LOBATO, F. S.; STEFFEN Jr, V. Multi-Objective Optimization Problems Concepts and Self-Adaptive Parameters with Mathematical and Engineering Applications, (1), 2017, ISBN 978-3-319-58565-9, 160 pages, Springer International Publishing. Descrição: This book is aimed at undergraduate and graduate students in applied mathematics or computer science, as a tool for solving real-world design problems. The present work covers fundamentals in multi-objective optimization and applications in mathematical and engineering system design using a new optimization strategy, namely the Self-Adaptive Multi-objective Optimization Differential Evolution (SA-MODE) algorithm. This strategy is proposed in order to reduce the number of evaluations of the objective function through dynamic update of canonical Differential Evolution parameters (population size, crossover probability and perturbation rate). The methodology is applied to solve mathematical functions considering test cases from the literature and various engineering systems design, such as cantilevered beam design, biochemical reactor, crystallization process, machine tool spindle design, rotary dryer design, among others. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; BORGES, R. A.; STEFFEN Jr, V. Bio-inspired Optimization Methods - Modeling, Design, Inverse Problem and Robust Optimization of a Representative Mechanical System, (1), 2015, ISBN 978-3-659-81486-0, 80 pages, LAP Lambert Academic Publishing. Descrição: In this book the development of multi-objective optimization strategies based on the bio-inspired optimization algorithms (Bees Colony Algorithm, Firefly Colony Algorithm and Fish Swarm Algorithm) in association with two particular operators, i.e., the Pareto Dominance Criterion and the Crowding Distance Operator is presented. The proposed methodology is applied to optimal design of a two degree-of-freedom nonlinear damped system constituted of a primary mass attached to the ground by a linear spring and the secondary mass attached to the primary system by a nonlinear spring. In addition, the solution of an inverse problem and the robust optimization problem are also addressed. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN Jr, V; SILVA-NETO, A. J. Técnicas de Inteligência Computacional com Aplicações em Problemas Inversos de Engenharia, (1), 93-106, 2014, ISBN 978-85-64619-15-9, 197 páginas, Omnipax Editora. Descrição: O presente livro apresenta uma seleção trabalhos dedicados ao projeto de sistemas e a resolução de problemas inversos usando técnicas de inteligência computacional. Acessar publicação.

ANDRADE, J. C.; CRUZ, C. M.; LOBATO, F. S.; LIBOTTE, G. B.; PLATT, G. M. Self-adaptive Big Bang-Big Crunch Algorithm for Engineering Designs. Engineering Applications of AI and Swarm Intelligence, 365-387 (1), 2025. Editado por Yang, X. S., Springer. Descrição: In this contribution, a new optimization strategy called Self-Adaptive Big Bang-Big Crunch (SA-BB-BC) algorithm is proposed. This methodology consists on the association between the operators of the Big Bang-Big Crunch (BB-BC) algorithm, two strategies to update the population size and a parameter for controlling the influence of particle positions and the best particle in the system. The proposed methodology is applied to three classical engineering systems design. The obtained results demonstrate that SA-BB-BC is an interesting optimization strategy when compared with the canonical BB-BC algorithm, BB-BC-r algorithm and other well-established algorithms. It is important to mention that the proposed algorithm can avoid premature convergence, reducing the number of evaluations of the objective function, but maintaining the accuracy of the solutions. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; LIBOTTE, G. B. A Comparative Study of Direct and Inverse Reliability Methods Applied to Robotic Manipulators Design. Reliability Assessment and Optimization of Complex Systems, 1-22 (1), 2025. Editado por Kumar, S.; Bhandari, A.S.; Ram, M., Elsevier. Descrição: In this contribution, both the reliability analysis and reliability-based multiobjective optimization design of a flexible-link manipulator subject to uncertainty parameters were studied. For this purpose, both SORM and IRA strategies were integrated with the MODE algorithm. The direct approach permits estimating the probability of failure based on the elastic dynamic model. On the other hand, the inverse approach. permits estimating the performance function considering a specific probability of failure. The proposed flexible-link manipulator modeling takes into account uncertainties within flexible-links’ mass, stiffness, and damping coefficients. This modeling approach uses the stochastic finite-element method to include uncertainties within the finite-element model. It is important to highlight that, although the IRA has a different conceptual conception than those used by direct approaches, comparing the number of evaluations can be used for comparison purposes. Acessar publicação.

