Numerical representations in primates.

Research has demonstrated that human infants and nonhuman primates have a rudimentary numerical system that enables them to count objects or events. More recently, however, studies using a preferential looking paradigm have suggested that preverbal human infants are capable of simple arithmetical operations, such as adding and subtracting a small number of visually presented objects. These findings implicate a relatively sophisticated representational system in the absence of language. To explore the evolutionary origins of this capacity, we present data from an experiment with wild rhesus monkeys (Macaca mulatta) that methodologically mirrors those conducted on human infants. Results suggest that rhesus monkeys detect additive and subtractive changes in the number of objects present in their visual field. Given the methodological and empirical similarities, it appears that nonhuman primates such as rhesus monkeys may also have access to arithmetical representations, although alternative explanations must be considered for both primate species.

Método multigrid algébrico: reutilização das estruturas multigrid no transporte de contaminantes

A necessidade de obter solução de grandes sistemas lineares resultantes de processos de discretização de equações diferenciais parciais provenientes da modelagem de diferentes fenômenos físicos conduz à busca de técnicas numéricas escaláveis. Métodos multigrid são classificados como algoritmos escaláveis.Um estimador de erros deve estar associado à solução numérica do problema discreto de modo a propiciar a adequada avaliação da solução obtida pelo processo de aproximação. Nesse contexto, a presente tese caracteriza-se pela proposta de reutilização das estruturas matriciais hierárquicas de operadores de transferência e restrição dos métodos multigrid algébricos para acelerar o tempo de solução dos sistemas lineares associados à equação do transporte de contaminantes em meio poroso saturado. Adicionalmente, caracteriza-se pela implementação das estimativas residuais para os problemas que envolvem dados constantes ou não constantes, os regimes de pequena ou grande advecção e pela proposta de utilização das estimativas residuais associadas ao termo de fonte e à condição inicial para construir procedimentos adaptativos para os dados do problema. O desenvolvimento dos códigos do método de elementos finitos, do estimador residual e dos procedimentos adaptativos foram baseados no projeto FEniCS, utilizando a linguagem de programação PYTHONR e desenvolvidos na plataforma Eclipse. A implementação dos métodos multigrid algébricos com reutilização considera a biblioteca PyAMG. Baseado na reutilização das estruturas hierárquicas, os métodos multigrid com reutilização com parâmetro fixo e automática são propostos, e esses conceitos são estendidos para os métodos iterativos não-estacionários tais como GMRES e BICGSTAB. Os resultados numéricos mostraram que o estimador residual captura o comportamento do erro real da solução numérica, e fornece algoritmos adaptativos para os dados cuja malha retornada produz uma solução numérica similar à uma malha uniforme com mais elementos. Adicionalmente, os métodos com reutilização são mais rápidos que os métodos que não empregam o processo de reutilização de estruturas. Além disso, a eficiência dos métodos com reutilização também pode ser observada na solução do problema auxiliar, o qual é necessário para obtenção das estimativas residuais para o regime de grande advecção. Esses resultados englobam tanto os métodos multigrid algébricos do tipo SA quanto os métodos pré-condicionados por métodos multigrid algébrico SA, e envolvem o transporte de contaminantes em regime de pequena e grande advecção, malhas estruturadas e não estruturadas, problemas bidimensionais, problemas tridimensionais e domínios com diferentes escalas.

Numerical test of the Cardy-Jacobsen conjecture in the site-diluted Potts model in three dimensions

We present a microcanonical Monte Carlo simulation of the site-diluted Potts model in three dimensions with eight internal states, partly carried out on the citizen supercomputer Ibercivis. Upon dilution, the pure model’s first-order transition becomes of the second order at a tricritical point. We compute accurately the critical exponents at the tricritical point. As expected from the Cardy-Jacobsen conjecture, they are compatible with their random field Ising model counterpart. The conclusion is further reinforced by comparison with older data for the Potts model with four states.

