Theory and applications of fuzzy Volterra integral equations

Formulations of fuzzy integral equations in terms of the Aumann integral do not reflect the behavior of corresponding crisp models. Consequently, they are ill-adapted to describe physical phenomena, even when vagueness and uncertainty are present. A similar situation for fuzzy ODEs has been obviated by interpretation in terms of families of differential inclusions. The paper extends this formalism to fuzzy integral equations and shows that the resulting solution sets and attainability sets are fuzzy and far better descriptions of uncertain models involving integral equations. The investigation is restricted to Volterra type equations with mildly restrictive conditions, but the methods are capable of extensive generalization to other types and more general assumptions. The results are illustrated by integral equations relating to control models with fuzzy uncertainties.

Empirical evidence for ultrametric structure in multi-layer perceptron error surfaces

Combinatorial optimization problems share an interesting property with spin glass systems in that their state spaces can exhibit ultrametric structure. We use sampling methods to analyse the error surfaces of feedforward multi-layer perceptron neural networks learning encoder problems. The third order statistics of these points of attraction are examined and found to be arranged in a highly ultrametric way. This is a unique result for a finite, continuous parameter space. The implications of this result are discussed.

Interval training program optimization in highly trained endurance cyclists

Purpose: The purpose of this study was to examine the influence of three different high-intensity interval training (HIT) regimens on endurance performance in highly trained endurance athletes. Methods: Before, and after 2 and 4 wk of training, 38 cyclists and triathletes (mean +/- SD; age = 25 +/- 6 yr; mass = 75 +/- 7 kg; (V)over dot O-2peak = 64.5 +/- 5.2 mL.kg(-1).min(-1)) performed: 1) a progressive cycle test to measure peak oxygen consumption ((V)over dotO(2peak)) and peak aerobic power output (PPO), 2) a time to exhaustion test (T-max) at their (V)over dotO(2peak) power output (P-max), as well as 3) a 40-kin time-trial (TT40). Subjects were matched and assigned to one of four training groups (G(1), N = 8, 8 X 60% T-max P-max, 1:2 work:recovery ratio; G(2), N = 9, 8 X 60% T-max at P-max, recovery at 65% HRmax; G(3), N = 10, 12 X 30 s at 175% PPO, 4.5-min recovery; G(CON), N = 11). In addition to G(1) G(2), and G(3) performing HIT twice per week, all athletes maintained their regular low-intensity training throughout the experimental period. Results: All HIT groups improved TT40 performance (+4.4 to +5.8%) and PPO (+3.0 to +6.2%) significantly more than G(CON) (-0.9 to + 1.1 %; P < 0.05). Furthermore, G(1) (+5.4%) and G(2) (+8.1%) improved their (V)over dot O-2peak significantly more than G(CON) (+ 1.0%; P < 0.05). Conclusion: The present study has shown that when HIT incorporates P-max as the interval intensity and 60% of T-max as the interval duration, already highly trained cyclists can significantly improve their 40-km time trial performance. Moreover, the present data confirm prior research, in that repeated supramaximal HIT can significantly improve 40-km time trial performance.

A genetic algorithm/method of moments approach to the optimization of an RF coil for MRI applications - Theoretical considerations - Abstract

A Combined Genetic Algorithm and Method of Moments design methods is presented for the design of unusual near-field antennas for use in Magnetic Resonance Imaging systems. The method is successfully applied to the design of an asymmetric coil structure for use at 190MHz and demonstrates excellent radiofrequency field homogeneity.

