Nonlinear model structure design and construction using orthogonal least squares and D-optimality design

A very efficient learning algorithm for model subset selection is introduced based on a new composite cost function that simultaneously optimizes the model approximation ability and model robustness and adequacy. The derived model parameters are estimated via forward orthogonal least squares, but the model subset selection cost function includes a D-optimality design criterion that maximizes the determinant of the design matrix of the subset to ensure the model robustness, adequacy, and parsimony of the final model. The proposed approach is based on the forward orthogonal least square (OLS) algorithm, such that new D-optimality-based cost function is constructed based on the orthogonalization process to gain computational advantages and hence to maintain the inherent advantage of computational efficiency associated with the conventional forward OLS approach. Illustrative examples are included to demonstrate the effectiveness of the new approach.

Comparison of a trained sensory panel and an electronic tongue in the assessment of bitter dairy protein hydrolsates

The bitter taste elicited by dairy protein hydrolysates (DPH) is a renowned issue for their acceptability by consumers and therefore incorporation into foods. The traditional method of assessment of taste in foods is by sensory analysis but this can be problematic due to the overall unpleasantness of the samples. Thus, there is a growing interest into the use of electronic tongues (e-tongues) as an alternative method to quantify the bitterness in such samples. In the present study the response of the e-tongue to the standard bitter agent caffeine and a range of both casein and whey based hydrolysates was compared to that of a trained sensory panel. Partial least square regression (PLS) was employed to compare the response of the e-tongue and the sensory panel. There was strong correlation shown between the two methods in the analysis of caffeine (R2 of 0.98) and DPH samples with R2 values ranging from 0.94-0.99. This study exhibits potential for the e-tongue to be used in bitterness screening in DPHs to reduce the reliance on expensive and time consuming sensory panels.

Chemical profile of rums as a function of their origin. The use of chemometric techniques for their identification

To identify chemical descriptors to distinguish Cuban from non-Cuban rums, analyses of 44 samples of rum from 15 different countries are described. To provide the chemical descriptors, analyses of the the mineral fraction, phenolic compounds, caramel, alcohols, acetic acid, ethyl acetate, ketones, and aldehydes were carried out. The analytical data were treated through the following chemometric methods: principal component analysis (PCA), partial least square-discriminate analysis (PLS-DA), and linear discriminate analysis (LDA). These analyses indicated 23 analytes as relevant chemical descriptors for the separation of rums into two distinct groups. The possibility of clustering the rum samples investigated through PCA analysis led to an accumulative percentage of 70.4% in the first three principal components, and isoamyl alcohol, n-propyl alcohol, copper, iron, 2-furfuraldehyde (furfuraldehyde), phenylmethanal (benzaldehyde), epicatechin, and vanillin were used as chemical descriptors. By applying the PLS-DA technique to the whole set of analytical data, the following analytes have been selected as descriptors: acetone, sec-butyl alcohol, isobutyl alcohol, ethyl acetate, methanol, isoamyl alcohol, magnesium, sodium, lead, iron, manganese, copper, zinc, 4-hydroxy3,5-dimethoxybenzaldehyde (syringaldehyde), methaldehyde (formaldehyde), 5-hydroxymethyl-2furfuraldehyde (5-HMF), acetalclehyde, 2-furfuraldehyde, 2-butenal (crotonaldehyde), n-pentanal (valeraldehyde), iso-pentanal (isovaleraldehyde), benzaldehyde, 2,3-butanodione monoxime, acetylacetone, epicatechin, and vanillin. By applying the LIDA technique, a model was developed, and the following analytes were selected as descriptors: ethyl acetate, sec-butyl alcohol, n-propyl alcohol, n-butyl alcohol, isoamyl alcohol, isobutyl alcohol, caramel, catechin, vanillin, epicatechin, manganese, acetalclehyde, 4-hydroxy-3-methoxybenzoic acid, 2-butenal, 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzoic acid, cyclopentanone, acetone, lead, zinc, calcium, barium, strontium, and sodium. This model allowed the discrimination of Cuban rums from the others with 88.2% accuracy.

