Genetic algorithm for satellite customer assignment

The problem of assigning customers to satellite channels is considered. Finding an optimal allocation of customers to satellite channels is a difficult combinatorial optimization problem and is shown to be NP-complete in an earlier study. We propose a genetic algorithm (GA) approach to search for the best/optimal assignment of customers to satellite channels. Various issues related to genetic algorithms such as solution representation, selection methods, genetic operators and repair of invalid solutions are presented. A comparison of this approach with the standard optimization method is presented to show the advantages of this approach in terms of computation time

Computation of restoration of ligand response in the random kinetics of a prostate cancer cell signaling pathway

Mutation and/or dysfunction of signaling proteins in the mitogen activated protein kinase (MAPK) signal transduction pathway are frequently observed in various kinds of human cancer. Consistent with this fact, in the present study, we experimentally observe that the epidermal growth factor (EGF) induced activation profile of MAP kinase signaling is not straightforward dose-dependent in the PC3 prostate cancer cells. To find out what parameters and reactions in the pathway are involved in this departure from the normal dose-dependency, a model-based pathway analysis is performed. The pathway is mathematically modeled with 28 rate equations yielding those many ordinary differential equations (ODE) with kinetic rate constants that have been reported to take random values in the existing literature. This has led to us treating the ODE model of the pathways kinetics as a random differential equations (RDE) system in which the parameters are random variables. We show that our RDE model captures the uncertainty in the kinetic rate constants as seen in the behavior of the experimental data and more importantly, upon simulation, exhibits the abnormal EGF dose-dependency of the activation profile of MAP kinase signaling in PC3 prostate cancer cells. The most likely set of values of the kinetic rate constants obtained from fitting the RDE model into the experimental data is then used in a direct transcription based dynamic optimization method for computing the changes needed in these kinetic rate constant values for the restoration of the normal EGF dose response. The last computation identifies the parameters, i.e., the kinetic rate constants in the RDE model, that are the most sensitive to the change in the EGF dose response behavior in the PC3 prostate cancer cells. The reactions in which these most sensitive parameters participate emerge as candidate drug targets on the signaling pathway. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Singlet-state creation and universal quantum computation in NMR using a genetic algorithm

The experimental implementation of a quantum algorithm requires the decomposition of unitary operators. Here we treat unitary-operator decomposition as an optimization problem, and use a genetic algorithm-a global-optimization method inspired by nature's evolutionary process-for operator decomposition. We apply this method to NMR quantum information processing, and find a probabilistic way of performing universal quantum computation using global hard pulses. We also demonstrate the efficient creation of the singlet state (a special type of Bell state) directly from thermal equilibrium, using an optimum sequence of pulses. © 2012 American Physical Society.

Singlet-state creation and universal quantum computation in NMR using a genetic algorithm

The experimental implementation of a quantum algorithm requires the decomposition of unitary operators. Here we treat unitary-operator decomposition as an optimization problem, and use a genetic algorithm-a global-optimization method inspired by nature's evolutionary process-for operator decomposition. We apply this method to NMR quantum information processing, and find a probabilistic way of performing universal quantum computation using global hard pulses. We also demonstrate the efficient creation of the singlet state (a special type of Bell state) directly from thermal equilibrium, using an optimum sequence of pulses.

Reactive power and voltage control in grid connected wind farms

Wind power, as an alternative to fossil fuels, is plentiful, renewable, widely distributed, clean, produces no greenhouse gas emissions during operation, and uses little land. In operation, the overall cost per unit of energy produced is similar to the cost for new coal and natural gas installations. However, the stochastic behaviour of wind speeds leads to significant disharmony between wind energy production and electricity demand. Wind generation suffers from an intermittent characteristics due to the own diurnal and seasonal patterns of the wind behaviour. Both reactive power and voltage control are important under varying operating conditions of wind farm. To optimize reactive power flow and to keep voltages in limit, an optimization method is proposed in this paper. The objective proposed is minimization of the voltage deviations of the load buses (Vdesired). The approach considers the reactive power limits of wind generators and co-ordinates the transformer taps. This algorithm has been tested under practically varying conditions simulated on a test system. The results are obtained on a system of 50-bus real life equivalent power network. The result shows the efficiency of the proposed method.

