Um método de matriz resposta com esquema iterativo de inversão parcial por região para problemas unidimensionais de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas

Um método de matriz resposta (RM) é descrito para gerar soluções numéricas livres de erros de truncamento espacial para problemas de transporte de nêutrons monoenergéticos e com fonte fixa, em geometria unidimensional na formulação de ordenadas discretas (SN). O método RM com esquema iterativo de inversão parcial por região (RBI) converge valores numéricos para os fluxos angulares nas fronteiras das regiões que coincidem com os valores da solução analítica das equações SN, afora os erros de arredondamento da aritmética finita computacional. Desenvolvemos um esquema numérico de reconstrução espacial, que fornece a saída para os fluxos escalares de nêutrons em qualquer ponto do domínio definido pelo usuário, com um passo de avanço também escolhido pelo usuário. Resultados numéricos são apresentados para ilustrar a precisão do presente método em cálculos de malha grossa.

Coprocessador para operações quânticas.

A demanda crescente por poder computacional estimulou a pesquisa e desenvolvimento de processadores digitais cada vez mais densos em termos de transistores e com clock mais rápido, porém não podendo desconsiderar aspectos limitantes como consumo, dissipação de calor, complexidade fabril e valor comercial. Em outra linha de tratamento da informação, está a computação quântica, que tem como repositório elementar de armazenamento a versão quântica do bit, o q-bit ou quantum bit, guardando a superposição de dois estados, diferentemente do bit clássico, o qual registra apenas um dos estados. Simuladores quânticos, executáveis em computadores convencionais, possibilitam a execução de algoritmos quânticos mas, devido ao fato de serem produtos de software, estão sujeitos à redução de desempenho em razão do modelo computacional e limitações de memória. Esta Dissertação trata de uma versão implementável em hardware de um coprocessador para simulação de operações quânticas, utilizando uma arquitetura dedicada à aplicação, com possibilidade de explorar o paralelismo por replicação de componentes e pipeline. A arquitetura inclui uma memória de estado quântico, na qual são armazenados os estados individuais e grupais dos q-bits; uma memória de rascunho, onde serão armazenados os operadores quânticos para dois ou mais q-bits construídos em tempo de execução; uma unidade de cálculo, responsável pela execução de produtos de números complexos, base dos produtos tensoriais e matriciais necessários à execução das operações quânticas; uma unidade de medição, necessária à determinação do estado quântico da máquina; e, uma unidade de controle, que permite controlar a operação correta dos componente da via de dados, utilizando um microprograma e alguns outros componentes auxiliares.

Identificação de danos estruturais utilizando técnicas de otimização.

Sistemas estruturais em suas variadas aplicações incluindo-se veículos espaciais, automóveis e estruturas de engenharia civil tais como prédios, pontes e plataformas off-shore, acumulam dano durante suas vidas úteis. Em muitas situações, tal dano pode não ser visualmente observado. Do ponto de vista da segurança e da performance da estrutura, é desejável monitorar esta possível ocorrência, localizá-la e quantificá-la. Métodos de identificação de sistemas, que em geral, são classificados numa categoria de Técnicas de Avaliação Não-Destrutivas, podem ser utilizados para esta finalidade. Usando dados experimentais tais como frequências naturais, modos de vibração e deslocamentos estáticos, e um modelo analítico estrutural, parâmetros da estrutura podem ser identificados. As propriedades estruturais do modelo analítico são modificadas de modo a minimizar a diferença entre os dados obtidos por aquele modelo e a resposta medida. Isto pode ser definido como um problema inverso onde os parâmetros da estrutura são identificados. O problema inverso, descrito acima, foi resolvido usando métodos globais de otimização devido à provável presença de inúmeros mínimos locais e a não convexidade do espaço de projeto. Neste trabalho o método da Evolução Diferencial (Differential Evolution, DE) foi utilizado como ferramenta principal de otimização. Trata-se de uma meta-heurística inspirada numa população de soluções sucessivamente atualizada por operações aritméticas como mutações, recombinações e critérios de seleção dos melhores indivíduos até que um critério de convergência seja alcançado. O método da Evolução Diferencial foi desenvolvido como uma heurística para minimizar funções não diferenciáveis e foi aplicado a estruturas planas de treliças com diferentes níveis de danos.

