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Dissertações |
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LUIS FELIPE VIEIRA SILVA
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UM CONTROLADOR FISIOLÓGICO DE GANHO VARIÁVEL PARA DISPOSITIVOS DE ASSISTÊNCIA VENTRICULAR
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Orientador : THIAGO DAMASCENO CORDEIRO
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO MARCUS NOGUEIRA LIMA
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ICARO BEZERRA QUEIROZ DE ARAUJO
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THIAGO DAMASCENO CORDEIRO
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Data: 11/02/2022
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Este trabalho envolve projetar uma lei de controle adaptativo fisiológico para um dispositivo de assistência ventricular turbodinâmica (TVAD) usando um modelo variável no tempo de parâmetros concentrados que descreve o sistema cardiovascular. O TVAD é uma bomba de sangue rotativa acionada por um motor elétrico. A simulação do sistema também inclui o controlador de feedback adaptativo, que fornece um débito cardíaco fisiologicamente correto sob diferentes condições de pré-carga e pós-carga. O débito cardíaco é estimado a cada batimento cardíaco e o objetivo de controle é alcançado alterando dinamicamente a referência do controlador de velocidade do motor com base no erro da pressão sistólica. TVADs fornecem suporte para a circulação sanguínea em pacientes com insuficiência cardíaca. Diversas estratégias de controle foram desenvolvidas ao longo dos anos, com destaque para as fisiológicas, que adaptam seus parâmetros para melhorar a condição do paciente. Neste trabalho, uma nova estratégia é proposta utilizando um controlador fisiológico de ganho variável para manter o débito cardíaco em um valor de referência sob alterações tanto na pré-carga quanto na pós-carga. Modelos computacionais são usados para avaliar o desempenho desta técnica de controle, que tem apresentado melhores resultados de adaptabilidade do que controladores de velocidade constante e controladores de ganho constante.
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This work involves designing a physiological adaptive control law for a turbodynamic ventricular assist device (TVAD) using a lumped parameter time-varying model that describes the cardiovascular system. The TVAD is a rotary blood pump driven by an electrical motor. The system simulation also includes the adaptive feedback controller, which provides a physiologically correct cardiac output under different preload and afterload conditions. The cardiac output is estimated at each heartbeat, and the control objective is achieved by dynamically changing the motor speed controller's reference based on the systolic pressure error. TVADs provide support for blood circulation in patients with heart failure. Several control strategies have been developed over the years, emphasizing the physiological ones, which adapt their parameters to improve the patient's condition. In this work, a new strategy is proposed using a variable gain physiological controller to keep the cardiac output in a reference value under changes in both preload and afterload. Computational models are used to evaluate the performance of this control technique, which has shown better adaptability results than constant speed controllers and constant gain controllers.
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EDUARDO MORAES DE MIRANDA VASCONCELLOS
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Classificação dos batimentos cardíacos a partir de sinais de eletrocardiograma usando uma rede neural convolucional siamesa
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Orientador : THIAGO DAMASCENO CORDEIRO
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MEMBROS DA BANCA :
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FILIPE ROLIM CORDEIRO
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BALDOINO FONSECA DOS SANTOS NETO
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THIAGO DAMASCENO CORDEIRO
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Data: 24/02/2022
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O Eletrocardiograma ECG é um exame de baixo custo normalmente utilizado para diagnosticar anomalias no ciclo cardíaco tais como arritmias e problemas no músculo do coração. Com o avanço de técnicas de aprendizagem de máquina nos últimos anos, a classificação automática de ECGs despertou o interesse da comunidade científica. No entanto, o processo de anotar grandes e diversos conjuntos de dados para apoiar a formação de técnicas de aprendizagem de máquina ainda é muito demorado e susceptível de erros. Assim, técnicas que não requerem um grande e bem anotado conjunto de dados tornam-se ainda mais proeminentes. Isto significa que os dados subrepresentados nos conjuntos de dados ECG, como as raras perturbações cardiológicas, podem ser devidamente identificados e classificados. Neste trabalho, é investigada a utilização de Redes Neurais Convolutivas Siamêsas, populares em problemas de classificação por imagem, para classificar batimentos cardíacos de ECGs de 12-Lead. Os primeiros resultados indicam uma precisão de até 95% num conjunto de dados públicos, utilizando modelos compostos por diferentes combinações de funções de semelhança e perda. Os resultados da classificação classe por classe são também comparados com os de métodos semelhantes encontrados na literatura, obtendo-se métricas no mesmo nível e até mesmo excedendo-as na classificação de algumas classes.
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The Electrocardiogram (ECG) is a low-cost exam commonly used to diagnose abnormalities in the cardiac cycle, such as arrhythmias and problems in the heart’s muscle. With the advance of machine learning (ML) techniques in recent years, the automatic classification of ECG signals garnered interest in the scientific community. However, the process of annotating large and diverse datasets to support the training of ML techniques is still very time-consuming and error-prone. Thus, ML techniques whose training does not require large, well-annotated datasets are becoming even more prominent. This means that underrepresented data in ECG datasets, like rare cardiologic disturbs can still be properly identified and classified. In this work, the use of Siamese Convolutional Neural Networks, popular in imaging classification problems, to classify 12-Lead ECG heartbeats is investigated. The early results indicate the accuracy of up to 95% in a public dataset by using models composed of different combinations of similarity and loss functions. The class by class classification results are also compared with those of similar methods found in the literature, obtaining metrics on par and even exceeding them in the classification of some classes.
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GLAUBER RODRIGUES LEITE
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Framework de monitoramento persistente multiagente em ambientes marítimos
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Orientador : HEITOR JUDISS SAVINO
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MEMBROS DA BANCA :
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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HEITOR JUDISS SAVINO
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ICARO BEZERRA QUEIROZ DE ARAUJO
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THIAGO DAMASCENO CORDEIRO
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Data: 28/02/2022
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Monitorar o oceano de forma eficiente é essencial para planejar estratégias que permitem a manutenção da saúde do litoral. Isso fica evidente em cenários de desastre ambiental, como o derramamento de óleo reportado em 2019 que atingiu uma grande extensão da costa nordestina brasileira, trazendo consequências tanto ambientais quanto socioeconômicas para os locais afetados. O evento mostrou a necessidade de expansão da rede de monitoramento nacional, composta principalmente por boias marítimas, que são componentes estáticos ou passivos, nessa tarefa. Este trabalho propõe um \textit{framework} para sistema de monitoramento persistente com sensoriamento ativo, a partir de veículos autônomos colaborativos envolvidos em uma missão marítima. Esse sistema é capaz de gerenciar simulações de um processo de dispersão e sincronizar agentes em uma missão, trabalhando em uma política de patrulhamento.
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Efficiently monitoring the ocean is essential to plan strategies that enable the health of the coast to be maintained. This is evident in environmental disaster scenarios, such as the oil spill reported in 2019 over a large stretch of the northeastern Brazilian coast, bringing environmental and socioeconomic consequences to the affected locations. The event showed the need to expand the national monitoring network, composed mainly of marine buoys, which are static or passive components in this task. This work proposes a framework for a persistent monitoring system with active sensing from autonomous collaborative vehicles involved in a maritime mission. This system manages simulations of a dispersion process and synchronizes agents on a mission, working on a patrol policy.
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ARTHUR MONTEIRO ALVES MELO
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Análise de dados da ambiência em Unidades de Terapia Intensiva
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Orientador : ANDRE LUIZ LINS DE AQUINO
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRE LUIZ LINS DE AQUINO
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BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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HEITOR SOARES RAMOS FILHO
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RIAN GABRIEL SANTOS PINHEIRO
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Data: 11/03/2022
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A Unidade de Terapia Intensiva é um ambiente essencialmente artificial, pois concentra pacientes criticamente enfermos, profissionais altamente especializados e equipamentos de ponta para diagnóstico, tratamento e monitorização contínuos. Sua dinâmica de funcionamento pode resultar em um ambiente pouco acolhedor, afetando a saúde, bem-estar e performance de seus ocupantes. Variáveis ambientais são frequentemente relacionadas a diversos problemas de saúde, tais como: Exposição a altos níveis de ruído por longos períodos pode resultar em aumento da pressão arterial e frequência cardíaca, além de distúrbios auditivos; Iluminação inadequada pode provocar fadiga visual, cefaleia, distúrbios de sono e irritação; A temperatura do ambiente associada à umidade relativa pode causar secura em pele, olhos e garganta; Temperatura e umidade podem influenciar na proliferação de fungos, ácaros, vírus e bactérias. Excesso de ruído e iluminação inadequada estão relacionados à perturbação do sono em pacientes internados em Unidades de Terapia Intensiva. Isto pode ocasionar disrupção no ciclo circadiano e, por fim, potencializar o surgimento de delirium: um estado grave de confusão mental que dificulta a recuperação do paciente, interfere no prognóstico e pode deixar sequelas cognitivas. Para os profissionais, o ambiente pode ser um amplificador dos níveis de estresse e fadiga, contribuindo com o desenvolvimento de sintomas da síndrome de Burnout. O prejuízo na performance pode levar ao aumento na taxa de erros e culminar em pior qualidade da assistência e prejuízo à segurança do paciente. Além disso, a falta de controle sobre a temperatura e umidade do ar podem prejudicar desde o funcionamento de equipamentos até a qualidade de insumos. Variáveis como ruído, iluminância, temperatura e umidade são raramente monitoradas em conjunto e de modo contínuo. Sem essas informações, dificilmente estabelecimentos hospitalares têm indicadores e protocolos eficazes para auxiliar na criação de um espaço produtivo, acolhedor e humano – cerne do modelo atual de gestão na saúde. Por isso, este trabalho apresenta um sistema embarcado de monitoramento de variáveis ambientais, a coleta e avaliação de dados captados em Unidades de Terapia Intensiva Adulta (UTI) e neonatal (UTIN). Consistindo esses dados de gravações de áudio e variáveis ambientais (ruído, luminosidade, temperatura e umidade). Para a avaliação dos dados foram usadas, além de métricas convencionais, a entropia clássica de Shannon, o EGCI (do inglês, Ecoacustic Global Complexity Index) e a DML (do inglês, distance metric learning). O monitoramento ocorreu em duas UTINs distintas e em uma UTI Adulta, que na época estava focada no tratamento dos pacientes com Covid-19.
