baseada na teoria e nos resultados da investigação. Alguns destes aspetos serviram de base ao desenvolvimento deste trabalho que pretende dar resposta a 3 objetivos fundamentais. Para dar resposta ao primeiro objetivo, “Identificar na literatura científica, os testes estatísticos mais frequentemente utilizados pelos investigadores da área da saúde infantil e pediatria quando usam escalas de avaliação” foi feita uma revisão sistemática da literatura, que tinha como objetivo analisar artigos científicos cujos instrumentos de recolha de dados fossem escalas de avaliação, na área da saúde da criança e jovem, desenvolvidas com variáveis ordinais, e identificar os testes estatísticos aplicados com estas variáveis. A análise exploratória dos artigos permitiu-nos verificar que os investigadores utilizam diferentes instrumentos com diferentes formatos de medida ordinal (com 3, 4, 5, 7, 10 pontos) e tanto aplicam testes paramétricos como não paramétricos, ou os dois em simultâneo, com este tipo de variáveis, seja qual for a dimensão da amostra. A descrição da metodologia nem sempre explicita se são cumpridas as assunções dos testes. Os artigos consultados nem sempre fazem referência à distribuição de frequência das variáveis (simetria/assimetria) nem à magnitude das correlações entre os itens. A leitura desta bibliografia serviu de suporte à elaboração de dois artigos, um de revisão sistemática da literatura e outro de reflexão teórica. Apesar de terem sido encontradas algumas respostas às dúvidas com que os investigadores e os profissionais, que trabalham com estes instrumentos, se deparam, verifica-se a necessidade de desenvolver estudos de simulação que confirmem algumas situações reais e alguma teoria já existente, e trabalhem outros aspetos nos quais se possam enquadrar os cenários reais de forma a facilitar a tomada de decisão dos investigadores e clínicos que utilizam escalas de avaliação. Para dar resposta ao segundo objetivo “Comparar a performance, em termos de potência e probabilidade de erro de tipo I, das 4 estatísticas da MANOVA paramétrica com 2 estatísticas da MANOVA não paramétrica quando se utilizam variáveis ordinais correlacionadas, geradas aleatoriamente”, desenvolvemos um estudo de simulação, através do Método de Monte Carlo, efetuado no Software R. O delineamento do estudo de simulação incluiu um vetor com 3 variáveis dependentes, uma variável independente (fator com três grupos), escalas de avaliação com um formato de medida com 3, 4, 5, e 7 pontos, diferentes probabilidades marginais (p1 para distribuição simétrica, p2 para distribuição assimétrica positiva, p3 para distribuição assimétrica negativa e p4 para distribuição uniforme) em cada um dos três grupos, correlações de baixa, média e elevada magnitude (r=0.10, r=0.40, r=0.70, respetivamente), e seis dimensões de amostras (n=30, 60, 90, 120, 240, 300). A análise dos resultados permitiu dizer que a maior raiz de Roy foi a estatística que apresentou estimativas de probabilidade de erro de tipo I e de potência de teste mais elevadas. A potência dos testes apresenta comportamentos diferentes, dependendo da distribuição de frequência da resposta aos itens, da magnitude das correlações entre itens, da dimensão da amostra e do formato de medida da escala. Tendo por base a distribuição de frequência, considerámos três situações distintas: a primeira (com probabilidades marginais p1,p1,p4 e p4,p4,p1) em que as estimativas da potência eram muito baixas, nos diferentes cenários; a segunda situação (com probabilidades marginais p2,p3,p4; p1,p2,p3 e p2,p2,p3) em que a magnitude das potências é elevada, nas amostras com dimensão superior ou igual a 60 observações e nas escalas com 3, 4,5 pontos e potências de magnitude menos elevada nas escalas com 7 pontos, mas com a mesma ma magnitude nas amostras com dimensão igual a 120 observações, seja qual for o cenário; a terceira situação (com probabilidades marginais p1,p1,p2; p1,p2,p4; p2,p2,p1; p4,p4,p2 e p2,p2,p4) em que quanto maiores, a intensidade das correlações entre itens e o número de pontos da escala, e menor a dimensão das amostras, menor a potência dos testes, sendo o lambda de Wilks aplicado às ordens mais potente do que todas as outra s estatísticas da MANOVA, com valores imediatamente a seguir à maior raiz de Roy. No entanto, a magnitude das potências dos testes paramétricos e não paramétricos assemelha-se nas amostras com dimensão superior a 90 observações (com correlações de baixa e média magnitude), entre as variáveis dependentes nas escalas com 3, 4 e 5 pontos; e superiores a 240 observações, para correlações de baixa intensidade, nas escalas com 7 pontos. No estudo de simulação e tendo por base a distribuição de frequência, concluímos que na primeira situação de simulação e para os diferentes cenários, as potências são de baixa magnitude devido ao facto de a MANOVA não detetar diferenças entre grupos pela sua similaridade. Na segunda situação de simulação e para os diferentes cenários, a magnitude das potências é elevada em todos os cenários cuja dimensão da amostra seja superior a 60 observações, pelo que é possível aplicar testes paramétricos. Na terceira situação de simulação, e para os diferentes cenários quanto menor a dimensão da amostra e mais elevada a intensidade das correlações e o número de pontos da escala, menor a potência dos testes, sendo a magnitude das potências mais elevadas no teste de Wilks aplicado às ordens, seguido do traço de Pillai aplicado às ordens. No entanto, a magnitude das potências dos testes paramétricos e não paramétricos assemelha-se nas amostras com maior dimensão e correlações de baixa e média magnitude. Para dar resposta ao terceiro objetivo “Enquadrar os resultados da aplicação da MANOVA paramétrica e da MANOVA não paramétrica a dados reais provenientes de escalas de avaliação com um formato de medida com 3, 4, 5 e 7 pontos, nos resultados do estudo de simulação estatística” utilizaram-se dados reais que emergiram da observação de recém-nascidos com a escala de avaliação das competências para a alimentação oral, Early Feeding Skills (EFS), o risco de lesões da pele, com a Neonatal Skin Risk Assessment Scale (NSRAS), e a avaliação da independência funcional em crianças e jovens com espinha bífida, com a Functional Independence Measure (FIM). Para fazer a análise destas escalas foram realizadas 4 aplicações práticas que se enquadrassem nos cenários do estudo de simulação. A idade, o peso, e o nível de lesão medular foram as variáveis independentes escolhidas para selecionar os grupos, sendo os recém-nascidos agrupados por “classes de idade gestacional” e por “classes de peso” as crianças e jovens com espinha bífida por “classes etárias” e “níveis de lesão medular”. Verificou-se um bom enquadramento dos resultados com dados reais no estudo de simulação.

