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Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17347
Tipo do documento: Tese
Título: Análise direta e inversa da dinâmica de populações difusivas via transformações integrais, inferência bayesiana e modelo de erro de aproximação
Título(s) alternativo(s): Direct and inverse analysis of diffusive population dynamics via integral transformations, bayesian inference and approximation error model
Autor: Friguis, Maiquison dos Santos 
Primeiro orientador: Knupp, Diego Campos
Segundo orientador: Silva Neto, Antônio José da
Primeiro membro da banca: Meyer, João Frederico da Costa Azevedo
Segundo membro da banca: Lugon Junior, Jader
Terceiro membro da banca: Stutz, Leonardo Tavares
Quarto membro da banca: Abreu, Luiz Alberto da Silva
Resumo: Neste trabalho é apresentada a análise direta e inversa de um problema de dinâmica populacional bidimensional transiente na presença de armadilhas locais. Inicialmente o estudo populacional conduzido considerando a existência de apenas uma espécie para ser posteriormente ampliado para um sistema do tipo presa-predador. O problema direto formulado é solucionado utilizando uma abordagem híbrida via técnica de transformadas integrais generalizadas (GITT). Visando reduzir o custo computacional para solução do problema direto, ainda com a GITT, foi implementada uma solução de baixo custo alterando a ordem de truncamento na transformação dos termos fonte. A utilização de uma solução de baixo custo para o problema direto levou ao surgimento de erro de modelagem, que foi incorporado a solução do problema inverso via modelo de erro de aproximação (AEM). Sob a perspectiva do problema inverso, a estimativa dos parâmetros associados aos modelos é formulada usando o formalismo Bayesiano, usando o método de maximum a posteriori (MAP) para gerar uma estimativa pontual da posteriori em seguida refinada por amostragem pelo método de Monte Carlo via Cadeias de Markov (MCMC). Considerando a existência de informação a priori de diferentes tipos, a função objetivo MAP foi otimizada pelos métodos de Luus-Jaakola e Gauss-Newton, já o MCMC foi implementado considerando algoritmos Metropolis-Hastings cl´assico e adaptativo. Visando estabelecer condições satisfatórias para estimativas dos parâmetros envolvidos, são aplicadas análises de sensibilidades local e global aos modelos adotados, identificando quais parâmetros podem ser estimados via problemas inversos com inferência Bayesiana. Enquanto os resultados do problema direto mostram que a GITT pode ser utilizada com sucesso nesse tipo de problema, os resultados do problema inverso sugerem em quais cenários essa metodologia, de problemas inversos via inferência Bayesiana, pode ser aplicada considerando situações reais.
Abstract: This work presents the direct and inverse analysis of a transient two-dimensional population dynamics problem in the presence of local traps. Initially, the population study is conducted considering the existence of only one species to be later expanded to a prey-predator type system. The formulated direct problem is solved using a hybrid approach via the technique of generalized integral transforms (GITT). Aiming to reduce the computational cost to solve the direct problem, even with GITT, a low-cost solution was implemented. The use of a low-cost solution for the direct problem led to the emergence of modeling error, which was incorporated into the solution of the inverse problem via the approximation error model (AEM). From the perspective of the inverse problem, the estimation of the parameters associated with the models is formulated using the Bayesian formalism, using the maximum a posteriori (MAP) method to generate a point estimate of the posteriori then refined by sampling by Monte Carlo via Markov Chains (MCMC) method. Considering the existence of a priori information of different types, the MAP objective function was optimized by the Luus Jaakola and Gauss-Newton methods, whereas the MCMC was implemented considering classical and adaptive Metropolis-Hastings algorithms. In order to establish satisfactory conditions for estimating the parameters involved, local and global sensitivity analyzes are applied, identifying which parameters can be estimated via inverse problems with Bayesian inference. While the results of the direct problem show that GITT can be used successfully in this type of problem, the results of the inverse problem suggest in which scenarios this methodology can be applied considering real situations.
Palavras-chave: Diffusive populations
Generalized integral transform
Bayesian inference
Approximation error model
Estatística matemática
Biomatemática
Teoria bayesiana de decisão estatística
Modelos matemáticos
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Monte Carlo, Método de
Markov, Processos de
Soluções numéricas
Populações Difusivas
Transformada integral generalizada
Inferência bayesiana
Modelo de erro de aproximação
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::MODELAGEM DE SISTEMAS BIOLOGICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Citação: FRIGUIS, Maiquison dos Santos. Análise direta e inversa da dinâmica de populações difusivas via transformações integrais, inferência bayesiana e modelo de erro de aproximação. 2021. 136 f. Tese (Doutorado em Modelagem Computacional) - Instituto Politécnico, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2021 .
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17347
Data de defesa: 29-Nov-2021
Aparece nas coleções:Doutorado em Modelagem Computacional

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