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.

Secagem de sementes de maracujá em camada delgada

Utilizou-se do modelo matemático de secagem proposto por Page (1949) para se derivar uma equação de secagem em camada delgada para sementes de maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. flavicarpa Degener.). Para a obtenção da equação, foram coletados dados experimentais em um protótipo de secador de leito fixo, utilizando-se de três níveis de temperatura do ar de secagem (30; 37 e 40ºC), três níveis de fluxo de ar para secagem (24; 48 e 71 m³ min-1 m²) e um nível de teor médio de água inicial (30,4±2,0% b.u.). Todos os experimentos foram realizados em ambiente com temperatura de 28,4±1,0 ºC e razão de umidade de 0,0138±0,0016 kg kg-1. Os valores dos resíduos obtidos com a equação desenvolvida por meio de análise de regressão não-linear foram considerados inadequadas para fins de engenharia, o que sugere a necessidade de avaliar outros modelos, teóricos ou empíricos, para a secagem de sementes de maracujá em camada delgada. Observou-se que o tempo de secagem diminuiu em função do aumento da temperatura; porém, não houve influência da vazão específica do ar de secagem sobre o tempo necessário para reduzir o teor de água de sementes de maracujá-amarelo para 9,9±0,4% b.u..

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.

Influência da fonte material e do tempo de cura na propagação vegetativa da pitaya vermelha (Hylocereus undatus Haw)

A pitaya vermelha é uma cactácea cujos frutos são de interesse comercial crescente por produtores e consumidores. No entanto, ainda há diversos aspectos sobre seu cultivo que precisam ser elucidados, proporcionando rentabilidade ao produtor. Diante disso, realizou-se o presente trabalho, que teve como objetivo obter informações quanto à propagação vegetativa desta fruteira, utilizando-se de diferentes fontes de material em função do tempo de cura. O experimento foi realizado no Ripado de Fruticultura, pertencente ao Departamento de Produção Vegetal da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias - Unesp - Câmpus de Jaboticabal-SP, utilizando estacas de plantas de pitaya de diferentes origens (planta adulta, estacas de brotações de plantas adultas recém-enraizadas e planta em início de desenvolvimento, originária de semente), submetidas a 3 períodos de cura: 0; 7 e 14 dias. As avaliações foram quanto a: enraizamento; volume de raiz; comprimento da maior raiz (cm); massas fresca e seca das raízes (gramas); número e tamanho das brotações nas estacas (cm). Foram realizadas 5 repetições, com 10 estacas cada, totalizando 150 estacas de cada material. Nas condições em que o experimento foi realizado, pode-se concluir que a estaquia deve ser realizada tão logo feita a segmentação dos cladódios e que as estacas obtidas de brotações de plantas recém-enraizadas apresentam melhores resultados.

Relação entre o tempo de enraizamento in vitro e o crescimento de plantas de bananeira na aclimatização

O trabalho objetivou avaliar a influência do tempo de permanência em meio de enraizamento sobre o crescimento in vitro e ex vitro de plantas de bananeira. Como explantes, foram utilizadas brotações axilares provenientes do estabelecimento e multiplicação in vitro de ápices caulinares das cultivares Caipira (AAA), Preciosa (AAAB) e Japira (AAAB). Para o enraizamento, empregou-se o meio MS reduzido a 50% da concentração de sais, adicionado de 30 g.L-1 de sacarose, 1 mg.L-1 de AIB e 6 g.L-1 de ágar. Os tratamentos foram dispostos em esquema fatorial 3x4, com três cultivares (Caipira, Preciosa e Japira) e quatro períodos de enraizamento in vitro (7; 14; 21 e 28 dias), num total de 12 tratamentos. Ao final de cada período, a altura da parte aérea, o número e o comprimento de raízes foram avaliados, e as plantas, submetidas ao processo de aclimatização por 90 dias. Após esse período, as plantas foram avaliadas quanto à sobrevivência, número e comprimento de raízes, diâmetro do pseudocaule e massa seca de raízes, parte aérea e total. De modo geral, observou-se que a fase de indução de raízes nas brotações de bananeira in vitro ocorreu até os 14 dias de cultivo em meio de enraizamento, havendo apenas crescimento em tamanho das raízes após esse período. Entre as cultivares, verificou-se que, com exceção do diâmetro de pseudocaule, a cultivar Caipira apresentou crescimento vegetativo in vitro e durante a aclimatização (altura de plantas, número e comprimento de raízes e massa seca da parte aérea, raízes e total) superior às cultivares Preciosa e Japira. Após 21 dias de permanência em meio de enraizamento, a taxa de sobrevivência das plantas, observada em casa de vegetação, alcançou 100%, independentemente da cultivar testada.

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.

