Artificial evolution on network structures : how time and space influence dynamics

Abstract The main objective of this work is to show how the choice of the temporal dimension and of the spatial structure of the population influences an artificial evolutionary process. In the field of Artificial Evolution we can observe a common trend in synchronously evolv¬ing panmictic populations, i.e., populations in which any individual can be recombined with any other individual. Already in the '90s, the works of Spiessens and Manderick, Sarma and De Jong, and Gorges-Schleuter have pointed out that, if a population is struc¬tured according to a mono- or bi-dimensional regular lattice, the evolutionary process shows a different dynamic with respect to the panmictic case. In particular, Sarma and De Jong have studied the selection pressure (i.e., the diffusion of a best individual when the only selection operator is active) induced by a regular bi-dimensional structure of the population, proposing a logistic modeling of the selection pressure curves. This model supposes that the diffusion of a best individual in a population follows an exponential law. We show that such a model is inadequate to describe the process, since the growth speed must be quadratic or sub-quadratic in the case of a bi-dimensional regular lattice. New linear and sub-quadratic models are proposed for modeling the selection pressure curves in, respectively, mono- and bi-dimensional regu¬lar structures. These models are extended to describe the process when asynchronous evolutions are employed. Different dynamics of the populations imply different search strategies of the resulting algorithm, when the evolutionary process is used to solve optimisation problems. A benchmark of both discrete and continuous test problems is used to study the search characteristics of the different topologies and updates of the populations. In the last decade, the pioneering studies of Watts and Strogatz have shown that most real networks, both in the biological and sociological worlds as well as in man-made structures, have mathematical properties that set them apart from regular and random structures. In particular, they introduced the concepts of small-world graphs, and they showed that this new family of structures has interesting computing capabilities. Populations structured according to these new topologies are proposed, and their evolutionary dynamics are studied and modeled. We also propose asynchronous evolutions for these structures, and the resulting evolutionary behaviors are investigated. Many man-made networks have grown, and are still growing incrementally, and explanations have been proposed for their actual shape, such as Albert and Barabasi's preferential attachment growth rule. However, many actual networks seem to have undergone some kind of Darwinian variation and selection. Thus, how these networks might have come to be selected is an interesting yet unanswered question. In the last part of this work, we show how a simple evolutionary algorithm can enable the emrgence o these kinds of structures for two prototypical problems of the automata networks world, the majority classification and the synchronisation problems. Synopsis L'objectif principal de ce travail est de montrer l'influence du choix de la dimension temporelle et de la structure spatiale d'une population sur un processus évolutionnaire artificiel. Dans le domaine de l'Evolution Artificielle on peut observer une tendence à évoluer d'une façon synchrone des populations panmictiques, où chaque individu peut être récombiné avec tout autre individu dans la population. Déjà dans les année '90, Spiessens et Manderick, Sarma et De Jong, et Gorges-Schleuter ont observé que, si une population possède une structure régulière mono- ou bi-dimensionnelle, le processus évolutionnaire montre une dynamique différente de celle d'une population panmictique. En particulier, Sarma et De Jong ont étudié la pression de sélection (c-à-d la diffusion d'un individu optimal quand seul l'opérateur de sélection est actif) induite par une structure régulière bi-dimensionnelle de la population, proposant une modélisation logistique des courbes de pression de sélection. Ce modèle suppose que la diffusion d'un individu optimal suit une loi exponentielle. On montre que ce modèle est inadéquat pour décrire ce phénomène, étant donné que la vitesse de croissance doit obéir à une loi quadratique ou sous-quadratique dans le cas d'une structure régulière bi-dimensionnelle. De nouveaux modèles linéaires et sous-quadratique sont proposés pour des structures mono- et bi-dimensionnelles. Ces modèles sont étendus pour décrire des processus évolutionnaires asynchrones. Différentes dynamiques de la population impliquent strategies différentes de recherche de l'algorithme résultant lorsque le processus évolutionnaire est utilisé pour résoudre des problèmes d'optimisation. Un ensemble de problèmes discrets et continus est utilisé pour étudier les charactéristiques de recherche des différentes topologies et mises à jour des populations. Ces dernières années, les études de Watts et Strogatz ont montré que beaucoup de réseaux, aussi bien dans les mondes biologiques et sociologiques que dans les structures produites par l'homme, ont des propriétés mathématiques qui les séparent à la fois des structures régulières et des structures aléatoires. En particulier, ils ont introduit la notion de graphe sm,all-world et ont montré que cette nouvelle famille de structures possède des intéressantes propriétés dynamiques. Des populations ayant ces nouvelles topologies sont proposés, et leurs dynamiques évolutionnaires sont étudiées et modélisées. Pour des populations ayant ces structures, des méthodes d'évolution asynchrone sont proposées, et la dynamique résultante est étudiée. Beaucoup de réseaux produits par l'homme se sont formés d'une façon incrémentale, et des explications pour leur forme actuelle ont été proposées, comme le preferential attachment de Albert et Barabàsi. Toutefois, beaucoup de réseaux existants doivent être le produit d'un processus de variation et sélection darwiniennes. Ainsi, la façon dont ces structures ont pu être sélectionnées est une question intéressante restée sans réponse. Dans la dernière partie de ce travail, on montre comment un simple processus évolutif artificiel permet à ce type de topologies d'émerger dans le cas de deux problèmes prototypiques des réseaux d'automates, les tâches de densité et de synchronisation.

