List of accepted papers to IV International Workshop on Computational Mathematics and Bioinformatics

Below is a list of articles accepted to be presented at the IV International Workshop on Computational Mathematics and Bioinformatics: 

• Alberto Pérez Robles, Beatriz Pérez López, Oristela Cuellar Justiz and Evaristo José Madarro Capó. Aritmética sobre Torres de Campos Finitos de característica dos, aplicada a la generación de polinomios primitivos.
  
  Con el avance de la Criptografía y las nuevas herramientas puestas a su disposición, la seguridad de los algoritmos criptográficos os se basa principalmente en el empleo de campos finitos de grandes dimensiones lo que dificulta la aritmética sobre ellos, además los sistemas simétricos que emplean polinomios primitivos sobre estos campos, también presentan grandes dificultades para la determinación de los mismos. En este trabajo se analizan las torres de campos finitos como herramienta para lograr una aritmética eficiente, también se exponen ejemplos de estas, a través de la representación de los elementos, pertenecientes a campos de característica dos en bases normales, haciendo énfasis en la operación de exponenciación. Por último, se propone el empleo de torres de campos sobre bases normales en el cálculo del polinomio mínimo, operación fundamental y de mayor complejidad en el algoritmo de generación de polinomios primitivos de E. Madarro en 2017.
  
  
• Teresa Pérez Sosa, Ramón Quiza and Marcelino Rivas. Prueba de concepto de un gemelo digital para el monitoreo indirecto del desgaste herramental en procesos de corte.
  
  Este trabajo presenta un gemelo digital para predecir la velocidad de desgaste de la herramienta en un proceso de torneado, a partir de los parámetros de corte, la fuerza y la temperatura de corte, todos ellos tomados o medidos del sistema máquina-herramienta-pieza. A partir de la velocidad de desgaste, se puede estimar el desgaste de la herramienta, que es el núcleo del monitoreo indirecto en línea del desgaste de la herramienta y de un sistema predictivo de cambio herramienta. El gemelo digital siguió una arquitectura de seis capas, que divide las funciones de cada componente y facilita la implementación. El enfoque propuesto se implementó como prueba de concepto y se validó a través de datos experimentales para dos estudios de caso, correspondientes a diferentes condiciones de corte en el torneado de acero AISI 1045. En ambos casos, las predicciones del gemelo digital demostraron ser lo suficientemente precisas como para ser utilizadas en aplicaciones prácticas. También se destaca el desarrollo futuro de este trabajo, que aborda la implementación del gemelo digital en condiciones industriales prácticas.
  
  
• Lu Jiang, Jorge Gulín-González and Yunwei Chen. Methods of community detection in hybrid network applied to the academic network analysis.
  
  In the real-world, multiple-typed objects are interconnected, making heterogeneous information networks. Hybrid network is a heterogeneous network which contains a variety of node types and a variety of relationship types. The concept of heterogeneous network emphasizes the complexity at the level of network structure, while the network formed by the integration of multiple nodes and multiple relationships emphasizes the richness of studied functions. The characteristics of the multi-node and multi-relationship hybrid network are mainly reflected in the following two aspects: first, the diversity of nodes, including a variety of node types and, second, the richness of relationships. Community structure detection is a method used to identify clusters of nodes in a network. Community structure detection is the most widely studied structural features of complex networks. In this paper, we present a review about the method of community detection in hybrid network, and the application to the network analysis. Here, we present a revision of the main techniques, methods, data sets and algorithms used in the literature and, a short description of the general features of the community detection topics. Main authors and their contributions to this fields are introduced. The study is focused on the analysis of the multi-node and multi-relationship hybrid networks with the idea to apply these results to the academic network analysis. Considering the revised literature, we propose a hybrid network community detection algorithm based on meta-path, seed nodes and extend modularity method to study the academic networks.
  
  
• Omar Mar Cornelio and Barbara Bron Fonseca. Implementación de operador OWA en un sistema computacional para la evaluación del desempeño. 
  
