Uso das rotações de givens modificadas como um método direto para obtenção e atualização das soluções em sistemas com acumulação seqüencial de dados

Abstract

O objetivo da pesquisa descrita nesta tese foi estudar possíveis aplicações do método das rotações modificadas de Givens na solução de sistemas de equações lineares tipicamente observados em problemas de melhoramento animal. Duas aplicações foram consideradas: a predição de valores genéticos com base em informação fenotípica e genealógica, por meio da metodologia dos modelos mistos; e a predição de valores genéticos com base em informação molecular, obtida pela genotipagem de painéis densos de SNPs. Na primeira aplicação, delineou-se o emprego de um modelo animal reduzido, combinado a uma ordenação do sistema que permitiu uma abordagem multi-frontal de decomposição. As matrizes frontais foram definidas como sendo as partes da triangular superior pertinentes a cada rebanho. Com isso, o problema pôde ser desmembrado em n subproblemas em que n é o número de rebanhos. Um conjunto de programas foi desenvolvido de modo a decompor as matrizes de dados de cada rebanho independentemente, e depois combinar as informações de todos eles na solução do sistema triangular geral, por retro-substituição. Concluiu-se que o método pode ser empregado em um sistema para atualização de predições de valor genético sob modelo animal reduzido, em que se aninham os efeitos de vacas dentro de rebanhos. Na segunda aplicação, comparou-se o emprego das rotações de Givens com o método do Gradiente Conjugado, na solução de sistemas lineares envolvidos na estimação de efeitos de SNPs em valores genéticos. O método das rotações demandou menos tempo de processamento e mais memória. Concluiu-se que, dado o crescente avanço em capacidade computacional, o método das rotações pode ser um método numérico viável e apresenta a vantagem de permitir o cálculo dos erros-padrão das estimativas.

The aim of this study was to investigate possible applications of the modified Givens rotations on the solution of linear systems that typically arise in animal breeding problems. Two applications were considered: prediction of breeding values based on phenotypes and relationships, using mixed model methods; and prediction of breeding values based on molecular information, using genotypes from high density SNP chips. In the first application, the use of a reduced animal model, combined with a specific ordering of the system, made it possible to apply a multi-frontal decomposition approach. The frontal matrices were defined as the parts of the upper triangular corresponding to each herd. In this way, the problem could be partitioned into n subproblems, where n is the number of herds. A set of programs was developed in order to factorize the data matrix of each herd independently, and then combine the information from all of them while solving the overall triangular system, by back-substitution. The conclusion was that Givens rotations can be used as a numerical method for updating predicted breeding values under a reduced animal model, if dam effects are nested within herds. In the second application, the modified Givens rotations were compared to the Conjugate Gradient method for solving linear systems that arise in the estimation of SNP effects on breeding values. Givens rotations required less processing time but a greater amount of high speed memory. The conclusion was that, given the increasing rate of advance in computer power, Givens rotations can be regarded as a feasible numerical method which presents the advantage that it allows for the calculation of standard errors of estimates.