Boletín de la Sociedad Mexicana de Computación Científica y sus Aplicaciones / Bulletin of the Mexican Society of Scientific Computing and its Applications

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Robustness and Giant Component of the Mexican Airport Transport Network through a Graph-Theory Analysis.
O. Rosas, L. Olivares-Quiroz

SMCCA (2024). 7

Abstract
La robustez de un grafo es un parámetro que cuantifica la vulnerabilidad de una red bajo ataque en alguno de sus nodos. La robustez se define como la fracción de la componente gigante después de que se eliminan ciertos nodos ya sea de forma aleatoria o bien de forma específica. Usando estas dos últimas definiciones y un script de programación en Python y NetworkX analizamos la dinámica de la componente conectada principal de la red de tráfico aéreo de la República Mexicana cuando se realizan ataques aleatorios y dirigidos en sus nodos. Asimismo, y a manera de comparación, calcularemos la fracción crítica de nodos eliminados en función de la densidad de la red para diferentes redes aleatorias usando el modelo de Gilbert y la red de tráfico aéreo de la República Mexicana con el fin de decidir si ésta última es o no es vulnerable a dichos ataques. Los resultados obtenidos muestran el grado de vulnerabilidad de la red de tráfico aéreo en la República Mexicana.
Abstract
La robustez de un grafo es un parámetro que cuantifica la vulnerabilidad de una red bajo ataque en alguno de sus nodos. La robustez se define como la fracción [...]
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Numerical Turing Patterns Formation on 3D Surfaces with a Linear Finite Element Method
D. Gonzalez, L. Valencia, D. González Mena

SMCCA (2024). 6

Abstract
The purpose of this article is the numerical generation of Turing like patterns on 3D bounded surfaces, based on the analysis of Turing instability in certain types of reaction-diffusion systems in planar regions. We first include a well known 2D-study and analysis of these systems that yield the mathematical conditions under which spatial patterns arise, and which is based on temporal solutions where the classical Laplace diffusion operator is considered. Then, we extend the numerical study to 3D surfaces, employing the Laplace-Beltrami operator to simulate diffusion while keeping the same reaction terms, thus generating similar Turing patterns. The solutions to the involved systems will be calculated numerically using a semi-implicit time discretization in combination with a linear finite element method for spatial discretization using triangular meshes. Details about the numerical implementation are provided for clearness to a broader audience.
Abstract
The purpose of this article is the numerical generation of Turing like patterns on 3D bounded surfaces, based on the analysis of Turing instability in certain types of reaction-diffusion [...]
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Estimación Bayesiana del Número Reproductivo Básico en un Brote de Chikungunya en Acapulco, Guerrero
M. Vázquez-Peña, C. Vargas-De-León, R. Martínez-Fonseca, J. Velázquez-Castro

SMCCA (2024). 5

Abstract
Chikungunya is a vector-borne viral disease caused by the mosquitoes Aedes aegypti and Aedes albopictus. There is no specific medical treatment or available vaccine. This work presents a host-vector model that considers two age structures: chronological age and asymptomatic infection age. This model accounts for variability in the relapse period and susceptibility to the chikungunya virus. From this system of integro-differential equations, a particular case is derived in the form of ordinary differential equations (ODEs). The objective of this study is to estimate the basic reproductive number R0 of the ODE model for a chikungunya outbreak that occurred in 2015 in Acapulco, Mexico. A Bayesian approach using Hamiltonian Monte Carlo methods is applied to estimate the parameters of the ODE model and subsequently estimate R0. We estimate that R0 is 2.61, with a 95% credibility interval of (1.66, 3.80), which is consistent with other reports in the literature.
Abstract
Chikungunya is a vector-borne viral disease caused by the mosquitoes Aedes aegypti and Aedes albopictus. There is no specific medical treatment or available [...]
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Un modelo matemático de la formación de la orina
F. Domínguez Pérez, J. LOPEZ