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The Intensive Care Unit is an essentially artificial environment, as it concentrates critically ill patients, highly specialized professionals and state-of-the-art equipment for continuous diagnosis, treatment and monitoring. Its operating dynamics can result in an unwelcoming environment, affecting the health, well-being and performance of its occupants. Environmental variables are often related to various health problems, such as: Exposure to high levels of noise for long periods can result in increased blood pressure and heart rate, in addition to hearing disorders; Inadequate lighting can cause eyestrain, headache, sleep disturbances and irritation; The ambient temperature associated with relative humidity can cause dryness of the skin, eyes and throat; Temperature and humidity can influence the proliferation of fungi, mites, viruses and bacteria. Excessive noise and inadequate lighting are related to sleep disturbance in patients admitted to Intensive Care Units. This can disrupt the circadian cycle and, ultimately, potentiate the emergence of delirium: a severe state of mental confusion that makes it difficult for the patient to recover, interferes with the prognosis and can leave cognitive sequelae. For professionals, the environment can be an amplifier of stress and fatigue levels, contributing to the development of symptoms of Burnout syndrome. Impaired performance can lead to an increase in the error rate and culminate in poorer quality of care and impaired patient safety. In addition, the lack of control over the temperature and humidity of the air can affect from the operation of equipment to the quality of inputs. Variables such as noise, illuminance, temperature and humidity are rarely monitored together and continuously. Without this information, hospitals hardly have indicators and effective protocols to help create a productive, welcoming and humane space – the core of the current health management model. Therefore, this work presents an embedded system for monitoring environmental variables, collecting and evaluating data captured in Adult Intensive Care Units (ICU) and neonatal (NICU). This data consists of audio recordings and environmental variables (noise, brightness, temperature and humidity). For the evaluation of the data, in addition to conventional metrics, Shannon's classical entropy, the EGCI (Ecoacustic Global Complexity Index) and the DML (distance metric learning) were used. Monitoring took place in two different NICUs and in an Adult ICU, which at the time was focused on treating patients with Covid-19.
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MARCUS VINÍCIUS LIMA SANTOS
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Detecção automática da camada epitelial da córnea a partir de imagens de Scheimpflug
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Orientador : AYDANO PAMPONET MACHADO
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MEMBROS DA BANCA :
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AYDANO PAMPONET MACHADO
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EDILEUZA VIRGINIO LEÃO
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JOÃO MARCELO DE ALMEIDA GUSMÃO LYRA
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MARCELO COSTA OLIVEIRA
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Data: 30/05/2022
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Objetivo: Identificar o epitélio de forma automatizada nas imagens obtidas pela câmera Scheimpflug.
Métodos: Foram analisados 279 exames de córneas normais obtidas através das capturas realizadas pela câmera scheimpflug e o método proposto possui 4 etapas: Aquisição da imagem, identificação do epitélio, Isolamento das curvaturas de interesse e Avaliação e analise do epitélio.
Resultados: Os algoritmos Canny, Zerocross e Log conseguiram detectar o epitélio na medida total as menores médias encontradas em ambas espessuras foram com os métodos log e zerocross com suas variações, que tiveram 79.74 μm, 79.85 μm e 80.38 μm na espessura normal e 65.91 μm, 66.08 μm e 67.25 μm na espessura pela distância euclidiana. Porém zerocross teve o menor número de imagens defeituosas e log teve mais de 50% das imagens da base com problemas. Na medida central as menores média encontradas em ambas espessuras também foram com os métodos log e zerocross com suas variações, que tiveram 75.50 μm, 75.58 μm e 75.75 μm na espessura normal e 61.61 μm, 61.70 μm e 62.04 μm na espessura pela distância euclidiana.
Conclusão: Esse trabalho mostra que com as imagens da câmera scheimpflug e aplicando métodos de detecção de bordas clássicos conseguimos detectar o epitélio em córneas normais. Isso mostra que conseguimos coletar informações importantes das camadas córnea e que esse parâmetro pode agregar em qualquer equipamento que utilize a câmera scheimpflug
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Objective: Automatic epithelium identification in Scheimpflug camera images.
Methods: A dataset of 279 normal corneas exams, obtained through the captures performed by a Scheimpflug camera, was analyzed. The proposed method has 4 steps: image acquisition; epithelium identification; separation of the curvatures of interest; and valuation and analysis of the epithelium.
Results: The Canny, Zerocross and Log algorithms were able to detect the epithelium in the total measure, and the lowest averages found in both thicknesses were with the log and zerocross methods with their variations. These measurements provided 79.74 μm, 79.85 μm, and 80.38 μm in the normal thickness and 65.91 μm, 66.08 μm, and 67.25 μm in thickness by Euclidean distance. However, the zerocross had the lowest number of defective images, and log had more than 50% of the base images with problems. In the central measure, the lowest averages found in both thicknesses were also with the log and zerocross methods with their variations, which had 75.50 μm, 75.58 μm and 75.75 μm in the normal thickness and 61.61 μm, 61.70 μm and 62.04 μm in the thickness by the Euclidean distance.
Conclusion: This work shows that with the images of the Scheimpflug camera and applying classic edge detection methods we were able to detect the epithelium in normal corneas. This shows that we were able to collect important information from the corneal layers and that this parameter can be added to any equipment that uses the Scheimpflug camera.
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JOSÉ IRINEU FERREIRA JÚNIOR
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UMA SOLUÇÃO BASEADA EM SIMULAÇÃO PARA A VALIDAÇÃO DE SISTEMAS E AQUISIÇÃO DE SINAIS BIOMÉDICOS
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Orientador : ALVARO ALVARES VDE CARVALHO CESAR SOBRINHO
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MEMBROS DA BANCA :
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ALVARO ALVARES VDE CARVALHO CESAR SOBRINHO
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LEANDRO DIAS DA SILVA
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THIAGO DAMASCENO CORDEIRO
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ANGELO PERKUSICH
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ANTONIO MARCUS NOGUEIRA LIMA
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Data: 29/06/2022
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Sistemas de aquisição de sinais biomédicos são indispensáveis para o monitoramento e diagnóstico de pacientes. Por isso, devem estar em conformidade com normas reguladoras vigentes e passar por manutenção periódica, conforme as exigências presentes em resoluções normativas do Ministério da Saúde e da Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Neste sentido, o objetivo com este trabalho é definir uma abordagem confiável, baseada em simulação, para auxiliar fabricantes, órgãos validadores e unidades de saúde (em um contexto de manutenção) na validação de múltiplos equipamentos ou sistemas de aquisição de sinais biomédicos. A abordagem proposta é constituída de duas partes que se complementam: software, representada por uma aplicação em um dispositivo de computação (por exemplo, notebook); e hardware, representada por um dispositivo Transceptor de Sinais Biomédicos (TSB). Para validar o software e o dispositivo TSB desenvolvidos, são considerados sinais característicos gerados digitalmente e sinais biomédicos reais de seres humanos obtidos da plataforma PhysioNet. Além disso, são realizados testes comparativos com dois equipamentos de ECG comerciais devidamente certificados e aprovados.
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Biomedical signal acquisition systems are relevant for patient monitoring and diagnosis. Therefore, such systems must comply with current regulatory standards and undergo periodic maintenance, in accordance with the requirements defined in normative resolutions of the Ministry of Health and the National Health Surveillance Agency. Thus, the objective of this work is to define a reliable simulation-based approach to assist manufacturers, validation agencies, and healthcare facilities (in a maintenance context) in the validation of multiple equipment or biomedical signal acquisition systems. The proposed approach consists of two parts that complement each other: software, represented by an application on a computing device (e.g., notebook); and hardware, represented by a Biomedical Signal Transceiver (BST) device. To validate the developed software and BST device, digitally generated characteristic signals and real biomedical signals from human beings obtained from the PhysioNet platform are considered. Besides, comparative testing are performed with two properly certified and approved commercial ECG systems.