Método da propagação de feixe de ângulo largo para análise de guias de ondas ópticos não-lineares

Este trabalho propõe uma extensão do método de propagação de feixe (BPM - Beam Propagation Method) para a análise de guias de ondas ópticos e acopladores baseados em materiais não-lineares do tipo Kerr. Este método se destina à investigação de estruturas onde a utilização da equação escalar de Helmholtz (EEH) em seu limite paraxial não mais se aplica. Os métodos desenvolvidos para este fim são denominados na literatura como métodos de propagação de feixe de ângulo largo. O formalismo aqui desenvolvido é baseado na técnica das diferenças finitas e nos esquemas de Crank-Nicholson (CN) e Douglas generalizado (GD). Estes esquemas apresentam como característica o fato de apresentarem um erro de truncamento em relação ao passo de discretização transversal, Δx, proporcional a O(Δx2) para o primeiro e O(Δx4). A convergência do método em ambos esquemas é otimizada pela utilização de um algoritmo interativo para a correção do campo no meio não-linear. O formalismo de ângulo largo é obtido pela expansão da EEH para os esquemas CN e GD em termos de polinômios aproximantes de Padé de ordem (1,0) e (1,1) para CN e GD, e (2,2) e (3,3) para CN. Os aproximantes de ordem superior a (1,1) apresentam sérios problemas de estabilidade. Este problema é eliminado pela rotação dos aproximantes no plano complexo. Duas condições de contorno nos extremos da janela computacional são também investigadas: 1) (TBC - Transparent Boundary Condition) e 2) condição de contorno absorvente (TAB - Transparent Absorbing Boundary). Estas condições de contorno possuem a facilidade de evitar que reflexões indesejáveis sejam transmitidas para dentro da janela computacional. Um estudo comparativo da influência destas condições de contorno na solução de guias de ondas ópticos não-lineares é também abordada neste trabalho.

Avaliação de métodos numéricos de análise linear de estabilidade para perfis de aço formados a frio.

Para o projeto de estruturas com perfis de aço formados a frio, é fundamental a compreensão dos fenômenos da instabilidade local e global, uma vez que estes apresentam alta esbeltez e baixa rigidez à torção. A determinação do carregamento crítico e a identificação do modo de instabilidade contribuem para o entendimento do comportamento dessas estruturas. Este trabalho avalia três metodologias para a análise linear de estabilidade de perfis de aço formados a frio isolados, com o objetivo de determinar os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade associados. Estritamente, analisa-se perfis de seção U enrijecido e Z enrijecido isolados, de diversos comprimentos e diferentes condições de vinculação e carregamento. Determinam-se os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade globais e locais por meio de: (i) análise com o Método das Faixas Finitas (MFF), através do uso do programa computacional CUFSM; (ii) análise com elementos finitos de barra baseados na Teoria Generalizada de Vigas (MEF-GBT), via uso do programa GBTUL; e (iii) análise com elementos finitos de casca (MEF-cascas) por meio do uso do programa ABAQUS. Algumas restrições e ressalvas com relação ao uso do MFF são apresentadas, assim como limitações da Teoria Generalizada de Viga e precauções a serem tomadas nos modelos de cascas. Analisa-se também a influência do grau de discretização da seção transversal. No entanto, não é feita avaliação em relação aos procedimentos normativos e tampouco análises não lineares, considerando as imperfeições geométricas iniciais, tensões residuais e o comportamento elastoplástico do material.

Numerical modeling of electromagnetic coupling phenomena in the vicinities of overhead power transmission lines.

Electromagnetic coupling phenomena between overhead power transmission lines and other nearby structures are inevitable, especially in densely populated areas. The undesired effects resulting from this proximity are manifold and range from the establishment of hazardous potentials to the outbreak of alternate current corrosion phenomena. The study of this class of problems is necessary for ensuring security in the vicinities of the interaction zone and also to preserve the integrity of the equipment and of the devices there present. However, the complete modeling of this type of application requires the three- -dimensional representation of the region of interest and needs specific numerical methods for field computation. In this work, the modeling of problems arising from the flow of electrical currents in the ground (the so-called conductive coupling) will be addressed with the finite element method. Those resulting from the time variation of the electromagnetic fields (the so-called inductive coupling) will be considered as well, and they will be treated with the generalized PEEC (Partial Element Equivalent Circuit) method. More specifically, a special boundary condition on the electric potential is proposed for truncating the computational domain in the finite element analysis of conductive coupling problems, and a complete PEEC formulation for modeling inductive coupling problems is presented. Test configurations of increasing complexities are considered for validating the foregoing approaches. These works aim to provide a contribution to the modeling of this class of problems, which tend to become common with the expansion of power grids.