SMCCA (2024). 4

Abstract
In this work, a mathematical model of renal hemodynamics involved in urine production is studied. The model is formed by three sub-models: one corresponds to the glomerular filtration stage, which gives input to the blood that is processed in the kidney; another one is the corresponding to the renal autoregulation process which defines the blood flow that must enter the kidney, to maintain its correct functioning, even in the face of blood pressure variations; and the last sub-model corresponding to the reabsorption and secretion stages, the former corresponds to the process by which the kidneys recover useful substances from the glomerular filtrate and return them to the blood and in the latter the kidneys eliminate unwanted substances from the blood into the peritubular capillaries.
Abstract
In this work, a mathematical model of renal hemodynamics involved in urine production is studied. The model is formed by three sub-models: one corresponds to the glomerular [...]
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Multicolor Parallel Fourth-Order Implicit Finite Difference for Solving the 2D Poisson Equation
M. Zapata, R. Balam, H. Puc

SMCCA (2024). 3

Abstract
The Poisson equation is central in numerous physics and engineering applications, such as computational fluid dynamics and acoustic wave propagation, where efficient and accurate solutions are essential. This study focuses on the numerical solution of the 2D Poisson equation with Dirichlet boundary conditions using a fourth-order compact Implicit Finite Difference scheme. Finite difference methods, particularly high-order schemes, are advantageous for solving the Poisson equation due to their efficiency and suitability for structured grids. To address the computational demands of large-scale problems, we incorporate domain decomposition and the Multicolor Successive Over Relaxation method, facilitating parallel computation. Through numerical experiments, we demonstrate that our approach significantly enhances both accuracy and computational efficiency when compared to traditional second-order methods.
Abstract
The Poisson equation is central in numerous physics and engineering applications, such as computational fluid dynamics and acoustic wave propagation, where efficient and accurate [...]
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Comportamiento sísmico de un edificio de concreto reforzado de seis niveles con aislamiento de base en la ciudad de Morelia
J. López Pérez, J. Jara-Guerrero, H. Arias, F. Domínguez Mota, B. Olmos-Navarrete

SMCCA (2024). 2

Abstract
Base isolation is currently acknowledged as an effective strategy for controlling the seismic response of buildings. However, its implementation is usually limited to buildings considered essential or vital to society, resulting in these systems being rarely regarded as a feasible structural option. This study examines the impact of a base isolation system on the seismic response of a six-story building situated in a moderately seismic zone. Parameters such as floor drift and shear force demand were assessed to quantify the seismic response. These aspects are not only associated with potential damage but also play a critical role in predicting the initial construction cost. Additionally, these parameters are used as design criteria in building codes and regulations.
Abstract
Base isolation is currently acknowledged as an effective strategy for controlling the seismic response of buildings. However, its implementation is usually limited to buildings [...]
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Parametrización del álabe de una turbina Francis 99 usando polinomios de Bernstein
H. Arias, F. Domínguez Mota, J. López-Pérez, M. Rodriguez Velazquez

SMCCA (2024). 1

Abstract
One of the fundamental problems in the manufacturing processes of turbomachine components is to provide them with an appropriate coordinate system. In other words, to provide them with a suitable mesh. Among the mesh generation processes and the resulting geometries for blades, there are methods that use functions related to the dynamics of the fluid's streamlines, and others, more practical, that are based on parameterization using “natural” coordinates on the surface of the element. This work demonstrates the implementation of Bernstein polynomials to parameterize the geometry of a Francis 99 turbine blade through a suitable least-squares problem. The methodology used is versatile and can be applied to blades of various geometries commonly used in turbomachine design.
Abstract
One of the fundamental problems in the manufacturing processes of turbomachine components is to provide them with an appropriate coordinate system. In other words, to provide [...]
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Influencia de los factores socioeconómicos en la mortalidad por COVID-19 en México
V. Soulé, C. Hernández-Vela