Estudo da interação de antipsicóticos atípicos e albumina sérica com base em modelos matemáticos e espectrofluorimétricos

Os antipsicóticos são drogas utilizadas no tratamento de muitos transtornos psiquiátricos, sendo classificados em dois grupos: típicos e atípicos. Os típicos formam o grupo de drogas que bloqueiam especialmente os receptores de dopamina e, por isto, causam efeitos colaterais característicos, que se manifestam através de sintomas extrapiramidais e podem terminar em discinesia tardia. Os atípicos apresentam eficácia antipsicótica similar à dos antipsicóticos típicos, mas produzem menos efeitos colaterais extrapiramidais e não causam discinesia tardia. Os antipsicóticos se ligam às proteínas plasmáticas, principalmente a albumina, a qual representa cerca de 60% do total das proteínas no soro humano. Neste trabalho estudamos os processos de interação de duas drogas antipsicóticas atípicas, risperidona e sulpirida, com as albuminas séricas humana (HSA) e bovina (BSA), através da técnica de supressão da fluorescência intrínseca do triptofano. A partir dos espectros de fluorescência, a análise dos dados foi feita obtendo-se os gráficos e as constantes de Stern-Volmer. A análise da supressão da fluorescência foi feita a partir da média aritmética dos dados oriundos dos experimentos realizados em cada condição adotada. Como a molécula da sulpirida é fluorescente desenvolvemos uma modelagem matemática do processo de interação, que nos permitiu então obter os dados referentes à supressão da fluorescência da proteína. Os resultados mostraram que a risperidona e a sulpirida suprimem a fluorescência de ambas albuminas por um processo de quenching estático, formando complexos droga-albumina. A risperidona tem uma afinidade com a HSA cerca de 6,5 vezes maior do que a sulpirida, a 37 oC. As constantes de associação calculadas para a interação risperidona-HSA, através da Teoria de Stern-Volmer, foram 1,43 ( 0,05) x 105 M-1, a 37 C, e 2,56 ( 0,09) x 105 M-1, a 25 C1; e para a sulpirida, 2,20 ( 0,08) x 104 M-1, a 37 C, e 5,46 ( 0,20) x 104 M-1, a 25 C. Como a taxa de quenching da BSA foi maior do que a da HSA, sugerimos que o sítio primário para a risperidona nas albuminas esteja localizado mais próximo ao domínio do triptofano 134 da BSA do que do domínio do triptofano 212 da HSA. O mesmo sugerimos com relação ao sítio para a sulpirida a 37 C.

Uma análise dos esquemas de dígitos verificadores usados no Brasil

Neste trabalho discutimos vários sistemas de dígitos verificadores utilizados no Brasil, muitos deles semelhantes a esquemas usados mundialmente, e fazemos uma análise da sua capacidade de detectar os diversos tipos de erros que são comuns na entrada de dados em sistemas computacionais. A análise nos mostra que os esquemas escolhidos constituem decisões subotimizadas e quase nunca obtêm a melhor taxa de detecção de erros possível. Os sistemas de dígitos verificadores são baseados em três teorias da álgebra: aritmética modular, teoria de grupos e quasigrupos. Para os sistemas baseados em aritmética modular, apresentamos várias melhorias que podem ser introduzidas. Desenvolvemos um novo esquema ótimo baseado em aritmética modular base 10 com três permutações para identificadores de tamanho maior do que sete. Descrevemos também o esquema Verhoeff, já antigo, mas pouquíssimo utilizado e que também é uma alternativa de melhoria para identificadores de tamanho até sete. Desenvolvemos ainda, esquemas ótimos para qualquer base modular prima que detectam todos os tipos de erros considerados. A dissertação faz uso ainda de elementos da estatística, no estudo das probabilidades de detecção de erros e de algoritmos, na obtenção de esquemas ótimos.

Postrelease survival, vertical and horizontal movements, and thermal habitats of five species of pelagic sharks in the central Pacific Ocean

From 2001 to 2006, 71 pop-up satellite archival tags (PSATs) were deployed on five species of pelagic shark (blue shark [Prionace glauca]; shortfin mako [Isurus oxyrinchus]; silky shark [Carcharhinus falciformis]; oceanic whitetip shark [C. longimanus]; and bigeye thresher [Alopias superciliosus]) in the central Pacific Ocean to determine species-specific movement patterns and survival rates after release from longline fishing gear. Only a single postrelease mortality could be unequivocally documented: a male blue shark which succumbed seven days after release. Meta-analysis of published reports and the current study (n=78 reporting PSATs) indicated that the summary effect of postrelease mortality for blue sharks was 15% (95% CI, 8.5–25.1%) and suggested that catch-and-release in longline fisheries can be a viable management tool to protect parental biomass in shark populations. Pelagic sharks displayed species-specific depth and temperature ranges, although with significant individual temporal and spatial variability in vertical movement patterns, which were also punctuated by stochastic events (e.g., El Niño-Southern Oscillation). Pelagic species can be separated into three broad groups based on daytime temperature preferences by using the unweighted pair-group method with arithmetic averaging clustering on a Kolmogorov-Smirnov Dmax distance matrix: 1) epipelagic species (silky and oceanic whitetip sharks), which spent >95% of their time at temperatures within 2°C of sea surface temperature; 2) mesopelagic-I species (blue sharks and shortfin makos, which spent 95% of their time at temperatures from 9.7° to 26.9°C and from 9.4° to 25.0°C, respectively; and 3) mesopelagic-II species (bigeye threshers), which spent 95% of their time at temperatures from 6.7° to 21.2°C. Distinct thermal niche partitioning based on body size and latitude was also evident within epipelagic species.