Florescimento e frutificação do maracujazeiro-amarelo submetido à iluminação artificial, irrigação e sombreamento

O fotoperíodo, a temperatura do ar e a umidade do solo são fatores determinantes na produção do maracujazeiro-amarelo (Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Deg). A sua baixa produção no período de agosto a novembro é conseqüência do não-florescimento e frutificação em função das condições climáticas. O trabalho teve por objetivo estudar a iluminação artificial associada ou não à irrigação, no florescimento e frutificação do maracujazeiro-amarelo. Compararam-se quatro sistemas de produção, combinando-se: iluminação artificial/irrigação/sombreamento; iluminação artificial/irrigação; iluminação artificial/sombreamento; iluminação artificial, e um tratamento-testemunha, em condições naturais. Os tratamentos foram submetidos a três diferentes épocas de iluminação (12 de abril, 27 de abril e 12 de maio). O experimento foi conduzido na área da Escola Técnica Agrícola de Adamantina-SP, na região da Alta Paulista, no período de abril a novembro de 1997. De acordo com os resultados, a iluminação artificial com e sem irrigação aumentou o número de flores, o número e a produção de frutos por área do maracujazeiro-amarelo. A irrigação não alterou o florescimento, a frutificação e a produtividade em maracujazeiro iluminado, mas reduziu o número de flores em ambiente sombreado. O sombreamento com e sem irrigação reduziu o número de flores. O tratamento iluminado/irrigado/sombreado aumentou a porcentagem de vingamento de frutos. O florescimento, a frutificação e a produção por área não foram significativamente alterados pelas diferentes épocas de iluminação.

Is the relationship between major depressive disorder and self-reported alcohol use disorder an artificial one ?

AIMS: Many studies have suggested a close relationship between alcohol use disorder (AUD) and major depressive disorder (MDD). This study aimed to test whether the relationship between self-reported AUD and MDD was artificially strengthened by the diagnosis of MDD. This association was tested comparing relationships between alcohol use and AUD for depressive people and non-depressive people. METHODS: As part of the Cohort Study on Substance Use Risk Factors, 4352 male Swiss alcohol users in their early twenties answered questions concerning their alcohol use, AUD and MDD at two time points. Generalized linear models for cross-sectional and longitudinal associations were calculated. RESULTS: For cross-sectional associations, depressive participants reported a higher number of AUD symptoms (β = 0.743, P < 0.001) than non-depressive participants. Moreover, there was an interaction (β = -0.204, P = 0.001): the relationship between alcohol use and AUD was weaker for depressive participants rather than non-depressive participants. For longitudinal associations, there were almost no significant relationships between MDD at baseline and AUD at follow-up, but the interaction was still significant (β = -0.249, P < 0.001). CONCLUSION: MDD thus appeared to be a confounding variable in the relationship between alcohol use and AUD, and self-reported measures of AUD seemed to be overestimated by depressive people. This result brings into question the accuracy of self-reported measures of substance use disorders. Furthermore, it adds to the emerging debate about the usefulness of substance use disorder as a concept, when heavy substance use itself appears to be a sensitive and reliable indicator.

