O ESTUDO DE VARIANTES DO ALGORITMO DE COLÔNIA DE FORMIGAS NA DETECÇÃO DE COMUNIDADES EM DADOS CITOMÉTRICOS

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

INSTITUTO DE CIÊNCIAS HUMANAS E SOCIAIS

DEPARTAMENTO DE ADMINISTRAÇÃO E ADMINISTRAÇÃO PÚBLICA

DOCUMENTO REDUZIDO PARA SERVIR COMO MODELO DE ATIVIDADE DE IAA I 2020.2

EDITAL PIBIC 2015/2016

ESTUDO DE VARIANTES DO ALGORITMO DE COLÔNIA DE FORMIGAS NA DETECÇÃO DE COMUNIDADES EM DADOS CITOMÉTRICOS

Aluno: (Thamires Candida -  220053092)

Orientador: Professor Lúcio Pereira de Andrade – SIAPE 1642602

Local: Polo Universitário de Volta Redonda

Palavras chave: redes complexas, otimização por colônia de formigas, detecção de comunidades, grafos fuzzy..

Área do conhecimento: Grande área: ciências exatas e da terra;

Área: ciência da computação

Subárea: sistemas de computação

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Sumário

RESUMO        3

1. INTRODUÇÃO        3

2. OBJETIVOS DA PESQUISA        4

2.1 Objetivos específicos        4

3. JUSTIFICATIVA        4

4. METODOLOGIA        5

4.1 Aquisição de dados        5

4.2 Geração das redes planctônicas        5

4.3 Detecção de comunidades por colônia de formigas        5

4.4 Avaliação dos resultados        6

5. PLANO DE TRABALHO DO BOLSISTA        6

5.1 Cronograma de atividades        6

REFERÊNCIAS        7

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RESUMO

Diversas classes de entidades naturais ou artificiais coletivas apresentam comportamentos em forma de rede, que é uma estrutura capaz de representar vastos sistemas de maneira resumida e reduzida, entretanto poderosa, capturando informações básicas a partir de conexões entrelaçadas.

Em redes complexas frequentemente pode ser observada a existência de um efeito de comunidade, que, em sua forma mais simples, pode ser definida como um grupo de nós com muitas arestas entre eles e algumas poucas relações com outros grupos.

Para detectar comunidades existentes em redes podem ser aplicados variados métodos, tão diversos quanto as abordagens utilizadas. O algoritmo de otimização por colônia de formigas tem sido estudado em um largo espectro de variações e aplicações, incluindo detecção de comunidades.

Este projeto tem como principais objetivos o aprofundamento do conhecimento em algoritmos de otimização, particularmente àqueles baseados em colônias de formigas; a prospecção de novas aplicações voltadas para a detecção de comunidades em redes complexas, especificamente as de organismos em teias alimentares autoadaptativas, e fundamentalmente, o incentivo à vocação científica dos estudantes de graduação.

1. INTRODUÇÃO

Uma grande e diversificada gama de estruturas naturais ou artificiais coletivas apresentam comportamentos que formam redes, nas quais são observados dois componentes essenciais: o conjunto de instâncias de uma ou mais entidades e o conjunto de relações entre essas instâncias. A complexidade de uma rede não reside na sua estrutura, mas no desafio de determinar os papéis dos nós, individual ou coletivamente; na percepção das inter-relações entre os nós e as suas consequências; na extração, análise e interpretação de suas principais características. Muitos sistemas podem ser observados como as redes: a Internet, redes sociais de pessoas com interesses comuns, redes de negócios, redes de logística, redes metabólicas e teias alimentares [1].

As redes são capazes de transformar vastos sistemas em uma estrutura resumida e reduzida, entretanto poderosa, capturando informações básicas a partir de conexões entrelaçadas. A implementação habitual de redes complexas, bem como a abordagem mais comum para sua visualização gráfica, é feita por meio de grafos

Na forma mais simples, uma comunidade é um grupo de nós com muitas arestas entre eles e algumas poucas relações com outros grupos. Assim, o objetivo básico de detecção de comunidades é semelhante ao particionamento de grafos, no qual uma rede é segmentada através da alocação de nós altamente conectados em grupos com poucas interconexões.

2. OBJETIVOS DA PESQUISA

Este projeto tem como principais objetivos o aprofundamento do conhecimento em algoritmos de otimização, particularmente àqueles baseados em colônias de formigas; a prospecção de novas aplicações voltadas para a detecção de comunidades em redes complexas, especificamente as de organismos em teias alimentares autoadaptativas. Adicionalmente espera-se incentivar a vocação científica dos estudantes de graduação, proporcionando-lhes oportunidades de aprendizagem e prática da pesquisa científica.

A consecução destes objetivos se dará pela utilização de bases de dados de citometria de fluxo disponibilizados através da parceria com o Núcleo de Transferência de Tecnologia da COPPE/UFRJ, pela intensa pesquisa bibliográfica e desenvolvimento de inovadoras aplicações computacionais para a análise e detecção de padrões de organização biológica em comunidades naturais.

2.1 Objetivos específicos

1.        Implementar e testar o desempenho de variantes do algoritmo de colônia de formigas e de diversas funções objetivo na tarefa de detecção de estrutura de comunidades em redes complexas;

2.        Avaliar as medidas que podem ser empregadas como função objetivo na otimização por colônia de formigas para detecção de comunidades de alta qualidade;

3.        Desenvolver aplicações computacionais robustas para análise de grandes e crescentes massas de dados oriundas dos equipamentos de citometria de fluxo, para detecção de comunidades;