PEREIRA-JR, W.M.; BORGES, R.A.; CHRISTOFORO; A.L.; MORAES, M.H.M.; LOBATO, F. S.; LIBOTTE, G. B. Optimal Design of a Reinforced Concrete Beam Considering Uncertainties. Reliability Assessment and Optimization of Complex Systems, 342-362 (1), 2025. Editado por Kumar, S.; Bhandari, A.S.; Ram, M., Elsevier. Descrição: In this chapter, an RBDO problem to minimize the cross sectional area of a reinforced concrete beam considering the effect of uncertainties was proposed and solved. For this purpose, the width and height are considered as deterministic variables. On the other hand, the loads and properties of the material are considered random variables. To solve the proposed problem, the DE algorithm is considered as the optimization tool to obtain the deterministic variables. MCS is used as a strategy to determine the random variables. The obtained results demonstrate that the proposed methodology was able to obtain good estimates for all probabilistic constraints while minimizing the area. It was verified that the constraintG1 relative to the total deflection with creep was the most significant in evaluating the design problem, a result observed in the day-to-day preparation of common concrete structural projects. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN JR, V.; SILVA-NETO, A. J. Artificial Bee Colony Algorithm. Computational Intelligence Applied to Inverse Problems in Radiative Transfer, 85-93 (1), 2023. Editado por Silva-Neto, A. J.; Becceneri e J. C.; Campos Velho, H. F., Springer. Descrição: In this chapter, the description of the method called Artificial Bee Colony Algorithm (ABC) is presented, including a brief history, the algorithm, and its application to the inverse radiative transfer problem, for the determination of the single scattering albedo, optical thickness, and external isotropic radiation intensities incident on the boundary surfaces of one-dimensional homogeneous participating media. The results obtained with a variant of ABC, called Modified Artificial Bee Colony Algorithm (MABC), are also presented. These results are then compared with those obtained with the Simulated Annealing Method (SA). Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN JR, V.; SILVA-NETO, A. J. Differential Evolution. Computational Intelligence Applied to Inverse Problems in Radiative Transfer, 131-147 (1), 2023. Editado por Silva-Neto, A. J.; Becceneri e J. C.; Campos Velho, H. F., Springer. Descrição: In this chapter, the method called Differential Evolution (DE) is described, including a brief history, the algorithm, and its application to the inverse radiative transfer problem, for the determination of the single scattering albedo, optical thickness, and external isotropic radiation intensities incident on the boundary surfaces of one-dimensional homogeneous participating media. The results from the DE method are compared with those obtained with the Simulated Annealing (SA) method. It is also presented how to obtain estimates for the scattering and absorption coefficients in two-layer one-dimensional heterogeneous participating media. For comparison purposes, the results obtained with the Levenberg-Marquardt deterministic method (LM), as well as with a combination of the SA and LM methods, are presented. Acessar publicação.

