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The research paper presents a computational model by Cellular Automata (Cell-DEVS) applied to the transmission of Dengue disease, spread by mosquitoes to a susceptible population. This model will have a multilevel approach to consider exogenous interactions such as temperature. This will allow to be able to visualize the critical points where the mosquito reproduction is much greater, and thus carry out control strategies. El trabajo de investigación presenta un modelo computacional por Autómatas Celulares (Cell-DEVS) aplicado a la transmisión de la enfermedad Dengue, propagada por mosquitos hacia una población susceptible.Este modelo tendrá un enfoque de multinivel para poder considerar interacciones exógenas como temperatura. Esto permitirá poder visualizar los puntos críticos donde la reproducción de mosquitos es mucho mayor, y así realizar estrategias de control.

One of the applications of cellular automata is to model the spread of a disease in a population and of neural networks is to classify them.We will find a model for the dynamics of influenza in a population and a model for classifying patients with severe COVID-19 conditions using neural networks.

[ES]En este trabajo nos centraremos en los autómatas celulares (ACs) reversibles. Estos ACs se ca-racterizan por el hecho de que cada configuración tiene un único predecesor. Por tanto, dada cualquier configuración, podemos determinar su evolución hacia atrás en el tiempo. Fundamentalmente, los ACs reversibles son muy útiles para modelar sistemas dinámicos que son reversibles en el tiempo, en particular, sistemas que evolucionan de acuerdo con las leyes de la mecánica clásica. En el primer capítulo daremos la definición matemática de AC, estudiaremos la topología del espacio de configuraciones y probaremos el teorema de Curtis-Hedlund-Lyndon que caracteriza a los ACs. En el segundo capítulo veremos la definición de AC reversible y estudiaremos varias propiedades relacionadas con la inyectividad y la epiyetividad para simplificar la condición de reversibilidad. En el tercer capítulo veremos el teorema más conocido sobre los ACs, el teorema del Jardín del Edén, relacionado con ACs que tiene configuraciones sin predecesores. Dedicaremos el cuarto capítulo a un estudio más detallado de los ACs unidimensionales. Primero veremos que es posible simplificar la reversibilidad de un AC a su inyectividad sobre configuraciones periódicas y posteriormente usaremos gráficos de Bruijn para estudiar a los ACs. En el quinto capítulo trataremos los ACs particionados, los cuales resultan un método simple de construir ACs reversibles, y mostraremos que los ACs reversibles unidimensionales son Turing completos. En el sexto y último capítulo discutiremos las posibles aplicaciones de los ACs reversibles., [EN]In this work we will focus on reversible cellular automata (RCA). RCA are characterized by the fact that every configuration has a single predecessor. Therefore, given any configuration, we can determine its evolution backwards in time. Crucially, RCA are very useful for modeling dynamical systems which are reversible in time, in particular, systems that evolve according to the laws of classical mechanics. In the first chapter we will give the mathematical definition of CA, we will study the topology of the configuration space and we will prove the Curtis-Hedlund-Lyndon theorem that characterizes CA. In the second chapter we will see the defini-tion of RCA and we will study various properties relating to injectivity and surjectivity in order to simplify the reversibility condition. In the third chapter we will see the best known theorem about CA, the Garden of Eden theorem, relating to CA which have configurations without pre-decessors. We will dedicate the fourth chapter to a more detailed study of one-dimensional CA. First we will see that it is possible to simplify the reversibility of CA to their injectivity over periodic configurations and then we will use de Bruijn graphs to study these CA. In the fifth chapter we will discuss partitioned CA, which are a simple method of constructing RCA, and we will show that one-dimensional RCA are Turing complete. In the sixth and final chapter we will discuss possible applications of RCA.

In the present paper, the effect of interdependence and contagion will be performed in the purchase and sale decisions of investors in a Black-Schole financial market, where there are two financial assets: stocks (risky assets) and bonds (risk-free asset); and two investor states: lover and risk aversion; under different probabilities of contagion. This economic-financial phenomenon could be modeled by a system of stochastic equations; however, not all stochastic equations have a closed solution, so it is decided to perform computational simulations to analyze their numerical behavior. In this sense, a computational simulation will be performed using cellular automata. En el presente trabajo se realizará la simulación el efecto de la interdependencia y el contagio en las decisiones de compra y venta de los inversionistasen un mercado financiero de tipo Black-Schole,donde existen dos activos financieros: acciones (activo riesgoso) y bonos (activo libre de riesgo); y dos estados del inversionista: amante y averso al riesgo; bajo distintas probabilidades de contagio. Este fenómeno económico-financiero podría ser modelado por un sistema de ecuaciones estocásticas; sin embargo, no todas las ecuaciones estocásticas tienen una solución cerrada por lo que se opta por realizar simulaciones computacionales para analizar su comportamiento numérico, en este sentido, se realizará una simulación computacional mediante los autómatas celulares.

In the present paper, a computational model is performed by Cellular Automata (Cell-DEVS) that describes the transmission dynamics of Varicella in a closed group of people where the disease can be spread. From the perspective of mathematical epidemiology we have the mathematical model SEIR of W.O. Kermack and A.G. McKendrick that represent the dynamics of the epidemic, in our case Varicela, where the computational simulations are performed both by the Numerical Methods and the Cellular Automata to analyze the development of the disease. En el presente trabajo, se realiza un modelo computacional mediante los Autómatas Celulares (Cell-DEVS) que describa la dinámica de transmisión de la Varicela en un grupo cerrado de personas donde se pueda propagar la enfermedad. Desde la perspectiva de la epidemiología matemática se tiene el modelo matemático SEIR de W. O. Kermack y A. G. McKendrick que representa la dinámica de la epidemia, en nuestro caso la Varicela, donde se realizará las simulaciones computacionales tanto por los Métodos Numéricos como los Autómatas Celulares para analizar el desarrollo de la enfermedad.