Caracterização físico-química de frutos de maracujazeiro-amarelo submetidos à iluminação artificial, irrigação e sombreamento

O presente trabalho objetivou avaliar alguns parâmetros físicoquímicos de frutos de maracujazeiro-amarelo (Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Deg) submetidos a diferentes sistemas de produção. Avaliaram-se o peso, o comprimento, o diâmetro, o teor de sólidos solúveis (SS) e a acidez titulável (AT) dos frutos, a relação SS/AT, o peso e o rendimento da polpa, a espessura da casca e o rendimento de suco. Compararam-se quatro sistemas de produção (iluminação artificial/irrigação/sombreamento, iluminação artificial/irrigação, iluminação artificial/sombreamento, iluminação artificial) e um tratamento-testemunha, em condições naturais. Os tratamentos foram submetidos a três diferentes épocas de iluminação (12 de abril, 27 de abril e 12 de maio). O experimento foi conduzido na área da Escola Técnica Agrícola de Adamantina - SP, na região da Alta Paulista, no período de abril a dezembro de 1997. Observou-se que, no período de junho a novembro, os diferentes sistemas de produção e as épocas de iluminação não alteraram o peso, o comprimento e o diâmetro médio dos frutos de maracujazeiro. A iluminação artificial, a irrigação e o sombreamento não influenciaram no teor de sólidos solúveis e na acidez dos frutos. Os frutos colhidos em agosto apresentaram teores de brix e de acidez maiores que os colhidos em dezembro. No mês de dezembro, no ambiente iluminado, irrigado e sombreado, verificou-se aumento do peso médio dos frutos, do peso da polpa e da espessura da casca, apesar de apresentarem menor produção. Em condições naturais, observou-se menor peso de frutos e de polpa, mas aumento no rendimento da polpa e do suco. O sombreamento artificial, na ausência de irrigação, promoveu a redução no peso e no rendimento de polpa e de suco.

La intel·ligència artificial i la seva aplicació a l'ensenyament

L'objectiu fonamental d'aquest article és mostrar com les técniques desenvolupades en intel'ligéncia artificial (lA) són d'una gran utilitat per tal de millorar el software destinat a I'ambit educatiu. Per a aixó, en primer Iloc, s'hi fa un breu resum de les finalitats i els objectius generals de les investigacions en lA realitzades fins al moment. Posteriorment, es descriuen les diferents aplicacions de la lA en I'educació dirigides als alumnes en tasques formatives i instructives, i als professors en tasques de disseny i planificació de les activitats docents. L'article acaba amb una reflexió sobre les tendéncies futures de la lA aplicada a I'educació.

HETEROTIC GROUP FORMATION IN PSIDIUM GUAJAVA L. BY ARTIFICIAL NEURAL NETWORK AND DISCRIMINANT ANALYSIS

ABSTRACT The present study aimed at evaluating the heterotic group formation in guava based on quantitative descriptors and using artificial neural network (ANN). For such, we evaluated eight quantitative descriptors. Large genetic variability was found for the eight quantitative traits in the 138 genotypes of guava. The artificial neural network technique determined that the optimal number of groups was three. The grouping consistency was determined by linear discriminant analysis, which obtained classification percentage of the groups, with a value of 86 %. It was concluded that the artificial neural network method is effective to detect genetic divergence and heterotic group formation.

Sarcoma embrionário indiferenciado do fígado: relato de caso

O sarcoma embrionário indiferenciado do fígado é uma entidade rara que acomete, principalmente, crianças acima dos cinco anos de idade. O aspecto macroscópico consiste, caracteristicamente, de grande massa hepática com maior componente sólido, porém apresenta algumas áreas císticas. Curiosamente, a tomografia computadorizada superestima o componente cístico da lesão, sendo a ultra-sonografia um método mais fidedigno na demonstração da consistência do tumor. Os estudos por imagem ajudam a afastar enfermidades não-neoplásicas, como abscessos e hematomas hepáticos, e avaliam a extensão das lesões. O diagnóstico de sarcoma embrionário indiferenciado pode ser corretamente presumido quando se consideram os achados de imagem em conjunto com a idade do paciente e o nível de alfa-fetoproteína. Os autores descrevem um caso de sarcoma embrionário indiferenciado no fígado de uma criança do sexo feminino de dez anos de idade, enfatizando seus aspectos imagenológicos e o diagnóstico diferencial.

Coleção líquida adjacente ao ligamento falciforme em pacientes no pós-operatório imediato de transplante de fígado: achado ultra sonográfico normal ou anormal? Estudo prospectivo

Os transplantes de fígado estão sendo cada vez mais realizados, havendo necessidade, cada vez maior, de uma avaliação acurada das possíveis complicações. A ultra-sonografia é entendida, nesse contexto, como o método de escolha para a avaliação inicial das complicações envolvendo o transplante. Os autores relatam, neste estudo, o achado de coleção líquida adjacente ao ligamento falciforme, no pós-operatório imediato de pacientes transplantados de fígado e que não apresentavam nenhum sinal de complicação infecciosa intra-abdominal. Foi demonstrada a presença de coleção líquida em torno do ligamento falciforme em 33 (94,3%) de 35 pacientes avaliados. Dessa forma, os autores sugerem que este achado pode corresponder a aspecto normal encontrado no pós-operatório imediato de transplante de fígado.