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TÁSSIO FERNANDES COSTA
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Uma Abordagem Baseada em Modelos para Avaliação da Qualidade de Sistemas de Bomba de Infusão de Insulina
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Orientador : ALVARO ALVARES VDE CARVALHO CESAR SOBRINHO
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MEMBROS DA BANCA :
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ALVARO ALVARES VDE CARVALHO CESAR SOBRINHO
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LEANDRO DIAS DA SILVA
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LEONARDO MELO DE MEDEIROS
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ANGELO PERKUSICH
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Lenardo Chaves e Silva
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Data: 29/06/2022
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Segurança e eficácia são atributos de qualidade cruciais para sistemas de bomba de infusão de insulina. Portanto, as agências reguladoras exigem a avaliação da qualidade e aprovação de tais sistemas antes do mercado para diminuir o risco de danos, motivando o uso de uma abordagem baseada em modelos (Model-Based Approach - MBA) formais para melhorar a qualidade. No entanto, usar um MBA formal aumenta os custos e o tempo de desenvolvimento porque exige conhecimento especializado e análises minuciosas de comportamentos. O objetivo com este trabalho é auxiliar a avaliação de qualidade de tais sistemas de forma econômica e eficiente em termos de tempo, fornecendo artefatos de projeto reutilizáveis, aplicando a abordagem proposta (nomeada MBA com CPN - MBA/CPN). Foi definida uma abordagem baseada em Redes de Petri Coloridas e um estudo de caso sobre um sistema de bomba de infusão de insulina comercial para verificar e validar um modelo de referência (como um componente de MBA/CPN), descrevendo cenários de avaliação de qualidade. Também foi realizada uma avaliação empírica para verificar a produtividade e reutilização dos modeladores ao usar o modelo de referência. Tal modelo é relevante para raciocinar sobre comportamentos e avaliação de qualidade de tais sistemas concorrentes e complexos. Durante a avaliação empírica, utilizando o modelo de referência, 66,7% dos 12 modeladores entrevistados declararam nenhum esforço,
enquanto 8,3%, esforço baixo, 16,7% esforço médio e 8,3% esforço considerável. Com base no conhecimento dos modeladores, foi implementado um aplicativo baseado na web para auxiliá-los na reutilização da abordagem proposta, possibilitando o treinamento baseado em simulação. Embora um número reduzido de modeladores tenha experimentado a abordagem, tal avaliação forneceu insights para melhorar o MBA/CPN. Dada a avaliação empírica e os resultados do estudo de caso, o MBA/CPN mostrou-se relevante para avaliar a qualidade de sistemas de bombas de infusão de insulina.
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Safety and effectiveness are crucial quality attributes for insulin infusion pump systems. Therefore, regulatory agencies require the quality evaluation and approval of such systems before the market to decrease the risk of harm, motivating the usage of a formal Model-Based Approach (MBA) to improve quality. Nevertheless, using a formal MBA increases costs and development time because it requires expert knowledge and thorough analyses of behaviors. We aim to assist the quality evaluation of such systems in a cost-effective and time-efficient manner, providing re-usable project artifacts by applying our proposed approach (named MBA with CPN - MBA/CPN). We defined a Coloured Petri nets MBA and a case study on a commercial insulin infusion pump system to verify and validate a reference model (as a component of MBA/CPN), describing quality assessment scenarios. We also conducted an empirical evaluation to verify the productivity and reusability of modelers when using the reference model. Such a model is relevant to reason about behaviors and quality evaluation of such concurrent and complex systems. During the empirical evaluation, using the reference model, 66.7% of the 12 interviewed modelers stated no effort, while 8.3%, stated low effort, 16.7% medium effort, and 8.3% considerable effort. Based on the modelers` knowledge, we implemented a web- based application to assist them in re-using our proposed approach, enabling simulation-based training. Although a reduced number of modelers experimented with our approach, such an evaluation provided insights to improve the MBA/CPN. Given the empirical evaluation and the case study results, MBA/CPN showed to be relevant to assess the quality of insulin infusion pump systems.
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GIANCARLO LIMA TORRES
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UMA ABORDAGEM DE CIÊNCIA DE DADOS EM UMA ANÁLISE SOCIOECONÔMICA DE PREÇOS PARA VIAGENS DE TRANSPORTE POR APLICATIVO UBER
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Orientador : BRUNO ALMEIDA PIMENTEL
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MEMBROS DA BANCA :
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BRUNO ALMEIDA PIMENTEL
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EVANDRO DE BARROS COSTA
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RAFAEL DE AMORIM SILVA
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DIEGO CARVALHO DO NASCIMENTO
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Data: 17/08/2022
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Estudos que utilizam dados da empresa de transporte por aplicativo Uber evidenciaram que o tempo e a distância estão relacionados ao processo de precificação de seu serviço de viagens, possibilitando melhorar as estratégias de oferta e demanda. Entretanto, esse processo pode apresentar outros fatores que contribuam na concepção desses preços. Nesse sentido, esta pesquisa tem como objetivo analisar rotas de viagens de usuários de baixa renda e contribuir para a redução dos preços dessas viagens no transporte por aplicativo Uber. Para isso, buscouse responder: Se um centro financeiro estivesse mais próximo de bairros economicamente mais pobres, haveria mudança nos preços médios dessas viagens? Essa mudança poderia melhorar financeiramente a vida das pessoas de baixa renda? Foi observado que, para uma determinada região, se o centro financeiro não estiver concentrado em bairros de alta renda, seria possível reduzir os preços das viagens em cerca de 43,07% para usuários de bairros de baixa renda. Essa redução representaria uma economia mensal de cerca de 18,82% de sua renda. Para usuários que vivem em bairros ricos (alta renda), essa descentralização aumentaria os custos de viagem para pouco mais de 100%. No entanto, esse aumento representaria 6,71% de suas rendas. Considerando duas regiões, evidenciou-se um aumento no preço médio dessas viagens, confirmando uma tendência de aumento de preço quando o destino de uma viagem é um centro financeiro. Por conta disso, foi proposto uma nova funcionalidade no serviço de viagens Uber para dar mais liberdade ao usuário. Essa funcionalidade seria a escolha de uma viagem utilizando uma oferta de preço em que o aplicativo retorna as melhores distâncias com base no preço ofertado. Foram criados modelos de predição de distância para atingir esse objetivo, utilizando algoritmos regressores em que o modelo Random Forest apresentou um Coeficiente Médio de Determinação de 94%.
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Mostrar Abstract
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Studies using data from the transport company Uber showed that time and distance are related to the pricing process of its travel service, making it possible to improve supply and demand strategies. However, this process may present other factors that contribute to the design of these prices. This research aims to analyze the travel routes of low-income users and contribute to reducing the prices of these trips in transport by the Uber app. For this, we seek to answer: If a financial center were closer to economically poorer neighborhoods, would there be a change in average prices? Could this change financially improve the lives of low-income people? We observed that, for a given region, if the financial center is not concentrated in high-income neighborhoods, it would be possible to reduce travel prices by about 43.07% for users in lowincome neighborhoods. This reduction would represent a monthly savings of around 18.82% of their income. For users living in wealthy (high-income) neighborhoods, this decentralization would increase travel costs to just over 100%. However, this increase would represent 6.71% of their income. For two regions, an increase in the average price of these trips was evidenced, confirming a trend of price increase when the destination of a trip is a financial center. Because of this, we proposed a new functionality in the Uber travel service to give more freedom to the user. This functionality would be the choice of a trip using a price bid in which the application returns the best distances based on the offered price. We created distance prediction models to achieve this objective, using regressor algorithms in which the Random Forest model presented an average coefficient of determination of 94%.
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FLÁVIO OSCAR HAHN
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Framework baseado em modelos de otimização para o agendamento de pessoal durante eventos pandêmicos
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Orientador : RIAN GABRIEL SANTOS PINHEIRO
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MEMBROS DA BANCA :
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ANAND SUBRAMANIAN
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BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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ERICK DE ANDRADE BARBOZA
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RIAN GABRIEL SANTOS PINHEIRO
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Data: 23/08/2022
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Nos últimos anos, as empresas foram obrigadas a se adaptar às novas diretrizes e estratégias para prevenir e reduzir a transmissão do COVID-19 no local de trabalho. Um dos principais desafios nesta adaptação é gerir eficazmente a jornada de trabalho de forma a reduzir o contacto social. Este trabalho apresenta uma estrutura abrangente de otimização para planejar automaticamente os horários dos funcionários (equipe) durante eventos de pandemia. Nosso framework usa programação linear inteira para definir um conjunto de restrições gerais que podem ser usadas para representar vários tipos de restrições de distanciamento e diferentes funções objetivo. Para usar o framework, uma empresa deve simplesmente instanciar um subconjunto dessas restrições com uma função objetivo (de acordo com suas prioridades). Testamos nossa estrutura de agendamento em três empresas reais diferentes, e os resultados mostram que nossa abordagem é capaz de melhorar o número de trabalhadores presenciais em 15%, atendendo às restrições de distanciamento social das empresas.