SMCCA (2023). 6

Abstract
La pandemia por el virus SARS-CoV-2 mostró la necesidad de realizar estudios multidisciplinarios que ayudaran a entender el riesgo de mortalidad por COVID-19. En este trabajo se buscó determinar la influencia de los factores socioeconómicos que existían dentro de la población mexicana mediante la aplicación del modelo de regresión lineal múltiple, para esto el análisis se hizo a nivel municipal en las 3 primeras olas de la pandemia, definiendo grupos poblacionales homogéneos para identificar cuáles son los factores socioeconómicos que tienen mayor influencia y nos ayudan a describir el riesgo de fallecer por COVID-19 en México.
Abstract
La pandemia por el virus SARS-CoV-2 mostró la necesidad de realizar estudios multidisciplinarios que ayudaran a entender el riesgo de mortalidad por COVID-19. [...]
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A Mathematical Model to Estimate the COVID-19 Pandemic in Red Lights of México
A. Peregrino, D. Gonzalez, J. LOPEZ

SMCCA (2023). 5

Abstract
The goal of this work is a dynamic and numerical study of a compartmental mathematical model in order to know the evolution of state variables of the pandemic caused by COVID-19 on red spotlights in México. The model include 7 compartments and the results were compared with the classic SIR model, resulting that our predictions adjusted better the official data. A parameter sensitivity analysis is included.
Abstract
The goal of this work is a dynamic and numerical study of a compartmental mathematical model in order to know the evolution of state variables of the pandemic caused by COVID-19 [...]
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Simulación numérica sobre el efecto del plasmón localizado de nanopartículas de plata (Ag), bajo el marco de la teoría de Mie
J. Fraga Almanza, C. García, E. Mendoza, A. Rivas, G. Torres Aguirre

SMCCA (2023). 4

Abstract
Las nanopartículas (Nps) de metales nobles como plata (Ag) y oro (Au) en las últimas décadas son objeto de extensa investigación en el contexto de las nanociencias y la nanotecnología, principalmente esto se debe a sus propiedades ópticas únicas. En las Nps, el gas de electrones libres en ellas presenta propiedades de oscilación resonante, fenómeno conocido como el plasmón superficial localizado (PSL). Al irradiarse las Nps en el ultravioleta y visible del espectro, la absorción óptica, depende fundamentalmente del material constitutivo, la geometría de la Nps y su entorno. La dispersión de la radiación electromagnética de una esfera, es definida por la Teoría de Mie. Los cálculos al usar esta teoría pueden llegar a ser largos e incluso imposibles para aquellos con recursos hardware limitados. Por lo tanto en esta investigación que actualmente, se encuentra en desarrolló, se diseño e implanto una simulación numérica escrita en Python 3 para la obtención de los coeficientes de Mie en nanopartículas de plata (Ag) y contar con una herramienta computacional que generé escenarios permitiendo el estudio y obtención de los coeficientes de extinción de NPs de Ag, siendo esta metodología fácilmente adaptable para otros metales donde se pueden calcular y/o simular una variedad de propiedades ópticas.
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Las nanopartículas (Nps) de metales nobles como plata (Ag) y oro (Au) en las últimas décadas son objeto de extensa investigación en el contexto [...]
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El algoritmo KMeans y el problema de los centroides iniciales
G. Torres Aguirre, A. Rivas, J. Fraga Almanza, J. Zul, J. Valdez