Análise de séries temporais de coordenadas estimadas com GPS: uma proposta metodológica para detecção, remoção e recuperação de efeitos sazonais

GPS active networks are more and more used in geodetic surveying and scientific experiments, as water vapor monitoring in the atmosphere and lithosphere plate movement. Among the methods of GPS positioning, Precise Point Positioning (PPP) has provided very good results. A characteristic of PPP is related to the modeling and/or estimation of the errors involved in this method. The accuracy obtained for the coordinates can reach few millimeters. Seasonal effects can affect such accuracy if they are not consistent treated during the data processing. Coordinates time series analyses have been realized using Fourier or Harmonics spectral analyses, wavelets, least squares estimation among others. An approach is presented in this paper aiming to investigate the seasonal effects included in the stations coordinates time series. Experiments were carried out using data from stations Manaus (NAUS) and Fortaleza (BRFT) which belong to the Brazilian Continuous GPS Network (RBMC). The coordinates of these stations were estimated daily using PPP and were analyzed through wavelets for identification of the periods of the seasonal effects (annual and semi-annual) in each time series. These effects were removed by means of a filtering process applied in the series via the least squares adjustment (LSQ) of a periodic function. The results showed that the combination of these two mathematical tools, wavelets and LSQ, is an interesting and efficient technique for removal of seasonal effects in time series.

Identificação e comparação entre controle preditivo com modelo não linear e PI sintonizados com PSO em sistema de separação gravitacional de águia-óleo

The separation methods are reduced applications as a result of the operational costs, the low output and the long time to separate the uids. But, these treatment methods are important because of the need for extraction of unwanted contaminants in the oil production. The water and the concentration of oil in water should be minimal (around 40 to 20 ppm) in order to take it to the sea. Because of the need of primary treatment, the objective of this project is to study and implement algorithms for identification of polynomial NARX (Nonlinear Auto-Regressive with Exogenous Input) models in closed loop, implement a structural identification, and compare strategies using PI control and updated on-line NARX predictive models on a combination of three-phase separator in series with three hydro cyclones batteries. The main goal of this project is to: obtain an optimized process of phase separation that will regulate the system, even in the presence of oil gushes; Show that it is possible to get optimized tunings for controllers analyzing the mesh as a whole, and evaluate and compare the strategies of PI and predictive control applied to the process. To accomplish these goals a simulator was used to represent the three phase separator and hydro cyclones. Algorithms were developed for system identification (NARX) using RLS(Recursive Least Square), along with methods for structure models detection. Predictive Control Algorithms were also implemented with NARX model updated on-line, and optimization algorithms using PSO (Particle Swarm Optimization). This project ends with a comparison of results obtained from the use of PI and predictive controllers (both with optimal state through the algorithm of cloud particles) in the simulated system. Thus, concluding that the performed optimizations make the system less sensitive to external perturbations and when optimized, the two controllers show similar results with the assessment of predictive control somewhat less sensitive to disturbances

Multivariate calibrations in gas chromatographic profiles for prediction of several physicochemical parameters of Brazilian commercial gasoline

Several Brazilian commercial gasoline physicochemical parameters, such as relative density, distillation curve (temperatures related to 10%, 50% and 90% of distilled volume, final boiling point and residue), octane numbers (motor and research octane number and anti-knock index), hydrocarbon compositions (olefins, aromatics and saturates) and anhydrous ethanol and benzene content was predicted from chromatographic profiles obtained by flame ionization detection (GC-FID) and using partial least square regression (PLS). GC-FID is a technique intensively used for fuel quality control due to its convenience, speed, accuracy and simplicity and its profiles are much easier to interpret and understand than results produced by other techniques. Another advantage is that it permits association with multivariate methods of analysis, such as PLS. The chromatogram profiles were recorded and used to deploy PLS models for each property. The standard error of prediction (SEP) has been the main parameter considered to select the "best model". Most of GC-FID-PLS results, when compared to those obtained by the Brazilian Government Petroleum, Natural Gas and Biofuels Agency - ANP Regulation 309 specification methods, were very good. In general, all PLS models developed in these work provide unbiased predictions with lows standard error of prediction and percentage average relative error (below 11.5 and 5.0, respectively). (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