En esta investigación se diseñó un modelo de Autómatas Celulares (AC) que permite simular procesos de transporte de solutos en medios porosos. Los AC son un modelo matemático discreto en espacio y tiempo, en el que se divide el área de estudio en celdas que adquieren valores en cada paso de tiempo y evolucionan a partir de unas reglas de transición previamente definidas. Para establecer las reglas de transición, se entrenó el modelo AC con resultados de ensayos de trazadores realizados en dos modelos físicos, conocidos como cajas de arena. El primero, representaba un medio homogéneo y la segundo uno estratificado. Las cajas fueron llenadas con arenas de diferentes conductividades hidráulicas (330.6 m/d y 165.5 m/d en el estratificado y 220.4 m/d en el homogéneo). Además se realizó una modelación numérica con un enfoque euleriano, que simuló el transporte de solutos para las condiciones representadas en los modelos físicos, permitiendo comparar resultados. Se concluyó que el modelo de AC no presenta problemas de inestabilidad numérica, reduce los tiempos de cómputo con respecto al modelo euleriano, y permite visualizar adecuadamente el comportamiento hidrodinámico de la mancha del soluto transportado. Sin embargo, requiere un amplio número configuraciones en el montaje del modelo físico para definir adecuadamente las reglas de transición, repercutiendo en elevados costos y tiempos de calibración. Además al comparar el comportamiento hidrodinámico de la mancha del soluto simulado en el modelo AC y la observada en el modelo físico, cotejando la trayectoria descrita por los centroides de ambas manchas, se concluye que el comportamiento de ambas es muy similar al presentar un error porcentual absoluto medio de 3.1% y un RMSE de 9. 7 pixeles entre ambos modelos, es decir un error insignificante en comparación con el tamaño de la imagen generada por el modelo AC (801 x 578 pixeles). Además, a partir de un análisis del segundo momento espacial de la concentración, se obtuvo que la relación entre la dispersión longitudinal y la transversal de la mancha del modelo AC es de 28.2% mientras que dicha relación para el modelo físico fue de 22%, por lo que se concluyó que la esbeltez de ambas es similar. Abstract: In this investigation, a cellular automata model CA was designed, it allows to simulate the transport of solute in porous media. CA are a discrete mathematical model in time and space, in which study area is divided in cells which take value in each time step and they evolve from sorne previously defined transition rules. To establish those transition rules, the CA model was trained from the results of the tracer tests made in two physical models, known as sand boxes. The first one represented a homogeneous medium and the second represented a stratified one. The boxes were packed with a fine sand (low hydraulic conductivity K= 165,5 m/d) anda coarse sand (high hydraulic conductivity, K= 330,6 m/d). A numerical simulation by the eulerian approach was made, describing the transport of solute for the conditions represented on the physical models, allowing a result comparison. lt concludes that the CA model did not present any numerical stability problem, it reduces computation times regarding the eulerian model, and it allows to visualize the hydrodynamic behavior of the plume of the transported solute. Nevertheless, the CA model require a wide number of configurations in the physical model assembly to define the transition rules, impacting in high cost and calibration time. Furthermore, comparing the hydrodynamic behavior of the plume of the transported solute into the CA model and the showed in the physical one, and collating the path described by their plume centroids, it concludes that both plume have a very similar behavior showing an absolute perceptual error of 3,1 and a RMSE of 9, 7 pixels between them, meaning there is an insignificant error in comparison with the size ofthe CA model image (801 x 578 pixels). Additionally, from a second spatial moment analysis, it was obtained that the relationship between the longitudinal and tranversal dispersion of the plume of the CA model is 28,2 % while the same relationship for the physical model was 22%, concluding that both have a similar slenderness. Maestría

El objetivo principal de este estudio fue desarrollar un modelo de autómata celular para la simulación del comportamiento de la dispersión de grandes incendios sobre zonas heterogénea en el área de estudio, integrando en el modelo las características de la vegetación, el índice EVI y el número de días sin lluvia, estudiadas históricamente con los grandes incendios ocurridos durante el 2000 y el 2014 en la Orinoquía Colombiana. En la parte I, se determinó el umbral a partir del cual considerar una huella quemada como un «gran incendio» (\ge214ha) adaptando la metodología de Pareto 80-20 aplicada a la serie de tiempo y a las condiciones particulares de la región de análisis, usando información de imágenes satelitales derivadas de MODIS. En la parte II, se analizó las variables que generan y predisponen el medio para la dispersión y desarrollo de los grandes incendios en la Orinoquía bajo análisis de variables tales como: tipo de cobertura, el índice de vegetación, vientos y el número de días sin lluvia. En la parte III, se planteó una metodología en la que se desarrolla un modelo de dispersión de incendios usando un autómata celular con estados iniciales y con funciones de transición para los cambios de estado de cada una de las celdas, usando los resultados de los análisis de las variables estudiadas en la parte II, cada variable representaba un riesgo a que la celda se incendiara aplicando un índice de resistencia con el fin modular su cambio de estado. El modelo se contrastó contra dos incendios reales y los resultados del comportamiento y simulación de la dispersión del autómata desarrollado presentó muy buenas características como modelo de aproximación de la simulación de grandes incendios en la Orinoquía Colombiana. Abstract: With the objective to obtain simulations of dispersion behavior from big fires in the Colombian Orinoquían region, a model of cellular automata was proposed. The characteristics of the vegetation, the EVI index and the number of days without rain were integrated, due a detailed historical study of the great fires that occurred during the period between 2000 and 2014 in the study area. The first part of this work, involves the selection of a threshold from which the burned footprint was considered, as a «great fire» (\ge214ha); This threshold is the product of an adaptation of the Pareto 80-20 methodology applied to the time series and the particular conditions of the analysis region, using information from satellite imageries. In the second part II, was analyzed the variables that generate and predispose the medium for the dispersion and development of big fires in the study area under the analysis of variables such as: type of cover, the vegetation index, winds and the number of days without rain. In the final part a methodology is proposed in which a fire dispersion model is developed using a cellular automata with initial states and with transition functions for the changes of state of each of the cells, using the results of the analyzes of the variables studied in part II; in this case, each variable represented the risk that the cell would catch fire by applying a resistance index in order to modulate its change of state. The cellular automata model is put under test, with two big real fires, showing approximate results according to the characteristics that define the dispersion in the Colombian Orinoquian region. Maestría