SMCCA (2023). 3

Abstract
El gran volumen de datos en el que se vive en la actualidad, hace evidente la necesidad de clasificar los datos para obtener relaciones, asociaciones y correlaciones de ellos. Para llevar a cabo esta clasificación es necesario emplear algoritmos de agrupamiento del tipo no supervisado y particionales. Un candidato de este tipo es el algoritmo KMeans, ampliamente utilizado para resolver el problema de agrupamiento. Sin embargo, este algoritmo necesita de argumentos iniciales como lo son el número de grupos y un conjunto de datos llamados centroides que son los representantes de cada uno de ellos. Esto puede ser una fortaleza pero a la vez puede representar limitaciones del algoritmo. Es por ello que en este trabajo se inicia con la caracterización general del algoritmo KMeans en base a la selección de los centroides iniciales para después estudiar la técnica de análisis de componentes principales y con esta proporcionar centroides iniciales óptimos, pero esa etapa aún está en desarrollo y por tanto solo se presenta la idea inicial. La herramienta computacional es clave para el trabajo con alta densidad de datos es por eso que en este trabajo también se tiene como objetivo implantar un marco de trabajo llamado Apache Spark.
Abstract
El gran volumen de datos en el que se vive en la actualidad, hace evidente la necesidad de clasificar los datos para obtener relaciones, asociaciones y correlaciones de ellos. [...]
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Algoritmo no supervisado para la segmentación de imágenes digitales de micrografías de nanopartíclas de plata (Ag).
A. Rivas, J. Fraga Almanza, C. García, A. Estrada, E. Villanueva

SMCCA (2023). 2

Abstract
La segmentación de imágenes es un tipo específico de agrupamiento de datos. El agrupamiento en este contexto es conocer grupos de píxeles en las imágenes para obtener información relevante que por lo general se encuentra implícita en ellas. La Microscopía Electrónica de Transmisión (MET o TEM, por Transmission Electron Microscopy) es un una técnica experimental y de alto costo monetario, en la que un haz de electrones suficientemente acelerado colisiona con una muestra (nanopartículas de plata (Ag) en este caso) delgada convenientemente preparada. En la muestra los electrones colisionan con respecto a algunas propiedades específicas (grosor y tipo de átomos), todo este proceso forma una imagen digital con distintas intensidades de gris que corresponde al grado de dispersión de los electrones incidentes. Propiedades como la cantidad y el diámetro de nanopartículas existentes en este tipo de imágenes es relevante conocer de forma automatizada, ya que por lo general conocer este tipo de propiedades se hace mediante procedimientos laboriosos. Sin embargo, analizar este tipo de imágenes utilizando algoritmos no supervisados simplifica este tipo de trabajo, pero implica enfrentarse al problema de alta densidad de pixeles existentes en ellas. El algoritmo KMeans es del tipo no supervisado y utilizado para hacer segmentación de píxeles en imágenes de micrografías como lo indican algunos autores y que en este trabajo en etapa inicial es utilizado para contabilizar y obtener el diámetro de nanopartículas de plata (Ag) que son las imágenes con las que se cuenta hasta el momento y son el resultado del grupo de trabajo experimental de la División de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Guanajuato Campus León. Para llevar a cabo todo el procesamiento computacional se utilizará una computadora de nueva generación llamada Parallella que es un proyecto de bajo costo monetario, poco consumo energético y diseñado para el alto desempeño de cálculo numérico, siendo estas características una opción que beneficiará a este proyecto por no contar con infraestructura computacional adecuada.
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La segmentación de imágenes es un tipo específico de agrupamiento de datos. El agrupamiento en este contexto es conocer grupos de píxeles en las [...]
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General foundations of high-order immersed interface methods to solve interface problems
H. Puc, R. Balam, M. Zapata

SMCCA (2023). 1

Abstract
This work forms the foundation for addressing high-order immersed interface methods to solve interface problems and enables us to conduct in-depth examination of this theory. Here, we focus on the introduction a fourth-order finite-difference formulation to approximate the second-order derivative of discontinuous functions. The approach is based on the combination of a high-order implicit formulation and the immersed interface method. The idea is to modify the standard schemes by introducing additional contribution terms based on jump conditions. These contributions are calculated only at grid points where the stencil intersects with the interface. Here, we discuss the issues of implementing the one-dimensional Poisson equation and the heat conduction equation with discontinuous solutions as a three-point stencil for each grid point on the computational domain. In both cases, the resulting discretization approach yields a tridiagonal linear system with matrix coefficients identical to those employed for smooth solutions. We present several numerical experiments to verify the feasibility and accuracy of the method. Thus, this high-order method provides an attractive numerical framework that can efficiently lead to the solution to more complex problems.
Abstract
This work forms the foundation for addressing high-order immersed interface methods to solve interface problems and enables us to conduct in-depth examination of this theory. [...]
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Spatio-temporal point process analysis of Mexico State wildfires
L. Munive Hernández, A. Morales

