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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18435
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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