Fast and accurate quantification using Genetic Algorithm optimized H-1-C-13 refocused constant-time INEPT

Using Genetic Algorithm, a global optimization method inspired by nature's evolutionary process, we have improved the quantitative refocused constant-time INEPT experiment (Q-INEPT-CT) of Makela et al. (JMR 204 (2010) 124-130) with various optimization constraints. The improved `average polarization transfer' and `min-max difference' of new delay sets effectively reduces the experimental time by a factor of two (compared with Q-INEPT-CT, Makela et al.) without compromising on accuracy. We also discuss a quantitative spectral editing technique based on average polarization transfer. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Optimal synthesis of adjustable planar four-bar crank-rocker type mechanisms for approximate multi-path generation

This paper deals with an optimization based method for synthesis of adjustable planar four-bar, crank-rocker mechanisms. For multiple different and desired paths to be traced by a point on the coupler, a two stage method first determines the parameters of the possible driving dyads. Then the remaining mechanism parameters are determined in the second stage where a least-squares based circle-fitting procedure is used. Compared to existing formulations, the optimization method uses less number of design variables. Two numerical examples demonstrate the effectiveness of the proposed synthesis method. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Some advances in study of crack identification problems

In the present paper, the crack identification problems are investigated. This kind of problems belong to the scope of inverse problems and are usually ill-posed on their solutions. The paper includes two parts: (1) Based on the dynamic BIEM and the optimization method and using the measured dynamic information on outer boundary, the identification of crack in a finite domain is investigated and a method for choosing the high sensitive frequency region is proposed successfully to improve the precision. (2) Based on 3-D static BIEM and hypersingular integral equation theory, the penny crack identification in a finite body is reduced to an optimization problem. The investigation gives us some initial understanding on the 3-D inverse problems.

Avances en algoritmos de estimación de distribuciones. Alternativas en el aprendizaje y representación de problemas

131 p.: graf.

A Study on iron-based amorphous alloys : alloy development, thermodynamics and soft magnetism

Metallic glass has since its debut been of great research interest due to its profound scientific significance. Magnetic metallic glasses are of special interest because of their promising technological applications. In this thesis, we introduced a novel series of Fe-based alloys and offer a holistic review of the physics and properties of these alloys. A systematic alloy development and optimization method was introduced, with experimental implementation on transition metal based alloying system. A deep understanding on the influencing factors of glass forming ability was brought up and discussed, based on classical nucleation theory. Experimental data of the new Fe-based amorphous alloys were interpreted to further analyze those influencing factors, including reduced glass transition temperature, fragility, and liquid-crystal interface free energy. Various treatments (fluxing, overheating, etc.) were discussed for their impacts on the alloying systems' thermodynamics and glass forming ability. Multiple experimental characterization methods were discussed to measure the alloys' soft magnetic properties. In addition to theoretical and experimental investigation, we also gave a detailed numerical analysis on the rapid-discharge-heating-and-forming platform. It is a novel experimental system which offers extremely fast heating rate for calorimetric characterization and alloy deformation.

Otimização multimodal através de novas técnicas baseadas em clusterização nebulosa

Neste trabalho, é proposta uma nova família de métodos a ser aplicada à otimização de problemas multimodais. Nestas técnicas, primeiramente são geradas soluções iniciais com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções são agrupadas em subespaços utilizando um algoritmo de clusterização nebulosa. Finalmente, são feitas buscas locais através de métodos determinísticos de otimização dentro de cada subespaço gerado na fase anterior com a finalidade de encontrar-se o ótimo local. A família de métodos é formada por seis variantes, combinando três esquemas de inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que esta nova família de métodos possa ser avaliada, seus constituintes são comparados com outras metodologias utilizando problemas da literatura e os resultados alcançados são promissores.

Bertso transformation with pattern-based sampling

This paper presents a method to generate new melodies, based on conserving the semiotic structure of a template piece. A pattern discovery algorithm is applied to a template piece to extract significant segments: those that are repeated and those that are transposed in the piece. Two strategies are combined to describe the semiotic coherence structure of the template piece: inter-segment coherence and intra-segment coherence. Once the structure is described it is used as a template for new musical content that is generated using a statistical model created from a corpus of bertso melodies and iteratively improved using a stochastic optimization method. Results show that the method presented here effectively describes a coherence structure of a piece by discovering repetition and transposition relations between segments, and also by representing the relations among notes within the segments. For bertso generation the method correctly conserves all intra and inter-segment coherence of the template, and the optimization method produces coherent generated melodies.