A modeling approach to identify optimal habitat and suitable fishing grounds for neon flying squid (Ommastrephes bartramii) in the Northwest Pacific Ocean

We developed a habitat suitability index (HSI) model to understand and identify the optimal habitat and potential fishing grounds for neon f lying squid (Ommastrephes bartramii) in the Northwest Pacific Ocean. Remote sensing data, including sea surface temperature, sea surface salinity, sea surface height, and chlorophyll-a concentrations, as well as fishery data from Chinese mainland squid f leets in the main fishing ground (150–165°E longitude) from August to October, from 1999 to 2004, were used. The HSI model was validated by using fishery data from 2005. The arithmetic mean modeling with three of the environmental variables—sea surface temperature, sea surface height anomaly, and chlorophyll- a concentrations—was defined as the most parsimonious HSI model. In 2005, monthly HSI values >0.6 coincided with productive fishing grounds and high fishing effort from August to October. This result implies that the model can reliably predict potential f ishing grounds for O. bartramii. Because spatially explicit fisheries and environmental data are becoming readily available, it is feasible to develop a dynamic, near real-time habitat model for improving the process of identifying potential fishing areas for and optimal habitats of neon flying squid.

Dividing population genetic distance data with the software Partitioning Optimization with Restricted Growth Strings (PORGS): an application for Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha), Vancouver Island, British Columbia

A new method of finding the optimal group membership and number of groupings to partition population genetic distance data is presented. The software program Partitioning Optimization with Restricted Growth Strings (PORGS), visits all possible set partitions and deems acceptable partitions to be those that reduce mean intracluster distance. The optimal number of groups is determined with the gap statistic which compares PORGS results with a reference distribution. The PORGS method was validated by a simulated data set with a known distribution. For efficiency, where values of n were larger, restricted growth strings (RGS) were used to bipartition populations during a nested search (bi-PORGS). Bi-PORGS was applied to a set of genetic data from 18 Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha) populations from the west coast of Vancouver Island. The optimal grouping of these populations corresponded to four geographic locations: 1) Quatsino Sound, 2) Nootka Sound, 3) Clayoquot +Barkley sounds, and 4) southwest Vancouver Island. However, assignment of populations to groups did not strictly reflect the geographical divisions; fish of Barkley Sound origin that had strayed into the Gold River and close genetic similarity between transferred and donor populations meant groupings crossed geographic boundaries. Overall, stock structure determined by this partitioning method was similar to that determined by the unweighted pair-group method with arithmetic averages (UPGMA), an agglomerative clustering algorithm.

Size frequency distribution and carapace length-total length relationship of Acetes chinensis in the Kutubdia channel of Bangladesh coast

The seasonal mean size distribution of A. chinensis were estimated as 29.229mm ±4.77, 25.125mm ±2.55, 25.165mm ±2.29 and 32.44mm ±3.63 for annual, monsoon, postmonsoon and pre-monsoon period, respectively. Seasonal mean carapace length distribution were estimated as 9.37mm ±1.457, 8.063mm ±0.63,8.258mm ±0.59 and 10.37mm ±l.ll3 for annual, monsoon, post-monsoon and the pre-monsoon season. The carapace length and total length relationships was found to be TL= - 1.39±3.23 CL. Linear relation was found in arithmetic and as well as logarithmic scale.

Consensus on homogeneous manifolds

The present paper considers distributed consensus algorithms for agents evolving on a connected compact homogeneous (CCH) manifold. The agents track no external reference and communicate their relative state according to an interconnection graph. The paper first formalizes the consensus problem for synchronization (i.e. maximizing the consensus) and balancing (i.e. minimizing the consensus); it thereby introduces the induced arithmetic mean, an easily computable mean position on CCH manifolds. Then it proposes and analyzes various consensus algorithms on manifolds: natural gradient algorithms which reach local consensus equilibria; an adaptation using auxiliary variables for almost-global synchronization or balancing; and a stochastic gossip setting for global synchronization. It closes by investigating the dependence of synchronization properties on the attraction function between interacting agents on the circle. The theory is also illustrated on SO(n) and on the Grassmann manifolds. ©2009 IEEE.

