Linear Hyperspectral Unmixing Using L0-norm Approximations and Nonnegative Matrix Factorization

Spectral unmixing (SU) is a technique to characterize mixed pixels of the hyperspectral images measured by remote sensors. Most of the existing spectral unmixing algorithms are developed using the linear mixing models. Since the number of endmembers/materials present at each mixed pixel is normally scanty compared with the number of total endmembers (the dimension of spectral library), the problem becomes sparse. This thesis introduces sparse hyperspectral unmixing methods for the linear mixing model through two different scenarios. In the first scenario, the library of spectral signatures is assumed to be known and the main problem is to find the minimum number of endmembers under a reasonable small approximation error. Mathematically, the corresponding problem is called the $\ell_0$-norm problem which is NP-hard problem. Our main study for the first part of thesis is to find more accurate and reliable approximations of $\ell_0$-norm term and propose sparse unmixing methods via such approximations. The resulting methods are shown considerable improvements to reconstruct the fractional abundances of endmembers in comparison with state-of-the-art methods such as having lower reconstruction errors. In the second part of the thesis, the first scenario (i.e., dictionary-aided semiblind unmixing scheme) will be generalized as the blind unmixing scenario that the library of spectral signatures is also estimated. We apply the nonnegative matrix factorization (NMF) method for proposing new unmixing methods due to its noticeable supports such as considering the nonnegativity constraints of two decomposed matrices. Furthermore, we introduce new cost functions through some statistical and physical features of spectral signatures of materials (SSoM) and hyperspectral pixels such as the collaborative property of hyperspectral pixels and the mathematical representation of the concentrated energy of SSoM for the first few subbands. Finally, we introduce sparse unmixing methods for the blind scenario and evaluate the efficiency of the proposed methods via simulations over synthetic and real hyperspectral data sets. The results illustrate considerable enhancements to estimate the spectral library of materials and their fractional abundances such as smaller values of spectral angle distance (SAD) and abundance angle distance (AAD) as well.

Concentrados de ácidos graxos insaturados obtidos a partir de óleo de carpa (cyprinus carpio) utilizando o método da complexação com uréia

O presente trabalho teve como objetivo obter concentrados de ácidos graxos mono e poliinsaturados a partir do óleo branqueado de carpa (Cyprinus carpio), utilizando o método de complexação com uréia, e estabelecer as melhores condições através do estudo de seus parâmetros. Foi utilizado um planejamento experimental 23 para determinar os fatores que influenciam de forma significativa (nível de 95%) os experimentos da complexação com uréia, e verificar quais as faixas de valores desses fatores que apresentam os melhores resultados. Os fatores de estudo foram: relação de uréia-ácido graxo (2:1 e 6:1), temperatura de cristalização (4ºC e -12ºC) e tempo de cristalização (14 e 24 h). As respostas para análise estatística foram: rendimento da fração líquida (%Rend), percentual de ácidos graxos livres (%AGL) da fração líquida e o perfil de ácidos graxos. Conforme o estudo realizado, a relação uréia/AG se mostrou muito efetiva, de forma diretamente proporcional, na obtenção de concentrados de ácidos graxos monoinsaturados (AGMI) e poliinsaturados (AGPI). Pois, uma vez que ao aumentar a relação de uréia/AG resultou em um meio favorável para a inclusão dos ácidos graxos saturados (AGS) na cristalização da uréia. Por este motivo a relação (6:1) foi melhor para obter concentrados de AGMI+AGPI. A relação entre temperatura e rendimento de concentrados de ácidos graxos insaturados foi de forma inversamente proporcional, sendo que no menor valor (-12ºC) ocorreu a melhor separação de ácidos graxos saturados dos insaturados. O tempo foi significativo, porém com menor influência quando comparado com as demais variáveis de estudo. Devido a isso, o ganho em rendimento dos concentrados de ácidos graxos insaturados em relação ao custo operacional envolvidos no método de complexação com uréia não sugere que o maior tempo seja utilizado, sendo que 14 h oferece rendimentos que tendem à maior produtividade. Assim, as melhores condições para a obtenção de concentrados foram: maior relação de uréia/AG (6:1), menor temperatura (-12ºC) e menor tempo (14 h). Sendo que nestas condições as frações líquidas apresentaram rendimento em massa de até 65,4%, e seu percentual de ácidos graxos livres (%AGL) ficou em média 35,8 g/100g ácido oléico. Os ácidos graxos mono e poliinsaturados na melhor condição de complexação com uréia foram concentrados em 85,2%, e entre estes os EPA+DHA foram concentrados em 9,4%.