Traffic congestion has profound and varied impacts on modern society, yet characterizing on a city scale the transition that gives rise to the congestion remains an elusive task. The challenge lies in understanding the role of the interplay between topology and spatial dynamics in this traffic phenomenon. In this thesis we combine cellular automata modelling with analysis tools from statistical physics to study the emergence of congestions at road (street), grid (neighbourhood) and network (city) levels. At street level, we shown for at least two traffic cellular automata that implementing a simple Monte Carlo exploration of the driving rules reproduces the fundamental diagram of a single road segment. Next, by applying tools of percolation theory, we unveiled the underlying mechanism of jamming process in the Biham-Middleton Levine model, i.e., a paradigmatic model for car traffic, both on square and honeycomb grids, solving a puzzle of more than a decade on the origin of the intermediate states of this model on square grids and pointing out the relevance of both asymmetry and the underlying grid on the model's behaviour. Finally, we used the origin-destination matrices obtained from mobile phone data to simulate car by car the traffic on the detailed road network of five large cities: Rio, Boston, San Francisco bay, Porto and Lisbon. We found at this network level that the characteristic recovery time the system takes to unload is proportional to the fraction of road infrastructure being used and the mean travel time on all trips. In addition, we study the emergence of congestion when the number of cars increases by keeping the trip distributions and street capacities unchanged. Our last findings strongly support the notion that the transitions to urban traffic gridlock resemble the direct percolation universality class and can be approached with the framework of non-equilibrium phase transitions. Our work illustrates the power of a computational description at the level of each car with the solid theoretical framework of statistical physics to analyze the origins and behaviour or vehicular traffic congestion. La congestión vehícular tiene un impacto profundo y diverso en la sociedad actual. Sin embargo, caracterizar a nivel de ciudad la transición que da lugar a la congestión ha sido una tarea inalcanzable. El problema se centra en la dificultad para entender la interacción que existe entre la topología de la red y la dinámica espacial del flujo vehícular. En esta tesis se combina el modelamiento por autómatas celulares con herramientas de la física estadística para estudiar la formación de la congestión a escala de calle, de malla regular y de red real de calles. A nivel de calle, mostramos que para al menos dos modelos de autómata celular, una exploración por Monte Carlo de las reglas de manejo permite reproducir el diagrama fundamental de una calle. A nivel de mallas regulares, el modelo Biham-Middleton-Levine (BML) es el paradigma de los estudios de tráfico vehícular. Aplicando las herramientas de la Teor\'ia de Percolación, logramos desentrañar los mecanismos de formación de atascos en este modelo, ya sea sobre mallas cuadradas o tipo panal. Logramos entonces resolver el misterio del origen los llamados estados intermedios en el BML en mallas cuadradas. Finalmente, usamos las matrices origen destino obtenidas a partir de datos de telefonía móvil para simular el tráfico vehícular de cinco ciudades alrededor del mundo: Río de Janeiro, Boston, la bahía de San Francisco, Porto y Lisboa. A este nivel de red de ciudad, encontramos que el tiempo de recuperación característico de cada ciudad es proporcional a la fracción de infraestructura utilizada y el tiempo promedio de viaje. Adicionalmente, incrementando la demanda, estudiamos el colapso vehícular en redes de ciudad bajo el marco de transiciones de fase fuera del equilibrio. Nuestros resultados muestran características similares a las observados en los modelos dentro de la clase de universalidad de percolación dirigida (DP). Nuestro trabajo ilustra cómo una descripción computacional a nivel de vehículo junto con las herramientas de la física estadística permite analizar y comprender los orígenes y el comportamiento de la congestión vehícular. Doctorado

The present work shows the description of the computational routines based on simulation models. Monte Carlo methods and random number generation routines are used with geometrical models and cellular automata to create metallic grains with particular morphologies and be displayed on the screen. Moreover, the influence of the mathematical factors and the computational procedures employed over the final grain structure is explained in detail. Although geometrical models are the simplest, and reproduce some of the grain features, these also have son limits due to simplicity on programming; whereas cellular automata and coupled models can be employed to create more sophisticated grain structures based on specific rules for evolution.