PLATT, G. M.; LIBOTTE, G. B.; LOBATO, F. S. Applications of Mathematical Modeling and Simulation in COVID-19. Omics Approaches and Technologies in COVID-19, 275-290 (1), 2022. Editado por Debmalya Barh e Vasco Azevedo, Elsevier. Descrição: In this chapter, several aspects related to the mathematical modeling of COVID-19 were presented. Topics related to the basic principles and applications of mathematical modeling, data sets, accuracy and applicability, implementations and limitations, and potential modeling and simulation challenges in COVID-19 were discussed. In addition, characteristics related to predicting future COVID-19 outbreaks, mutations in SARS-CoV-2, disease severity, long-term health consequences, social distancing measures, use of prophylactic agents, vaccines, and economic impacts were also discussed. For each topic addressed, a set of scientific papers was presented, from which we highlight their main contributions. Although many studies analyzing each topic can be found, several issues are still open, such as long-term effects, impacts on quality of life, economic consequences, use of pharmacological agents, development of new vaccines, and duration of immunity, among others. In this case, the development of mathematical strategies associated with empirical data represents an important tool to help answer such questions. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; LIBOTTE, G. B.; PLATT, G. M.; ALMEIDA, R. C.; SILVA, R. S.; MALTA, S. M. C. Simulations of Social Distancing Scenarios and Analysis of Strategies to Predict the Spread of COVID-19. The Mathematics of Patterns, Symmetries, and Beauties in Nature. STEAM-H: Science, Technology, Engineering, Agriculture, Mathematics and Health, 1-34 (1), 2021. Editado por Bourama Toni, DOI https://doi.org/10.1007/978-3-030-84596-4_5, Springer. Descrição: The pandemic caused by the novel coronavirus, although more than a year has passed since the first case, still plagues almost the whole world. Several policies have been adopted, especially related to social distancing measures, aiming to mitigate the spread of the disease. Such decisions, in general, take into account simulations capable of providing an overview of the spread of the virus in a given location. Based on the guidelines of the World Health Organization, countries have defined their own policies to fight against the disease, considering economic and social interests. Determining strategies that are increasingly efficient in modeling and simulating such phenomena is essential to support decision making in adverse circumstances. Our objective is to provide a more comprehensive view of strategies for predicting the spread of COVID-19 in the scope of computational modeling and to analyze scenarios capable of describing the impact of social distancing measures. Two different strategies are compared to characterize the virus incubation period, using particular models. Since Italy was one of the countries most affected by the pandemic, despite taking drastic measures to reduce mobility and contact between citizens, we adopt the situation of the early stages of the disease outbreak in this country to demonstrate the numerical results. Acessar publicação.

BARBOSA, T. A.; OLIVEIRA, B. D.; ARRUDA, E. B.; LOBATO, F. S.; SILVA, B. A. Determinação da Cinética de Secagem do Abacaxi usando Evolução Diferencial e Otimização Robusta. Ensino e Pesquisa no Campo da Engenharia e da Tecnologia de Alimentos II, 155-165 (1), 2021. Editado por Priscila Tessmer Scaglioni, DOI 10.22533/at.ed.26721050118, Atena Editora. Descrição: A secagem de alimentos é um processo de preservação usado na engenharia para inibir o crescimento de bactérias, leveduras e mofo por meio da remoção de água. Para o estudo deste fenômeno é necessário a determinação de uma equação constitutiva para representar a cinética de secagem via formulação e resolução de um problema inverso. Tradicionalmente, durante esse procedimento não considera-se o efeito de perturbações no vetor de parâmetros e sua influência no valor da função objetivo. Diante do que foi apresentado, este trabalho tem como objetivo determinar a cinética de secagem do abacaxi usando o algoritmo de Evolução Diferencial associado ao conceito de robustez. Os resultados obtidos demonstram que a solução ótima nominal (sem robustez) é mais sensível que a correspondente robusta. Acessar publicação.

IASBECK, A. H.; LOBATO, F. S. Resolução de Problemas de Controle Ótimo utilizando Algoritmos Genéticos. A Aplicação do Conhecimento Científico na Engenharia Mecânica, 141-177 (1), 2020. Editado por Henrique Ajuz Holzmann e João Dallamuta, DOI 10.22533/at.ed.76720110913, Atena Editora. Descrição: No presente trabalho os tradicionais Algoritmos Genéticos (AG) são empregados para a solução de Problemas de Controle Ótimo (PCO). Neste caso, o problema original é transformado em um equivalente de Programação Não Linear (PNL) via discretização da variável de controle. Para validar a metodologia proposta, estudos de caso com diferentes níveis de complexidade são avaliados. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia proposta configura-se como uma interessante estratégia para a resolução de PCOs. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; ZUFFI, G. A.; CAVALINI Jr., A. Ap.; STEFFEN Jr., V. Uncertainty Analysis of a Near-Field Acoustic Levitation System. Computational Intelligence in Emerging Technologies for Engineering Applications - Studies in Computational Intelligence, (1), 2020. Editado por Orestes Llanes Santiago; Carlos Cruz Corona; Antônio José Silva Neto and José Luis Verdegay, ISBN 978-3-030-34409-2, Springer. Descrição: Near-field acoustic levitation is a physical phenomenon that occurs when a planar object is placed in the proximity of a vibrating surface. Consequently, a thin layer of ambient gas, commonly referred to as squeeze film, is trapped in the clearance between a vibrating surface and an adjacent planar object performing its levitation. Mathematically, this phenomenon is described by using the Reynolds equation associated with the equation of motion. However, the performance of the near-field acoustic levitation can be significantly affected by uncertainties on its geometrical parameters and operating conditions. Thus, the present contribution aims to evaluate the influence of uncertain parameters on the resulting levitation force. Acessar publicação.

