Construção exata de sólitons de Hopf

Pós-graduação em Física - IFT

Color texture analysis based on fractal descriptors

Color texture classification is an important step in image segmentation and recognition. The color information is especially important in textures of natural scenes, such as leaves surfaces, terrains models, etc. In this paper, we propose a novel approach based on the fractal dimension for color texture analysis. The proposed approach investigates the complexity in R, G and B color channels to characterize a texture sample. We also propose to study all channels in combination, taking into consideration the correlations between them. Both these approaches use the volumetric version of the Bouligand-Minkowski Fractal Dimension method. The results show a advantage of the proposed method over other color texture analysis methods. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

An algorithm for the strip packing problem using collision free region and exact fitting placement

The irregular shape packing problem is approached. The container has a fixed width and an open dimension to be minimized. The proposed algorithm constructively creates the solution using an ordered list of items and a placement heuristic. Simulated annealing is the adopted metaheuristic to solve the optimization problem. A two-level algorithm is used to minimize the open dimension of the container. To ensure feasible layouts, the concept of collision free region is used. A collision free region represents all possible translations for an item to be placed and may be degenerated. For a moving item, the proposed placement heuristic detects the presence of exact fits (when the item is fully constrained by its surroundings) and exact slides (when the item position is constrained in all but one direction). The relevance of these positions is analyzed and a new placement heuristic is proposed. Computational comparisons on benchmark problems show that the proposed algorithm generated highly competitive solutions. Moreover, our algorithm updated some best known results. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A complex networks approach for data clustering

This work proposes a method for data clustering based on complex networks theory. A data set is represented as a network by considering different metrics to establish the connection between each pair of objects. The clusters are obtained by taking into account five community detection algorithms. The network-based clustering approach is applied in two real-world databases and two sets of artificially generated data. The obtained results suggest that the exponential of the Minkowski distance is the most suitable metric to quantify the similarities between pairs of objects. In addition, the community identification method based on the greedy optimization provides the best cluster solution. We compare the network-based clustering approach with some traditional clustering algorithms and verify that it provides the lowest classification error rate. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Localizability in de Sitter space

An analogue of the Newton-Wigner position operator is defined for a massive neutral scalar field in de Sitter space. The one-particle subspace of the theory, consisting of positive-energy solutions of the Klein-Gordon equation selected by the Hadamard condition, is identified with an irreducible representation of the de Sitter group. Postulates of localizability analogous to those written by Wightman for fields in Minkowski space are formulated on it, and a unique solution is shown to exist. Representations in both the principal and the complementary series are considered. A simple expression for the time evolution of the Newton-Wigner operator is presented.

Vortices in the extended Skyrme-Faddeev model

We construct analytical and numerical vortex solutions for an extended Skyrme-Faddeev model in a (3 + 1) dimensional Minkowski space-time. The extension is obtained by adding to the Lagrangian a quartic term, which is the square of the kinetic term, and a potential which breaks the SO(3) symmetry down to SO(2). The construction makes use of an ansatz, invariant under the joint action of the internal SO(2) and three commuting U(1) subgroups of the Poincare group, and which reduces the equations of motion to an ordinary differential equation for a profile function depending on the distance to the x(3) axis. The vortices have finite energy per unit length, and have waves propagating along them with the speed of light. The analytical vortices are obtained for a special choice of potentials, and the numerical ones are constructed using the successive over relaxation method for more general potentials. The spectrum of solutions is analyzed in detail, especially its dependence upon special combinations of coupling constants.

Characterization of nanostructured material images using fractal descriptors

This work presents a methodology to the morphology analysis and characterization of nanostructured material images acquired from FEG-SEM (Field Emission Gun-Scanning Electron Microscopy) technique. The metrics were extracted from the image texture (mathematical surface) by the volumetric fractal descriptors, a methodology based on the Bouligand-Minkowski fractal dimension, which considers the properties of the Minkowski dilation of the surface points. An experiment with galvanostatic anodic titanium oxide samples prepared in oxalyc acid solution using different conditions of applied current, oxalyc acid concentration and solution temperature was performed. The results demonstrate that the approach is capable of characterizing complex morphology characteristics such as those present in the anodic titanium oxide.

Texture analysis by multi-resolution fractal descriptors

This work proposes a novel texture descriptor based on fractal theory. The method is based on the Bouligand- Minkowski descriptors. We decompose the original image recursively into four equal parts. In each recursion step, we estimate the average and the deviation of the Bouligand-Minkowski descriptors computed over each part. Thus, we extract entropy features from both average and deviation. The proposed descriptors are provided by concatenating such measures. The method is tested in a classification experiment under well known datasets, that is, Brodatz and Vistex. The results demonstrate that the novel technique achieves better results than classical and state-of-the-art texture descriptors, such as Local Binary Patterns, Gabor-wavelets and co-occurrence matrix.