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Mostrar Abstract
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In the recent years, companies were forced to adapt to the new guidelines and strategies to prevent and reduce transmission of COVID-19 in the workplace. One of the main challenges in this adaptation is to effectively manage the workday schedule in order to reduce social contact. This work presents a comprehensive optimization framework for automatically planning employee (staff) schedules during pandemic events. Our framework uses integer linear programming for defining a set of general constraints that can be used to represent several types of distancing restrictions and different objective functions. To use the framework, a company must simply instantiate a subset of these constraints with an objective function (according to its priorities). We tested our scheduling framework in three different real-life companies, and the results show that our approach is able to improve the number of in-person workers by 15\% while attending the companies social distance restrictions.
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MARCOS VINÍCIUS SILVA BENTO
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Proposta e Avaliação de um Modelo de Prognóstico para Pacientes com Septicemia
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Orientador : RAFAEL DE AMORIM SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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RAFAEL DE AMORIM SILVA
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BRUNO ALMEIDA PIMENTEL
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DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS
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ALMIR PEREIRA GUIMARAES
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Data: 26/08/2022
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Septicemia ou SEPSE é uma doença infecciosa que possui uma alta taxa de mortalidade, afetando principalmente pessoas que possuam uma imunidade relativamente baixa tais como recém nascidos, gestantes e idosos, além de ser desenvolvida a partir de contaminações, seja por contato, pelo ar ou hospitalar. Tal mortalidade está diretamente ligada ao tempo que se leva para diagnosticar esta doença e realizar seu respectivo tratamento. Sendo assim, o diagnóstico tardio permite que a doença atinja seu ápice e cause uma falência múltipla nos órgãos de uma pessoa. Além disso, acertar o tratamento inicial dessa enfermidade infere na diminuição do risco de morte dos pacientes acometidos com essa doença. Este trabalho apresenta um modelo supervisionado para o prognóstico de pacientes que possuem sintomas de Sepses. A proposta consiste na elaboração de modelos de aprendizagem de máquina no intuito de obter uma predição no prognóstico de SEPSE a partir de dados coletados no monitoramento dos pacientes internados em UTI, através de dados disponilizados no PhysioNet - eICU Collaborative Research Database.
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Mostrar Abstract
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Septicemia or SEPSE is an infectious disease that has a high mortality rate, mainly affecting those who had a relatively low immunity such as newborns, pregnant women and the elderly, in addition to being developed from contamination, either by contact, by air or hospital, high in mortality is directly linked to the time it takes to diagnose this disease and its treatment. Thus, the diagnosis allowed the disease and his health to cause an electronic automation in a person's devices. In addition, correcting the initial treatment of this disease infers a reduction in the risk of death for patients with this disease. This presents a supervised model for the preventive work of patients who present symptoms of sepsis. The machine consists of building learning learning models without predicting a prediction in EPSE data prediction from data obtained in models - and monitoring available internal ICU data from internal collaboration data available on PhysioNet.
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MAXWELL ESDRA ACIOLI SILVA
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Proposta e Avaliação de um Modelo Híbrido de Seleção de Características para o Prognóstico do Câncer de Mama
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Orientador : RAFAEL DE AMORIM SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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ALMIR PEREIRA GUIMARAES
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BRUNO ALMEIDA PIMENTEL
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DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS
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RAFAEL DE AMORIM SILVA
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Data: 26/08/2022
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Mostrar Resumo
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A tecnologia de Inteligência Artificial tem sido fundamental no papel do cuidado à saúde da sociedade. Ela vem sendo amplamente utilizada nos diversos ramos da medicina. Uma de suas principais aplicações é no contexto do prognóstico da doença de câncer de mama. O câncer é considerado como a segunda maior causa de mortes decorrentes de doenças no mundo. Neste contexto, destaca-se o câncer de mama, que é considerado a maior ocorrência de câncer entre as mulheres no mundo. Um dos principais desafios neste cenário é identificar quais são as características mais relevantes no desenvolvimento deste tipo de neoplasia por um paciente. Este tipo de filtro é realizado pelos métodos de seleção de características. Este trabalho apresenta um modelo híbrido de seleção de características que deve ser utilizado por clínicos de um paciente, a fim de realizar uma predição de recorrência do câncer de mama.
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Artificial Intelligence technology has been instrumental in the role of health care in society. It has been used in several branches of medicine. One of its main applications is in the context of the prognosis of breast cancer disease. Cancer is considered to be the second leading cause of death from disease in the world. In this context, breast cancer stands out, which is considered the highest occurrence of cancer among women in the world. One of the main challenges in this scenario is to identify which are the most relevant characteristics in the development of this type of neoplasia by a patient. This type of filter is carried out using the characteristic selection methods. This work presents a hybrid model of selection of characteristics, which is used by the patient's clinicians, in order to make a prediction of breast cancer recurrence.
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NAELSON DOUGLAS CIRILO OLIVEIRA
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LINT-BASED WARNINGS IN PYTHON CODE: FREQUENCY, AWARENESS, AND REFACTORING
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Orientador : MARCIO DE MEDEIROS RIBEIRO
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCIO DE MEDEIROS RIBEIRO
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BALDOINO FONSECA DOS SANTOS NETO
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ROHIT GHEYI
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Data: 29/08/2022
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Python é uma linguagem de programação dinâmica e é caracterizada tanto por sua simplicidade quanto por sua curva de aprendizado fácil. Tais características renderam a ela uma abrangente adoção tanto na indústria quanto na academia. A linguagem possui um conjunto próprio de boas práticas as quais devem ser respeitadas de modo a otimizar métricas de qualidade como a legibilidade, segurança, capacidade de manutenção do código e entre outros. Uma abordagem consolidada para a detecção de situações de não respeito a estas boas práticas é o uso de ferramentas de linting. Feita a detecção, a ferramenta gera uma notificação em formato de warning para, permitindo que em sequência o mantenedor do código possa realizar a devida refatoração para aplicar a boa prática faltante. O contexto focado neste trabalho é o de warnings de Python gerados por linting, mais especificamente investigamos três diferentes aspectos: o quão comum eles são em aplicações Python reais; a percepção de desenvolvedores sobre o tema; e a refatoração destes warnings. Para cobrir este tópico conduzimos três diferentes estudos: no primeiro, analisamos 1.119 repositórios públicos de Python no Github e caracterizamos a existência de seis diferentes tipos de warnings nestes repositórios. Também conduzimos uma pesquisa com desenvolvedores Python de 18 diferentes países sobre o tema de modo a coletar o nível de percepção de qualidade deles sobre códigos Python escritos com warning contra suas versões refatoradas. Em sequência refatoramos warnings detectados em 55 repositórios públicos e submetemos pull requests com as correções para em seguida analisarmos a taxa de aceitabilidade destas correções. Nossos resultados mostram que 39% dos 1.119 projetos têm pelo menos um warning baseado em lint. Depois de analisar os dados da pesquisa, também mostramos que os desenvolvedores preferem código Python sem warnings baseados em lint. Em relação aos pull requests, alcançamos uma taxa de aceitação de 71,8%. Finalmente, implementamos uma ferramenta capaz de refatorar os warnings analisados neste trabalho de forma automatizada, removendo assim do mantenedor a responsabilidade de manualmente realizar as correções detectadas por linters.
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Python is a dynamic programming language characterized both by its simplicity and easy learning curve. Such characteristics rendered it to a broad adoption level both in industry and academy. The language has a set of good practices which should be followed to optimize quality software metrics such as readability, security, code maintainability and others. A consolidated approach for the detection of these situations where the good practices are not being followed is the use of linting tools. In the case where the linting tool detects a good practice deviation, it notifies the code maintainer using the language warning mechanism. Thereafter the code maintainer is able to perform the needed refactoring to the warning. This work focuses on the context of lint-based Python warnings, more specifically we investigate three different aspects: how frequent they are in real Python applications. The perception of developers on the subject. And the refactorings of these warnings.In order to cover this topic we conduct three different studies: on the first we analyze 1,119 public open source Python repositories on Github and we characterize the existence of these six warnings on them. We also conducted a survey with Python developers from 18 different countries asking them about their perception of Python code with warnings versus a refactored version of the same code. Thereafter we refactored warnings detected among 55 different public open source repositories and submitted a pull request fixing them. Afterwards we were able to analyze the acceptability rate of these pull requests by the repositories maintainers. Our results show that 39% of the 1,119 projects have at least one lint-based warning. After analyzing the survey data, we also show that developers prefer Python code without lint-based warnings. Regarding the pull requests, we achieve a 71.8% of acceptance rate. Finally, we implemented a tool able to automatically apply refactorings to the selected warnings and which removes from the code maintainer the responsibility of manually refactoring the warnings.
