Anisotropic dispersion, space competition, and the slowdown of the Neolithic transition

The front speed of the Neolithic (farmer) spread in Europe decreased as it reached Northern latitudes, where the Mesolithic (huntergatherer) population density was higher. Here, we describe a reaction diffusion model with (i) an anisotropic dispersion kernel depending on the Mesolithic population density gradient and (ii) a modified population growth equation. Both effects are related to the space available for the Neolithic population. The model is able to explain the slowdown of the Neolithic front as observed from archaeological data

Overview of mathematical approaches used to model bacterial chemotaxis II: bacterial populations

We review the application of mathematical modeling to understanding the behavior of populations of chemotactic bacteria. The application of continuum mathematical models, in particular generalized Keller-Segel models, is discussed along with attempts to incorporate the microscale (individual) behavior on the macroscale, modeling the interaction between different species of bacteria, the interaction of bacteria with their environment, and methods used to obtain experimentally verified parameter values. We allude briefly to the role of modeling pattern formation in understanding collective behavior within bacterial populations. Various aspects of each model are discussed and areas for possible future research are postulated.

A study on intelligent building models

Mathematical models devoted to different aspects of building studies and brought about a significant shift in the way we view buildings. From this background a new definition of building has emerged known as intelligent building that requires integration of a variety of computer-based complex systems. Research relevant to intelligent continues to grow at a much faster pace. This paper is a review of different mathematical models described in literature, which make use of different mathematical methodologies, and are intended for intelligent building studies without complex mathematical details. Models are discussed under a wide classification. Mathematical abstract level of the applied models is detailed and integrated with its literature. The goal of this paper is to present a comprehensive account of the achievements and status of mathematical models in intelligent building research. and to suggest future directions in models.

Effect of storage temperature and media composition on the survivability of Bifidobacterium breve NCIMB 702257 in a malt hydrolisate

The aim of this study was to evaluate the survivability of Bifidobacterium breve NCIMB 702257 in a three malt-based media supplemented with cysteine and yeast extract, and to determine the protective effect of these growth factors. A number of parameterised mathematical models were used to predict of kinetics of viability and total acidity during storage at different temperatures. Results demonstrated a good fit to the experimental mathematical model. The Arrhenius equations showed only reasonable fits and the polynomial plots contained a large area without data between 4 and 25 degrees C. In addition, it was shown that cysteine promotes growth and acid production by bifidobacteria, but does not extend survivability. On the other hand, increasing the yeast extract content of the fermentation media enhances the survivability of B. breve. To our knowledge, this is the first study to address the modelling of the survivability of probiotic bacteria in a cereal based fermentation media at different temperatures, introducing a more quantitative approach to the study of the shelf-life of a probiotic product. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modelling oil absorption during post-frying cooling - II: solution of the mathematical model, model testing and simulations

The mathematical models that describe the immersion-frying period and the post-frying cooling period of an infinite slab or an infinite cylinder were solved and tested. Results were successfully compared with those found in the literature or obtained experimentally, and were discussed in terms of the hypotheses and simplifications made. The models were used as the basis of a sensitivity analysis. Simulations showed that a decrease in slab thickness and core heat capacity resulted in faster crust development. On the other hand, an increase in oil temperature and boiling heat transfer coefficient between the oil and the surface of the food accelerated crust formation. The model for oil absorption during cooling was analysed using the tested post-frying cooling equation to determine the moment in which a positive pressure driving force, allowing oil suction within the pore, originated. It was found that as crust layer thickness, pore radius and ambient temperature decreased so did the time needed to start the absorption. On the other hand, as the effective convective heat transfer coefficient between the air and the surface of the slab increased the required cooling time decreased. In addition, it was found that the time needed to allow oil absorption during cooling was extremely sensitive to pore radius, indicating the importance of an accurate pore size determination in future studies.

Markov models of aging: theory and practice

We review and structure some of the mathematical and statistical models that have been developed over the past half century to grapple with theoretical and experimental questions about the stochastic development of aging over the life course. We suggest that the mathematical models are in large part addressing the problem of partitioning the randomness in aging: How does aging vary between individuals, and within an individual over the lifecourse? How much of the variation is inherently related to some qualities of the individual, and how much is entirely random? How much of the randomness is cumulative, and how much is merely short-term flutter? We propose that recent lines of statistical inquiry in survival analysis could usefully grapple with these questions, all the more so if they were more explicitly linked to the relevant mathematical and biological models of aging. To this end, we describe points of contact among the various lines of mathematical and statistical research. We suggest some directions for future work, including the exploration of information-theoretic measures for evaluating components of stochastic models as the basis for analyzing experiments and anchoring theoretical discussions of aging.