Multiscale fractal descriptors applied to nanoscale images

This work proposes the application of fractal descriptors to the analysis of nanoscale materials under different experimental conditions. We obtain descriptors for images from the sample applying a multiscale transform to the calculation of fractal dimension of a surface map of such image. Particularly, we have used the Bouligand-Minkowski fractal dimension. We applied these descriptors to discriminate between two titanium oxide films prepared under different experimental conditions. Results demonstrate the discrimination power of proposed descriptors in such kind of application.

Strukturbildung in dünnen Filmen aus Mischungen statistischer Copolymere

Dünne Polymerfilme besitzen einen weiten Anwendungsbereich in vielen High-Tech Applikationen. All diese Anwendungen erfordern ein bestimmtes Anwendungsprofil des dünnen Films. Diese Anforderungen umschließen sowohl die physikalischen Eigenschaften des Films als auch seine Struktur. Um sie zu realisieren, werden oftmals Mischungsfilme aus verschiedenen Polymeren verwendet. Diese neigen jedoch in vielen Fällen zur bereits während der Präparation zu Phasenseparation.Vor diesem Hintergrund wurde untersucht welchen Einfluss die Verträglichkeit der gemischten Polymere auf die Strukturbildung des dünnen Films ausüben. Als Modellsystem hierfür dienten Mischungen statistischer Poly-styrol-stat-para brom-styrol Copolymere.Die Oberflächenstrukturen, die sich währen der Präparation der Mischungsfilme einstellten, wurden mit Rasterkraftmikroskopie untersucht. wobei die Topologie einer statistischen Analyse unterzogen wurde. Zum einen wurde hierzu die spektrale Leistungsdichte der Oberflächenkontour zum anderen die zugehörigen Minkowski-Funktionale berechnet.Neben Oberflächenstrukturen bilden sich während der Präparation auch Entmischungsstrukturen im inneren des Filmes. Zur Charakterisierung dieser Strukturen wurden die Filme durch Streuung unter streifendem Einfall untersucht. Durch eine modellfreie Interpretation der Streuexperimente gelang der Nachweis der inneren StrukturenFür nur schwach unverträglich Filme konnte auf Basis der Streuexperimente eine Replikation der Oberflächenstruktur des Substrates auf die Filmoberflächen nachgewiesen werden. Diese Replikation wurde für verschieden raue Substrate und bezueglich der Kinetik ihrer Abnahme beim Quellen der Filme untersucht.

Monte-Carlo-Simulationen zum Phasenverhalten binärer Polymerbürsten

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Strukturbildung im schlechten Lösungsmittel bei ein- und zweikomponentigen Polymerbürsten, bei denen Polymerketten durch Pfropfung am Substrat verankert sind. Solche Systeme zeigen laterale Strukturbildungen, aus denen sich interessante Anwendungen ergeben. Die Bewegung der Polymere erfolgt durch Monte Carlo-Simulationen im Kontinuum, die auf CBMC-Algorithmen sowie lokalen Monomerverschiebungen basieren. Eine neu entwickelte Variante des CBMC-Algorithmus erlaubt die Bewegung innerer Kettenteile, da der bisherige Algorithmus die Monomere in Nähe des Pfropfmonomers nicht gut relaxiert. Zur Untersuchung des Phasenverhaltens werden mehrere Analysemethoden entwickelt und angepasst: Dazu gehören die Minkowski-Maße zur Strukturuntersuchung binären Bürsten und die Pfropfkorrelationen zur Untersuchung des Einflusses von Pfropfmustern. Bei einkomponentigen Bürsten tritt die Strukturbildung nur beim schwach gepfropften System auf, dichte Pfropfungen führen zu geschlossenen Bürsten ohne laterale Struktur. Für den graduellen Übergang zwischen geschlossener und aufgerissener Bürste wird ein Temperaturbereich bestimmt, in dem der Übergang stattfindet. Der Einfluss des Pfropfmusters (Störung der Ausbildung einer langreichweitigen Ordnung) auf die Bürstenkonfiguration wird mit den Pfropfkorrelationen ausgewertet. Bei unregelmäßiger Pfropfung sind die gebildeten Strukturen größer als bei regelmäßiger Pfropfung und auch stabiler gegen höhere Temperaturen. Bei binären Systemen bilden sich Strukturen auch bei dichter Pfropfung aus. Zu den Parametern Temperatur, Pfropfdichte und Pfropfmuster kommt die Zusammensetzung der beiden Komponenten hinzu. So sind weitere Strukturen möglich, bei gleicher Häufigkeit der beiden Komponenten bilden sich streifenförmige, lamellare Muster, bei ungleicher Häufigkeit formt die Minoritätskomponente Cluster, die in der Majoritätskomponente eingebettet sind. Selbst bei gleichmäßig gepfropften Systemen bildet sich keine langreichweitige Ordnung aus. Auch bei binären Bürsten hat das Pfropfmuster großen Einfluss auf die Strukturbildung. Unregelmäßige Pfropfmuster führen schon bei höheren Temperaturen zur Trennung der Komponenten, die gebildeten Strukturen sind aber ungleichmäßiger und etwas größer als bei gleichmäßig gepfropften Systemen. Im Gegensatz zur self consistent field-Theorie berücksichtigen die Simulationen Fluktuationen in der Pfropfung und zeigen daher bessere Übereinstimmungen mit dem Experiment.

