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Tipo do documento: Tese
Título: Análise de sinais eletroquímicos por mapas de difusão
Título(s) alternativo(s): Analysis of electrochemical signals by Diffusion Maps
Autor: Oliveira, Carlos Alberto Lopes dos Santos de 
Primeiro orientador: Moura Neto, Francisco Duarte
Segundo orientador: Bastos, Ivan Napoleão
Primeiro membro da banca: Peralva, Bernardo Sotto Maior
Segundo membro da banca: Domingos, Roberto Pinheiro
Terceiro membro da banca: Libotte, Gustavo Barbosa
Quarto membro da banca: Platt, Gustavo Mendes
Resumo: Esta tese propõe um uso inovador no estudo de sinais eletroquímicos pela téc- nica de redução de dimensionalidade não linear conhecida como mapas de difusão. Os mapas de difusão conseguem descobrir padrões em conjuntos de dados, agrupando-os e considerando diversas escalas para classificação. A redução de dimensionalidade foi aplicada inicialmente a imagens digitais, mostrando a capacidade de organizar objetos e revelando a potencialidade desta técnica para tratar dados. Além de fornecer uma revisão bibliográfica geral do método e explicar detalhadamente seu funcionamento, no trabalho analisa-se de modo abrangente o comportamento qualitativo da técnica em termos de parametrização da modelagem, trazendo para o debate questões ainda pouco compre- endidas sobre o método. A seguir, é apresentada uma aplicação para classificação de perfis de sinais eletroquímicos de curvas de polarização e de espectroscopia de impedância eletroquímica, utilizados principalmente para avaliar a cinética de corrosão de eletrodos em ambientes corrosivos. A análise utilizou os perfis de testes experimentais com dezenas de réplicas. A classificação correta é um desafio, pois a forte não linearidade dos perfis, além da sobreposição, torna-se uma tarefa difícil. Além disso, deve-se imaginar que outliers estão presentes e estes podem ter origens diversas, como variações de materiais, erros experimentais e artefatos, e o procedimento de classificação deve ser sensível para detectá- los a partir do conjunto de dados. Os resultados obtidos são considerados promissores, atingindo-se taxas de 81, 88 e 79% para as faixas de potencial eletroquímico baixo, alto e em toda a faixa estudada. Estes resultados são comparados com métodos clássicos de classificação em termos de eficiência atingida. Este trabalho também mostra como os mapas de difusão podem ser úteis na busca de outliers de sinais eletroquímicos. Após depurar os dados experimentais com a técnica, o classificador atinge 94% na faixa de alto potencial, quando o melhor resultado é obtido. Por fim, a tese também apresenta uma análise crítica do efeito do parâmetro de escala que mede a similaridade entre os dados do mapeamento obtido com os mapas de difusão utilizando dados simulados. Esta parametrização se refere à conectividade estrutural e como os dados podem ser conectados.
Abstract: This thesis proposes an innovative use in the study of electrochemical signals by the technique of nonlinear dimensionality reduction known as Diffusion Maps. Diffusion maps can discover patterns in datasets, grouping them and considering different scales for classification. The dimensionality reduction was initially applied to digital images, showing the capacity of organizing objects and revealing the potentiality of this technique to treat data. In addition to providing a general bibliographic review of the method and explaining its operation in detail, the work comprehensively analyzes the qualita- tive behavior of the technique in terms of modeling parameterization, bringing to the debate issues that are still poorly understood about the method. Next, an application for classifying electrochemical signal profiles from polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy is presented, mainly used to evaluate the corrosion kinetics of electrodes in corrosive environments. The analysis used the profiles of experimental tests with dozens of replicates. Correct classification is a challenge, as the strong non-linearity of the profiles, in addition to overlap, becomes a difficult task. Furthermore, one must imagine that outliers are present and these may have different origins, such as material variations, experimental errors and artifacts, and the classification procedure must be sensitive to detect them from the dataset. The results obtained are considered promising, reaching rates of 81, 88 and 79% for the low and high electrochemical potential ranges and for the entire studied range. These results are compared with classical classification methods in terms of efficiency achieved. This work also shows how Diffusion Maps can be useful in the search for outliers of electrochemical signals.After debugging the experimental data with the technique, the classifier reaches 94% in the high potential range, when the best result is obtained. Finally, the thesis also presents a critical analysis of the effect of the scale parameter that measures the similarity between the mapping data obtained with the diffusion maps using simulated data. This parameterization refers to structural connectivity and how data can be connected.
Palavras-chave: Dimensionality reduction
Diffusion maps
Outliers
Polarization curves
Electrochemical impedance
Digital images
Impedância
Difusão
Modelos matemáticos
Redução de dimensionalidade
Mapas de difusão
Outliers
Curvas de polarização
Impedância eletroquímica
Imagens digitais
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA APLICADAS
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: OLIVEIRA, Carlos Alberto Lopes dos Santos de. Análise de sinais eletroquímicos por mapas de difusão. 2022. 167 f. Tese (Doutorado em Modelagem Computacional) - Instituto Politécnico, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18435
Data de defesa: 22-Jul-2022
Aparece nas coleções:Doutorado em Modelagem Computacional

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