The STATFLUX code: a statistical method for calculation of flow and set of parameters, based on the Multiple-Compartment Biokinetical Model

The code STATFLUX, implementing a new and simple statistical procedure for the calculation of transfer coefficients in radionuclide transport to animals and plants, is proposed. The method is based on the general multiple-compartment model, which uses a system of linear equations involving geometrical volume considerations. Flow parameters were estimated by employing two different least-squares procedures: Derivative and Gauss-Marquardt methods, with the available experimental data of radionuclide concentrations as the input functions of time. The solution of the inverse problem, which relates a given set of flow parameter with the time evolution of concentration functions, is achieved via a Monte Carlo Simulation procedure.Program summaryTitle of program: STATFLUXCatalogue identifier: ADYS_v1_0Program summary URL: http://cpc.cs.qub.ac.uk/summaries/ADYS_v1_0Program obtainable from: CPC Program Library, Queen's University of Belfast, N. IrelandLicensing provisions: noneComputer for which the program is designed and others on which it has been tested: Micro-computer with Intel Pentium III, 3.0 GHzInstallation: Laboratory of Linear Accelerator, Department of Experimental Physics, University of São Paulo, BrazilOperating system: Windows 2000 and Windows XPProgramming language used: Fortran-77 as implemented in Microsoft Fortran 4.0. NOTE: Microsoft Fortran includes non-standard features which are used in this program. Standard Fortran compilers such as, g77, f77, ifort and NAG95, are not able to compile the code and therefore it has not been possible for the CPC Program Library to test the program.Memory, required to execute with typical data: 8 Mbytes of RAM memory and 100 MB of Hard disk memoryNo. of bits in a word: 16No. of lines in distributed program, including test data, etc.: 6912No. of bytes in distributed Program, including test data, etc.: 229 541Distribution format: tar.gzNature of the physical problem: the investigation of transport mechanisms for radioactive substances, through environmental pathways, is very important for radiological protection of populations. One such pathway, associated with the food chain, is the grass-animal-man sequence. The distribution of trace elements in humans and laboratory animals has been intensively studied over the past 60 years [R.C. Pendlenton, C.W. Mays, R.D. Lloyd, A.L. Brooks, Differential accumulation of iodine-131 from local fallout in people and milk, Health Phys. 9 (1963) 1253-1262]. In addition, investigations on the incidence of cancer in humans, and a possible causal relationship to radioactive fallout, have been undertaken [E.S. Weiss, M.L. Rallison, W.T. London, W.T. Carlyle Thompson, Thyroid nodularity in southwestern Utah school children exposed to fallout radiation, Amer. J. Public Health 61 (1971) 241-249; M.L. Rallison, B.M. Dobyns, F.R. Keating, J.E. Rall, F.H. Tyler, Thyroid diseases in children, Amer. J. Med. 56 (1974) 457-463; J.L. Lyon, M.R. Klauber, J.W. Gardner, K.S. Udall, Childhood leukemia associated with fallout from nuclear testing, N. Engl. J. Med. 300 (1979) 397-402]. From the pathways of entry of radionuclides in the human (or animal) body, ingestion is the most important because it is closely related to life-long alimentary (or dietary) habits. Those radionuclides which are able to enter the living cells by either metabolic or other processes give rise to localized doses which can be very high. The evaluation of these internally localized doses is of paramount importance for the assessment of radiobiological risks and radiological protection. The time behavior of trace concentration in organs is the principal input for prediction of internal doses after acute or chronic exposure. The General Multiple-Compartment Model (GMCM) is the powerful and more accepted method for biokinetical studies, which allows the calculation of concentration of trace elements in organs as a function of time, when the flow parameters of the model are known. However, few biokinetics data exist in the literature, and the determination of flow and transfer parameters by statistical fitting for each system is an open problem.Restriction on the complexity of the problem: This version of the code works with the constant volume approximation, which is valid for many situations where the biological half-live of a trace is lower than the volume rise time. Another restriction is related to the central flux model. The model considered in the code assumes that exist one central compartment (e.g., blood), that connect the flow with all compartments, and the flow between other compartments is not included.Typical running time: Depends on the choice for calculations. Using the Derivative Method the time is very short (a few minutes) for any number of compartments considered. When the Gauss-Marquardt iterative method is used the calculation time can be approximately 5-6 hours when similar to 15 compartments are considered. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Análise de séries temporais de coordenadas estimadas com gps: Uma proposta metodológica para detecção, remoção e recuperação de efeitos sazonais