Privileged Words and Sturmian Words

This dissertation has two almost unrelated themes: privileged words and Sturmian words. Privileged words are a new class of words introduced recently. A word is privileged if it is a complete first return to a shorter privileged word, the shortest privileged words being letters and the empty word. Here we give and prove almost all results on privileged words known to date. On the other hand, the study of Sturmian words is a well-established topic in combinatorics on words. In this dissertation, we focus on questions concerning repetitions in Sturmian words, reproving old results and giving new ones, and on establishing completely new research directions. The study of privileged words presented in this dissertation aims to derive their basic properties and to answer basic questions regarding them. We explore a connection between privileged words and palindromes and seek out answers to questions on context-freeness, computability, and enumeration. It turns out that the language of privileged words is not context-free, but privileged words are recognizable by a linear-time algorithm. A lower bound on the number of binary privileged words of given length is proven. The main interest, however, lies in the privileged complexity functions of the Thue-Morse word and Sturmian words. We derive recurrences for computing the privileged complexity function of the Thue-Morse word, and we prove that Sturmian words are characterized by their privileged complexity function. As a slightly separate topic, we give an overview of a certain method of automated theorem-proving and show how it can be applied to study privileged factors of automatic words. The second part of this dissertation is devoted to Sturmian words. We extensively exploit the interpretation of Sturmian words as irrational rotation words. The essential tools are continued fractions and elementary, but powerful, results of Diophantine approximation theory. With these tools at our disposal, we reprove old results on powers occurring in Sturmian words with emphasis on the fractional index of a Sturmian word. Further, we consider abelian powers and abelian repetitions and characterize the maximum exponents of abelian powers with given period occurring in a Sturmian word in terms of the continued fraction expansion of its slope. We define the notion of abelian critical exponent for Sturmian words and explore its connection to the Lagrange spectrum of irrational numbers. The results obtained are often specialized for the Fibonacci word; for instance, we show that the minimum abelian period of a factor of the Fibonacci word is a Fibonacci number. In addition, we propose a completely new research topic: the square root map. We prove that the square root map preserves the language of any Sturmian word. Moreover, we construct a family of non-Sturmian optimal squareful words whose language the square root map also preserves.This construction yields examples of aperiodic infinite words whose square roots are periodic.

Síntese de novas 3,4-diidropirimidin-2(1H)-onas graxas e estudo da atividade antitumoral

Neste trabalho foi realizada a síntese de novas 3,4-diidropirimidinonas funcionalizadas com diferentes cadeias graxas. Para a síntese destes compostos os β-cetoésteres graxos foram obtidos a partir da transesterificação do acetoacetato de metila na presença dos álcoois palmítico (2a), esteárico (2b) e oleico (2c), utilizando como catalisador I2 e ácido sulfâmico (NH3SO3). Os compostos foram obtidos com rendimentos de 97%, 90% e 60%, respectivamente. Após, a reação multicomponente de Biginelli foi realizada na presença de InCl3 utilizando os β- cetoésteres graxos 3a-c, os aldeídos aromáticos, benzaldeído, 3-hidroxi benzaldeído e 4-dimetilaminobenzaldeído, na presença de uréia ou tiouréia, levando às 3,4- diidropirimidinonas graxas 5-substituídas 6-11a-c em rendimentos que variaram entre 60–94%. Todos os compostos, ainda inéditos na literatura, foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho (IV) e ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN ¹H) e carbono (RMN ¹³C). A análise do efeito das novas 3,4-diidropirimidin-2(1H)-onas graxas pelo método do MTT na linhagem de glioma C6 rato e UG-138 humana demonstrou uma maior diminuição da viabilidade celular para os compostos graxos contendo as cadeias palmítica e oleica derivados da tiouréia e do 3-hidroxi benzaldeído, respectivamente. Comportamento semelhante foi observado para os compostos contendo as cadeias palmítica e oleica, porém derivados da uréia. Uma diminuição significativa da viabilidade celular, porém em menor grau, foi observada para os compostos graxos contendo as cadeias palmítica e oleica derivados da uréia e do benzaldeído. Os resultados mostraram até o momento que os derivados graxos contendo a cadeia oleica na posição 5 do anel diidropirimídinico derivado do 3- hidroxi benzaldeído e da tiouréia apresentaram maior atividade na diminuição da viabilidade celular de linhagem de glioma.