SMCCA (2022). 3

Abstract
Wildfires are an example of a phenomenon that can be investigated using point process theory. We analyze public data from the National Forestry Commission. It consists of wildfire records, specifically their coordinates and dates of occurrence in Mexico State from 2010 to 2018. The spatial component was examined, and we found that wildfires tend to cluster. Afterwards, a time series analysis was conducted. This shows that the data comes from a stationary stochastic process. Finally, some spatio-temporal features that demonstrate the point process' regular behavior in space and time were investigated. This research could be a reference to describe wildfire behavior in a specific space and time.
Abstract
Wildfires are an example of a phenomenon that can be investigated using point process theory. We analyze public data from the National Forestry Commission. It consists of [...]
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Parameter estimation in ODEs. Modelling and computational issues
L. Juárez Valencia, J. ROJAS

SMCCA (2022). 2

Abstract
In this work we discuss a variational approach for the determination of the parameters of systems of ordinary differential equations (ODE). We construct a model for fitting observed noisy data into the given dynamical system. Also we explain in detail the advantage of using the adjoint equation method to compute the derivatives or gradients, which are needed for the application of gradient methods and quasi-Newton algorithms to find the minimum of the cost function. In particular we consider two classic iterative algorithms: the conjugate gradient (CG) algorithm and the BFGS algorithm. For educational purposes we try to explain several numerical and computational issues with some detail and illustrate them with the SEIRD epidemiological model.
Abstract
In this work we discuss a variational approach for the determination of the parameters of systems of ordinary differential equations (ODE). We construct a model for fitting [...]
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Stabilizing a Josephson Junction Array Memory around an unstable equilibrium: A control approach using a first order state model
J. LOPEZ, L. Juárez Valencia, R. Glowinski

SMCCA (2022). 1

Abstract
In this paper we consider a system of three nonlinear ordinary differential equations that model a three Josephson Junctions Array (JJA). Our goal is to stabilize the system around an unstable equilibrium employing an optimal control approach. We first define the cost functional and calculate its differential by using perturbation analysis and variational calculus. For the computational solution of the optimality system we consider a conjugate gradient algorithm for quadratic functionals in Hilbert spaces, combined with a finite difference discretization of the involucrated differential equations.
Abstract
In this paper we consider a system of three nonlinear ordinary differential equations that model a three Josephson Junctions Array (JJA). Our goal is to stabilize the system [...]
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El potencial del aprendizaje hebbiano en la clasificación supervisada
F. Aguilar Canto, C. Brito-Loeza

SMCCA (2021). 5

Abstract
A pesar de tener un sustento biológico, la regla de Hebb ha encontrado un espacio reducido en las implementaciones de redes neuronales artificiales en las últimas décadas, siendo los métodos basados en el gradiente más utilizados. Esto supone una controversia sobre hasta qué grado entendemos los aspectos computacionales del aprendizaje a nivel neuronal. En este trabajo, abordamos el problema del aprendizaje hebbiano en términos de la existencia de una arquitectura conveniente, tanto a nivel teórico como experimental. En el plano teórico, se demuestra la existencia de un red hebbiana capaz de lograr minimizar el error de clasificación a un mínimo global. Si bien esta arquitectura es poco práctica por la explosión combinatoria, se prueba que el algoritmo de m-celdas con entrenamiento hebbiano logra, en buena medida, resolver sus principales problemas. Finalmente se verificó experimentalmente que el método de m-celdas supera a los métodos basados en el gradiente en un problema de clasificación de baja dimensionalidad (base de datos Iris) con 0.973 de exactitud para s = 5, lo cual, a pesar de sus limitaciones, indica que el aprendizaje hebbiano puede derivar a un algoritmo de clasificación competente en el contexto de la Inteligencia Artificial moderna.
Abstract
A pesar de tener un sustento biológico, la regla de Hebb ha encontrado un espacio reducido en las implementaciones de redes neuronales artificiales en las últimas [...]
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Análisis estocástico del flujo vehicular para la red de ejes viales principales de la Ciudad de México mediante cadenas de Markov discretas
L. Olivares-Quiroz, J. Pereda