In this paper is presented a developed model for a pollutant diffusion in a soil-water system, for specific conditions in a real study area. A model that allows the observations of the pollutant flow in the soil-water system and its behavior and interaction with the different system elements, is searched with the purpose of orientate and support the processes and techniques application for the pollutant soil and water remediation. The basic model conditions are: 1) The pollutant is introduced to the soil. 2) The pollutant flows from the soil to the water. 3) The introduced pollutant concentration is variable during the process. 4) The pollutant may saturate the soil. 5)The pollutant is adsorbed by the soil. 6) The model is developed in 2D, with the possibility to be expanded to 3D. The model uses a cellular automata that contains different zones with their own function rules. There are four considerate zones: i) Introduction of the pollutant zone. ii) Soil zone (a porous media). iii) Soil-water interaction zone. iv) Water zone. En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo de difusión de contaminantes en un sistema suelo-agua bajo condiciones específicas de un medio real en estudio. El propósito de dicho modelo es permitir la observación del flujo del contaminante en el sistema suelo-agua y su comportamiento al interactuar con los diferentes elementos del sistema con la finalidad de orientar y apoyar los procesos y la aplicación de las técnicas de recuperación de suelos y aguas contaminadas. Las condiciones básicas para el diseño del modelo son: 1)El contaminante es introducido en el suelo. 2) El contaminante fluye del suelo al agua. 3) La concentración del contaminante introducido es variable durante el proceso. 4) El contaminante puede llegar a saturar el suelo. 5) El contaminante es adsorbido por el suelo. 6) El modelo se realiza en 2D, con posibilidad de extenderlo a 3D. El modelo utiliza un aut ?mata celular, el cual contiene diferentes zonas con sus propias reglas de funcionamiento. Se consideran cuatro zonas en el modelo: i) Zona de introducción del contaminante. ii) Zona del suelo (un medio poroso). iii) Zona de interrelación del suelo-agua.v) Zona del agua.

This work shows the development and application of computational algorithms based on chaos theory and cellular automaton to simulate the grain growth process on squared steel billets produced by continuous casting. Three algorithms were developed to simulate the grain structures on chill, columnar and equiaxed zones. These include routines to simulate grain nucleation and growth. These routines were compiled separately from the main routine in order to make more efficient the simulator. Algorithms analyze each node at every step time during simulation and a graphical interface is used to display the results on the screen. Chaos theory is used for integrating a random selection process. The result is an image formed with cells that represent grains (cellular automaton) displayed on the screen based on a numeric code assigned to the nodal positions.

This thesis presents a model based on cellular automata and evolutionary computation, the purpose of the model is to abstract the behaviour and properties of a bacterial colony. In the bacterial colony, each bacterium has a set of properties and interacts with the environment and other bacteria. Depending on environment characteristics, a bacterium can carry out a set of actions (to reproduce itself, transfer plasmids, die). The obtained results show that the application of the correct use of antibiotics (the correct type of antibiotics, at the correct generation, with the correct dosis) may cause the extinction of the bacterial colony; on the opposite, the antibiotic resistance is obtained as emergent property in the bacterial colony if the mechanism of action of antibiotics is not appropriate. Resumen. Esta tesis presenta un modelo basado en autómatas celulares y computación evolutiva que permite abstraer el comportamiento de una población bacteriana en un ambiente hóstil. Se define un ecosistema donde convive una población de bacterias y a cada bacteria se le definen un conjunto de propiedades; las bacterias interactúan con el ambiente y con las bacterias que la rodean permitiendo que la colonia bacteriana evolucione. En las bacterias a través de varias generaciones pueden surgir mutaciones, procesos de conjugación y muerte de manera natural o a causa de la acción de antibióticos. Los resultados experimentales muestran que el uso de un antibiótico apropiado, con la dosis apropiada, puede causar la desaparición de la colonia bacteriana; al contrario, si el proceso de suministro de antibióticos no es el apropiado, se genera la resistencia a antibióticos como una propiedad emergente en la colonia bacteriana. Maestría

Partiendo de un modelo que permite simular el congestionamiento en una estación de TransMilenio, se presenta una reflexión acerca de las consecuencias del uso del paradigma utilizado (autómatas celulares), así como de aspectos idiosincráticos que repercuten en el modelo. Se discuten simultáneamente los desafíos técnicos e intelectuales que ello implica: simular las complejidades de un sistema en apariencia simple, pero que exhibe una enorme diversidad de comportamientos y variables plantea afrontar nuevos enfoques y técnicas. El Ingeniero, bajo su status quo en la sociedad, debe replantear sus esquemas y combinar disciplinas tradicionales y emergentes para enfrentar dichos retos. La experiencia que se recopila, da cuenta de ello. A discussion is carried out on the basis of a model that simulates TransMilenio's stations overcrowding, about the consequences of the paradigm of choice (Cellular Automata) and the cultural aspects of the users. This is done taking into account the implications involved: the fact of analyzing complexities in real life open-up new perspectives, revealing that established schemes must be questioned in order to react and handle them. Any engineer committed to the society that educated him must be aware that modern challenges imply new skills, particularly, the ability to combine the old and the new, regarding systems enginnering paradigms.