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VICTOR GABRIEL LIMA HOLANDA
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PROPOSTA E AVALIAÇÃO DE UM MODELO PARA PREDIÇÃO DA MORBIDADE E MORTALIDADE EM PACIENTES DIAGNOSTICADOS COM TAQUICARDIA VENTRICULAR
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Orientador : RAFAEL DE AMORIM SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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RAFAEL DE AMORIM SILVA
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BRUNO ALMEIDA PIMENTEL
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DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS
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ALMIR PEREIRA GUIMARAES
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Data: 29/08/2022
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Segundo a Organização Mundial de Saúde, as doenças cardíacas são a principal causa de morte no mundo. Milhares de pessoas morrem todos os anos devido a complicações causadas por este tipo de doença. Neste sentido, os cardiologistas procuram um diagnóstico precoce, impedindo que a doença atinja a fase patológica (ou seja, as fases em que as limitações surgem e se tornam cada vez maiores para os seus portadores). No contexto das arritmias do tipo taquicardia, os pacientes precisam de adoptar o uso contínuo de medicamentos e mudar hábitos para reduzir o impacto causado por este tipo de doença, proporcionando assim uma vida mais saudável. Assim, este estudo propõe e avalia um modelo prognóstico para as arritmias que combina informação relativa ao estilo de vida do paciente, comorbilidades e estado geral de saúde para prever a morbilidade e mortalidade em pacientes diagnosticados com taquicardia. O modelo proposto utiliza como parâmetros a pontuação CHA2DS2-VASc, os dados clínicos e os hábitos do paciente que, juntamente com a utilização de SVM (Support Vector Machines) e KNN (K vizinhas mais próximas) é capaz de classificar o grau de morbilidade e estimar a perspectiva de vida. Desta forma, o médico tem acesso a informações que devem ajudar na tomada de decisão sobre os passos que serão dados no tratamento desse paciente, o que pode envolver mudanças na medicação e nas dosagens, níveis de rigidez com os hábitos, e em casos críticos a intervenção cirúrgica, visando sempre prolongar a longevidade do paciente.
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According to the World Health Organization, heart disease is the leading cause of death in the world. Thousands of people die every year due to complications caused by this type of disease. In this sense, cardiologists seek early diagnosis, preventing the disease from reaching the pathological phase (i.e. the stages where limitations arise and become increasingly greater for its carriers). In the context of tachycardia-type arrhythmias, patients need to adopt the continuous use of medication and change habits to reduce the impact caused by this type of disease, thus providing a healthier life. Therefore, this study proposes and evaluates a prognostic model for arrhythmias that combines information regarding the patient's lifestyle, comorbidities and general health status to predict morbidity and mortality in patients diagnosed with tachycardia. The proposed model uses as parameters the CHA2DS2-VASc score, the clinical data and the patient's habits that, together with the use of SVM (Support Vector Machines) and KNN (K nearest neighbors) is able to classify the degree of morbidity and estimate the life perspective. In this way, the physician has access to information that should help in the decision making about the steps that will be taken in the treatment of that patient, which may involve changes in medication and dosages, levels of rigidity with habits, and in critical cases surgical intervention, always aiming to extend the patient's longevity.
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FABIANO SANTOS CONRADO
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Proposta e Avaliação de um Modelo de Prognóstico para Pacientes com Câncer de Pâncreas
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Orientador : RAFAEL DE AMORIM SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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ALMIR PEREIRA GUIMARAES
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BRUNO ALMEIDA PIMENTEL
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RAFAEL DE AMORIM SILVA
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Data: 29/08/2022
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Câncer de Pâncreas(CP), é difícil de diagnostico prévio, pois, evolui de maneira silenciosa, sem apresentar sinais específicos e tem uma baixa resposta a maioria dos tratamentos. A taxa de sobrevida global em 5 anos é de 7% após serem diagnosticados, tendo uma maior sobrevida aqueles pacientes que não apresentam doença metastática. Esta baixa taxa eleva o paciente a questionar o tempo que ainda tem de vida, quando mais acurado for o calculo de sobrevida, mais precisa será a resposta e será possível ao médico prescrever o tratamento paliativo mais adequado. O Classificação de Tumores Malignos(TNM) tem sido a métrica mais comum para responder a essa questão, porém insuficiente. Esta pesquisa propõe e avalia um modelo de prognostico para CP que combina informações referentes ao estilo de vida do paciente, suas comorbidades e seu estado geral de saúde para predizer o tempo de mortalidade em pacientes diagnosticados com CP. Para isso, foram usados dados de vários centros combinados com simulação de dados, e técnicas de ML com uso de KNN/SVM para correta classificação e previsão de sobrevida. Os resultados apontam para uma cálculo probabilístico com maior precisão no cálculo se comparado ao método tradicional de uso exclusivo do TNM.
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Pancreas Cancer (PC) is difficult to diagnose beforehand, because it evolves silently, without showing specific signs and has a low response to most treatments. The overall 5-year survival rate is 7\% after being diagnosed, with a higher survival rate for patients who do not have metastatic disease. This low rate leads the patient to question how much time he has left to live, the more accurate the survival calculation, the more accurate the answer, allowing the doctor to prescribe the most appropriate palliative treatment.The Classification of Malignant Tumours (TNM) has been the most common metric to answer this question, but it is insufficient. This research proposed and evaluated a prognosis model for PC that combines information regarding the patient's lifestyle, their comorbidities and their general health status to predict the time of mortality in patients diagnosed with PC. For this, data from several centers were used combined with data simulation, and ML techniques using KNN/SVM for correct classification and survival prediction. The results point to a probabilistic calculation with greater precision in the calculation compared to the traditional method of exclusive use of TNM.
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CÁSSIO AQUINO ROCHA
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FORMULAÇÃO MATEMÁTICA PARA OTIMIZAÇÃO DE ITINERÁRIOS TURÍSTICOS: UMA APLICAÇÃO EM ALAGOAS
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Orientador : BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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BRUNO ALMEIDA PIMENTEL
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RIAN GABRIEL SANTOS PINHEIRO
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EDUARDO VIEIRA QUEIROGA
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Data: 30/08/2022
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Este trabalho propõe um método exato para o Problema de Orientação com Seleção de Hotéis e Janelas de Tempo (OPHS-TW) e utiliza-lo no contexto de Alagoas. No OPHS-TW, são dados um conjunto de vértices com pontuação e janelas de tempo, e um conjunto de hotéis. O objetivo é determinar um número fixo de viagens conectadas que visitam alguns vértices e maximizar a soma das pontuações coletadas. Até onde sabemos, este é o primeiro método exato para OPHS-TW. Nosso modelo exato foi desenvolvido usando Programação Linear Inteira (ILP). Experimentos computacionais realizados em instâncias do OPHS-TW encontrados na literatura mostram que nosso método exato para o OPHS-TW é capaz de provar vários ótimos anteriormente desconhecidos. Nosso algoritmo encontrou 33 soluções desconhecidas da literatura. Dessas soluções desconhecidas, 32 foram comprovadas como ótimas. No total, 357 soluções provaram ser ótimas.
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This work proposes an exact method for the Orientation Problem with Hotel Selection and Time Windows (OPHS-TW) and uses it in the context of Alagoas. In OPHS-TW, a set of vertices with scores and time windows are given, and a set of hotels. The objective is to determine a fixed number of connected trips that visit some vertices and maximize the sum of the collected scores. As far as we know, this is the first exact method for OPHS-TW. Our exact model was developed using Integer Linear Programming (ILP). Computational experiments performed on OPHS TW instances found in the literature show that our exact method for OPHS-TW is capable of proving several previously unknown optima. Our algorithm found 33 unknown solutions from the literature. Of these unknown solutions, 32 were proven to be optimal. In total, 357 solutions proved to be optimal.
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WILLIAN VICTOR DA SILVA
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Um Método para desambiguação em língua portuguesa, integrado ao processo de tradução do Sistema Falibras
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Orientador : PATRICK HENRIQUE DA SILVA BRITO
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MEMBROS DA BANCA :
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JOSÉ MARIO DE MARTINO
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EVANDRO DE BARROS COSTA
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PATRICK HENRIQUE DA SILVA BRITO
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Data: 30/08/2022
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Há no mundo mais de 1 bilhão de pessoas com algum tipo de deficiência. No Brasil, essa realidade corresponde a cerca de 23,9% dos 190 milhões de brasileiros; entre estes 9,8 milhões têm alguma deficiência auditiva. A surdez dificulta consideravelmente a interação social, uma vez que inibe o indivíduo de se comunicar através da via oral-auditiva. Esses problemas de comunicação costumam prejudicar consideravelmente a interação dos alunos surdos com colegas ouvintes, prejudicando o processo de integração social. Para facilitar a comunicação entre pessoas surdas e ouvintes, ferramentas de tradução automática Português-Libras podem ser utilizadas. Porém, de acordo com relatos na literatura, cerca de 75% da comunidade surda se sente insatisfeita com a tradução das ferramentas existentes e dentre as principais causas dessa insatisfação estão o uso de sinais inadequados para palavras com ambiguidade semântica (e.g., direito, público). Neste trabalho é proposto o aperfeiçoamento do módulo de tradução do Sistema Falibras, com o objetivo de melhorar a qualidade da tradução no tocante às críticas observadas na literatura. Os principais objetivos do projeto proposto são: (1) conhecer o estado da arte no tocante à resolução de ambiguidades em língua portuguesa; e (2) combinar as técnicas existentes para desenvolver um módulo de resolução de ambiguidades para o Falibras. A avaliação dos resultados considerou métricas quanti-qualitativas de acurácia, de forma comparativa com trabalhos existentes na literatura. A avaliação foi conduzida baseada no modelo Goal-Question-Metric e os resultados são promissores.
