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Tipo: TCC
Título: Aplicação de redes de Boltzmann ao aprendizado não supervisionado do modelo de Ising 2D
Autor(es): Passos, Davi Fonseca
Orientador: Reis, Saulo Davi Soares e
Palavras-chave em português: Modelo de Ising;Máquinas de Boltzmann;Física estatística;Transições de fase;Aprendizado não supervisionado
Data do documento: 2025
Citação: PASSOS, D. F. Aplicação de redes de Boltzmann ao aprendizado não supervisionado do modelo de Ising 2D. 2025. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A perspectiva deste trabalho é, por meio de métodos de Aprendizado de Máquina, estudar os resultados práticos obtidos por meio da programação aplicados a modelos da física estatística, neste caso, o modelo de Ising bidimensional. Geramos amostras representativas do sistema utilizando um simulador baseado no algoritmo de Wolff, abrangendo diferentes regimes térmicos, com ênfase principal na região crítica, próxima à transição de fase, a qual consideramos Tc ≈2.3K. Essas amostras foram processadas e utilizadas como dados de entrada para o treinamento de modelos generativos estocásticos, especificamente, as Restricted Boltzmann Machines (RBMs) e Deep Boltzmann Machines (DBMs). O treinamento foi realizado de forma não supervisionada, com o uso do algoritmo de contrastive divergence e amostragem de Gibbs. As DBMs, formadas por empilhamento de duas RBMs, foram empregadas para reconstruir amostras do sistema e gerar novas configurações sintéticas denominadas fantasy particles. Os resultados obtidos mostram que os modelos foram capazes de aprender e replicar características estatísticas do sistema de Ising, como a formação de domínios e padrões espaciais, sobretudo na região crítica. A aplicação de modelos de aprendizado de máquina mostrou-se eficaz na representação e geração de dados de sistemas físicos, sugerindo um caminho promissor para estudos interdisciplinares entre física computacional e inteligência artificial.
Abstract: The purpose of this work is to study, through Machine Learning methods, the practical results obtained via programming applied to statistical physics models, in this case, the two-dimensional Ising model. Representative samples of the system were generated using a simulator based on the Wolff algorithm, covering different thermal regimes, with a primary focus on the critical region near the phase transition, considered here as Tc ≈ 2.3K. These samples were processed and used as input data for training stochastic generative models, specifically Restricted Boltzmann Machines (RBMs) and Deep Boltzmann Machines (DBMs). The training was carried out in an unsupervised manner, employing the contrastive divergence algorithm and Gibbs sampling. The DBMs, formed by stacking two RBMs, were used to reconstruct system samples and generate new synthetic configurations, known as fantasy particles. The results show that the models successfully learned and replicated statistical characteristics of the Ising system, such as domain formation and spatial patterns, particularly in the critical region. The application of machine learning models proved to be effective in representing and generating data from physical systems, suggesting a promising path for interdisciplinary studies bridging computational physics and artificial intelligence.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82047
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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