  La evaluación del desempeño representa una medida de la trayectoria de las personas en un período de tiempo. En las instituciones de la Educación Superior de Cuba los profesores son evaluados anualmente. El proceso evaluativo establece, a partir de un conjunto de criterios evaluativos, una propuesta de evaluación. Sin embargo, este proceso es realizado mediante modelos evaluativos previamente definidos lo que dificulta la gestión de la información y la ayuda a la toma de decisiones. Problemas de esta naturaleza han sido abordados en la literatura científica mediante un enfoque multicriterio. La presente investigación propone una solución a la problemática planteada a partir de la implementación de un operador para la agregación de información codificado en un sistema computacional. El sistema propuesto gestiona el flujo de trabajo del proceso de evaluación, rige el proceso de inferencia mediante el empleo del operador de agregación de información OWA con múltiple selectores. Se obtiene del proceso experimental en un conjunto de evaluaciones que varían su comportamiento a partir del criterio de selección del operador seleccionado.   
  
  
•   Edisel Navas Conyedo, Leonardo A. Ramírez-Cayón, Amauris D. Gonzáles-Suárez and Jorge Gulín-González. Modelo de representación de superficies de estructuras macromoleculares.
  
  Algunas estructuras biológicas como macromoléculas, proteínas y plaquetas tienen cientos o miles de estructuras atómicas, donde las estructuras internas son irrelevantes a la hora de evaluar la interacción entre ellas. Al evaluar la interacción entre estructuras, la información presente en su superficie es suficiente, por esta razón, es importante contar con un modelo que abstraiga toda la estructura interna, manteniendo solo la presente en la superficie y evitando cálculos innecesarios. Proponemos un módulo de Python nombrado pysurmolmesh para la construcción de un modelo representativo de las superficies de estructuras macromoleculares a través de una malla de partículas interactuantes que reflejan sus propiedades mecánicas y químicas, evitando contener información sobre las estructuras macromoleculares internas.
  
  
• Luis Suárez, Cynthia Porras, Humberto Díaz, Eduardo Sánchez, Alejandro Rosete and Ana Camila Pérez. Towards more efficient delivery routes. A virtual store case study.
  
  Most situations involving a distribution chain can be modeled as a Vehicle Routing Problem. The past few years virtual stores have gained a lot of popularity in Cuba, specially the platform TuEnvio. Currently, the platform lacks a system to optimize delivery routes for a large number of clients. To solve this VRP, a mix of Capacitated p-Median problem and the Traveling Salesman Problem is proposed. To solve large instances of the VRP, three instance decomposition strategies are proposed. The solution method consists in dividing a large VRP instance into smaller sub-instances using the geographic information of the nodes. Each subinstance is then solved clustering all nodes in their corresponding route solving the Capacitated P-Median problem through Iterated Local Search. The sequence of each node in their corresponding route is determined by solving the TSP using the Farthest Insertion heuristic. The proposed solution is applied to a case study in the context of package delivery of the virtual store TuEnvio, in Havana, Cuba. The obtained results indicate that dividing the original instance by municipalities results in smaller routes, but decomposing the instances by recursively solving the P-Median problem to determine the sub-instances takes considerably less computational effort and obtains routes of acceptable length. 
  
  
• Jorge Alejandro Jiménez Garí, Camila Castro Martínez, Kamila Alejandra Ramaya Soler, Antonio De Jesús Oliva Gregorio, Pablo Enmanuel Ramos Bermudez, Yasniel Yoan Rodriguez Cruz, Lienny Morffi Hidalgo, Cecilia De La Caridad González González and Mario Pupo. Análisis preliminar de la potencialidad de las diferentes subregiones genómicas de SARS-Cov-2 para su uso como marcadores filogenéticos.
  
  The use of phylogenetic tools could be key in making decisions in the management of epidemics. Phylogenetic reconstruction requires appropriate markers, which contain the necessary information and allow reconstructing the evolutionary history of the pathogen. For the study of SARS-Cov-2 at the international level, multiple complete genomes of the virus have been sequenced starting from isolates from several countries. This information, available in international databases, has facilitated phylogenomic studies. In the case of Cuba, technological capabilities do not allow complete genomes to be sequenced, which makes it necessary to evaluate the different SARS-Cov-2 genomic regions for their potential use as sources of information. This work describes an analysis, carried out at the beginning of the pandemic, of the genomic regions of SARS-Cov-2, to evaluate their possible use as phylogenetic markers. For this, sequences and public tools were used, taking into account their variability, tendency to saturation and presence of noise, in addition to evaluating their ability to reconstruct the same phylogenetic relationships as those obtained with the analysis of the entire genome. Due to the relatively low evolutionary rate of the virus, and the short time that has elapsed since the beginning of the transmission of SARS-Cov-2 in humans at the time of the study, it is observed that the variability in the individual genomic regions does not contribute the same level of information, that the complete genome, and that the length of the selected segment and the taxonomic sampling are decisive in the resolution capacity of the phylogenetic methods used.
  