Estudo comparativo das seqüências rápidas ponderadas em T2, utilizando-se sincronização respiratória, apnéia, supressão de gordura, bobina de corpo e bobina de sinergia para a avaliação do fígado pela ressonância magnética

OBJETIVO: Comparar, qualitativa e quantitativamente, as imagens de ressonância magnética do fígado, ponderadas em T2, utilizando-se seqüências rápidas, diferenciadas pela técnica de controle respiratório, pela utilização de supressão de gordura e pelo tipo de bobina de radiofreqüência. MATERIAIS E MÉTODOS: Estudo prospectivo em 71 pacientes consecutivos, sendo realizadas seis seqüências para comparação: 1) supressão de gordura com sincronização respiratória e bobina de corpo; 2) supressão de gordura em apnéia e bobina de corpo; 3) sem supressão de gordura com sincronização respiratória e bobina de corpo; 4) sem supressão de gordura em apnéia e bobina de corpo; 5) com supressão de gordura com sincronização respiratória e bobina de sinergia; 6) com supressão de gordura em apnéia e bobina de sinergia. A avaliação qualitativa foi baseada em três critérios: detecção de determinadas estruturas anatômicas do fígado, definição dos contornos hepáticos, e presença de artefatos de respiração. A análise quantitativa foi obtida através da relação das intensidades de sinal do fígado e do ruído de fundo. RESULTADOS: O valor médio dos índices globais de qualidade de imagem para cada uma das seis seqüências supracitadas foi de 7,8, 4,6, 7,9, 5,2, 6,7 e 4,6, respectivamente. As seqüências obtidas com sincronização respiratória apresentaram melhor qualidade de imagem e relação sinal/ruído superiores às seqüências com apnéia (p < 0,001). As seqüências realizadas com e sem supressão de gordura apresentaram qualidade de imagem e relação sinal/ruído semelhantes (p > 0,05). As seqüências obtidas com bobina de sinergia apresentaram qualidade de imagem semelhante (p > 0,05) e relação sinal/ruído inferior àquelas com bobina de corpo (p < 0,001). CONCLUSÃO: Associando-se as análises qualitativa e quantitativa das imagens, as melhores seqüências foram aquelas obtidas com sincronização respiratória e bobina de corpo, utilizando-se ou não supressão de gordura.

Hiperplasia nodular focal do fígado: apresentação de um caso e revisão da literatura

Neste trabalho apresentamos um caso de hiperplasia nodular focal que foi diagnosticado aos seis anos de idade e que está sendo acompanhado até o momento presente. Para o diagnóstico foram imprescindíveis as técnicas de imagem, tendo importância de realce a cintilografia hepatoesplênica e a tomografia computadorizada. Apresentamos, também, revisão da literatura sobre o assunto.

Determinação do tamanho do fígado de crianças normais, entre 0 e 7 anos, por ultrassonografia

OBJETIVO: Determinar o tamanho do fígado de crianças normais, entre 0 e 7 anos de idade, por ultrassonografia, correlacionando os valores obtidos com: idade, sexo, estatura, peso corporal e índice de massa corpórea. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram examinadas 584 crianças saudáveis, subdivididas em 11 grupos etários, sendo medidos o diâmetro crânio-caudal do lobo esquerdo, na linha médio-esternal, e o diâmetro crânio-caudal da superfície posterior do lobo direito, na linha hemiclavicular. Na análise estatística foram aplicados: a) coeficiente de correlação de Pearson (estudo de correlação); b) teste t de Student não-pareado (comparação das medidas entre os sexos); c) modelos de regressão não linear (nomogramas). RESULTADOS: O tamanho hepático apresentou aumento progressivo, do nascimento aos 7 anos de idade, proporcionalmente menor que o crescimento corporal, correlacionado com idade, estatura e peso corporal (r > 0,70), não havendo correlação com índice de massa corpórea (r < 0,11). Não se observou diferença consistente das medidas hepáticas em relação ao sexo. CONCLUSÃO: Valores do tamanho do fígado de crianças normais (entre 0 e 7 anos) foram determinados mediante aplicação de técnica padronizada, verificando-se forte correlação com a idade e indicadores antropométricos. Nomogramas demonstram as variações normais do tamanho hepático na população estudada, com crescimento diferenciado para cada lobo.