El cumplimiento de la ley de Zipf es ampliamente reconocido en la literatura de economía urbana, al punto de utilizar su coeficiente como medida de concentración espacial de la población. Mientras el exceso de concentración presenta problemas al bienestar social debido a la existencia de disparidades regionales y congestión de algunas ciudades, la dispersión no aprovecha, por ejemplo, los beneficios en la disminución de los costos de producción producidos por las economías de escalas. Diversos trabajos se han realizado a fin de dar una explicación al cumplimiento a la ley de Zipf, donde los modelos top-down, que fuerzan el cumplimiento de la ley de Zipf, dominan la literaria. Pocos trabajos han intentado explicar el cumplimiento de Zipf usando autómatas celulares. Estas propuestas, llamadas bottom-up, generan de manera emergente la distribución y los tamaños de las ciudades. Sin embargo, estos modelos son poco flexibles y no pueden ser adaptados a distintos sectores geográficos. Este trabajo propone una implementación inicial de un modelo extensible basado en autómatas celulares, llamado CityCA, para intentar explicar el coeficiente de Zipf. Se evaluó y adaptó CityCA a un escenario real, Chile. Los resultados de la simulación son los esperados. Muestra que el coeficiente de Zipf se acerca más a la sobreconcentración que a la dispersión, igual que en la realidad. Con este modelo, los economistas urbanos no requieren conocimientos de programación avanzada, pues este modelo especializado ya contiene el conocimiento. Además, surgen nuevos requerimientos que se incorporarán en un trabajo futuro de CityCA. The fulfillment of the Zipfs law is widely recognized in urban economics literature. Indeed, its coefficient is used as a measure of spatial concentration of a population. Whereas the concentration excess has problems associated with social welfare due to the existence of regional disparities and the congestion in some cities, the dispersion does not take advantage of, for example, the benefits of reducing costs of production generated by economies of scale. Several studies have been performed in order to give an explanation to the fulfillment of Zipfs law, where the top-down models, that force the fulfillment of Zipfs law, have dominated the literature. Some proposals have attempted to explain the fulfillment of Zipf using cellular automata. These bottom-up proposals generate the distribution and sizes of cities in an emergent way. However, these models are not flexible and extensible, therefore, these proposals cannot be adapted to different geographical areas. This paper proposes an initial implementation of a flexible and extensible model based on cellular automata, called CityCA, which tries to explain the Zipf coefficient. CityCA was evaluated and adapted to a real scenario, Chile. The simulation results were as expected, since they show that the ratio is closer to Zipf over-concentration than the dispersion, as in reality. With this model and implementation, urban economists do not require advanced programming knowledge, since CityCA already integrates specific knowledge.

Doctorado en Ciencias de la Computación

El proceso de fusión intervertebral depende de factores relacionados con la edad, enfermedades y calidad del hueso receptor, también se ve afectado por algunos parámetros del implante tales como tamaño de la jaula, diámetro externo e interno, grado de porosidad, tamaño del poro e interconectividad de los poros. La mayor parte de los estudios que se han documentado del crecimiento del hueso trabecular en vertebras con implante, son estudios experimentales en los cuales no se pueden controlar todas las variables que tienen efecto sobre el proceso de fusión y para obtener los resultados se necesita más tiempo que incrementa los costos. El objetivo de esta investigación es determinar el efecto de las variables de diseño (porosidad y tamaño del poro) de una jaula de fusión intersomática, en el proceso de fusión ósea implementando un modelo de optimización. Los resultados obtenidos presentan una distribución de densidad ósea y un incremento en la rigidez del nuevo tejido dependiendo de los parámetros del implante y las cargas impuestas, confirmando que el hueso se considera como un material de auto-optimización. Abstract. The process of intervertebral fusion depends on factors related to age, diseases and the quality of the bone receptor, as well as it is affected by various implant parameters such as the size of the cage, internal and external diameter, grade of porosity, pore size and the interconnectivity of the pores. The major part of documented studies regarding trabecular bone growth in vertebrae with an implant are experimental studies in which all of the variables that effect bone growth cannot be controlled and in order to obtain the results they need more time is required which raises the cost of studies. The objective of this investigation is to determine the effect of the design variables (porosity and pore size) of an interbody fusion cage in the bone fusion process implementing an optimization model. The results obtained present a distribution of bone density and an increase in rigidity of the new tissue depending of the parameters of the implant and the loads imposed, confirming that the bone is considered a self-optimizing material. Maestría

En el presente trabajo se desarrolla una propuesta que podría formar parte de un proceso de validación para modelos prospectivos (no necesariamente predictivos) de simulación del crecimiento urbano basado en autómatas celulares (AC). Concretamente, se plantea la aplicación de un análisis de sensibilidad que pretende explorar el grado de influencia de cada uno de los parámetros de los modelos tradicionalmente empleados en la simulación del crecimiento urbano, valorando si la ausencia de uno o varios de ellos supone una alteración significativa de los resultados. Para ello se ha empleado un modelo desarrollado para simular un crecimiento urbano futuro deseable en la Comunidad de Madrid y que, por tanto, no se limita a reproducir en el futuro lo acontecido en el pasado, aplicación que tradicionalmente se ha llevado a cabo con los modelos basados en AC. La propuesta se basa en la generación de diferentes versiones del modelo derivadas de la eliminación de diversos parámetros de los que conforman la versión original. Los resultados muestran la gran influencia de factores como la aptitud y la vecindad. La evaluación de los resultados del análisis de sensibilidad, por otro lado, nos ofrece información interesante sobre aquellas localizaciones que podríamos considerar soluciones robustas del modelo y que, por tanto, minimizarían el riesgo asumido al tomar la decisión de urbanizarlas., This paper presents a Sensitivity Analysis (SA) as part of a validation procedure to be applied to prospective models for urban simulation growth based on Cellular Automata (CA). This SA explores the influence of each factor integrating the CA model on the results to simulate the future urban growth in Madrid region. The proposal is based on the generation of different versions of the original model, erasing one factor at a time. The results show a relevant influence of the suitability and neighbourhood factors. The evaluation of the results of the SA also offers interesting information about those locations that could be considered robust solutions of the model (in order to be urbanized), minimizing the decision risk., Ministerio de Educación y Ciencia