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Mostrar Abstract
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There are more than 1 billion people in the world with some type of disability. In Brazil, this reality corresponds to about 23.9% of the 190 million Brazilians; among these 9.6 million have some hearing impairment. Deafness makes social interaction considerably more difficult, since it inhibits the individual from communicating through the oral-auditory pathway. These communication problems usually impair considerably the interaction of deaf students with fellow listeners, impairing the process of social integration. To facilitate communication between deaf people and listeners, Portuguese-Libras machine translation tools can be used. However, according to reports in the literature, about 75% of the deaf community feels dissatisfied with the translation of the existing tools and among the main causes of this dissatisfaction are the use of inappropriate signs for words with semantic ambiguity (eg, law, public ). In this work, the improvement of the Falibras System translation module is proposed, with the objective of improving the quality of the translation with respect to the criticisms observed in the literature. The main objectives of the proposed project are: (1) to know the state of the art regarding the resolution of ambiguities in Portuguese; and (2) combining existing techniques to develop an ambiguity resolution module for Falibras. The evaluation of the results must consider both the use of computational resources, as well as qualitative metrics of precision and recall, in a comparative way with existing works in the literature. The evaluation will be conducted based on the Goal-Question-Metric model.
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FLAVIO VASCONCELOS PAIS
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AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE TRÁFEGO URBANO USANDO SIMULAÇÃO - ESTUDO DE CASO EM MACEIÓ/AL
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Orientador : BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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ANDRE LUIZ LINS DE AQUINO
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RIAN GABRIEL SANTOS PINHEIRO
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EDUARDO ANTÔNIO GUIMARÃES TAVARES
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Data: 31/08/2022
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As metrópoles da América Latina vêm enfrentando graves problemas de congestionamento de trânsito em consequência do rápido crescimento populacional, aumento do número de veículos e ineficiência das políticas públicas. A maioria das cidades não possui sistema de controle de tráfego urbano em tempo real para otimizar o fluxo de veículos. Nesse contexto, a utilização de modelos de otimização de tráfego urbano surge como uma alternativa de baixo custo para avaliar diversos problemas e promover possíveis melhorias. Por meio do Simulador de Mobilidade Urbana (SUMO), este artigo propõe um novo modelo de simulação de tráfego urbano para uma via proeminente da cidade de Maceió, Alagoas, Brasil. A via escolhida foi a avenida Fernandes Lima, por representar um dos mais importantes corredores viários da cidade. O modelo proposto permite entender o comportamento do fluxo de veículos da via, que possui peculiaridades como a faixa azul (exclusiva para o transporte coletivo) e três trechos com semáforos de pedestre. A validação do modelo proposto foi feita considerando dados obtidos a partir de observações reais e os resultados indicam que o modelo é capaz de prover estimativas com erros menores que 5% relacionados ao volume de tráfego de veículos nas interseções semafóricas e menores que 10% relacionados ao tempo médio de viagem total dos veículos que percorrem toda a avenida. Por fim, a análise dos resultados experimentais demonstra que é possível utilizar o modelo proposto para aplicar possíveis intervenções na via, como a remoção dos semáforos de pedestre e da faixa azul, resultando no aumento do fluxo dos veículos, redução do tempo de viagem, consumo de combustíveis e emissão de gás carbônico.
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Latin American metropolises have been facing serious traffic congestion problems as a result of rapid population growth, increasing vehicle numbers and inefficient public policies. Most cities do not have a real-time urban traffic control system to optimize the flow of vehicles. In this context, the use of urban traffic optimization models appears as a low cost alternative to evaluate several problems and promote possible improvements. Through the Urban Mobility Simulator (SUMO), this paper proposes a new urban traffic simulation model for a prominent road in the city of Maceió, Alagoas, Brazil. The chosen road was Fernandes Lima Avenue, as it represents one of the most important road corridors of the city. The proposed model allows understanding the behavior of the vehicle flow on the road, which has peculiarities such as the blue lane (exclusive for public transportation) and three sections with pedestrian traffic lights. The validation of the proposed model was done considering data obtained from real observations. The results indicate that the model is capable of providing estimates with errors smaller than 5% related to the volume of vehicle traffic at signalized intersections and smaller than 10% related to the total average travel time of vehicles traveling along the entire avenue. Finally, the analysis of the experimental results shows that it is possible to use the proposed model to apply possible interventions on the street, such as the removal of the pedestrian signals and the blue stripe, resulting in an increase in vehicle flow, reduction of travel time, fuel consumption, and carbon dioxide emissions.
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MARCOS ANTONIO BARBOSA LIMA
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Modelo de Minimização de Entropia da Informação Aplicado à Compressão de Dados Digitais
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Orientador : LEANDRO MELO DE SALES
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MEMBROS DA BANCA :
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LEANDRO MELO DE SALES
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EVANDRO DE BARROS COSTA
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JOSEANA MACEDO FECHINE
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Data: 31/08/2022
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Neste trabalho são apresentados os resultados da avaliação experimental de um modelo proposto de minimização de entropia da informação em processos de compressão de dados digitais. Durante a pesquisa foram analisados modelos matemáticos e alfabetos utilizados em codificação de dados digitais. A abordagem adotada foi a codificação de dados digitais em estrutura geométrica totalmente simétrica no espaço. Na execução dos experimentos, foram monitorados diversos aspectos relacionados ao processo de codificação de dados, como esforço computacional, taxa de compressão, entropia inicial e final. Como resultado deste trabalho, constatou-se a eficácia do modelo de redução de entropia de dados, o qual reduz a zero a incerteza de informações em aglomerados de dados digitais. Desta forma, os processos de codificação resultantes deste modelo terão como saída uma quantidade constante de dados, independentemente do tamanho dos conjuntos de origem e permitem a decodificação sem perdas de dados, reduzindo assim a entropia da informação a níveis próximos a zero.
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Acoustic levitation is a method that allows the manipulation of materials without solid contact through sound radiation. Its use has several advantages in the handling of chemical compounds, biological samples and in the manufacture of microelectronic devices. The handling of these materials represents a great challenge, due to their dimensions and sensitivity to heat and electromagnetic interference. Devices for linear material transport enable the displacement of particles vertically or horizontally, through arrangements of Langevin transducers at one end and a reflector or transducer at the other. Thus, the capture of the particle occurs at the nodal points of the resulting standing wave and its movement occurs through the modulation of the amplitude of the vibrations of the transducers. Newer devices allow the capture of particles and their displacement in three dimensions simultaneously, as well as their translation and rotation. In this approach, the point in the space where you want to levitate a particle is used as an input to an optimization algorithm, the results of which represent the phase delays in a matrix of Langevin transducers and the resulting acoustic traps. This work aims to model a particle transport device in three dimensions, using a matrix of transducers of 16mm in diameter and 40KHz frequency, controlled by a computer system on a web platform. In this computer system, the coordinates for the acoustic levitation points are previously calculated and stored, allowing a greater speed of actuation of the actuators on the levitated particles. As a means of integration between the system and the transducer matrix, Raspberry Pi and Arduino Mega 2560 boards are used, which convert the values previously stored in the control system database into phase delays in the transducer matrix. As a result, the particle transport control is obtained remotely, enabling the decentralization of the tests, with actuators and control systems in different locations, using a data network for this. Additionally, optimization based on BRKGA Meta-heuristics is used, replacing the classic BFGS algorithm to optimize phase delays, thus reducing the time required for the development of computer systems.
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JOAO LUIZ ALVES OLIVEIRA
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Otimização do sistema de transporte público utilizando algoritmo genético enviesado de chaves aleatórias
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Orientador : BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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BRUNO COSTA E SILVA NOGUEIRA
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ANDRE LUIZ LINS DE AQUINO
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RIAN GABRIEL SANTOS PINHEIRO
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GUSTAVO RAU DE ALMEIDA CALLOU
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Data: 14/09/2022
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A economia de uma cidade ou região é diretamente proporcional à eficiência do seu sistema de transporte público. O planejamento de um sistema de transporte público depende de diversos fatores como modais de transporte, demandas de origem-destino, qualidade e confiabilidade desse serviço, custos operacionais, entre outros. Essas características levam a problemas muito complexos, como projeto de rede e configuração de frequência de veículos. É comum o uso de heurísticas, como algoritmo genético, para resolver tais problemas em casos de dados reais, pois estes possuem grandes instâncias. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia de otimização, utilizando biased random-key genetic algorithms, para um sistema de transporte público de ônibus considerando dois viés: (i) qualidade do serviço, minimizando o tempo de espera dos passageiros; (ii) análise econômica para a empresa concessionária, minimizando o custo operacional. Assim, esta metodologia é aplicada em um estudo de caso com dados de transporte de ônibus de Maceió para propor dois cenários de frequências com desempenho superior a 10% do real em ambas análises mencionadas. Por fim, trabalhos futuros podem ser realizados para desenvolver otimizações multi-objetivo para encontrar soluções que abrangem ambas análises.