Prácticas culturales para el manejo de la Sigatoka negra en bananos y plátanos

Black sigatoka (Mycosphaerella fijiensis) control consists in the continuous use of fungicide sprays and cultural practices. Cultural control reduces inoculum sources of the pathogen and favorable environmental conditions for its development, as well as it increases the vigor of the plants. In order to manage the disease it is necessary to know its behavior through the time, its relationship with the weather and the crop management. The most important cultural practice to reduce the inoculum source is the removal of the whole affected leaves or only the diseased portions of the leaves. The removed tissue is placed over the ground and the use of urea is feasible to accelerate its decomposition. An alternative practice is the "mini-composting" that consists in forming small heaps with the dead leaves and harvested plants for its quick degradation, which allows to reduce the pathogen inoculum and to incorporate nutrients and organic matters into the soil. The early pruning of the tips of the Young leaves before they show symptoms of the disease and the quick elimination of harvested plants reduce the inoculum. Also, the agronomic management of the crop helps to reduce the favorable conditions and to increase the vigor of the plants: this management considers plantation density, drainage systems, irrigation methods, control of weeds, chemical-biological fertilization, and nematode control.

Aditivos químicos e biológicos na ensilagem de cana-de-açúcar: 1. composição química das silagens, ingestão, digestibilidade e comportamento ingestivo

Avaliou-se o efeito da inclusão de aditivos na ensilagem de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) sobre a composição químico-bromatológica das silagens, o comportamento ingestivo, o consumo voluntário e a digestibilidade em bovinos de corte. Utilizaram-se cinco novilhos da raça Nelore providos de cânula ruminal, alocados em delineamento quadrado latino 5 ´ 5 e alimentados com dietas com 65% de volumoso na MS. Foram avaliadas cinco silagens (base úmida): controle - cana-de-açúcar sem aditivos; uréia - cana-de-açúcar + 0,5% uréia; benzoato - cana-de-açúcar + 0,1% de benzoato de sódio; LP - cana-de-açúcar inoculada com Lactobacillus plantarum (1 ´ 10(6) ufc/g MV); LB - cana-de-açúcar inoculada com L. buchneri (3,6 ´ 10(5) ufc/g forragem). A forragem foi armazenada em silos do tipo poço por 90 dias antes do fornecimento aos animais. A composição químico-bromatológica da cana-de-açúcar foi alterada após a ensilagem, em relação à cana-de-açúcar original, com redução no teor de carboidratos solúveis e na digestibilidade in vitro e elevação relativa nos teores de FDN e FDA. Os teores de etanol (0,30% da MS) e ácidos orgânicos (0,99% de ácido lático e 2,31% de acético) foram baixos e semelhantes entre as silagens. Os aditivos aplicados na ensilagem não promoveram alterações no consumo e na digestibilidade aparente da MS (7,2 kg/dia e 63,6%, respectivamente). O comportamento ingestivo dos animais também não foi alterado, com tempos médios de 230,6; 519,6 e 672,8 minutos/dia despendidos com ingestão de ração, ruminação e ócio, respectivamente. Os aditivos acrescidos à cana-de-açúcar promoveram pequenas alterações na maioria das variáveis avaliadas.

Aditivos químicos ou biológicos na ensilagem de cana-de-açúcar: 2. parâmetros ruminais e degradabilidade da matéria seca e das frações fibrosas

Objetivou-se avaliar o efeito da inclusão de aditivos na ensilagem de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) sobre a degradação de MS e de componentes da parede celular e sobre os parâmetros de fermentação ruminal em bovinos alimentados com dietas contendo essas silagens. Utilizaram-se cinco novilhos da raça Nelore providos de cânula ruminal, alocados em delineamento quadrado latino 5 ´ 5 e alimentados com dietas com 65% de volumoso (%) MS. Foram avaliadas cinco silagens (base úmida): controle - cana-de-açúcar, sem aditivos; uréia - cana-de-açúcar + 0,5% ureia; benzoato - cana-de-açúcar + 0,1% de benzoato de sódio; LP - cana-de-açúcar inoculada com Lactobacillus plantarum (1 ´ 10(6) ufc/g MV); LB - cana-de-açúcar inoculada com L. buchneri (3,6 ´ 10(5) ufc/g forragem). A forragem foi armazenada em silos do tipo poço por 90 dias antes do fornecimento aos animais. Os parâmetros ruminais foram afetados de forma moderada pelas silagens e tiveram forte efeito do horário de coleta de amostras. As concentrações molares médias dos ácidos acético, propiônico e butírico foram de 60,9; 19,3 e 10,2 mM, respectivamente. O ambiente ruminal proporcionado por dietas formuladas com silagens de cana-de-açúcar foi satisfatório e similar ao tradicionalmente observado em dietas contendo cana. O uso de aditivos na ensilagem influenciou, de forma não-significativa, a degradabilidade ruminal da MS e da MO, mas não alterou a degradabilidade ruminal da fração fibrosa. Os aditivos aplicados à cana-de-açúcar resultaram em pequenas alterações na maior parte das variáveis avaliadas. Apesar de a degradabilidade ruminal das silagens ter sido pouco afetada pelo uso de aditivos, os valores observados foram próximos aos observados para a cana-de-açúcar in natura.