BORGES, L. C; CAMARGO, E. C. M.; DAMASCENO, J. J. R.; AROUCA, F. O.; LOBATO, F. S. Determination of Nano-aerosol Size Distribution Using Differential Evolution. Computational Intelligence in Emerging Technologies for Engineering Applications - Studies in Computational Intelligence, (1), 2020. Editado por Orestes Llanes Santiago; Carlos Cruz Corona; Antônio José Silva Neto and José Luis Verdegay, ISBN 978-3-030-34409-2, Springer. Descrição: Nanotechnology characterizes an important area in engineering due to various applications that can be found, such as electronics and pharmaceutical industries, development of air filters, among others. From the environmental point of view, because nanometric particles provide special characteristics to the products, emission of these particles into the air must be limited. Among the approaches proposed in the literature, the electrical mobility technique is an emerging strategy used to ensure an aerosol stream with monodispersed particles. This technique is based on the ability of a charged particle to cross an electrical field. In order to characterize the relation between the monodispersed and polydispersed aerosol stream, an inverse problem is formulated and solved by using differential evolution. The results demonstrated that the proposed methodology was able to obtain a good approximation for two classical transfer functions. Acessar publicação.

LIBOTTE, G. B., LOBATO, F. S., MOURA-NETO, F. D., PLATT, G. M. Aplicação do Método da Penalização Robusta para Análise de Problemas de Otimização Multi-objetivo. Estudos Interdisciplinares nas Ciências Exatas e da Terra e Engenharias, (4), 2019. Editado por Cleberton Correia Santos, ISBN 978-85-7247-622-5, Atena Editora. Descrição: Tradicionalmente, no projeto de sistemas de engenharia não se considera o efeito de perturbações na solução ótima encontrada (solução nominal). Neste caso, existe a possibilidade de que a solução nominal se torne inviável de ser implementada, em virtude das incertezas associadas às variáveis de projeto. As incertezas podem estar relacionadas a diversos fatores, como variação do clima, limitações de equipamentos e questões financeiras. Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo a obtenção de soluções ótimas que sejam menos sensíveis às incertezas a fim de minimizar a influência de pequenas perturbações no vetor de variáveis de projeto. Para essa finalidade, considera-se uma abordagem que consiste na penalização robusta de problemas de otimização multiobjetivo. A partir dos resultados obtidos, foi possível avaliar a influência do parâmetro de incerteza na qualidade da solução calculada. Acessar publicação.

SILVA, M. A.; LOBATO, F. S.; CAVALINI Jr., A. Ap.; STEFFEN Jr., V. Otimização Baseada em Confiabilidade para a Minimização de Funções Matemáticas. Educação Matemática e suas Tecnologias, (2), 2019. Editado por Felipe Antonio Machado Fagundes Gonçalves, ISBN 978-85-7247-348-4, Atena Editora. Descrição: A presente contribuição tem por objetivo o desenvolvimento de uma estratégia para o tratamento de incertezas em problemas de otimização. A metodologia proposta consiste na associação da Análise de Confiabilidade Inversa com o algoritmo de Evolução Diferencial. Os resultados obtidos com a aplicação em funções matemáticas demonstram que a metodologia proposta configura-se como uma alternativa interessante em relação ás técnicas tradicionais que são empregadas para essa finalidade. Todavia, cabe ressaltar que o custo computacional é bem superior aos requeridos por estratégias clássicas. Acessar publicação.