Utilização da lógica fuzzy na geração de zonas de manejo

Este trabalho teve como objetivo utilizar a lógica fuzzy para geração de zonas de manejo, na área agrária e ambiental. Uma das aplicações consistiu da utilização do método fuzzy C-means, para geração de zonas de manejo para a cultura do mamoeiro, em um plantio comercial localizado em São Mateus-ES, com base em determinações realizadas através de amostragens e análises químicas do solo, considerando os atributos: P, K, Ca, Mg, e Saturação por bases (V%). Aplicou-se também a lógica fuzzy para desenvolver e executar um procedimento para dar suporte ao processo de tomada de decisões, envolvendo análise multicritério, gerando mapas de adequabilidade ao uso público e a conservação no Parque Estadual da Cachoeira da Fumaça, no município de Alegre-ES, considerando como fatores a localização da cachoeira, o uso do solo, os recursos hídricos, as trilhas, os locais de acessos, a infraestrutura, a declividade da área, e utilizando a abordagem de Sistema de Informações Geográficas para análise e combinação da base de dados. A partir das zonas de manejo geradas, foi possível explicar a variabilidade espacial dos atributos do solo na área de estudo da cultura do mamoeiro, e observa-se que as similaridades entre as zonas geradas, a partir de diferentes atributos, mostrou variação, mas observa-se uma influência nos dados, principalmente pelos atributos P e V. A partir do zoneamento da Unidade de Conservação foi possível selecionar áreas mais aptas ao ecoturismo, sendo encontradas próximas da cachoeira, trilhas em zonas de reflorestamento e de Mata Atlântica. Quanto às áreas propensas a medidas de conservação localizam-se próximas à cachoeira e às estruturas do parque, devido à maior pressão antrópica exercida nesses locais. Outras áreas que se destacaram, foram as áreas de pastagem, por estarem em estágio de regeneração natural. Os resultados indicam áreas de mesmo potencial de produção do mamoeiro, ou quando aplicado à área ambiental, áreas que devem receber maior cuidado para utilização por ecoturismo e para preservação e servem de base para a tomada de decisões, visando melhor aproveitamento da área.

A Travel Optimization System for Academic Environments

Carpooling initiated in America in the 1970s due to the oil crisis. However, over the past years, carpooling has increased significantly across the world. Some countries have created a High Occupancy Vehicle (HOV) lane to encourage commuters not to travel alone. In additional, carpool websites has been developed to facilitate the connection between the commuters, making it possible to create a compatible match in a faster and efficient manner. This project focuses on carpooling, especially in an academic environment since younger people are more likely to choose carpool. Initially, an intense research was made to examine carpool studies that occurred all over the world, following with a research of higher education institutes that use carpooling as a transportation mode. Most websites created carpools by targeting people from a specific country. These commuters have different origins and destinations making it more complicated to create compatible matches. The objective of this project is to develop a system helping teachers and students from an academic environment to create carpool matches. This objective makes it easier to create carpools because these students and teachers have the same destination. During the research, it was essential to explore, as many as possible, existing carpool websites that are available across the world. After this analysis, several sketches were made to develop the layout and structure of the web application that’s being implemented throughout the project. Once the layout was established, the development of the web application was initiated. This project had its ups and downs but it accomplished all the necessary requirements. This project can be accessed on the link: http://ipcacarpool.somee.com. Once the website was up and running, a web-based survey was developed to study the reasons that motivate people to consider carpooling as an alternative to driving alone. To develop this survey was used a tool called Survey Planet. This survey contained 408 respondents, which 391 are students and 17 are teachers. This study concludes that a majority of the respondents don’t carpool, however they will consider carpooling if there was a dedicated parking space. A majority of the respondents that carpool initiated less than a year ago, indicating that this mean of transportation is recent.

Um Modelo Fuzzy Comportamental para análise de sobre-reação e sub-reação no mercado de ações brasileiro

Neste artigo, são apresentados testes empíricos para a investigação de ocorrência de fenômenos de sobre-reação e sub-reação no mercado de ações brasileiro. Para esses testes, é proposto um modelo baseado na teoria de conjuntos Fuzzy, que possui forte relação com as heurísticas de representatividade e ancoramento, estabelecidas na teoria de finanças comportamentais. O modelo proposto é empregado para a formação de carteiras e utiliza indicadores financeiros de companhias abertas. Para as análises são utilizados dois conjuntos de ações, um do setor de petróleo e petroquímica e outro do setor têxtil, com indicadores financeiros relativos ao período de 1994 a 2005.

UM MODELO FUZZY-DEA-GAME PARA ESTRATÉGIAS DE PRODUÇÃO SOB INCERTEZA

Este trabalho desenvolve um novo modelo Fuzzy-DEA-Game (FDG) para apoiar o estabelecimento de estratégias de produção. Esse modelo combina a Análise Envoltória de Dados (DEA) com conceitos da Teoria dos Conjuntos Fuzzy e do Jogo da Barganha de Nash. O modelo permite uma avaliação da eficiência produtiva e econômica dos produtos, o que pode resultar num portfólio de produtos mais rentáveis e de interesse do mercado consumidor. O modelo foi aplicado em uma empresa do segmento de energia. Os resultados obtidos com a aplicação do modelo FDG mostraram-se aderentes à realidade da empresa estudada e forneceram metas para a redução dos níveis de recursos (entradas) necessários para a fabricação dos produtos e para aumento dos níveis de resultados (saídas) oriundos da comercialização desses produtos. Como resultado adicional importante, o modelo FDG permitiu a identificação dos produtos do portfólio que são mais sensíveis à ocorrência de incerteza.

