http://hdl.handle.net/10183/7 Mon, 29 Jun 2026 10:42:48 GMT 2026-06-29T10:42:48Z http://hdl.handle.net/10183/307294 Graph representation learning for images Avelar, Pedro Henrique da Costa While a plurality of developments in AI still focus largely on Convolutional Neural Networks and Transformers, there has been frequent calls in the community towards building models with symbolic and relational processing capabilities. In our study we first reframe image classification as graph classification and then we attempt to realign the graph-based image classification back into the main image classification literature through the use of attentional models. To use graph-based attention models for image classification we first use a superpixel algorithm to segment images, which we then use to build a graph whose nodes’ information is based on the superpixel positions and average colours, and whose edges are based on the superpixel adjacencies, forming a Superpixel Image Classification (SIC) instance, to which then Graph Neural Networks can be applied for classification, for which we use a Graph Attention Network (GAT). Our Superpixel Image Classification with Graph Attention Networks (SICGAT) model was tested in several common image-based benchmarks and achieved a higher classification accuracy than the baselines available at the time, even though we restricted our model to have access to less information and, thus, a harder problem. This was done by both reducing the number of superpixels available to the model as well as by using the superpixel adjacencies, which provides less edges per node than previous bechmarks, which both reduces information and constrains information flow within the model. We then propose a novel framework – SuperPixel Transformer (SPT) – which generalises both our SICGAT model and the Vision Transformer (ViT) model, and allows us to keep the full superpixel information while still working with superpixel graphs. Our results show that using superpixel patches in our SPT framework is comparable to using regular square grid patches normally used in ViTs, and that different connectivity patterns than the fully connected one used in the ViT might actually improve results from using squaregrid-based superpixels. We conclude by providing discussion on possible future applications of our work as well as some directions for future improvements, some of which have already been explored in the mainstream ViT literature, but might not have been explored in the SIC literature.; Com uma variedade de desenvolvimentos em IA ainda focando em Redes Neurais Convolucionais e Transformers, existem vozes persistentes na comunidade para que se construam modelos com capacidades relacionais e simbólicas. Neste estudo primeiramente repensamos classificação de imagens como classificação de grafos para então tentarmos realinhar classificação de imagens baseadas em grafos de volta com a literatura de classificação de imagens através do uso de models com atenção. A fim de utilizar modelos com atenção baseados em grafos para classificação de imagens, primeiramente utilizamos um algoritmo de superpixel para segmentar a imagem, que é transformada em um grafo onde a informação de cada nodo contém a média das posições e cores de cada superpixel, e cujas arestas são baseadas na adjacência entre cada par de superpixel, formando uma instância de Superpixel Image Classification (SIC), na qual então uma rede grafo-neural pode ser aplicada para realizar a classificação, dentre as quais escolhemos a rede grafo-atencional – Graph Attention Network (GAT). Nosso modelo Superpixel Image Classification with Graph Attention Networks (SICGAT) foi testado em vários benchmarks de imagens comuns, onde conseguiu uma acurácia de classificação maior que baselines disponíveis na época, a despeito do fato de que restringimos a informação disponível para o nosso modelo e, portanto, resolvemos um problema mais difícil. Isto foi feito tanto reduzindo o número de superpixels disponíveis para o modelo quanto usando as adjacências entre os superpixels para construir o grafo, o que produz menos arestas por nodos que benchmarks anteriores, assim não só reduzindo a informação disponível para o modelo quanto restringindo o fluxo de informação dentro do modelo. Então, propomos uma nova framework – SuperPixel Transformer (SPT) – que generalisa tanto o nosso modelo SICGAT quanto Vision Transformers (ViT), e permite que mantenhamos toda a informação disponível em um superpixel enquanto o modelo ainda usa grafos de superpixels. Nossos resultados mostram que usar fragmentos baseados em superpixel tem performance comparável com quando se utiliza fragmentos quadrados regulares, comummente utilizados nos ViTs. Também mostramos que padrões de conectividade além de fragmentos completament conectados, também comummente utilizados nos ViTs, podem melhorar os resultados quando comparados quando utilizados até com superpixels de fragmentos quadrados regulares.Por fim, concluimos a tese discutindo possíveis usos do nosso trabalho assim como dire- ções para melhorias e trabalhos futuros, algumas das quais já foram exploradas na literatura de ViTs convencionais, mas talvez não foram ainda exploradas na literatura de SIC. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/307294 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10183/307278 Teoria da informação quântica: capacidade de canais e a conjectura da aditividade Tresoldi, Juliano Bianchi O tema central deste trabalho é a comunicação clássica por canais quânticos. Introduzimos os pré-requisitos mínimos necessários de teoria da informação e teoria quântica para formular e demonstrar o Teorema da Comunicação de Canais e o Teorema de Holevo-Schumacher-Westmoreland que caracterizam, no caso clássico e quântico, respectivamente, a capacidade de um canal. A capacidade de um canal clássico é o máximo das taxas de transmissão para as quais a probabilidade de erro tende assintoticamente à zero dados usos repetidos e independentes do canal. O Teorema da Codificação de Canais fornece uma expressão para a capacidade em termos da informação mútua entre entrada e saída de um único uso do canal. A capacidade clássica de um canal quântico é definida similarmente, e o Teorema de Holevo-Schumacher-Westmoreland descreve-o como um limite envolvendo a dita quantidade de Holevo de produtos tensoriais do canal. Se essa quantidade assintótica se reduz, como no caso clássico, a uma quantidade envolvendo um único uso do canal, permaneceu uma questão em aberto até recentemente, e deu origem à conjectura da aditividade. Apresentamos as diversas maneiras de como informação clássica pode ser transmitida por um canal quântico, cada uma com uma noção adequada de capacidade, e a relação entre elas. Vemos que, apesar de falsa no geral, a conjectura da aditividade é válida se restrita a certas classes de canais quânticos.; The central theme of this work is the classical communication through quantum channels. We introduce the minimum necessary pre-requisites of information theory and quantum theory to formulate and prove the Channel Coding Theorem and the Holevo-SchumacherWestmoreland Theorem which caracterize, in the classical and quantum cases respectively, the capacity of a channel. The capacity of a classical channel is the maximum rate of transmission for which the error probability asymptotically tend to zero given repeated and independent uses of the channel. The Channel Coding Theorem gives an expression to the capacity in terms of the mutual information between the input and output of a single use of the channel. The classical capacity of a quantum channel is de ned similarly, and the Holevo-Schumacher-Westmoreland Theorem describes it as a limit involving the so called Holevo's quantity of the tensor products of the channel. Whether this quantity reduces itself, as in the classical case, to a quantity involving a single use of the channel, remained an open problem until recently, and gave origin to the additivity conjecture. We present the various ways in which classical information can be transmitted by a quantum channel, each one with an adequate notion of capacity, and the relation between them. We see how, despite false in general, the additivity conjecture holds if restricted to certain classes of quantum channel. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/307278 2026-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10183/307068 Análise de microestrutura dentária e óssea em Mesosauridae : implicações na taxonomia, ontogenia e paleoecologia do grupo Carlisbino, Thiago No registro fóssil dos vertebrados, os dentes e ossos são a principal fonte de informações acerca da evolução e paleobiologia desses animais. Neste sentido, o estudo da microestrutura dentária e óssea surge como uma ferramenta valiosa para a interpretação destas informações, fornecendo detalhes como estágio ontogenético e estimativas de idade. Os mesossauros são um enigmático grupo de pararrépteis aquáticos de idade permiana muito bem conhecidos no continente africano e sul-americano. O grupo era previamente composto por três gêneros monoespecíficos (Brazilosaurus sanpauloensis, Stereosternum tumidum e Mesosaurus tenuidens), mas estudos recentes indicam a existência apenas de M. tenuidens. No Brasil, apresentam uma extensa ocorrência geográfica sendo encontrados em rochas da Formação Irati desde o centro-oeste até o sul. Apresentam crânio