GARCIA, V. A.; LOBATO, F. S.; VIEIRA, L. G. M. Projeto de Hidrociclones usando Otimização Robusta e Estudo do Efeito da Robustez . Impactos das Tecnologias na Engenharia Química, (1), 2019. Editado por Carmen Lúcia Voigt., ISBN 978-85-7247-237-1, Atena Editora. Descrição: Os hidrociclones são equipamentos utilizados em diversos setores industriais para promover a separação entre uma fase discreta, normalmente um sólido particulado, e uma fase contínua líquida. O desempenho destes equipamentos é determinado através de três características: poder de separação, concentração e consumo energético. Para avaliar fontes de incerteza nestes equipamentos, neste trabalho são estimados modelos para a eficiência total, razão de líquido e número de Euler do hidrociclone, considerando incerteza nas variáveis geométricas. Acessar publicação.

LIBOTTE, G. B.; MOURA NETO, F. D., LOBATO, F. S.; PLATT, G. M. Second-Order Inverse Reliability Analysis: A New Methodology to the Treatment of Reliability in Engineering System . EngOpt 2018 Proceedings of the 6th International Conference on Engineering Optimization, (1), 2019. Editado por Rodrigues H. et al., ISBN 978-3-319-97773-7, Springer International Publishing. Descrição: In this contribution, a new methodology to deal with uncertainties in engineering systems is proposed. This approach, called Second-Order Inverse Reliability Analysis (SOIRA), consists in the use of first and second order derivatives to find the solution associated with the highest probability value (inverse reliability analysis). In order to evaluate the proposed methodology, three reliability approaches (FORM, SORM and IRA - Inverse Reliability Analysis) are applied in two test cases. The obtained results demonstrated that the proposed strategy represents an interesting alternative to reliability design of engineering systems. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; SILVA, M. A.; CAVALINI, A. Ap.; STEFFEN JR, V. Reliability-Based Robust Optimization Applied to Engineering System Design. Computational Intelligence, Optimization and Inverse Problems with Applications in Engineering, (1), 2018. Editado por Gustavo Mendes Platt, Xin-She Yang and Antônio J. da Silva Neto, ISBN 978-3-319-96432-4, 284 páginas, Springer International Publishing. Descrição: In this contribution, the Differential Evolution (DE) algorithm is associated with the Inverse Reliability Analysis (IRA) and Mean Effective Concept (MEC) approaches to deal with reliability and robustness in engineering system design. The proposed methodology is evaluated by considering two mathematical test cases and three engineering system design applications. The obtained results demonstrated the efficiency of the MEC+IRA+DE methodology. Acessar publicação.