Meio de cultura, concentração de AIB e tempo de cultivo no enraizamento in vitro de amoreira-preta e framboeseira

A propagação da amoreira-preta e da framboeseira dá-se principalmente por meio de estacas de raiz e mesmo de hastes novas, contudo, já é crescente o interesse pelo uso da micropropagação como um método alternativo de propagação . O enraizamento é uma das etapas mais difícieis, onde a definição do meio de cultivo, da concentração ótima de AIB para o enraizamento, constitui um passo importante, por isso objetivou-se com este experimento determinar o melhor meio de cultivo, melhor tipo de cultivo e a melhor concentração de AIB no meio de cultura para o enraizamento in vitro da amoreira-preta 'Xavante' e de framboeseira 'Batum' e 'Heritage'. O material vegetal utilizado foram microestacas apicais com duas folhas, com cerca de 1 cm de comprimento, oriundas do cultivo in vitro. Os fatores estudados foram o tipo de meio de cultura MS e WPM - Wood Plant Media, a concentração de AIB no meio de cultura e o tempo de cultivo das microestacas em meio com AIB. O meio WPM, em concentrações baixas, menores de 3 µM de AIB, induziram maiores médias de enraizamento e comprimento. Concentrações altas de AIB induziram a formação de calo, para amoreira-preta, 'Xavante'. Para a framboeseira o meio WPM, com menores concentrações de AIB (0 e 3 µM), mostrou as melhores médias no número de raízes, comprimento de raízes e pequena intensidade de calo; com as maiores concentrações de AIB, ocorreu maior aparecimento de calo.

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.

Contribuição da pesquisa científica brasileira no desenvolvimento de algumas frutíferas de clima subtropical

Quando se considera aptidão climática, as plantas frutíferas são classificadas em: tropicais, subtropicais e temperadas. Esta tradicional classificação, por muito tempo, mostrou-se bastante efetiva. Os mais atuais conhecimentos dos centros de origens de diferentes espécies, os avanços tecnológicos na condução dos pomares e na conservação dos frutos e especialmente o melhoramento genético criaram condições excepcionais para o cultivo de espécies tropicais e temperadas em clima subtropical. No presente trabalho foram selecionadas as culturas da atemoieira, do caquizeiro, da figueira e da goiabeira com base não apenas na importância nacional e regional, mas também pelas diferentes contribuições que a pesquisa científica ofereceu a estas frutíferas. Atemoieira - dentre as espécies frutíferas exploradas em larga escala, talvez seja a de mais recente introdução de cultivo no Brasil, iniciado em meados da década de 1980. Diversas técnicas de cultivo foram desenvolvidas, como porta-enxertos mais adequados para cada região, podas de formação e produção, polinização artificial, manejo de pragas e doenças, e diversas outras tecnologias que permitiram rápida expansão da cultura em diversas regiões do País. Embora o importante papel das Universidades, Institutos de Pesquisas e Extensão seja inquestionável, foi fundamental a contribuição dos produtores pioneiros que iniciaram a busca de soluções para os problemas surgidos, indicando as necessidades para intervenções da pesquisa. Caquizeiro - a produção brasileira de caqui (IBGE - 2009), de 171.555 t, é obtida em uma área de 8.770 ha e representa um valor de 146,67 milhões de reais. São Estados maiores produtores São Paulo (111.646 t), Rio Grande do Sul, Paraná e Rio de Janeiro). As principais cultivares em produção são: Rama Forte, Giombo e Fuyu, que são comercializados prioritariamente no mercado interno. Figueira - a produção brasileira de figos vem mantendo-se com pequenas variações nos anos de 2000, atingindo 24.146 t em 2009 (IBGE - IBRAF), sendo os Estados do Rio Grande do Sul e São Paulo, os maiores produtores . No Estado de São Paulo, o cultivo concentra-se quase que exclusivamente na região de Campinas, sendo a produção de 9.469 t em 2010 (IEA). Os frutos colhidos graças à tecnologia desenvolvida é, em parte, exportada como figo de mesa (1.645 t em 2008). Fonte DECEX (MICT) IBRAF - 2010. Goiabeira - o cultivo da goiabeira no Brasil permite considerá-la atualmente como uma espécie plenamente adaptada ao clima subtropical. O desenvolvimento de variedades adaptadas e técnicas especiais de cultivo propiciaram grande expansão desta cultura no Brasil. Segundo o IBGE - IBRAF, em 2009, o Brasil produziu 297.377 t em uma área de 15.048 ha. Pernambuco, São Paulo, Brasília, Rio de Janeiro e Bahia são os principais produtores. No Estado de São Paulo, é importante destacar a produção de goiabas para mesa (50.000 t) que graças à alta qualidade dos frutos é exportado com sucesso.

Tamanho de recipientes e tempo de formação de mudas no desenvolvimento e produção de maracujazeiro-amarelo

O tamanho de recipientes e o tempo de formação em viveiro são fatores diretamente relacionados com a qualidade das mudas de maracujazeiro, mas é importante verificar se o maior desenvolvimento da muda se reflete no desempenho das plantas adultas a campo. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do tamanho de recipientes e do tempo de formação das mudas no desenvolvimento e na produção de maracujazeiro-amarelo. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso, arranjados em esquema fatorial 3 (tamanhos de recipientes) x 3 (períodos de formação das mudas), com quatro repetições e quatro plantas por parcela. Os recipientes avaliados tinham volumes de 400; 800 e 1.200 cm³, e as semeaduras foram realizadas em março, abril e maio. As mudas foram transplantadas para o campo,em setembro, com 180; 150 e 120 dias de formação em viveiro. Foram avaliados a altura das mudas no transplante, a produção total, o número de frutos por planta e a massa dos frutos durante o 1º ciclo de produção. O desenvolvimento vegetativo da parte aérea das mudas é proporcional ao tamanho do recipiente e ao tempo para formação. Semeaduras realizadas no mês de maio, em recipientes de 1.200 cm³, são mais apropriadas por apresentarem produção de frutos maior e/ou igual aos demais tratamentos, em menor período de formação.

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.