Numerical evaluation of the vibration reduction index for structural joints

The present paper addresses the analysis of structural vibration transmission in the presence of structural joints. The problem is tackled from a numerical point of view, analyzing some scenarios by using finite element models. The numerical results obtained making use of this process are then compared with those evaluated using the EN 12354 standard vibration reduction index concept. It is shown that, even for the simplest cases, the behavior of a structural joint is complex and evidences the frequency dependence. Comparison with results obtained by empirical formulas reveals that those of the standards cannot accurately reproduce the expected behavior, and thus indicate that alternative complementary calculation procedures are required. A simple methodology to estimate the difference between numerical and standard predictions is here proposed allowing the calculation of an adaptation term that makes both approaches converge. This term was found to be solution-dependent, and thus should be evaluated for each structure.

Exact and analytic-numerical solutions of lagging models of heat transfer in a semi-infinite medium

Different non-Fourier models of heat conduction have been considered in recent years, in a growing area of applications, to model microscale and ultrafast, transient, nonequilibrium responses in heat and mass transfer. In this work, using Fourier transforms, we obtain exact solutions for different lagging models of heat conduction in a semi-infinite domain, which allow the construction of analytic-numerical solutions with prescribed accuracy. Examples of numerical computations, comparing the properties of the models considered, are presented.

Difference schemes for numerical solutions of lagging models of heat conduction

Non-Fourier models of heat conduction are increasingly being considered in the modeling of microscale heat transfer in engineering and biomedical heat transfer problems. The dual-phase-lagging model, incorporating time lags in the heat flux and the temperature gradient, and some of its particular cases and approximations, result in heat conduction modeling equations in the form of delayed or hyperbolic partial differential equations. In this work, the application of difference schemes for the numerical solution of lagging models of heat conduction is considered. Numerical schemes for some DPL approximations are developed, characterizing their properties of convergence and stability. Examples of numerical computations are included.

Estimation Models for Nonuniformly Sampled Signals–Application to Multiple Delay Estimation

This letter presents a method to model propagation channels for estimation, in which the sampling scheme can be arbitrary. Additionally, the method yields accurate models, with a size that converges to the channel duration, measured in Nyquist periods. It can be viewed as an improvement on the usual discretization based on regular sampling at the Nyquist rate. The method is introduced in the context of multiple delay estimation using the MUSIC estimator, and is assessed through a numerical example.

Numerical resolution of Emden's equation using Adomian polynomials

Purpose: In this paper the authors aim to show the advantages of using the decomposition method introduced by Adomian to solve Emden's equation, a classical non‐linear equation that appears in the study of the thermal behaviour of a spherical cloud and of the gravitational potential of a polytropic fluid at hydrostatic equilibrium. Design/methodology/approach: In their work, the authors first review Emden's equation and its possible solutions using the Frobenius and power series methods; then, Adomian polynomials are introduced. Afterwards, Emden's equation is solved using Adomian's decomposition method and, finally, they conclude with a comparison of the solution given by Adomian's method with the solution obtained by the other methods, for certain cases where the exact solution is known. Findings: Solving Emden's equation for n in the interval [0, 5] is very interesting for several scientific applications, such as astronomy. However, the exact solution is known only for n=0, n=1 and n=5. The experiments show that Adomian's method achieves an approximate solution which overlaps with the exact solution when n=0, and that coincides with the Taylor expansion of the exact solutions for n=1 and n=5. As a result, the authors obtained quite satisfactory results from their proposal. Originality/value: The main classical methods for obtaining approximate solutions of Emden's equation have serious computational drawbacks. The authors make a new, efficient numerical implementation for solving this equation, constructing iteratively the Adomian polynomials, which leads to a solution of Emden's equation that extends the range of variation of parameter n compared to the solutions given by both the Frobenius and the power series methods.

Exact Numerical Processing

Paper submitted to Euromicro Symposium on Digital Systems Design (DSD), Belek-Antalya, Turkey, 2003.

A compact difference scheme for numerical solutions of second order dual-phase-lagging models of microscale heat transfer

Dual-phase-lagging (DPL) models constitute a family of non-Fourier models of heat conduction that allow for the presence of time lags in the heat flux and the temperature gradient. These lags may need to be considered when modeling microscale heat transfer, and thus DPL models have found application in the last years in a wide range of theoretical and technical heat transfer problems. Consequently, analytical solutions and methods for computing numerical approximations have been proposed for particular DPL models in different settings. In this work, a compact difference scheme for second order DPL models is developed, providing higher order precision than a previously proposed method. The scheme is shown to be unconditionally stable and convergent, and its accuracy is illustrated with numerical examples.