00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - IC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO- IC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Entropia de permutação espacial multivariada e sua aplicação para análise da complexidade de sistemas caóticos
Autor(es): Nascimento Júnior, Givanildo Lima do
Primeiro Orientador: Aquino, André Luiz Lins de
metadata.dc.contributor.referee1: Pinheiro, Rian Gabriel Santos
metadata.dc.contributor.referee2: Queiroz, Fabiane da Silva
metadata.dc.contributor.referee3: Rosso, Osvaldo Anibal
Resumo: A análise de séries temporais que modelam sistemas dinâmicos não lineares é um tema bastante explorado no meio científico, em função da ampla gama de aplicações das medidas de complexidade que são utilizadas para caracterização e estudo desses sistemas. Em particular, o caos é um dos comportamentos que podem ser observados em sistemas nãolineares a depender dos valores que determinados para seus parâmetros e as condições iniciais estabelecidas. Por apresentar grande sensibilidade a essas condições, sua trajetória pode divergir exponencialmente com pequenas mudanças de parâmetros. Dessa forma, a identificação de regimes caóticos e a quantificação do grau de caoticidade são essenciais para determinar os limites dentro dos quais é possível realizar predições. Para efetuar essa caracterização, foi introduzido o conceito do Plano Causal de Complexidade-Entropia (CECP), capaz de detectar a complexidade subjacente de sistemas dinâmicos e extrair a estrutura da série temporal de acordo com o função de distribuição de probabilidade construída a partir de seus padrões ordinais. O algoritmo desta técnica é simples e tem a capacidade de distinguir entre sinais periódicos, caóticos e estocásticos. Entretanto, nessa abordagem, a avaliação é feita sobre séries temporais univariadas, não garantindo uma caracterização adequada para sistemas multivariados, visto que a técnica adotada desconsidera a correlação existente entre as séries componentes do sistema. Além disso, por só considerar os padrões ordinais intrínsecos as séries temporais, essa abordagem implica na perda de alguns detalhes de informações de amplitude da série original. Neste trabalho, é proposta uma abordagem multivariada do CECP para caracterização de sistemas dinânimos multidimensionais, por meio do Plano de Causal Multivariado de Complexidade-Entropia (MvCECP). Além disso, é adicionada a função de distribuição de probabilidade a identificação de subpadrões espaciais, tornando a abordagem sensível a mudanças de escala nos conjuntos de dados avaliados. Para assegurar a eficácia do método, é demonstrada sua capacidade de distinguir os comportamentos caótico, estocástico e periódico de sistemas multivariados, sendo ainda mais precisa que a abordagem univariada na caracterização da dinâmica caótica.
Abstract: The analysis of time series that model nonlinear dynamic systems is a topic that has been widely explored in the scientific world, due to the wide range of applications of complexity measures that are used to characterize and study these systems. In particular, chaos is one of the behaviors that can be observed in nonlinear systems depending on the values that are determined for its parameters and the initial conditions established. Due to its great sensitivity to these conditions, its trajectory can diverge exponentially with small parameter changes. Thus, the identification of chaotic regimes and the quantification of the degree of chaoticity are essential to determine the limits within which it is possible to make predictions. To carry out this characterization, the concept of the Causal Complexity-Entropy Plan (CECP) was introduced, capable of detecting the underlying complexity of dynamic systems and extracting the structure of the time series according to the probability distribution function constructed from its ordinal patterns. The algorithm of this technique is simple and has the ability to distinguish between periodic, chaotic and stochastic signals. However, in this approach, the evaluation is performed on univariate time series, not guaranteeing an adequate characterization for multivariate systems, since the technique adopted disregards the existing correlation between the component series of the system. Furthermore, as it only considers the ordinal patterns intrinsic to the time series, this approach implies the loss of some details of amplitude information from the original series. In this work, a multivariate CECP approach is proposed for the characterization of dynamic multidimensional systems, through the Complexity-Entropy Multivariate Causal Plan (MvCECP). In addition, the probability distribution function is added to the identification of spatial subpatterns, making the approach sensitive to scale changes in the evaluated datasets. To ensure the effectiveness of the method, its ability to distinguish the chaotic, stochastic and periodic behavior of multivariate systems is demonstrated, being even more accurate than the univariate approach in the characterization of chaotic dynamics.
Palavras-chave: Sistemas dinâmico diferenciais
Caos (Sistemas dinâmicos)
Entropia (Teoria da informação)
Complexidade estatística
Análise multivariada
Differential dynamic systems
Chaos (Dynamic systems)
Information theory
Entropy (Information theory)
Statistical complexity
Multivariate analysis
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia da Computação - Bacharelado
Citação: NASCIMENTO JÚNIOR, Givanildo Lima do. Entropia de permutação espacial multivariada e sua aplicação para análise da complexidade de sistemas caóticos. 2023. 40 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Computação) – Instituto de Computação, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/12787
Data do documento: 11-jul-2023
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