Zamyatin, A., & Cabral, P. (2011). Análisis avan zada de métricas espaciales en la modelización de alteraciones en la utilización y ocupaci ón del suelo con autómatas celulares. DYNA (Colombia), 78(170), 42-50. This paper proposes an approach for a more effective definition of cellular automata transition rules for landscape change modeling using an advanced spatial metrics analysis. This approach considers a four-stage methodology based on: (i) the search for the appropriate spatial metrics with minimal correlations; (ii) the selection of the appropriate neighborhood size; (iii) the selection of the appropriate technique for spatial metrics application; and (iv) the analysis of the contribution level of each spatial metric for joint use. The case study uses an initial set of 7 spatial metrics of which 4 are selected for modeling. Results show a better model performance when compared to modeling without any spatial metrics or with the initial set of 7 metrics. publishersversion published

En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo de difusión de contaminantes en un sistema suelo-agua bajo condiciones específicas de un medio real en estudio. El propósito de dicho modelo es permitir la observación del flujo del contaminante en el sistema suelo-agua y su comportamiento al interactuar con los diferentes elementos del sistema con la finalidad de orientar y apoyar los procesos y la aplicación de las técnicas de recuperación de suelos y aguas contaminadas. Las condiciones básicas para el diseño del modelo son: 1) El contaminante es introducido en el suelo. 2) El contaminante fluye del suelo al agua. 3) La concentración del contaminante introducido es variable durante el proceso. 4) El contaminante puede llegar a saturar el suelo. 5) El contaminante es adsorbido por el suelo. 6) El modelo se realiza en 2D, con posibilidad de extenderlo a 3D. El modelo utiliza un autómata celular, el cual contiene diferentes zonas con sus propias reglas de funcionamiento. Se consideran cuatro zonas en el modelo: i) Zona de introducción del contaminante. ii) Zona del suelo (un medio poroso). iii) Zona de interrelación del suelo-agua. iv) Zona del agua. In this paper is presented a developed model for a pollutant diffusion in a soil-water system, for specific conditions in a real study area. A model that allows the observations of the pollutant flow in the soil-water system and its behavior and interaction with the different system elements, is searched with the purpose of orientate and support the processes and techniques application for the pollutant soil and water remediation. The basic model conditions are: 1) The pollutant is introduced to the soil. 2) The pollutant flows from the soil to the water. 3) The introduced pollutant concentration is variable during the process. 4) The pollutant may saturate the soil. 5) The pollutant is adsorbed by the soil. 6) The model is developed in 2D, with the possibility to be expanded to 3D. The model uses a cellular automata that contains different zones with their own function rules. There are four considerate zones: i) Introduction of the pollutant zone. ii) Soil zone (a porous media). iii) Soil-water interaction zone. iv) Water zone.

El propósito de este trabajo de investigación es simular el proceso de osteogénesis y la curación secundaria de fractura, de forma que el modelo desarrollado permita conocer y predecir la evolución del crecimiento óseo y los aspectos de la reparación tales como la geometría externa, la arquitectura interna y el tiempo de curación en respuesta al estímulo mecánico aplicado. De acuerdo a estudios del tejido óseo, la reparación de fractura tiene alta dependencia de factores locales mecánicos y fisiológicos manifestados a nivel celular, lo que hace complejo predecir cuál es el camino que va a seguir la fractura en su proceso de curación. Sin embargo, para cada tipo específico de fractura y la región anatómica afectada se determina un procedimiento específico de atención que permite conocer y controlar su proceso de sanación. Las predicciones de esta investigación están basadas precisamente sobre estos parámetros. El modelo presentado simula el comportamiento de la reparación a nivel celular gracias a la implementación de los Autómatas Celulares, pequeñas maquinas matemáticamente configuradas para tomar decisiones de evolución en el tiempo de acuerdo a los estados propios y de sus inmediatos vecinos. La simulación termina presentando una propuesta de geometría y arquitectura final de la unión ósea entre los segmentos, además de estimar el tiempo requerido en dicha reparación. / Abstract. The aim of this research work is to simulate osteogenesis process and secondary bone healing, in this way developed model allow knows and predicts bone growth evolution and reparation aspects like outer geometry, internal architecture and bone healing time in response to applied mechanical stimulus. According to bone tissue studies, bone healing has a high dependence from mechanical and physiological factors evident at cellular level, becoming complex to predict which one way fracture follows in healing process. However, for each specific kind of fracture and affected anatomical part is determined a specific assistance procedure to make enable knows and take control over healing process. Predictions of this research are based right that in those parameters. Presented model simulates healing behavior at cellular level thanks to use of Cellular Automaton, small machines configured by mathematical statements for take decisions of time{evolution according to own states and states of its neighborhood. Simulation finish showing a geometry and final architecture proposals of bony join between segments in addition to estimate request repair time. Maestría