Consensus optimization on manifolds

The present paper considers distributed consensus algorithms that involve N agents evolving on a connected compact homogeneous manifold. The agents track no external reference and communicate their relative state according to a communication graph. The consensus problem is formulated in terms of the extrema of a cost function. This leads to efficient gradient algorithms to synchronize (i.e., maximizing the consensus) or balance (i.e., minimizing the consensus) the agents; a convenient adaptation of the gradient algorithms is used when the communication graph is directed and time-varying. The cost function is linked to a specific centroid definition on manifolds, introduced here as the induced arithmetic mean, that is easily computable in closed form and may be of independent interest for a number of manifolds. The special orthogonal group SO (n) and the Grassmann manifold Grass (p, n) are treated as original examples. A link is also drawn with the many existing results on the circle. © 2009 Society for Industrial and Applied Mathematics.

Comparison of 100 Gb/s Ethernet links using PAM-8, multi-pulse, and hybrid CAP-16/QAM-16 modulation schemes

A theoretical study compares 100 Gb/s Ethernet links and finds that multi-pulse and hybrid CAP-16/QAM-16 (PAM-8) schemes support transmission over 10 km (2 km) SMF. Multi-pulse and CAP-16/QAM-16 need 2× the number of arithmetic operations and 7× or 3× the number of filter taps respectively but exhibit reduced power dissipation compared with PAM-8.

Genetic Diversity of the Plankton Community and Its Relation to Taxonomic Composition and Environmental Factors in Lake Xiliang

Genetic diversity of the plankton community in Lake Xiliang was depicted by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) fingerprinting. Seventy-seven bands (33 of 16S rDNA and 44 of 18S rDNA) were detected, sixty-two planktonic taxa were identified in six sample stations in November 2007. The most common taxa were Ceratium hirundinella, Bdelloidea, Keratella cochlearis, Polyarthra trigla, and copepod nauplii. Based on environmental factors, taxonomic composition, and PCR-DGGE fingerprinting, unweighted pair-group method using arithmetic averages clustering and principal components analysis were used to analyze habitat similarities. There was distinct spatial heterogeneity in Lake Xiliang, and the genetic diversity of the plankton community was closely related to taxonomic composition and environmental factors.

Plankton community composition in the Three Gorges Reservoir Region revealed by PCR-DGGE and its relationships with environmental factors

To explore the relationships between community composition and the environment in a reservoir ecosystem, plankton communities from the Three Gorges Reservoir Region were studied by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis fingerprinting. Bacterial and eukaryotic operational taxonomic units (OTUs), generated by DGGE analysis of the PCR-amplified 16S and 18S rRNA genes, were used as surrogates for the dominant "biodiversity units". OTU composition among the sites was heterogeneous; 46.7% of the total bacteria] OTUs (45) and 64.1% of the eukaryotic OTUs (39) were identified in less than half of the sampling sites. Unweighted pair group method with arithmetic averages (UPGMA) clustering of the OTUs suggested that the plankton communities in the Xiangxi Rive sites were not always significantly different from those from the Yangtze River sites, despite clear differences in their environmental characterizations. Canonical correspondence analysis (CCA) was applied to further investigate the relationships between OTU composition and the environmental factors. The first two CCA ordination axes suggested that the bacterial community composition was primarily correlated with the variables of NO3--N, dissolved oxygen (DO), and SiO32--Si, whereas, the eukaryotic community was mainly correlated with the concentrations of DO, PO43--P, and SiO32--Si.

Phylogenetic relationships among Trichodinidae (Ciliophora : Peritricha) derived from the characteristic values of denticles

The phylogenetic relationships among trichodinids remain obscure. As an important diagnostic marker, the morphology of the denticles in the adhesive disc as well as the adoral spiral has been widely used in generic discrimination and species identification of trichodinids. We studied the characters of denticles of the ten genera of Trichodinidae and the sole genus Urceolaria of Urceolariidae by using a quantitative method. The characteristic values were used to generate Manhattan distance, on which the dendrogram was based to construct with the Unweighted Paired Group Method using the Arithmetic mean (UPGMA). The investigations show that all the genera of the family Trichodinidae were clearly separate from the outgroup Urceolaria, and within the Trichodinidae: (i) Dipartiella grouped with Trichodinella and Tripartiella and lay in the closest position to the outgroup with a low dissimilarity, suggesting Dipartiella might be the most primitive genus in the family; (ii) Hemitrichodina clustered in a single clad and lay in the farthest position to the outgroup with the highest dissimilarity, indicating that it might be the most advanced genus; and (iii) the other 6 genera, Trichodina, Paratrichodina, Semitrichodina, Vauchomia, Pallitrichodina and Trichodoxa clustered in a big clad with very low dissimilarity, showing that they are closely related to each other. We discuss the evolutionary trend of the denticle and conclude that the denticles of the adhesive disc should be an apomorphic feature of the trichodinids and their changes could reflect the evolutionary tendencies of these ciliates.