GONCALVES, R. S.; CARVALHO, J. C. M.; LOBATO, F. S. Workspace Analysis of a Parallel Manipulator Using Multi-objective Optimization and Bio-inspired Methods. Multibody Mechatronic Systems, (1), 107-115, 2018. Editado por Carvalho J., Martins D., Simoni R., Simas H., ISBN 978-3-319-67567-1, 567 páginas, Springer International Publishing. Descrição: In robotic field, manipulators with parallel architecture have inherent advantages in relation to serial manipulators in various applications. In this context, the determination of volume position is one of the most important aspects considered during the manipulator project because it determines the geometrical limits of task that can be performed. In this contribution, Bio-inspired Optimization Methods (BiOM) are applied to solve a multi-objective problem that considers as objectives the maximization of volume position and the maximization of orientation workspace of CaPaMan (Cassino Parallel Manipulator). Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN Jr, V; SILVA-NETO, A. J. Algoritmo de Colônia Artificial de Abelhas (Artificial Bee Colony Algorithm). Inteligência Computacional Aplicada a Problemas Inversos em Transferência Radiativa, (1), 129-138, 2016. Editado por A. J. Silva Neto, J. C. Becceneri e H. F. de Campos Velho, ISBN 978-85-7511-368-4, 278 páginas, Editora da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Descrição: Aplicação do Algoritmo de Colônia Artificial de Abelhas para a resolução de problemas inversos de transferência radiativa. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN Jr, V; SILVA-NETO, A. J. Algoritmo de Evolução Diferencial (Differential Evolution Algorithm). Inteligência Computacional Aplicada a Problemas Inversos em Transferência Radiativa, (1), 185-202, 2016. Editado por A. J. Silva Neto, J. C. Becceneri e H. F. de Campos Velho, ISBN 978-85-7511-368-4, 278 páginas, Editora da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Descrição: Aplicação do Algoritmo de Evolução Diferencial para a resolução de problemas inversos de transferência radiativa. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN Jr, V; SILVA-NETO, A. J. Resolução de Problemas Inversos de Condução de Calor usando o Método dos Elementos de Contorno e o Algoritmo de Colônia de Vagalumes. Técnicas de Inteligência Computacional com Aplicações em Problemas Inversos de Engenharia, (1), 93-106, 2014. Editado por F. S. Lobato, V. Steffen Jr e A. J. Silva Neto, ISBN 978-85-64619-15-9, 197 páginas, Omnipax Editora. Descrição: Aplicação do Algoritmo de Colônia de Vagalumes para a resolução de problemas inversos de condução de calor usando o Método de Elementos de Contorno. Acessar publicação.

SOUZA, D. L.; GEDRAITE, R.; LOBATO, F. S. A Comparative Study using Bio-Inspired Optimization Methods Applied to Controllers Tuning. Frontiers in Advanced Control Systems, (1), 7-27, 2012. Editado por Ginalber Luiz de Oliveira Serra, ISBN 978-953-51-0677-7, 278 pages, InTech. Descrição: O presente capítulo trata do uso de técnicas de otimização bio-inspiradas na natureza para a sintonia de controladores com aplicações em processos. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; ASSIS, E. G.; STEFFEN Jr, V. ; SILVA-NETO, A. J. Design and Identification Problems of Rotor Bearing Systems Using the Simulated Annealing Algorithm. Simulated Annealing - Single and Multiple Objective Problems, (1), 197-216, 2012. Editado por Edited by Marcos de Sales Guerra Tsuzuki, ISBN 978-953-51-0767-5, 284 pages, InTech. Descrição: Capítulo dedicado ao projeto e a identificação de sistemas mecânicos. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN Jr, V.; SILVA-NETO, A. J. Resolução de Problemas Inversos em Processos Difusivos e Transferência Radiativa usando o Algoritmo de Evolução Diferencial. Computação Evolucionária em Problemas de Engenharia, (1), 173-196, 2011. Editado por Heitor S. Lopes e Ricardo H. C. Takahashi, ISBN: 978-85-64619-00-5, Omnipax Editora. Descrição: Aplicação do Algoritmo de Evolução Diferencial para a resolução de problemas difusivos e de transferência radiativa. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; LUGON JR, J.; BIONDI-NETO, L.; SANTANA, C. C.; SOEIRO, F. J. C. P.; STEFFEN Jr, V.; SILVA-NETO, A. J. Application of Simulated Annealing and Hybrid Methods in the Solution of Inverse Heat and Mass Transfer Problems. Simulated Annealing, Theory with Applications, (1), 2-36, 2010. Editado por Rui Chibante, ISBN 978-953-307-134-3, Sciyo. Descrição: Aplicação do Simulated Annealing Algorithm para a resolução de problemas inversos de transferência de calor e massa. Acessar publicação.

LOBATO, F. S.; STEFFEN Jr, V.; SILVA-NETO, A. J. Evolução Diferencial (Differential Evolution). Técnicas de Inteligência Computacional Inspiradas na Natureza Aplicações em Problemas Inversos em Transferência Radiativa, (41), 91-100, 2009. Editado por Antônio J. Silva Neto e José Carlos Becceneri, ISSN 2175-3385. Descrição: Resolução de problemas inversos de transferência radiativa usando o Algoritmo de Evolução Diferencial. Acessar publicação.