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The economy of a city or region is directly proportional to its public transport system efficiency. Planning of a public transport system depends on several factors such as transport modals, origin-destination demands, quality and reliability of this service, operational costs, among others. These features leads to very complex problems like network design and vehicles frequency setting. It is usual to use heuristics, like genetic algorithm, to solve such problems in real data cases since these has large instances. In this context, present work focus to propose an optimization methodology, using biased random-key genetic algorithms, for a public bus transport system considering two aspects: (i) service quality, by minimizing passengers waiting time; (ii) economic analysis to the concessionary company, by minimizing operational cost. Thus, this methodology is applied in a case study with Maceió bus transport data to propose two frequencies scenarios that performs over 10% better than actual one in both aforesaid aspects. Finally, futures jobs would be done in order to develop multi-objective optimizations to find compound solutions.
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FILIPE FALCAO BATISTA DOS SANTOS
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ASSESSING THE RELIABILITY OF MACHINE LEARNING CLOUD SERVICES THROUGH FAULT INJECTION
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Orientador : BALDOINO FONSECA DOS SANTOS NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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BALDOINO FONSECA DOS SANTOS NETO
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MARCELO COSTA OLIVEIRA
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MARCIO DE MEDEIROS RIBEIRO
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ROHIT GHEYI
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Data: 23/09/2022
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A crescente quantidade de dados públicos e privados gerados a partir de diferentes fontes de dados aumentou o interesse por tecnologias capazes de extrair conhecimento útil de grandes coleções de dados, geralmente não estruturadas. As técnicas de aprendizado de máquina (AM) têm sido empregadas com sucesso para esse propósito tanto pela academia quanto pela indústria de software. No entanto, construir sistemas de AM pode ser difícil, uma vez que uma grande quantidade de dados de treinamento e recursos computacionais caros são frequentemente necessários. Além disso, as tecnologias de aprendizado de máquina têm uma curva de aprendizado íngreme. Essas dificuldades levaram à popularização dos serviços em nuvem de AM, onde os usuários podem realizar tarefas de AM simplesmente enviando seus dados para um provedor de serviços por meio de APIs. No entanto, poucas pesquisas abordaram o efeito de falhas de dados típicas na confiabilidade dos sistemas de aprendizado de máquina. Tais falhas podem ter origem nos aplicativos que dependem dos serviços de AM, sendo causadas por falhas de hardware ou de conexão, bugs, comportamento indefinido. Como consequência, essas falhas podem ser refletidas nos dados produzidos por tais aplicativos e enviados para os serviços de aprendizado de máquina. Buscando avaliar a confiabilidade de serviços em nuvem de aprendizado de máquina, este trabalho apresenta a proposta de um estudo sobre a injeção de falhas de dados comuns nos dados de entrada passados para um conjunto de serviços comerciais de AM.
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The growing amount of public and private data generated from different data sources has increased the interest on technologies capable of extracting useful knowledge from large, usually unstructured, collections of data. Machine Learning (ML) techniques have been successfully employed for that purpose by both the academia and the software industry. However, building ML systems can be difficult, since a massive amount of training data and expensive computational resources are often required. Also, machine learning technologies have a steep learning curve. Those difficulties led to the popularization of ML cloud services, where users are able to perform ML tasks by simply sending their data to a cloud provider over APIs. However, little research has addressed the effect of typical data faults on the dependability of machine learning systems. Such faults may originate on the applications that rely on ML cloud services, being caused by hardware or connection failures, bugs, undefined behavior. As a consequence, those faults can be reflected on the data produced by such applications and sent to the machine learning services. Seeking to evaluate the dependability of machine learning cloud services, this work presents the proposal of a study on the injection of common data faults into the input data passed to a set of commercial ML services.
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BRENO FELIX DE SOUSA
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Estereótipos Sexuais, Expectativa de Desempenho e Experiência de Fluxo em Sistemas de Tutoria Gamificados: Uma Perspectiva LGBTQIAP+
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Orientador : IG IBERT BITTENCOURT SANTANA PINTO
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MEMBROS DA BANCA :
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DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS
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GEISER CHALCO CHALLCO
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IG IBERT BITTENCOURT SANTANA PINTO
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LEOGILDO ALVES FREIRES
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TELMA LOW SILVA JUNQUEIRA
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Data: 08/12/2022
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A educação em Statistic, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) é permeada por uma tradicional cultura cis-heteronormativa que dita quem permanece a estes espaços e quem será a evasão nesses cursos. Existe a Ideia de que a heteronormatividade é o status quo padrão e tudo o que foge disso é tido como grupos minorizados em STEM. A literatura apresentada evidencia a importância deste trabalho, ao passo que também mostra com teorias e quasi-experimentos essas supões existentes em ambientes tradicionais de ensino em STEM, como sala de aula e em ambientes virtuais de ensino. STEM em seu modelo de ensino e inclusão atual continua a perpetuar essa tradição não inclusiva. O uso de tecnologias educacionais está cada vez mais presente em sala de aula, principalmente em um cenário atual em que a educação remota se faz tão necessária. Neste sentido, surge a gamificação como uma alternativa poderosa capaz de propiciar ambientes virtuais de ensino. Gamificação pode ser entendida como a utilização de conceitos de jogos em ambientes de não jogos, é a utilização de conceitos, técnicas, formas, métodos, elementos e variáveis características de jogos que podem ser utilizadas no desenvolvimento de um ambiente de ensino. A utilização da gamificação em ambientes educacionais pode ser uma alternativa para viabilizar um ensino à distância eficaz. A gamificação em ambientes virtuais de ensino pode ser considerada uma técnica poderosa de interação de estudantes e professores com o ambiente de ensino. A preocupação com o ensino e aprendizado não é recente, na literatura é fácil encontrar estudos relacionados a essa preocupação. A gamificação pode replicar estereótipos tradicionalmente convencionalizados em STEM, quando os elementos de gamificação como cores, frases, avatares, efeitos sonoros e outros são aplicados de forma correta contribui positivamente para o aprendizado, ao passo que, quando desenhados sem uma análise contextual-cultural pode reafirmar estereótipos de ambientes tradicionais em ambientes gamificados. Tecnologias gamificadas e estereotipadas podem impactar diretamente no desempenho de estudantes, interferindo na aprendizagem e até mesmo na sua evolução no ensino. Neste contexto, este estudo apresentou e identificou efeitos de estereótipos em ambientes gamificados de ensino e sua relação com a experiência de fluxo, expectativa de desempenho e desempenho de grupos minorizados socialmente como lésbicas, gays, bissexuais, travestis, homens transexuais, queer, intersexo, asexuais, pansexuais, mais diversidade (LGBTQIAP+) em cursos STEM.
Para isso, é apresentada uma revisão sistemática seguida de uma metanálise, um quasi- experimento e um estudo qualitativo. Desta forma, portanto, esse estudo contribui para
a compreensão do impacto que estereótipos sexuais em ambientes gamificados têm no desempenho de estudantes. Espera-se que com os resultados desta pesquisa possa também contribuir para uma melhor inclusão da diversidade sexual.
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Education in Statistic, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) is permeated by a traditional cis-heteronormative culture that dictates who stays in these spaces and who will evade these courses. There is the idea that heteronormativity is the default status quo and everything that deviates from it is seen as minority groups in STEM. The literature presented in this dissertation confirms these statements and highlights the importance of this work, while also showing with theories and quasi-experiments these assumptions existing in traditional STEM teaching environments, such as the classroom and in virtual teaching environments. STEM in its current teaching and inclusion model continues to perpetuate this non-inclusive tradition. The use of educational technologies is increasingly present in the classroom, especially in a current scenario where remote education is so necessary. In this sense, gamification emerges as a powerful alternative capable of providing virtual teaching environments. Gamification can be understood as the use of game concepts in non-game environments, it is the use of concepts, techniques, forms, methods, elements and variables characteristic of games that can be used in the development of a teaching environment. The use of gamification in educational environments can be an alternative to enable effective distance learning. Gamification in virtual teaching environments can be considered a powerful technique for students and teachers to interact with the teaching environment. The concern with teaching and learning is not recent, in the literature it is easy to find studies related to this concern. Gamification can replicate stereotypes traditionally conventionalized in STEM, when gamification elements such as colors, phrases, avatars, sound effects and others are applied correctly, it contributes positively to learning, while, when designed without a contextual-cultural analysis, it can reaffirm stereotypes of traditional environments in gamified environments. Gamified and stereotyped technologies can directly impact student performance, interfering with learning and even their evolution in teaching. In this context, this study presented and identified the effects of stereotypes in gamified teaching environments and their relationship with the flow experience, performance expectation and performance of socially minorized groups such as lesbians, gays, bisexuals, transvestites, transgender men, queer, intersex, asexuals, pansexuals, more diversity (LGBTQIAP+) in STEM courses. For this, a systematic review is presented followed by a meta-analysis, a quasi-experiment and a qualitative study. In this way, therefore, this study contributes to the understanding of the impact that sexual stereotypes in gamified environments have on student performance. It is hoped that the results of this research can also contribute to a better inclusion of sexual diversity.