GPS active networks are more and more used in geodetic surveying and scientific experiments, as water vapor monitoring in the atmosphere and lithosphere plate movement. Among the methods of GPS positioning, Precise Point Positioning (PPP) has provided very good results. A characteristic of PPP is related to the modeling and / or estimation of the errors involved in this method. The accuracy obtained for the coordinates can reach few millimeters. Seasonal effects can affect such accuracy if they are not consistent treated during the data processing. Coordinates time series analyses have been realized using Fourier or Harmonics spectral analyses, wavelets, least squares estimation among others. An approach is presented in this paper aiming to investigate the seasonal effects included in the stations coordinates time series. Experiments were carried out using data from stations Manaus (NAUS) and Fortaleza (BRFT) which belong to the Brazilian Continuous GPS Network (RBMC). The coordinates of these stations were estimated daily using PPP and were analyzed through wavelets for identification of the periods of the seasonal effects (annual and semi-annual) in each time series. These effects were removed by means of a filtering process applied in the series via the least squares adjustment (LSQ) of a periodic function. The results showed that the combination of these two mathematical tools, wavelets and LSQ, is an interesting and efficient technique for removal of seasonal effects in time series.

Análise de séries temporais de coordenadas estimadas com GPS: uma proposta metodológica para eliminação de efeitos sazonais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo de métodos para classificação e localização precisa de padrões usando um sistema de luz estruturada

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comparação entre os estimadores de mínimos quadrados ordinários e mínimos desvios absolutos em modelos de regressão linear simples -: uma aplicação na energia na agricultura

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Simultaneous spectrometric determination of Cu2+, Mn2+ and Zn2+ in polivitaminic/polimineral drug using SPA and GA algorithms for variable selection

Este artigo apresenta uma aplicação do método para determinação espectrofotométrica simultânea dos íons divalentes de cobre, manganês e zinco à análise de medicamento polivitamínico/polimineral. O método usa 4-(2-piridilazo) resorcinol (PAR), calibração multivariada e técnicas de seleção de variáveis e foi otimizado o empregando-se o algoritmo das projeções sucessivas (APS) e o algoritmo genético (AG), para escolha dos comprimentos de onda mais informativos para a análise. Com essas técnicas, foi possível construir modelos de calibração por regressão linear múltipla (RLM-APS e RLM-AG). Os resultados obtidos foram comparados com modelos de regressão em componentes principais (PCR) e nos mínimos quadrados parciais (PLS). Demonstra-se a partir do erro médio quadrático de previsão (RMSEP) que os modelos apresentam desempenhos semelhantes ao prever as concentrações dos três analitos no medicamento. Todavia os modelos RLM são mais simples pois requerem um número muito menor de comprimentos de onda e são mais fáceis de interpretar que os baseados em variáveis latentes.