Zweischleifenkorrekturen zum leptonischen Zerfall des Z-Bosons

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde, basierend auf der Parallel-/Orthogonalraum-Methode, eine neue Methode zur Berechnung von allgemeinen massiven Zweischleifen-Dreipunkt-Tensorintegralen mit planarer und gedrehter reduzierter planarer Topologie entwickelt. Die Ausarbeitung und Implementation einer Tensorreduktion fuer Integrale, welche eine allgemeine Tensorstruktur im Minkowski-Raum besitzen koennen, wurde durchgefuehrt. Die Entwicklung und Implementation eines Algorithmus zur semi-analytischen Berechnung der schwierigsten Integrale, die nach der Tensorreduktion verbleiben, konnte vollendet werden. (Fuer die anderen Basisintegrale koennen wohlbekannte Methoden verwendet werden.) Die Implementation ist bezueglich der UV-endlichen Anteile der Masterintegrale, die auch nach Tensorreduktion noch die zuvor erwaehnten Topologien besitzen, abgeschlossen. Die numerischen Integrationen haben sich als stabil erwiesen. Fuer die verbleibenden Teile des Projektes koennen wohlbekannte Methoden verwendet werden. In weiten Teilen muessen lediglich noch Links zu existierenden Programmen geschrieben werden. Fuer diejenigen wenigen verbleibenden speziellen Topologien, welche noch zu implementieren sind, sind (wohlbekannte) Methoden zu implementieren. Die Computerprogramme, die im Rahmen dieses Projektes entstanden, werden auch fuer allgemeinere Prozesse in das xloops-Projekt einfliessen. Deswegen wurde sie soweit moeglich fuer allgemeine Prozesse entwickelt und implementiert. Der oben erwaehnte Algorithmus wurde insbesondere fuer die Evaluation der fermionischen NNLO-Korrekturen zum leptonischen schwachen Mischungswinkel sowie zu aehnlichen Prozessen entwickelt. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde ein Grossteil der fuer die fermionischen NNLO-Korrekturen zu den effektiven Kopplungskonstanten des Z-Zerfalls (und damit fuer den schachen Mischungswinkel) notwendigen Arbeit durchgefuehrt.

Volumenpackungen nach SAE J1100

We present new algorithms to approximate the discrete volume of a polyhedral geometry using boxes defined by the US standard SAE J1100. This problem is NP-hard and has its main application in the car design process. The algorithms produce maximum weighted independent sets on a so-called conflict graph for a discretisation of the geometry. We present a framework to eliminate a large portion of the vertices of a graph without affecting the quality of the optimal solution. Using this framework we are also able to define the conflict graph without the use of a discretisation. For the solution of the maximum weighted independent set problem we designed an enumeration scheme which uses the restrictions of the SAE J1100 standard for an efficient upper bound computation. We evaluate the packing algorithms according to the solution quality compared to manually derived results. Finally, we compare our enumeration scheme to several other exact algorithms in terms of their runtime. Grid-based packings either tend to be not tight or have intersections between boxes. We therefore present an algorithm which can compute box packings with arbitrary placements and fixed orientations. In this algorithm we make use of approximate Minkowski Sums, computed by uniting many axis-oriented equal boxes. We developed an algorithm which computes the union of equal axis-oriented boxes efficiently. This algorithm also maintains the Minkowski Sums throughout the packing process. We also extend these algorithms for packing arbitrary objects in fixed orientations.

Massima estensione della soluzione di Schwarzschild e diagrammi di Penrose

Il punto di partenza dell'elaborato riguarda il modo in cui si giunge, a partire dalla relatività ristretta, a quella generale. Quest'ultima viene poi identificata come una teoria della gravitazione in cui si ottengono le equazioni di campo. Da qui si discute la soluzione delle equazioni di Einstein trovata da Schwarzschild evidenziandone i limiti. Si procede alla estensione di questa soluzione introducendo dapprima le coordinate di Eddington-Finkelstein e poi l'estensione massima data da Kruskal. Infine viene mostrato come è possibile compattificare l'infinito spaziotempo in una regione finita senza alterare la struttura causale. Questo viene fatto tramite delle trasformazioni particolari: le trasformazioni conformi. I diagrammi spaziotemporali che si ottengono dopo la compattificazione conforme sono conosciuti come i digrammi di Penrose e qui si vede come ottenere quelli dello spaziotempo di Minkowski e quelli dello spaziotempo della soluzione di Schwarzschild.