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Tipo: Tese
Título: Organização estrutural e geométrica de redes: grafos acíclicos e árvores críticas
Autor(es): Soares, Edson Araújo
Orientador: Moreira, André Auto
Palavras-chave em português: Árvores;Percolação;Algoritmo de Monte Carlo
Palavras-chave em inglês: Trees;Percolation;Monte Carlo algorithm
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Data do documento: 2025
Citação: SOARES, Edson Araújo. Organização estrutural e geométrica de redes: grafos acíclicos e árvores críticas. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Nesta tese, estudamos as propriedades estruturais e geométricas em modelos de grafos aleatórios através de duas investigações interligadas. Primeiramente, estudamos a transição de fase estrutural em grafos acíclicos aleatórios, fornecendo insights fundamentais sobre propriedades topológicas de redes. Explorando a enumeração combinatória exata possível para estruturas acíclicas, derivamos uma expressão para a entropia e determinamos pontos críticos de transição e expoentes críticos. Nossos resultados, validados por simulações de Monte Carlo, estabelecem conexões com a teoria de percolação de campo médio, oferecendo novas perspectivas sobre o regime subcrítico de grafos acíclico aleatórios. Na sequência, investigamos propriedades de escala em aglomerados críticos de percolação através de diversas construções de spanning trees (MPT, DFS, RFS, MST) imbuídas nestes aglomerados. Revelamos leis de escala universais que governam a relação entre distâncias químicas e euclidianas, caracterizadas por expoentes críticos que dependem da topologia da árvore. Nossa análise mostra que MPTs refletem dimensões fractais de caminho mínimo, enquanto MSTs correspondem a dimensões de caminho ótimo. Para árvores de DFS e RFS, identificamos comportamentos dependentes da dimensão, incluindo um novo expoente crítico (θ1 = 1.575) para DFS em d = 3. Estabelecemos relações fundamentais entre os expoentes de escala θ1, θ2, a dimensão fractal df e a dimensão de espalhamento dℓ, demonstrando que θ1 = 1/θ2 deve valer para consistência de escala. Juntos, estes resultados fornecem insights abrangentes tanto sobre transições estruturais em ensembles de grafos quanto sobre a organização geométrica de aglomerados críticos, com implicações para ciência de redes e transporte em sistemas desordenados.
Abstract: In this thesis, we study the structural and geometric properties of random graph models through two interconnected investigations. First, we analyze the structural phase transition in random acyclic graphs, providing fundamental insights into the topological properties of networks. By exploiting the exact combinatorial enumeration possible for acyclic structures, we derive an expression for the entropy and determine critical transition points and critical exponents. Our results, validated by Monte Carlo simulations, establish connections with mean-field percolation theory, offering new perspectives on the subcritical regime of random acyclic graphs. Subsequently, we investigate scaling properties in critical percolation clusters through various constructions of spanning trees (MPT, DFS, RFS, MST) embedded in these clusters. We reveal universal scaling laws governing the relationship between chemical and Euclidean distances, characterized by critical exponents dependent on the tree topology. Our analysis shows that MPTs reflect fractal dimensions of the shortest path, while MSTs correspond to dimensions of the optimal path. For DFS and RFS trees, we identify dimension-dependent behaviors, including a new critical exponent (θ1 = 1.575) for DFS in d = 3. We establish fundamental relations among the scaling exponents θ1, θ2, the fractal dimension df, and the spreading dimension dℓ, demonstrating that θ1 = 1/θ2 must hold for scaling consistency. Together, these results provide comprehensive insights both into structural transitions in graph ensembles and the geometric organization of critical clusters, with implications for network science and transport in disordered systems.
Descrição: SOARES, Edson Araújo. Organização estrutural e geométrica de redes: grafos acíclicos e árvores críticas. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81760
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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