El Virus de Papiloma Humano es un complejo y parcialmente conocido virus, que ha inspirado la construcción de este modelo de crecimiento computacional mediante el cual se muestra que a través de la especificación de reglas de comportamiento parametrizadas para el tipo 16 (HPV16) y simuladas bajo la técnica combinada de autómatas celulares y modelos basados en agentes, se puede simular su ciclo de vida, evidenciando las diferentes etapas de su crecimiento. El modelo de crecimiento del HPV16, objeto del presente trabajo de investigación, puede generar escenarios que apoyan la experimentación de forma rápida y flexible. Su uso significa una oportunidad de observar una situación o circunstancia con menos prejuicios, revisar ideas preconcebidas acerca de los diversos planteamientos que los investigadores han presentado y reformularlos, lo cual resulta ser difícil y costoso cuando se trata de situaciones en el mundo real. La historia natural y su potencial oncogénico no están totalmente entendidos y conocerlos en toda su dimensión resulta esencial para identificar mujeres en alto riesgo de lesiones cervicales precancerosas. Más importante aún se hace comprender la forma en que progresa la enfermedad de un grado CIN2 hacia un carcinoma cervical (una gran proporción de lesiones CIN2 regresan espontáneamente), ya que entendiendo su curso natural podría mejorar la especificidad de los tratamientos que se brinden y por ende reducir los índices de incidencia en la población afectada. Este modelo se presenta como herramienta de apoyo en la tarea de investigar diversos aspectos teóricos de la infección causada por el HPV16. / Abstract: The Human Papillomavirus is a complex and partially known virus, which has inspired the construction of the growth model through which we show that through the specification of parameterized behavior rules for the type 16 (HPV16) and simulated under the combined technique of cellular automata and agents-based models, we can simulate the life cycle, showing the different stages of growth. The computational growth model of HPV16, the subject of this research, you can generate scenarios to support experimentation quickly and flexibly. Its use is an opportunity to observe a situation or circumstance with less prejudice, revise preconceived ideas about the different approaches that researchers have presented and reformulate these, that which proves to be difficult and costly when it comes to real world situations. The natural history and their oncogenic potential are not fully understood, and to know their full dimension is essential to identify women at high risk of precancerous cervical lesions. More important yet, is comprehension how the disease progresses from one grade CIN2 to a cervical carcinoma (a large proportion of CIN2 lesions, regress spontaneously), since understanding its natural course would improve the specificity of the treatments and thus would reduce the incidence rates in this population. This model is presented as a support tool in the task of investigating various theoretical aspects of infection caused by HPV16. Maestría

Este artículo describe el proceso investigativo por el cual se exploró y puso en práctica la tecnología Grid como elemento promotor del proceso de clasificación no supervisada de imágenes satelitales LANDSAT; se ha implementado un servicio Grid que aplica autómatas celulares como técnica de inteligencia artificial. Las anteriores tareas se han logrado estableciendo una infraestructura Grid y un modelo de implementación que da soporte al servicio Grid. El modelo del servicio visualiza el contenedor de servicios y el contenedor de "portlet", los cuales se integran para formar tanto el cliente como el servidor. El autómata celular utilizado, esta definido en vecindarios de dos dimensiones y se establece la proyección de los niveles digitales de tres de las bandas de la imagen y la ubicación de cada una de ellas sobre el vecindario definido. El algoritmo se basa en reglas de transición que generan modificaciones a los vecindarios hasta obtener las categorías deseadas. Como resultado del proceso de clasificación se genera una nueva imagen en la cual se expresan las categorías en valores de 0 a 255 y se establece falso color para visualizar los resultados obtenidos. This paper describes the research process to explore and implement a Grid technology as a promoter of unsupervised, LANDSAT satellite image classification process. In fact, a Grid service has been implemented using cellular automata as an artificial intelligence technique. Those tasks have been achieved by establishing a Grid infrastructure and an implementation model supporting the Grid service. The service model displays the service container and the portlet container, which are integrated to form both client and server. The cellular automaton used is defined by two-dimension neighborhoods, and also a digital level projection of each three bands of the image and location on a defined neighborhood is established. The algorithm is based on transition rules generating changes to neighborhoods to get the desired categories. As a result of the classification process a new image is generated in which categories are expressed in values from 0 to 255 but providing false color to display the results.

Este documento describe un algoritmo genético combinado con un autómata celular que utiliza un esquema de población celular para mantener diversidad en la población y determinar automáticamente el tamaño de la población. Los individuos del algoritmo genético son organizados en un autómata celular de 2 dimensiones, donde los individuos son considerados activos o inactivos en cada iteración del proceso evolutivo de acuerdo con una función de transición de estados configurada en el autómata celular. Solo los individuos activos son sujetos al proceso de evolución y cuando múltiples padres son requeridos por un operador genético, un esquema de selección local es utilizado, donde los individuos activos en la vecindad pueden ser seleccionados como padres. Un modelo de Explosiones Cámbricas y Extinción Masivas es introducido en el esquema, permitiendo controlar la extinción o sobrepoblación de individuos activos en la población. Experimentos muestran que el esquema propuesto es capaz de mantener diversidad en la población mientras encuentra buenas soluciones en un número apropiado de evaluaciones de la función de aptitud. / Abstract. This paper describes an evolutionary algorithm (EA) which combines cellular automata, Cambrian explosions and massive extinctions ideas in order to maintain diversity and automatically determine the population’s size of the EA. Individuals are organized in a two-dimensional grid (2-dimensional cellular automaton surface) and are considered active or inactive according to the cellular automaton state. The individual state is updated according to the cellular automaton state rules at each step (iteration) of the evolutionary process. Only active individuals are subject to evolution by applying one of the genetic operators and considering just their active neighbors (when multiple parents are required). Depending on the total number of active individuals, a Cambrian explosion or a massive extinction operation is applied, in a random fashion to control the size of the population. We presented a novel genetic diversity analysis using a hierarchical clustering to examine individuals genotype and identify natural population taxonomies. Experiments show that the proposed scheme is able to maintain diversity and find near optimal solutions in an appropriated number of fitness evaluations. Maestría