  
• Ilsen Leon, Hector Raul and Rene Martin. Comparación de métodos para resolver sistemas de ecuaciones lineales sobredeterminados en la diseminación de masa.
  
  Esta investigación expone la comparación de dos métodos utilizados para resolver los problemas matemáticos generados en la subdivisión/multiplicación del kilogramo en el proceso de diseminación de masa. Se comparan los valores de desviación obtenidos. Los métodos comparados fueron: Gauss Markov utilizado actualmente en el Instituto Nacional de Metrología de Cuba y la propuesta del uso de algoritmos ADMM (Alternate Direction Method of Multipliers), específicamente el caso de la regresión lineal con regularización, también llamada Lasso, con ayuda del asistente matemático MATLAB.
  
  
• Ariosky Areces Gonzalez, Deirel Paz Linares, Claude Lepage, Lindsay Lewis, Pj Toussaint, Jorge Bosch Bayart and Pedro Valdes-Sosa. Registration of electrophysiological source imaging with the BigBrain using HCP compatible pipelines. 
  
  Structural and functional features, and their integration at the different levels of brain organization, are the key to explain all brain states observed in normal or abnormal conditions. Invivo imaging modalities such as functional MRI (fMRI), MEG and EEG capture functional features of neural populations at level that can be situated in structural MRI (sMRI) tissue-contrasts. However, function emerges locally due to the cortex columnar organization of cellular layers and axonal fibers, at a level only accessible through high resolution structural imaging, such as histology. Invivo multimodal-imaging adopting surface-based processing pipelines, which acknowledge such cortical organization, has been proposed by the Human Connectome Project (HCP) to improve the accuracy in determining the cortical multimodal features. We introduce a pipeline that bridges the gap between levels through sMRI HCP compatible processing of BigBrain high resolution histology, which is integrated with MEG and EEG source processing. This is denominated BigBrain-HCP-MEEG, which mapps simultaneously onto BigBrain, and HCP native and FSAverage structural spaces the MEG and EEG electrophysiological source spectral topographies and topologies. This can be done following two paths: 1) BigBrain-ICBM152 HCP compatible source model and lead field trempalte 2) HCP-MEEG subject-specific source model and lead field, to then map topographies and topologies using the BC-VARETA pipeline. With our pipelines we have obtained high-quality mapping of electrophysiology onto the BigBrain, which renders HCP standards and is extensible to general databases as well as other types of histological volumes. This promises a strong asset in the study of the causes for the local properties of spectral activity and connectivity, that characterize the neural processes underlying brain function.
  
  
• Mirley Robaina Santander, Lidia Ruiz Ortiz, Mario Pupo Meriño, Nilda Delgado Yanes and Katia González González. The use of virtual learning environments in Bioinformatics Engineering. 
  
  The use of the virtual learning environment in the subjects of the Bioinformatics Engineering career constitutes a goal to be achieved in the current Cuban context, so that it responds to the social demands and the technological change of the 21st century, in correspondance with the formative processes of the University of Computer Sciences, therefore, the general objective is to promote info abourt a research project that allows the achievement of this goal. Among the results expected in the project are: Theoretical references that support alternative thinking in the new university and the strategy as a scientific result, specifically that one based on the use of environments in the formative processes of the new Cuban university; furthermore, the diagnosis of formative processes in general and those supported by Information and Communication Technologies in particular, based on a pedagogical, technological and communicational mediation; the pedagogical foundations of the didactic strategy of innovation; and the theoretical and empirical inquiries that provide the distinctive features and stages of the didactic innovation strategy that will be proposed. The concrete result that is expected in the project that is promoted is the didactic strategy of innovation for the use of the environment in the subjects of the career; so that students act as builders of knowledge and not as receivers, and teachers as self-learning counselors, mediators and facilitators. As a general research methodology, the Logical Framework Approach will be used.
  
  
• Angel Alberto Vazquez-Sánchez, Augusto Cesar Rodríguez-Medina and Lisset Salazar-Gómez. Breve revisión sobre Resolución de Restricciones Geométricas. 
  