Integrated valorization of Anona Cherimola Mill. seeds

Agricultural and agro-industrial residues are often considered both an environmental and an economical problem. Therefore, a paradigm shift is needed, assuming residues as biorefinery feedstocks. In this work cherimoya (Annona cherimola Mill.) seeds, which are lipid-rich (ca. 30%) and have a significant lignocellulosic fraction, were used as an example of a residue without any current valorization. Firstly, the lipid fraction was obtained by solvent extraction. Extraction yield varied from 13% to 28%, according to the extraction method and time, and solvent purity. This oil was converted into biodiesel (by base-catalyzed transesterification), yielding 76 g FAME/100 g oil. The obtained biodiesel is likely to be incorporated in the commercial chain, according to the EN14214 standard. The remaining lignocellulosic fraction was subjected to two alternative fractionation processes for the selective recovery of hemicellulose, aiming different products. Empirical mathematical models were developed for both processes, aiming future scale-up. Autohydrolysis rendered essentially oligosaccharides (10 gL-1) with properties indicating potential food/feed/pharmacological applications. The remaining solid was enzymatically saccharified, reaching a saccharification yield of 83%. The hydrolyzate obtained by dilute acid hydrolysis contained mostly monosaccharides, mainly xylose (26 gL-1), glucose (10 gL-1) and arabinose (3 gL-1), and had low content of microbial growth inhibitors. This hydrolyzate has proven to be appropriate to be used as culture media for exopolisaccharide production, using bacteria or microbial consortia. The maximum conversion of monosaccharides into xanthan gum was 0.87 g/g and kefiran maximum productivity was 0.07 g.(Lh)-1. This work shows the technical feasibility of using cherimoya seeds, and materials as such, as potential feedstocks, opening new perspectives for upgrading them in the biorefinery framework.

Efeitos ambientais e genéticos sobre escores visuais e ganho de peso à desmama de animais formadores da raça Brangus

Estudaram-se os efeitos da idade da vaca ao parto e da idade do animal à desmama, bem como os efeitos genéticos aditivo direto e materno e da heterozigose individual, sobre os escores visuais de conformação, precocidade e musculatura e ganho de peso do nascimento à desmama, de animais formadores da raça Brangus. Foram analisados 53.683, 45.136, 52.937 e 56.471 dados de conformação, precocidade e musculatura à desmama e ganho de peso do nascimento à desmama, respectivamente, de animais nascidos entre 1986 e 2002, provenientes do arquivo zootécnico da empresa Gensys Consultores Associados S/C Ltda. Os efeitos de ambiente e genéticos sobre as características em estudo foram analisados pelo método de quadrados mínimos usando modelos matemáticos que incluíram grupo de contemporâneos como variável classificatória e a idade da vaca ao parto, a idade do animal à desmama e os efeitos aditivo direto e materno e da heterozigose individual como co-variáveis. Todos os efeitos incluídos nos modelos afetaram significativamente as características avaliadas, com exceção do efeito da idade da vaca ao parto sobre o ganho de peso do nascimento à desmama e do efeito aditivo materno sobre todas as características estudadas. Os efeitos ambientais e genéticos revelaram-se importantes fontes de variação para as características estudadas e devem, pois, ser considerados na distinção e comparação dos animais para seleção.

Models for genetic evaluation of Nelore cattle mature body weight

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Comparison of methodologies for degree-day estimation using numerical methods

O desenvolvimento de projetos relacionados ao desempenho de diversas culturas tem recebido aperfeiçoamento cada vez maior, incorporado a modelos matemáticos sendo indispensável à utilização de equações cada vez mais consistentes que possibilitem previsão e maior aproximação do comportamento real, diminuindo o erro na obtenção das estimativas. Entre as operações unitárias que demandam maior estudo estão aquelas relacionadas com o crescimento da cultura, caracterizadas pela temperatura ideal para o acréscimo de matéria seca. Pelo amplo uso dos métodos matemáticos na representação, análise e obtenção de estimativas de graus-dia, juntamente com a grande importância que a cultura da cana-de-açúcar tem para a economia brasileira, foi realizada uma avaliação dos modelos matemáticos comumente usados e dos métodos numéricos de integração na estimativa da disponibilidade de graus-dia para essa cultura, na região de Botucatu, Estado de São Paulo. Os modelos de integração, com discretização de 6 em 6 h, apresentaram resultados satisfatórios na estimativa de graus-dia. As metodologias tradicionais apresentaram desempenhos satisfatórios quanto à estimativa de grausdia com base na curva de temperatura horária para cada dia e para os agrupamentos de três, sete, 15 e 30 dias. Pelo método numérico de integração, a região de Botucatu, Estado de São Paulo, apresentou disponibilidade térmica anual média de 1.070,6 GD para a cultura da cana-de-açúcar.