Estudiando el proceso de avalancha en empaquetamientos de discos se observaron varios reacomodamientos (movimientos de discos) de diferente tamaños antes del desencadenamiento de la avalancha. Se propone un autómata celular estocástico basado en las observaciones experimentales a fin de comprender el grado de influencia de la compactación local en la aparición de reacomodamientos en sistemas bidimensionales de discos. El modelo numérico reproduce reacomodamientos de diversos tamaños y permite estudiar la evolución de la compactación del sistema Rearrangements (movements of disks) of different sizes were observed before the avalanche onset while studing avalanche process in 2D packings of disks. A stochastic cellular automata model based on experimental observations is proposed to understand the influence of local packing fraction in the appearance of rearrangements in a two dimensional packing of disks. In numerical simulations rearrangements of different sizes are also observed and evolution of the packing fraction is studied Fil: Aguirre, María Alejandra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Grupo de Medios Porosos (UBA-FI). Buenos Aires. Argentina Fil: Calvo, Adriana Leila. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Grupo de Medios Porosos (UBA-FI). Buenos Aires. Argentina

Luego de una breve revisión del reciente campo de la Sociofísica, se presenta un modelo tipo autómata celular de una influencia cultural externa o propaganda masiva actuando en un sistema social. El modelo está basado en la dinámica de diseminación cultural de Axelrod. Se encuentra que la propaganda induce una transición de fase en el sistema: si la intensidad de la propaganda aplicada es menor que un valor umbral, ésta logra imponer su estado en todo el sistema; es decir, el sistema adquiere un estado ordenado homogéneo e igual al estado cultural de la propaganda. Sin embargo, si la intensidad de la propaganda es mayor que el valor umbral, entonces el sistema alcanza un estado desordenado caracterizado por la presencia de muchos grupos culturales distintos. Estos estados se describen en el espacio de parámetros del sistema, dado por la intensidad de la propaganda y por el número de opciones culturales disponibles. After a brief review of the recent field of Sociophysics, we present a cellular automata model of an external cultural influence or message, such as a controlled mass media, acting on a social system. The model is based on the rules of cultural dissemination proposed by Axelrod. It is found that the external message induces a phase transition in the system: if the intensity of the message is less than some threshold value, the message can impose its cultural state to the system, that is, the system reaches an ordered, homogeneous state equal to the cultural state of the message. However, if the intensity of the transmitted message is above the threshold value, the system reaches a disordered state characterized by the presence of many different cultural groups. These states are described in the space of parameters of the system, consisting of the intensity of the message or mass media influence and the number of available cultural options.

En un plano conceptual, este trabajo se dedica a presentar diversas descripciones formales paramodelar y simular espacios de celdas. Los paradigmas propuestos constituyen extensiones a losformalismos DEVS y Autómatas Celulares, agregando la posibilidad de tener demoras de transporteo inerciales. Los formalismos de especificación han sido definidos para espacios de celdas binarioso de tres estados, y se han extendido para otros dominios. Los conceptos de demoras pertenecen aldominio de los circuitos digitales, y han sido adaptados a los autómatas celulares, constituyendo unade las contribuciones principales del trabajo. Los formalismos permiten la definición automática delos espacios, y facilita la verificación de los modelos, permitiendo el desarrollo eficiente y efectivode simuladores. Desde un punto de vista práctico, se construyó un entorno de modelización ysimulación basado en los formalismos propuestos. Esta permitió verificar de forma empírica laeficiencia de las soluciones propuestas, con respecto a los tiempos de desarrollo y chequeo. Sepropuso a su vez un mecanismo de simulación achatado de los espacios de celdas que permitiómejorar los tiempos de ejecución en hasta un orden de magnitud. Debe hacerse notar que puederealizarse la construcción automática de un modelo a partir de su especificación, lo que simplifica elproblema de verificación del modelo y permite un desarrollo rápido de los simuladores, debido a lasmejoras obtenidas en las fases de chequeo y mantenimiento. This work is devoted to introduce several formal descriptions used to model and simulate cell-shapedspaces. The paradigms are based on the DEVS and Cellular Automata formalisms,combined with transport delays and inertial delays. The specification formalisms have been definedfor binary or three-states cell spaces, and have been extended to other domains. The delay conceptsbelong to the digital circuits domain, and have been adapted to the Cellular Automata paradigm,being one of the main contributions of the present work. The formalims allow the automaticdefinition for the cell spaces, easing the model verification, allowing the cost-effective developmentof simulators. A tool was built with the goal to implement the formalism, allowing to verifyempirically the performance of the proposed solutions. Development times were considered, withspecial attention to the testing and mantainance costs. An abstract simulation mechanism was alsoproposed, with the goal to improve the execution times of the cell spaces based on the flattening ofthe hierarahical models. This approach allowed to improve the execution times up to one order ofmagnitude. It must be noticed that a model can be built automatically using its specification, easingthe verification problems and allowing rapid development of the simulators. The use of a formalmechanism allowe to reduce the development times, due to the improvements obtained in thetesting and maintainance phases. The use of this formal mechanism also allows automaticverification of the model structure, permitting the programmer to focus only in the development ofthe models to be implemented. Fil: Wainer, Gabriel A.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.