A hybrid PSO-ANFIS approach for short-term wind power prediction in Portugal

The increased integration of wind power into the electric grid, as nowadays occurs in Portugal, poses new challenges due to its intermittency and volatility. Wind power prediction plays a key role in tackling these challenges. The contribution of this paper is to propose a new hybrid approach, combining particle swarm optimization and adaptive-network-based fuzzy inference system, for short-term wind power prediction in Portugal. Significant improvements regarding forecasting accuracy are attainable using the proposed approach, in comparison with the results obtained with five other approaches.

Surgical correction of scoliosis: Numerical analysis and optimization of the procedure

A previously developed model is used to numerically simulate real clinical cases of the surgical correction of scoliosis. This model consists of one-dimensional finite elements with spatial deformation in which (i) the column is represented by its axis; (ii) the vertebrae are assumed to be rigid; and (iii) the deformability of the column is concentrated in springs that connect the successive rigid elements. The metallic rods used for the surgical correction are modeled by beam elements with linear elastic behavior. To obtain the forces at the connections between the metallic rods and the vertebrae geometrically, non-linear finite element analyses are performed. The tightening sequence determines the magnitude of the forces applied to the patient column, and it is desirable to keep those forces as small as possible. In this study, a Genetic Algorithm optimization is applied to this model in order to determine the sequence that minimizes the corrective forces applied during the surgery. This amounts to find the optimal permutation of integers 1, ... , n, n being the number of vertebrae involved. As such, we are faced with a combinatorial optimization problem isomorph to the Traveling Salesman Problem. The fitness evaluation requires one computing intensive Finite Element Analysis per candidate solution and, thus, a parallel implementation of the Genetic Algorithm is developed.

Development of fire-resistant (B1 & B2) winter 1 KPU foams applied by gun or straw adapter and optimization of a gun applied winter 1 KPU foam

A realização do presente trabalho teve como principais objectivos o desenvolvimento de espumas de poliuretano de um componente com propriedades de resistência à chama superiores (B1 & B2), aplicadas por pistola ou por adaptador/tubo e a optimização de uma espuma de poliuretano de um componente de inverno aplicada por pistola. Todo o trabalho desenvolvido está dividido em dois projectos distintos: i. O primeiro projecto consistiu em desenvolver espumas de um componente com propriedades de resistência à chama (classificadas como B1 e B2 de acordo com a norma alemã DIN 4102), aplicadas por pistola (GWB1 e GWB2) ou por adaptador/tubo (AWB), utilizando polióis poliésteres aromáticos modificados e aditivos retardantes de chama halogenados. Estas espumas deveriam apresentar também propriedades aceitáveis a baixas temperaturas. Após realizar várias formulações foi possível desenvolver uma espuma AWB2 com apenas 3,3% de poliol poliéster no pré-polímero e com propriedades equivalentes às da melhor espuma comercial mesmo a 5/-10 (temperatura da lata/cura da espuma em °C) e também com uma altura de chama de apenas 11 cm. A partir de duas formulações (AWB2) que passaram o Teste B2, foram obtidas também, uma espuma GWB2 e outra GWB1 com propriedades equivalentes às da melhor espuma da concorrência a -10/-10 e a 23/5, respectivamente, embora não tenham sido submetidas ao teste B2 e B1 após as modificações efectuadas. ii. O segundo projecto consistiu em optimizar uma espuma de poliuretano de um componente de inverno aplicada por pistola (GWB3). A espuma inicial tinha problemas de glass bubbles quando esta era dispensada a partir de uma lata cheia, sendo necessário ultrapassar este problema. Este problema foi resolvido diminuindo a razão de GPL/DME através do aumento da percentagem em volume de DME no pré-polímero para 14% no entanto, a estabilidade dimensional piorou um pouco. O reagente FCA 400 foi removido da formulação anterior (6925) numa tentativa de diminuir o custo da espuma, obtendo-se uma espuma aceitável a 23/23 e a 5/5, com uma redução de 4% no custo da produção e com uma redução de 5,5% no custo por litro de espuma dispensada, quando comparada com a sua antecessora. Por último, foi avaliada a influência da concentração de diferentes surfactantes na formulação 6925, verificando-se o melhoramento da estrutura celular da espuma para concentrções mais elevadas de surfactante, sendo este efeito mais notório a temperaturas mais baixas (5/5). Dos surfactantes estudados, o B 8871 mostrou o melhor desempenho a 5/5 com a concentração mais baixa, sendo portanto o melhor surfactante, enquanto o Struksilon 8003 demonstrou ser o menos adequado para esta formulação específica, apresentando piores resultados globais. Pode-se ainda acrescentar que os surfactantes L-5351, L-5352 e B 8526 também não são adequados para esta formulação uma vez que as espumas resultantes apresentam cell collapse, especialmente a 5/5. No caso dos surfactantes L-5351 e L-5352, esta propriedade piora com concentrações mais elevadas. Em cada projecto foram também efectuados testes de benchmark em determinadas espumas comerciais com o principal objectivo de comparar todos os resultados das espumas desenvolvidas, em ambos os projectos, com espumas da concorrência.