Análise de velocidade por otimização do semblance na reflexão sísmica

Este trabalho teve como objetivo geral desenvolver uma metodologia sistemática para a inversão de dados de reflexão sísmica em arranjo ponto-médio-comum (PMC), partindo do caso 1D de variação vertical de velocidade e espessura que permite a obtenção de modelos de velocidades intervalares, v_int,n, as espessuras intervalares, z_n, e as velocidades média-quadrática, v_RMS,n, em seções PMC individualizadas. Uma consequência disso é a transformação direta destes valores do tempo para profundidade. Como contribuição a análise de velocidade, foram desenvolvidos dois métodos para atacar o problema baseado na estimativa de velocidade intervalar. O primeiro método foi baseado na marcação manual em seções PMC, e inversão por ajuste de curvas no sentido dos quadrados-mínimos. O segundo método foi baseado na otimização da função semblance para se obter uma marcação automática. A metodologia combinou dois tipos de otimização: um Método Global (Método Price ou Simplex), e um Método Local (Gradiente de Segunda Ordem ou Conjugado), submetidos a informação à priori e vínculos. A marcação de eventos na seção tempo-distância faz parte dos processos de inversão, e os pontos marcados constituem os dados de entrada juntamente com as informações à priori do modelo a ser ajustado. A marcação deve, por princípio, evitar eventos que representem múltiplas, difrações e interseções, e numa seção pode ser feita mais de 50 marcações de eventos, enquanto que num mapa semblance não se consegue marcar mais de 10 eventos de reflexão. A aplicação deste trabalho é voltada a dados sísmicos de bacias sedimentares em ambientes marinhos para se obter uma distribuição de velocidades para a subsuperfície, onde o modelo plano-horizontal é aplicado em seções PMC individualizadas, e cuja solução pode ser usada como um modelo inicial em processos posteriores. Os dados reais da Bacia Marinha usados neste trabalho foram levantados pela PETROBRAS em 1985, e a linha sísmica selecionada foi a de número L5519 da Bacia do Camamu, e o PMC apresentado é a de número 237. A linha é composta de 1098 pontos de tiro, com arranjo unilateraldireito. O intervalo de amostragem é 4 ms. O espaçamento entre os geofones é 13,34 m com o primeiro geofone localizado a 300 m da fonte. O espaçamento entre as fontes é de 26,68 m. Como conclusão geral, o método de estimativa de velocidade intervalar apresentada neste trabalho fica como suporte alternativo ao processo de análise de velocidades, onde se faz necessário um controle sobre a sequência de inversão dos PMCs ao longo da linha sísmica para que a solução possa ser usada como modelo inicial ao imageamento, e posterior inversão tomográfica. Como etapas futuras, podemos propor trabalhos voltados direto e especificamente a análise de velocidade sísmica estendendo o caso 2D de otimização do semblance ao caso 3D, estender o presente estudo para o caso baseado na teoria do raio imagem com a finalidade de produzir um mapa continuo de velocidades para toda a seção sísmica de forma automática.