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JESSICA FERNANDA SILVA BARBOSA
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Estereótipos de Gênero, Pensamento Negativo e Experiência de Fluxo em Tecnologias Digitais Educativas Gamificadas
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Orientador : IG IBERT BITTENCOURT SANTANA PINTO
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MEMBROS DA BANCA :
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DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS
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GEISER CHALCO CHALLCO
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IG IBERT BITTENCOURT SANTANA PINTO
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LEONARDO BRANDAO MARQUES
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Data: 08/12/2022
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A utilização da gamificação dentro da sala de aula, tornou-se uma alternativa muito atrativa em tecnologias digitais educativas, visando tornar atividades de aprendizagem entediantes em atividades engajadoras, entretanto sua utilização nem sempre traz os resultados esperados. Entre os fatores que podem afetar negativamente a aprendizagem em tecnologias digitais gamificadas, a estereotipação de gênero é uma delas, a qual pode diminuir o desempenho do aluno ou ainda despertar interferência cognitivas no indivíduo tais como pensamento negativo. Nesse sentido, o estudante ao invés de direcionar esforço e concentração nas atividades de aprendizagem, ele é direcionado para pensamentos que os desconcentram e fazem cair seu desempenho. Nesse sentido, este estudo visa identificar e analisar os efeitos do estereótipo de gênero na experiência de fluxo (estado de total imersão almejado por todo ambiente educativo), pensamento negativo em tecnologias digitais gamificadas. Para isso, serão realizadas revisões sistemáticas da literatura (meta-análises) e condução de estudos quasi-experimentais. Revisões sistemáticas possibilitam obter um panorama geral de como estereótipos e gamificação afetam nos pensamentos negativos, experiência de fluxo e a aprendizagem. Estudos quasi-experimentais de tipo quantitativo e qualitativo serão conduzidos visando explicar os efeitos observados de estereótipo em tecnologias digitais gamificadas. Desta forma as contribuições deste estudo visam fornecer evidências se estereótipos de gênero em tecnologias digitais gamificadas podem causar pensamentos negativos, se eles afetam a experiência de fluxo e se eles contribuem num desempenho ruim da aprendizagem dos alunos. Almejamos também, identificar se existe um gênero que possa ser mais afetado pelo estereótipo e compreender as causas desses efeitos. Esses resultados esperam contribuir na geração de diretrizes, recomendações e práticas das adaptações e implementações de tecnologia digital gamificadas sem ameaça de estereótipo, tecnologia mais justa e tecnologia que promova a equidade de gênero.
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Using gamification in classrooms has become an interesting attractive alternative in educational digital technologies, with the objective convert tedious learning activities into engaging ones. Nonetheless, its use sometimes fails to bring the expected results. Stereotyping is between the factors that may negatively affect learning in gamified digital technologies, thus hindering student performance or even inducing cognitive interference in the individual, such as negative thinking. Under these circumstances, instead of directing effort and concentration in learning activities, students are conducted to disperse leading to a performance drop. Considering this possibility, the present study aims to identify and analyze effects of gender stereotypes on the flow experience, negative thinking and learning performance in gamified digital technologies. In order to achieve this goal, systematic literature reviews and quasi-experimental studies will be conducted. The former may provide an overview of how stereotypes and gamification effects over negative thinking, flow experience and learning performance, whilst the latter will be conducted in order to try to explain consequences of gender stereotyping in gamified digital technologies. Therefore, this study has the potential to provide evidence of stereotypes’ influence in gamified digital technologies: either leading to negative thoughts, affecting the flow experience and contributing to poor learning performances. Furthermore, we aim to identify if a gender is more affected by stereotyping and list possible causes of these effects. Results expected may be able to contribute to develop guidelines, advices and practices adapted to avoid the stereotype threat while implementing gamified digital technologies, seeking equitable environments and promoting gender equity
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FRANCYS RAFAEL DO NASCIMENTO MARTINS
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Estereótipos de Gênero, Autoeficácia e Experiência de Fluxo em Ambientes Educacionais Online Gamificados
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Orientador : IG IBERT BITTENCOURT SANTANA PINTO
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MEMBROS DA BANCA :
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DIEGO DERMEVAL MEDEIROS DA CUNHA MATOS
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GEISER CHALCO CHALLCO
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IG IBERT BITTENCOURT SANTANA PINTO
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LEONARDO BRANDAO MARQUES
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Data: 08/12/2022
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O uso da gamificação vem sendo amplamente estudado nos últimos anos, em particular quando ela é utilizada como intervenção para aumento de motivação e engajamento em cenários educativos. Mesmo tendo-se evidências de que a gamificação causa impactos positivos, também existem estudos que apontam problemas na sua aplicação. Em alguns casos, resultados positivos não são alcançados por influência de diversos fatores, um deles é a da ameaça de estereótipo de gênero, a qual pode impactar no nível de autoeficácia do estudante e no desempenho na aprendizagem. Isto ocorre porque a autoeficácia é o sentimento de se sentir com a capacidade de atingir as metas. Assim, quando determinada tarefa é proposta e o indivíduo não acredita ter as capacidades necessárias em sua execução, o êxito na conclusão da tarefa é fraco. Tal fator, influencia no desempenho da aprendizagem, podendo causar impactos negativos. Por exemplo, o estereótipo de que homens têm mais habilidade em matemática pode influenciar negativamente em algumas mulheres fazendo com que elas tenham uma percepção de autoeficácia muito baixa, causando problemas na aprendizagem, mesmo que as atividades sejam realizadas em um ambiente gamificado. Assim, nesta dissertação nosso objetivo é identificar e explicar como estereótipos de gênero impactam na autoeficácia, na experiência de fluxo (estado de total imersão almejado em cenários educativos) e no desempenho da aprendizagem dos estudantes em ambientes educacionais online gamificados. Para isso, será realizada uma revisão sistemática da literatura (metanálise) e condução de estudos quasi-experimentais. A revisão sistemáticas possibilitará a obtenção de um panorama geral de como estereótipos de gênero e gamificação afetam a autoeficácia, experiência de fluxo e desempenho da aprendizagem. Os estudos quasi-experimentais de tipo quantitativo e qualitativo serão conduzidos para identificar e explicaros efeitos causados pelo estereótipo de gênero em ambientes educacionais online gamificados.
Desta forma almejamos fornecer evidências no referido a se estereótipos de gênero afetam a experiência de fluxo, se eles afetam a autoeficácia e se eles contribuem num desempenho ruim de aprendizagem dos alunos. Como resultado também esperamos identificar se existe um gênero que possa ser mais afetado pelo estereótipo e compreender as causas desses efeitos. Essas evidências irão contribuir na geração de diretrizes, recomendações e práticas que resultem em adaptações e implementações de ambientes educacionais online gamificados sem ameaça de estereótipo, a elaboração de ambientes mais justos e que promovam a equidade de gênero.
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The use of gamification has been widely studied in recent years, particularly when it is used as an intervention to increase motivation and engagement in educational settings. Even with evidence that gamification causes positive impacts, there are also studies that point to problems in its application. In some cases, positive results are not achieved due to the influence of several factors, one of which is the threat of gender stereotyping, which can impact the student’s level of self-efficacy and performance in learning. This is because self-efficacy is the feeling of having the ability to achieve goals. Thus, when a given task is proposed and the individual does not believe he has the necessary capabilities to perform it, success in completing the task is weak. This factor influences the learning performance and can cause negative impacts. For example, the stereotype that men are more skilled in math can negatively influence some women, causing them to have a very low perception of self-efficacy, causing problems in learning, even if the activities are carried out in a gamified environment. Thus, in this dissertation, our objective is to identify and explain how gender stereotypes impact on self-efficacy, on the flow experience (a state of total immersion desired in educational settings) and on student learning performance in gamified online educational environments. For this, systematic literature review (meta-analysis) and quasi-experimental studies will be conducted. The systematic reviews provided an overview of how gender stereotypes and gamification affect self-efficacy, flow experience and learning performance. Quantitative and qualitative quasi-experimental studies will be conducted to identify and explain the effects caused by gender stereotyping in gamified online educational environments. Thus, we aim to provide evidence regarding whether gender stereotypes affect the flow experience, whether they affect self-efficacy and whether they contribute to poor student learning performance. As a result, we also hope to identify if there is a gender that might be more affected by stereotype and understand the causes of these effects. This evidence will contribute to the generation of guidelines, recommendations and practices that result in adaptations and implementations of gamified online educational environments without the threat of stereotyping, the creation of fairer environments that promote gender equity.
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