  La Resolución de Restricciones Geométricas es una pieza fundamental para resolver problemas con ese tipo de características. Estos se presentan en áreas en las que por alguna necesidad se trabaja con restricciones geométricas, como los sistemas de diseño asistido por computadoras, el modelado de moléculas, visión por computadora, localización en redes de sensores inalámbricos, problemas de ingeniería como el análisis de tolerancia, geometría dinámica, realidad virtual y robótica. En el presente trabajo se realiza una breve revisión de los métodos empleados para realizar la Resolución de Restricciones Geométricas. Además, se detallan diferentes sistemas que implementan este método. 
  
  
• Pablo Enmanuel Ramos Bermúdez, Mario Pupo Meriño, Monica Zoppé, Tiziana Loni and Edisel Navas Conyedo. Desarrollo de una nueva versión de BioBlender, un módulo de Blender para visualización de biomoléculas. 
  
  Las macromoléculas biológicas, como las proteínas y los ácidos nucleicos, son los motores principales de la célula viva. Conocer su estructura tridimensional y la manera en que interactúan entre ellas contribuye a entender el funcionamiento de la maquinaria celular. Dentro la visualización científica, se encuentra el arte y la ciencia de la animación 3D, técnica utilizada por diversos programas, como, por ejemplo, el software de modelado 3D de código abierto Blender. Precisamente, sobre la base de este fue desarrollado el paquete de software BioBlender, un módulo de Blender que permite la representación intuitiva de propiedades de superficie de las biomoléculas, mostrando su superficie de manera fotorrealista, permitiendo así la visualización de complejas propiedades como el potencial electrostático y potencial lipofílico molecular. BioBlender fue desarrollado y mantenido por la Unidad de Visualización Científica de la CNR de Italia en Pisa, para una versión ya caducada de Blender, por lo que es necesario su constante actualización debido a las continuas actualizaciones de Blender y sus complejos cambios estructurales. Para ello se ha hecho uso de modelos extraídos de la base de datos biológica Protein Data Bank, de herramientas de desarrollo como el entorno de desarrollo integrado PyCharm y de la utilización exclusiva del lenguaje de programación Python con librerías científicas como Numpy, Scipy y Prody. Actualmente a pesar de los avances significativos, el trabajo sigue en curso, en desarrollo de nuevo métodos y técnicas para construir una secuencia razonable de movimiento para las proteínas, la mayor dificultad hasta el momento.
  
  
• Aurelio Antelo Collado, Ramón Carrasco Velar, Nicolás Garcia Pedrajas and Gonzalo Cerruela Garcia. 3DFrag-MCP: Método basado en Propiedad Máxima Común para obtener Fragmentos Relevantes a una actividad biológica. 
  
  El establecimiento de relaciones estructura-actividad y la identificación de similitud molecular es un ejercicio muy frecuente en la química-medicinal. La cuantificación de la similitud, caracteriza el grado de semejanza entre pares de moléculas. Existen múltiples métodos de similitud molecular entre pares de moléculas pequeñas en 3D, la mayoría de los cuales demandan mucho procesamiento de cálculo por utilizar la superposición de grafos, lo que los hace ineficientes frente a volúmenes de datos muy grandes. Tampoco permiten obtener diferencias en propiedades locales y globales pues no emplean propiedades químico-físicas. Por lo tanto, es aconsejable desarrollar un método de similitud molecular que esté basado en descriptores atómicos topográficos híbridos ya que poseen mayor contenido de información al estar ponderados por propiedades químico-físicas lo que les permite identificar estructuras diferentes con propiedades similares y viceversa. En la presente tesis se propone el concepto de Propiedad Máxima Común (MCPhd) como nuevo enfoque para cuantificar la similitud molecular utilizando descriptores grafo-teóricos topográficos híbridos que derivaron hacia un nuevo método de similitud molecular entre ligandos basado en el concepto de MCPhd para cuantificar la similitud entre dos compuestos. Esto es extensible a la similitud de subgrafos de grafos moleculares para obtener fragmentos relevantes a una actividad biológica denominado 3DFrag-MCP. Teniendo en cuenta que resulta frecuente el tener que trabajar con series de datos numerosas y desbalanceadas, se propone una nueva forma de reducción del grafo químico denominada Grafo Reducido Híbrido (HRG), basada en centro descriptores ponderados por las propiedades químico-físicas y la distancia entre ellos. Todos los métodos propuestos se validaron con otros reportados en la literatura con resultados más ventajosos.