Modelagem e simulação do escoamento imiscível em meios porosos fractais descritos pela equação de Kozeny-Carman Generalizada

O presente trabalho trata do escoamento bifásico em meios porosos heterogêneos de natureza fractal, onde os fluidos são considerados imiscíveis. Os meios porosos são modelados pela equação de Kozeny-Carman Generalizada (KCG), a qual relaciona a porosidade com a permeabilidade do meio através de uma nova lei de potência. Esta equação proposta por nós é capaz de generalizar diferentes modelos existentes na literatura e, portanto, é de uso mais geral. O simulador numérico desenvolvido aqui emprega métodos de diferenças finitas. A evolução temporal é baseada em um esquema de separação de operadores que segue a estratégia clássica chamada de IMPES. Assim, o campo de pressão é calculado implicitamente, enquanto que a equação da saturação da fase molhante é resolvida explicitamente em cada nível de tempo. O método de otimização denominado de DFSANE é utilizado para resolver a equação da pressão. Enfatizamos que o DFSANE nunca foi usado antes no contexto de simulação de reservatórios. Portanto, o seu uso aqui é sem precedentes. Para minimizar difusões numéricas, a equação da saturação é discretizada por um esquema do tipo "upwind", comumente empregado em simuladores numéricos para a recuperação de petróleo, o qual é resolvido explicitamente pelo método Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados das simulações são bastante satisfatórios. De fato, tais resultados mostram que o modelo KCG é capaz de gerar meios porosos heterogêneos, cujas características permitem a captura de fenômenos físicos que, geralmente, são de difícil acesso para muitos simuladores em diferenças finitas clássicas, como o chamado fenômeno de dedilhamento, que ocorre quando a razão de mobilidade (entre as fases fluidas) assume valores adversos. Em todas as simulações apresentadas aqui, consideramos que o problema imiscível é bidimensional, sendo, portanto, o meio poroso caracterizado por campos de permeabilidade e de porosidade definidos em regiões Euclideanas. No entanto, a teoria abordada neste trabalho não impõe restrições para sua aplicação aos problemas tridimensionais.

表面热透镜薄膜吸收测量灵敏度提高方法

为提高表面热透镜薄膜吸收测量仪的灵敏度，在表面热透镜衍射理论基础上，通过数值模拟给出了探测激光腰斑半径、探测激光腰斑到样品表面距离、样品到探测光纤端面距离等仪器参数的优化方法．经优化调整后该仪器能达到优于0．1ppm量级的薄膜吸收率测量灵敏度．

Identificação de danos em estruturas bi-dimensionais via matriz de flexibilidade baseado em um modelo de dano contínuo

No presente trabalho, o modelo de identificação de danos apresentado por Stutz et al. (2005) é utilizado. A contribuição do presente trabalho consiste em avaliar alguns pontos da identificação de danos em vigas e, em seguida, expandir o modelo para identificar danos estruturais em placas. Uma avaliação do comportamento das frequências naturais e da matriz de flexibilidade para uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, na presença de danos simulados pelo parâmetro de coesão é realizada. Essa análise, permite também o conhecimento das regiões onde há maior sensibilidade ao dano, ajudando a traçar estratégias para melhorar a identificação de danos em regiões que sofrem poucas alterações na presença de falhas estruturais. Comparou-se o comportamento dos dois primeiros modos de vibração da viga simplesmente apoiada na presença de um dano estrutural, com os dois primeiros modos de vibração da estrutura intacta e corrompidos por ruído. Diversos métodos de localização de danos e de otimização são avaliados na tentativa de identificar os danos simulados através do campo de danos proposto por Stutz et al. (2005) na presença de dados ruidosos. Após a apresentação de resultados da identificação de danos obtidos para uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, uma análise do comportamento das frequências naturais e da matriz de flexibilidade de uma viga de Euler- Bernoulli engastada na presença de danos é apresentada, assim como os resultados de identificação de danos considerando-se diversos cenários e níveis de ruído. Uma importante contribuição do presente trabalho consiste em propor um método de identificação de danos via matriz de flexibilidade onde o campo de defeitos para a placa de Kirchoff é modelado via MEF. Uma análise do comportamento da matriz de flexibilidade devido à presença de danos na placa é apresentada, assim como os resultados numéricos da identificação de danos estruturais com e sem a presença de dados ruidosos. Com a finalidade de reduzir o custo computacional na identificação de danos em estruturas complexas, uma hibridização entre o método de otimização por enxame de particulas (PSO, do inglês, Particle Swarm Optimization) e o método de otimização Levenberg-Marquardt é proposta. Resultados numéricos da hibridização para uma estrutura do tipo placa são apresentados.