Hybrid Monte Carlo algorithm for the double exchange model

The Hybrid Monte Carlo algorithm is adapted to the simulation of a system of classical degrees of freedom coupled to non self-interacting lattices fermions. The diagonalization of the Hamiltonian matrix is avoided by introducing a path-integral formulation of the problem, in d + 1 Euclidean space–time. A perfect action formulation allows to work on the continuum Euclidean time, without need for a Trotter–Suzuki extrapolation. To demonstrate the feasibility of the method we study the Double Exchange Model in three dimensions. The complexity of the algorithm grows only as the system volume, allowing to simulate in lattices as large as 163 on a personal computer. We conclude that the second order paramagnetic–ferromagnetic phase transition of Double Exchange Materials close to half-filling belongs to the Universality Class of the three-dimensional classical Heisenberg model.

Effects of collimator backscatter in an Elekta linac by Monte Carlo simulation

The effects of radiation backscattered from the secondary collimators into the monitor chamber in an Elekta linac (producing 6 and 10 MV photon beams) are investigated using BEAMnrc Monte Carlo simulations. The degree and effects of this backscattered radiation are assessed by evaluating the changes to the calculated dose in the monitor chamber, and by determining a correction factor for those changes. Additionally, the fluency and energy characteristics of particles entering the monitor chamber from the downstream direction are evaluated by examining BEAMnrc phase-space data. It is shown that the proportion of particles backscattered into the monitor chamber is small (<0.35 %), for all field sizes studied. However, when the backscatter plate is removed from the model linac, these backscattered particles generate a noticeable increase in dose to the monitor chamber (up to approximate to 2.4 % for the 6 MV beam and up to 4.4 % for the 10 MV beam). With its backscatter plate in place, the Elekta linac (operating at 6 and 10 MV) is subject to negligible variation of monitor chamber dose with field size. At these energies, output variations in photon beams produced by the clinical Elekta linear accelerator can be attributed to head scatter alone. Corrections for field-size-dependence of monitor chamber dose are not necessary when running Monte Carlo simulations of the Elekta linac operating at 6 and 10 MV.

A cost-based optimization of a fiberboard pressing plant using Monte-Carlo simulation (a reliability program)

In this research the reliability and availability of fiberboard pressing plant is assessed and a cost-based optimization of the system using the Monte- Carlo simulation method is performed. The woodchip and pulp or engineered wood industry in Australia and around the world is a lucrative industry. One such industry is hardboard. The pressing system is the main system, as it converts the wet pulp to fiberboard. The assessment identified the pressing system has the highest downtime throughout the plant plus it represents the bottleneck in the process. A survey in the late nineties revealed there are over one thousand plants around the world, with the pressing system being a common system among these plants. No work has been done to assess or estimate the reliability of such a pressing system; therefore this assessment can be used for assessing any plant of this type.

Latent degradation indicators estimation and prediction : a Monte Carlo approach

Asset health inspections can produce two types of indicators: (1) direct indicators (e.g. the thickness of a brake pad, and the crack depth on a gear) which directly relate to a failure mechanism; and (2) indirect indicators (e.g. the indicators extracted from vibration signals and oil analysis data) which can only partially reveal a failure mechanism. While direct indicators enable more precise references to asset health condition, they are often more difficult to obtain than indirect indicators. The state space model provides an efficient approach to estimating direct indicators by using indirect indicators. However, existing state space models to estimate direct indicators largely depend on assumptions such as, discrete time, discrete state, linearity, and Gaussianity. The discrete time assumption requires fixed inspection intervals. The discrete state assumption entails discretising continuous degradation indicators, which often introduces additional errors. The linear and Gaussian assumptions are not consistent with nonlinear and irreversible degradation processes in most engineering assets. This paper proposes a state space model without these assumptions. Monte Carlo-based algorithms are developed to estimate the model parameters and the remaining useful life. These algorithms are evaluated for performance using numerical simulations through MATLAB. The result shows that both the parameters and the remaining useful life are estimated accurately. Finally, the new state space model is used to process vibration and crack depth data from an accelerated test of a gearbox. During this application, the new state space model shows a better fitness result than the state space model with linear and Gaussian assumption.