Applied models to biodegradation kinetics of lubricant and vegetable oils in wastewater

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Comparação de modelos não-lineares para descrever o crescimento de fêmeas da raça Guzerá

Dados de crescimento e reprodução de 573 vacas da raça Guzerá, nascidas entre 1961 e 1985, na Fazenda Canoas, em Curvelo, MG, foram analisados com o objetivo de estabelecer um padrão médio de crescimento, mediante o uso de um modelo matemático que se ajuste adequadamente aos dados. Os modelos Brody, Bertalanffy, Logístico, Gompertz e Richards foram ajustados aos dados de peso/idade, coletados até 1992, e comparados quanto à qualidade de ajustamento. Os pesos assintóticos e as taxas de maturidade estimadas foram, respectivamente: para o modelo Brody, 464,49 e 0,046; para o Bertalanffy, 453,18 e 0,065; para o Logístico, 447,05 e 0,085; para o Gompertz, 449,89 e 0,075, e para o Richards, 458,26 e 0,055. O modelo Richards apresentou dificuldades computacionais para ajustamento aos dados. Os outros modelos se revelaram adequados para descrever o crescimento nesses animais, apresentando pequenas variações na qualidade de ajustamento, de acordo com os critérios utilizados. O modelo Bertalanffy foi escolhido para representar a curva média de crescimento dos animais, por apresentar um ajustamento superior no conjunto dos critérios.

Modelos matemáticos utilizados para descrever curvas de crescimento em aves aplicados ao melhoramento genético animal

A utilização de funções matemáticas para descrever o crescimento animal é antiga. Elas permitem resumir informações em alguns pontos estratégicos do desenvolvimento ponderal e descrever a evolução do peso em função da idade do animal. Também é possível comparar taxas de crescimento de diferentes indivíduos em estados fisiológicos equivalentes. Os modelos de curvas de crescimento mais utilizados na avicultura são os derivados da função Richards, pois apresentam parâmetros que possibilitam interpretação biológica e portanto podem fornecer subsídios para seleção de uma determinada forma da curva de crescimento em aves. Também pode-se utilizar polinômios segmentados para descrever as mudanças de tendência da curva de crescimento animal. Entretanto, existem importantes fatores de variação para os parâmetros das curvas, como a espécie, o sistema de criação, o sexo e suas interações. A adequação dos modelos pode ser verificada pelos valores do coeficiente de determinação (R2), do quadrado médio do resíduo (QM res), do erro de predição médio (EPm), da facilidade de convergência dos dados e pela possibilidade de interpretação biológica dos parâmetros. Estudos envolvendo modelagem e descrição da curva de crescimento e seus componentes são amplamente discutidos na literatura. Porém, programas de seleção que visem a progressos genéticos para a forma da curva não são mencionados. A importância da avaliação dos parâmetros dos modelos de curvas de crescimento é ainda mais relevante já que os maiores ganhos genéticos para peso estão relacionados com seleção para pesos em idades próximas ao ponto de inflexão. A seleção para precocidade pode ser auxiliada com base nos parâmetros do modelo associados à variáveis que descrevem esta característica genética dos animais. Esses parâmetros estão relacionados a importantes características produtivas e reprodutivas e apresentam magnitudes diferentes, de acordo com a espécie, o sexo e o modelo utilizados na avaliação. Outra metodologia utilizada são os modelos de regressão aleatória, permitindo mudanças graduais nas covariâncias entre idades ao longo do tempo e predizendo variâncias e covariâncias em pontos contidos ao longo da trajetória estudada. A utilização de modelos de regressões aleatórias traz como vantagem a separação da variação da curva de crescimento fenotípica em seus diferentes efeitos genético aditivo e de ambiente permanente individual, mediante a determinação dos coeficientes de regressão aleatórios para esses diferentes efeitos. Além disto, não há necessidade de utilizar fatores de ajuste para a idade. Esta revisão teve por objetivos levantar os principais modelos matemáticos frequentistas utilizados no estudo de curvas de crescimento de aves, com maior ênfase nos empregados com a finalidade de estimar parâmetros genéticos e fenotípicos.

Evaluation and identification of lightning models by artificial neural networks

This paper describes a novel approach for mapping lightning models using artificial neural networks. The networks acts as identifier of structural features of the lightning models so that output parameters can be estimated and generalized from an input parameter set. Simulation examples are presented to validate the proposed approach. More specifically, the neural networks are used to compute electrical field intensity and critical disruptive voltage taking into account several atmospheric and structural factors, such as pressure, temperature, humidity, distance between phases, height of bus bars, and wave forms. A comparative analysis with other approaches is also provided to illustrate this new methodology.

Distribution line models analysis for loss calculation within three-phase three-wire power flow algorithms

Three-phase three-wire power flow algorithms, as any tool for power systems analysis, require reliable impedances and models in order to obtain accurate results. Kron's reduction procedure, which embeds neutral wire influence into phase wires, has shown good results when three-phase three-wire power flow algorithms based on current summation method were used. However, Kron's reduction can harm reliabilities of some algorithms whose iterative processes need loss calculation (power summation method). In this work, three three-phase three-wire power flow algorithms based on power summation method, will be compared with a three-phase four-wire approach based on backward-forward technique and current summation. Two four-wire unbalanced medium-voltage distribution networks will be analyzed and results will be presented and discussed. © 2004 IEEE.