Inversão de dados sísmicos de reflexão a partir da curva do tempo de trânsito

A presente Dissertação de Mestrado tem como objetivo o estudo do problema de inversão sísmica baseada em refletores planos para arranjo fonte-comum (FC) e ponto-médiocomum (PMC). O modelo direto é descrito por camadas homogêneas, isotrópicas com interfaces plano-horizontais. O problema é relacionado ao empilhamento NMO baseado na otimização da função semblance, para seções PMC corrigidas de sobretempo normal (NMO). O estudo foi baseado em dois princípios. O primeiro princípio adotado foi de combinar dois grupos de métodos de inversão: um Método Global e um Método Local. O segundo princípio adotado foi o de cascata, segundo a teoria Wichert-Herglotz-Bateman, que estabelece que para conhecer uma camada inferior tem-se que conhecer primeiro a camada superior (dissecação). A aplicação do estudo é voltada à simulação sísmica de Bacia Sedimentar do Solimões e de Bacia Marinha para se obter uma distribuição local 1D de velocidades e espessuras para a subsuperfície em horizontes alvo. Sendo assim, limitamos a inversão entre 4 e 11 refletores, uma vez que na prática a indústria limita uma interpretação realizada apenas em número equivalente de 3 a 4 refletores principais. Ressalta-se que este modelo é aplicável como condição inicial ao imageamento de seções sísmicas em regiões geologicamente complexas com variação horizontal suave de velocidades. Os dados sintéticos foram gerados a partir dos modelos relacionados a informações geológicas, o que corresponde a uma forte informação a priori no modelo de inversão. Para a construção dos modelos relacionados aos projetos da Rede Risco Exploratório (FINEP) e de formação de recursos humanos da ANP em andamento, analisamos os seguintes assuntos relevantes: (1) Geologia de bacias sedimentares terrestre dos Solimões e ma rinha (estratigráfica, estrutural, tectônica e petrolífera); (2) Física da resolução vertical e horizontal; e (3) Discretização temporal-espacial no cubo de multi-cobertura. O processo de inversão é dependente do efeito da discretização tempo-espacial do campo de ondas, dos parâmetros físicos do levantamento sísmico, e da posterior reamostragem no cubo de cobertura múltipla. O modelo direto empregado corresponde ao caso do operador do empilhamento NMO (1D), considerando uma topografia de observação plana. O critério básico tomado como referência para a inversão e o ajuste de curvas é a norma 2 (quadrática). A inversão usando o presente modelo simples é computacionalmente atrativa por ser rápida, e conveniente por permitir que vários outros recursos possam ser incluídos com interpretação física lógica; por exemplo, a Zona de Fresnel Projetada (ZFP), cálculo direto da divergência esférica, inversão Dix, inversão linear por reparametrização, informações a priori, regularização. A ZFP mostra ser um conceito út il para estabelecer a abertura da janela espacial da inversão na seção tempo-distância, e representa a influência dos dados na resolução horizontal. A estimativa da ZFP indica uma abertura mínima com base num modelo adotado, e atualizável. A divergência esférica é uma função suave, e tem base física para ser usada na definição da matriz ponderação dos dados em métodos de inversão tomográfica. A necessidade de robustez na inversão pode ser analisada em seções sísmicas (FC, PMC) submetida a filtragens (freqüências de cantos: 5;15;75;85; banda-passante trapezoidal), onde se pode identificar, comparar e interpretar as informações contidas. A partir das seções, concluímos que os dados são contaminados com pontos isolados, o que propõe métodos na classe dos considerados robustos, tendo-se como referência a norma 2 (quadrados- mínimos) de ajuste de curvas. Os algoritmos foram desenvolvidos na linguagem de programação FORTRAN 90/95, usando o programa MATLAB para apresentação de resultados, e o sistema CWP/SU para modelagem sísmica sintética, marcação de eventos e apresentação de resultados.

Melhoramento da resolução para camadas delgadas de perfilagens existentes em áreas específicas de produção-exploração

No campo da perfilagem de poço existe um grande interesse voltado para as técnicas que melhorem a resolução vertical das respostas das ferramentas. Neste trabalho, optamos por desenvolver uma técnica de aumento de resolução vertical dos perfis obtidos com a ferramenta de indução denominada na bibliografia de 6FF40, através de um algoritmo que utiliza as técnicas de estimativa dos mínimos quadrados. Este método torna possível o processamento dos dados registrados de uma maneira computacionalmente eficiente. O algoritmo apresentado necessita apenas dos dados registrados, dos valores adotados como coeficientes da ferramenta, e de uma estimativa dos ruídos existentes. Como ilustração foram utilizados trechos de um perfil de uma área que reconhecidamente apresenta problemas relacionados à resolução vertical da ferramenta 6FF40. Com o objetivo de verificar a eficiência do algoritmo utilizado, os perfis processados foram correlacionados com os perfis de raio gama e com os perfis esféricos focalizados do poço 7-LOR-18-RN, perfis estes que possuem resolução vertical maior do que os perfis convencionais de indução, comprovando a individualização das camadas delgadas que antes do processamento não eram facilmente reconhecidas no perfil original. O algoritmo foi também testado com dados sintéticos demonstrando sua eficiência na recuperação de valores mais representativos para R_t.