SMCCA (2021). 4

Abstract
En este trabajo presentamos un análisis del flujo vehicular para un conjunto de 32 ejes viales principales dentro la Ciudad de México basado en la implementación de un proceso estocástico de cadenas de Markov discretas (CMD) definido sobre el grafo \mathcal{G} de la red vial que constituyen los ejes viales y sus intersecciones. En particular, y basados en información estadística del INEGI determinamos la matriz de probabilidad de transición \bold{P}, la matriz de primer visita promedio (mean first passage time) \bold{M} y la constante de Kemeny K, las cuales nos permiten establecer un análisis cuantitativo de la dinámica de la red. Con base en esta información, analizaremos el promedio del flujo vehicular tanto en la red completa como en los ejes viales principales. Asimismo, utilizaremos este formalismo para explorar el impacto que tiene el cierre de un eje vial particular n^{\dagger } dentro de la red sobre el flujo en los demás ejes viales y sobre el flujo vehicular global.
Abstract
En este trabajo presentamos un análisis del flujo vehicular para un conjunto de 32 ejes viales principales dentro la Ciudad de México basado en la implementación [...]
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La exclusión social de las personas mayores: una forma de mirar la pobreza
M. Reyes

SMCCA (2021). 3

Abstract
Exclusion allows reviewing and analyze situations of poverty, deprivation and inequality. Houghton and Khandker (2009) consider poverty as the deprivation of well-being in a pronounced way and the lack of adequate income to face education, health and safety needs; as well as access to the exercise of empowerment and basic rights. In order to identify the level of poverty, the objective is to review elements of social exclusion in the population and in particular of the elderly. Through two logistic models, which are supported by the information of the ENIGH 2016, which differ in number of variables and have or not as heads of older adults, it is sought to estimate the probability of being below the Welfare Line, in order to identify the level of poverty in which the population is located. The models show that households where older people are more susceptible to poverty.
Abstract
Exclusion allows reviewing and analyze situations of poverty, deprivation and inequality. Houghton and Khandker (2009) consider poverty as the deprivation of well-being in [...]
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Solución de la ecuación de Poisson en 2D usando algoritmos en paralelo en entornos multicore
M. Zapata, J. Vivas

SMCCA (2021). 2

Abstract
This article proposes a parallel implementation using a multicore environment with MPI to the solution of the linear system resulting from the discretization of the Poisson equation in 2D using finite differences and the iterative method of Jacobi. The size of the domain and its corresponding discretization result in a system of linear equations where the number of variables can be millions. The magnitude of the problem allows the algorithm to be highly scalable in parallel; this means that by increasing the number of processors available to solve the system, the execution time will improve considerably. However, as the number of processors increases, the communication work also increases, which stops its performance. Therefore, this article proposes re-engineering the parallel algorithm focused on memory management to speed up its execution and improve its effectiveness.
Abstract
This article proposes a parallel implementation using a multicore environment with MPI to the solution of the linear system resulting from the discretization of the Poisson [...]
- 444
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Tinoco Guerrero, Gerardo 2587
Universidad Michoacana de San...
Guzmán Torres, José Alberto 333
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