Manutenção proactiva de sistemas AVAC com recurso aos sistemas inteligentes multiagente

Nos tempos actuais os equipamentos para Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) ocupam um lugar de grande importância na concepção, desenvolvimento e manutenção de qualquer edifício por mais pequeno que este seja. Assim, surge a necessidade premente de racionalizar os consumos energéticos optimizando-os. A alta fiabilidade desejada nestes sistemas obriga-nos cada vez mais a descobrir formas de tornar a sua manutenção mais eficiente, pelo que é necessário prevenir de uma forma proactiva todas as falhas que possam prejudicar o bom desempenho destas instalações. Como tal, torna-se necessário detectar estas falhas/anomalias, sendo imprescíndivel que nos antecipemos a estes eventos prevendo o seu acontecimento num horizonte temporal pré-definido, permitindo actuar o mais cedo possível. É neste domínio que a presente dissertação tenta encontrar soluções para que a manutenção destes equipamentos aconteça de uma forma proactiva e o mais eficazmente possível. A ideia estruturante é a de tentar intervir ainda numa fase incipiente do problema, alterando o comportamento dos equipamentos monitorizados, de uma forma automática, com recursos a agentes inteligentes de diagnóstico de falhas. No caso em estudo tenta-se adaptar de forma automática o funcionamento de uma Unidade de Tratamento de Ar (UTA) aos desvios/anomalias detectadas, promovendo a paragem integral do sistema apenas como último recurso. A arquitectura aplicada baseia-se na utilização de técnicas de inteligência artificial, nomeadamente dos sistemas multiagente. O algoritmo utilizado e testado foi construído em Labview®, utilizando um kit de ferramentas de controlo inteligente para Labview®. O sistema proposto é validado através de um simulador com o qual se conseguem reproduzir as condições reais de funcionamento de uma UTA.

Nonlinear optimization method for short-term hydro scheduling considering head-dependency

This paper is on the problem of short-term hydro scheduling, particularly concerning head-dependent reservoirs under competitive environment. We propose a new nonlinear optimization method to consider hydroelectric power generation as a function of water discharge and also of the head. Head-dependency is considered on short-term hydro scheduling in order to obtain more realistic and feasible results. The proposed method has been applied successfully to solve a case study based on one of the main Portuguese cascaded hydro systems, providing a higher profit at a negligible additional computation time in comparison with a linear optimization method that ignores head-dependency.

GA topology optimization using random keys for tree encoding of structures

Topology optimization consists in finding the spatial distribution of a given total volume of material for the resulting structure to have some optimal property, for instance, maximization of structural stiffness or maximization of the fundamental eigenfrequency. In this paper a Genetic Algorithm (GA) employing a representation method based on trees is developed to generate initial feasible individuals that remain feasible upon crossover and mutation and as such do not require any repairing operator to ensure feasibility. Several application examples are studied involving the topology optimization of structures where the objective functions is the maximization of the stiffness and the maximization of the first and the second eigenfrequencies of a plate, all cases having a prescribed material volume constraint.