triangular em vista dorsal, rostro longo com a cavidade oral dotada de numerosos dentes cônicos e delgados além de possuírem coluna vertebral longa e ossos compactos, especialmente costelas e vértebras. O estudo da microestrutura dentária revelou a presença de esmalte com superfície formada por cristas apicobasais e cristalitos simples não organizados em prismas, dentina globular e ortodentina ocupando a maior parte do volume dentário sendo a plicidentina, pela primeira vez descrita, verificada na base dos dentes. A implantação é do tipo subtecodonte. Em relação à microestrutura óssea, a grande compacidade é notável, apresentando cavidade medular preenchida por deposições endosteais e osso periosteal compacto. Há pouca histovariabilidade entre as mais de 20 amostras estudadas, sendo o osso periosteal composto por tecido paralelo-fibroso, pobremente vascularizado e interceptado por diversas marcas de crescimento cíclico (MCC) indicando lenta taxa de deposição óssea e influenciada por sazonalidade. A ocorrência de sistema fundamental externo em algumas amostras sugere que o crescimento determinado já era uma estratégia presente no paleozoico e provavelmente não se trata de uma característica derivada nos amniotas. Além disso, foram verificadas diferenças no padrão das MCC, sugerindo a existência de leves discrepâncias na deposição óssea entre indivíduos das porções norte e sul da Bacia do Paraná, provavelmente causadas por heterogeneidades ambientais, formando populações distintas. No entanto, as discrepâncias entre as amostras ósseas e dentárias não fornecem detalhes suficientes para sustentar a hipótese de três gêneros monoespecíficos para os Mesosauridade.; In the fossil record of vertebrates, teeth and bones are the primary sources of information about the evolution and paleobiology of these animals. In this sense, the study of dental and bone microstructure emerges as a valuable tool for interpreting these informations, providing details such as ontogenetic stage and age estimates. Mesosaurs are an enigmatic group of aquatic parareptiles from the Permian age, well-known in the African and South American continents. The group was previously thought to consist of three monospecific genera (Brazilosaurus sanpauloensis, Stereosternum tumidum, and Mesosaurus tenuidens), but recent studies indicate the existence of only M. tenuidens. In Brazil, they have a broad geographical occurrence, found in rocks of the Irati Formation from the Midwest to the south. They have a triangular skull in dorsal view, a long rostrum with the oral cavity equipped with numerous conical and slender teeth, and a long vertebral column with compact bones, especially ribs and vertebrae. The study of dental microstructure revealed enamel with a surface formed by apicobasal ridges and simple crystallites not organized in prisms, globular dentine and orthodentine occupying most of the dental volume, and plicidentine, described for the first time, found at the base of the teeth. The implantation is of the subthecodont type. Regarding bone microstructure, the high compactness is notable, with the medullary cavity filled with endosteal depositions and a compact periosteal bone. There is little histovariability among the more than 20 samples studied, with periosteal bone composed of parallel-fibered tissue, poorly vascularized, and intercepted by various cyclic growth marks (CGMs) indicating a slow rate of bone deposition influenced by seasonality. The occurrence of an external fundamental system in some samples suggests that determined growth was already a strategy present in the Paleozoic and probably not a derived feature in Amniota. Furthermore, differences in the pattern of MCCs were observed, suggesting slight discrepancies in bone deposition between individuals from the northern and southern portions of the Paraná Basin, possibly caused by environmental heterogeneities, forming distinct populations. However, the discrepancies between bone and dental samples do not provide sufficient details to support the hypothesis of three monospecific genera for Mesosauridae. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/307068 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10183/306549 Revisão morfológica e taxonômica de Pampatheiidae (Cingulata, Xenarthra) : ênfase nos táxons quaternários neotropicais Ferreira, Thais Matos Pereira Os Cingulata, integrantes do grupo mais diversificado de xenartros nos ecossistemas do Cenozoico, englobam a família Pampatheriidae, cujo registro se estende do Mioceno médio ao Holoceno inicial. Durante o Pleistoceno médio até o Holoceno inicial, essa família atingiu seus maiores portes, aproximadamente 120 Kg em média. O clado Pampatheriidae é situado na superfamília Chlamyphoroidea e se distingue dos demais cingulados pela presença de uma carapaça dorsal com três bandas móveis formadas por osteodermos. Os pampaterídeos, destituídos de representantes viventes, exibem uma diversidade relativamente limitada, com apenas 20 espécies descritas. Originários da América do Sul, esses animais dispersaram-se também pelos subcontinentes América Central e América do Norte. Esta tese visa apresentar uma revisão concisa do conhecimento sobre os xenartros, com ênfase especial no clado Pampatheriidae, abordando aspectos anatômicos, taxonômicos, filogenéticos e paleogeográficos. O estado da arte de Pampatheriidae é apresentado de maneira sucinta, incluindo os espécimes estudados durante este doutoramento, atribuídos aos pampaterídeos quaternários neotropicais. A pesquisa de tese investigou a validade de táxons do grupo a partir do estudo dos materiais originais de cada espécie, proporcionando a ilustração e descrição de espécimes de osteodermos fundamentais para a compreensão taxonômica dos Pampatheriidae do Quaternário. Após a primeira análise, a identificação e descrição anatômica de um novo esqueleto incompleto e desarticulado de Pampatheriidae do nordeste do Brasil foram desenvolvidas, bem como analisada a dispersão do táxon na Região Neotropical. Adicionalmente, para contribuir com mais dados acerca das espécies quaternárias Neotropicais, a descrição de moldes endocranianos de pampaterídeos dos gêneros Pampatherium e Holmesina foi elaborada, bem como a morfologia tridimensional de suas cavidades intralveolares e dentição, possibilitando a comparação com endocrânios de Pampatheriidae disponíveis, a fim de traçar conclusões morfológicas sobre o cérebro desses cingulados e buscar evidências morfológicas para cada táxon estudado. presente pesquisa de tese possibilitou revisões e atualizações taxonômicas, trazendo à luz novos espécimes e revelando antigos, porém morfologicamente desconhecidos na literatura, e contribuiu para as atualizações taxonômicas, com a proposição de duas sinonímias e uma atualização genérica.; The Cingulata, members of the most diverse group of xenarthrans in Cenozoic ecosystems, encompass the family Pampatheriidae, documented from the middle Miocene to the early Holocene. During the middle Pleistocene to the early Holocene, this family reached its largest sizes, averaging around 120 kg. The Pampatheriidae clade is situated within the superfamily Chlamyphoroidea and is distinguished from other cingulates by the presence of a dorsal carapace with three movable bands formed by osteoderms. Devoid of living representatives, pampatheriids exhibit a relatively limited diversity, with only 20 described species. Originating in South America, these animals also dispersed to the subcontinents of Central and North America. The first section of this thesis provides a concise review of knowledge about xenarthrans, with a special emphasis on the Pampatheriidae clade, addressing anatomical, taxonomic, phylogenetic, and paleogeographic aspects. This thesis aims to present a concise review of the knowledge on xenarthrans, with a special emphasis on the clade Pampatheriidae, covering anatomical, taxonomic, phylogenetic, and paleogeographic aspects. The state-of-the-art of Pampatheriidae is succinctly presented, including specimens studied during this doctoral research, attributed to Quaternary neotropical pampatheriids. The thesis research investigated the validity of these taxa through the study of the original materials of each species, providing illustration and description of osteoderm specimens fundamental for the taxonomic understanding of Quaternary Pampatheriidae. Following the initial analysis, the anatomical identification and description of a new incomplete and disarticulated skeleton of Pampatheriidae from northeastern Brazil were developed, and the taxon dispersion in the Neotropical Region was analyzed. Additionally, to contribute further data on Neotropical Quaternary species, the description of endocranial molds of pampatheriids from the genera Pampatherium and Holmesina was elaborated, as well as the three-dimensional morphology of their intralveolar cavities and dentition, enabling comparison with available endocasts of Pampatheriidae to draw morphological conclusions about the brains of these cingulates and seek morphological evidence for each studied taxon. This thesis research enabled taxonomic revisions and updates, bringing to light new specimens and revealing old ones, morphologically unknown in the literature, and contributed to taxonomic updates, proposing two synonyms and a generic update. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10183/306549 2024-01-01T00:00:00Z