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Tipo do documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Redes neurais artifciais: uma abordagem didática e aplicações em problemas de matemática aplicada
Autor(es): Sartori, Thamires Sartori
Primeiro orientador: Remigio, Santos Alberto Enriquez
Primeiro membro da banca: Bronzi, Marcus Augusto
Segundo membro da banca: Figueiredo, Rafael Alves
Resumo: Este trabalho apresenta um estudo introdutório sobre redes neurais arti ciais, com ênfase nos fundamentos matemáticos que sustentam sua estrutura e seu processo de aprendizagem. O objetivo central consistiu em compreender, sob uma perspectiva matemática, como esses modelos operam, destacando especialmente o papel da combinação linear e do gradiente na construção e no treinamento de redes neurais. Para isso, foram retomados conceitos de álgebra linear, cálculo diferencial e geometria analítica, estabelecendo-se uma base teórica adequada para a interpretação do neurônio arti cial, das funções de ativação, da função de custo e do algoritmo de retropropagação. Inicialmente, discutiu-se a modelagem do neurônio arti cial a partir da combinação linear entre entradas, pesos e viés, evidenciando sua relação com retas, hiperplanos e fronteiras de decisão. Em seguida, foram apresentadas algumas das principais funções de ativação utilizadas em redes neurais, ressaltando-se a importância da não linearidade para a capacidade de representação do modelo. Posteriormente, abordaram-se a função de custo, o gradiente e a regra da cadeia, mostrando como esses elementos se articulam no processo de retropropagação do erro e na atualização dos parâmetros por meio do método do gradiente descendente. Como forma de ilustrar concretamente os conceitos estudados, foram desenvolvidas duas aplicações computacionais em Python. A primeira consistiu em um problema de ajuste linear entre temperaturas em graus Celsius e Fahrenheit, no qual a rede aprendeu satisfatoriamente a relação esperada entre entrada e saída. A segunda envolveu um problema de classi cação não linear no plano, em que a rede deveria distinguir pontos localizados no interior e no exterior de uma circunferência. Nesse caso, observou-se a importância da camada oculta e das funções de ativação não lineares para a aprendizagem de uma fronteira de decisão mais compatível com a geometria do problema. Em ambas as aplicações, a formulação matricial mostrou-se particularmente útil para organizar os cálculos e favorecer a implementação computacional. Assim, conclui-se que o estudo de redes neurais pode constituir uma oportunidade relevante de articulação entre a Matemática e temas contemporâneos da computação, contribuindo para uma compreensão mais fundamentada desses modelos e abrindo possibilidades para aprofundamentos futuros em arquiteturas mais gerais e em novas aplicações.
Abstract: This work presents an introductory study on arti cial neural networks, with emphasis on the mathematical foundations that support their structure and learning process. The main objective was to understand how these models operate from a mathematical perspective, especially highlighting the role of linear combination and gradient in the construction and training of neural networks. To this end, concepts from linear algebra, di erential calculus, and analytic geometry were revisited, establishing an appropriate theoretical basis for the interpretation of the arti cial neuron, activation functions, the cost function, and the backpropagation algorithm. Initially, the modeling of the arti cial neuron was discussed based on the linear combination of inputs, weights, and bias, emphasizing its relationship with lines, hyperplanes, and decision boundaries. Next, some of the main activation functions used in neural networks were presented, highlighting the importance of nonlinearity for the representational capacity of the model. Subsequently, the cost function, gradient, and chain rule were addressed, showing how these elements are articulated in the backpropagation process and in the updating of parameters through the gradient descent method. As a way of concretely illustrating the concepts studied, two computational applications were developed in Python. The rst consisted of a linear tting problem involving temperatures in degrees Celsius and Fahrenheit, in which the network successfully learned the expected relationship between input and output. The second involved a nonlinear classi cation problem in the plane, in which the network had to distinguish points located inside and outside a circle. In this case, the importance of the hidden layer and nonlinear activation functions for learning a decision boundary more compatible with the geometry of the problem was observed. In both applications, the matrix formulation proved particularly useful for organizing the calculations and supporting the computational implementation. Thus, it is concluded that the study of neural networks may constitute a relevant opportunity to connect Mathematics with contemporary topics in computing, contributing to a more grounded understanding of these models and opening possibilities for future developments in more general architectures and new applications.
Palavras-chave: Redes neurais articiais
Combinação linear
Gradiente
Gradiente descente
Retropropagação
Matemática aplicada
Área(s) do CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::MATEMATICA DA COMPUTACAO
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Referência: PEREIRA, Thamires Sartori. Redes neurais artifciais: uma abordagem didática e aplicações em problemas de matemática aplicada. 2026. 98 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Matemática) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50379
Data de defesa: 20-Mar-2026
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