A bi-objective weighted model for improving the discrimination power in MCDEA

Lack of discrimination power and poor weight dispersion remain major issues in Data Envelopment Analysis (DEA). Since the initial multiple criteria DEA (MCDEA) model developed in the late 1990s, only goal programming approaches; that is, the GPDEA-CCR and GPDEA-BCC were introduced for solving the said problems in a multi-objective framework. We found GPDEA models to be invalid and demonstrate that our proposed bi-objective multiple criteria DEA (BiO-MCDEA) outperforms the GPDEA models in the aspects of discrimination power and weight dispersion, as well as requiring less computational codes. An application of energy dependency among 25 European Union member countries is further used to describe the efficacy of our approach. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Optimization of pavement maintenance and rehabilitation programming using shuffled complex evolution algorithm

The major barrier to practical optimization of pavement preservation programming has always been that for formulations where the identity of individual projects is preserved, the solution space grows exponentially with the problem size to an extent where it can become unmanageable by the traditional analytical optimization techniques within reasonable limit. This has been attributed to the problem of combinatorial explosion that is, exponential growth of the number of combinations. The relatively large number of constraints often presents in a real-life pavement preservation programming problems and the trade-off considerations required between preventive maintenance, rehabilitation and reconstruction, present yet another factor that contributes to the solution complexity. In this research study, a new integrated multi-year optimization procedure was developed to solve network level pavement preservation programming problems, through cost-effectiveness based evolutionary programming analysis, using the Shuffled Complex Evolution (SCE) algorithm.^ A case study problem was analyzed to illustrate the robustness and consistency of the SCE technique in solving network level pavement preservation problems. The output from this program is a list of maintenance and rehabilitation treatment (M&R) strategies for each identified segment of the network in each programming year, and the impact on the overall performance of the network, in terms of the performance levels of the recommended optimal M&R strategy. ^ The results show that the SCE is very efficient and consistent in the simultaneous consideration of the trade-off between various pavement preservation strategies, while preserving the identity of the individual network segments. The flexibility of the technique is also demonstrated, in the sense that, by suitably coding the problem parameters, it can be used to solve several forms of pavement management programming problems. It is recommended that for large networks, some sort of decomposition technique should be applied to aggregate sections, which exhibit similar performance characteristics into links, such that whatever M&R alternative is recommended for a link can be applied to all the sections connected to it. In this way the problem size, and hence the solution time, can be greatly reduced to a more manageable solution space. ^ The study concludes that the robust search characteristics of SCE are well suited for solving the combinatorial problems in long-term network level pavement M&R programming and provides a rich area for future research. ^

Investigações sobre técnicas de arquivamento para otimizadores multiobjetivo

Multi-objective problems may have many optimal solutions, which together form the Pareto optimal set. A class of heuristic algorithms for those problems, in this work called optimizers, produces approximations of this optimal set. The approximation set kept by the optmizer may be limited or unlimited. The benefit of using an unlimited archive is to guarantee that all the nondominated solutions generated in the process will be saved. However, due to the large number of solutions that can be generated, to keep an archive and compare frequently new solutions to the stored ones may demand a high computational cost. The alternative is to use a limited archive. The problem that emerges from this situation is the need of discarding nondominated solutions when the archive is full. Some techniques were proposed to handle this problem, but investigations show that none of them can surely prevent the deterioration of the archives. This work investigates a technique to be used together with the previously proposed ideas in the literature to deal with limited archives. The technique consists on keeping discarded solutions in a secondary archive, and periodically recycle these solutions, bringing them back to the optimization. Three methods of recycling are presented. In order to verify if these ideas are capable to improve the archive content during the optimization, they were implemented together with other techniques from the literature. An computational experiment with NSGA-II, SPEA2, PAES, MOEA/D and NSGA-III algorithms, applied to many classes of problems is presented. The potential and the difficulties of the proposed techniques are evaluated based on statistical tests.

Investigações sobre técnicas de arquivamento para otimizadores multiobjetivo

Multi-objective problems may have many optimal solutions, which together form the Pareto optimal set. A class of heuristic algorithms for those problems, in this work called optimizers, produces approximations of this optimal set. The approximation set kept by the optmizer may be limited or unlimited. The benefit of using an unlimited archive is to guarantee that all the nondominated solutions generated in the process will be saved. However, due to the large number of solutions that can be generated, to keep an archive and compare frequently new solutions to the stored ones may demand a high computational cost. The alternative is to use a limited archive. The problem that emerges from this situation is the need of discarding nondominated solutions when the archive is full. Some techniques were proposed to handle this problem, but investigations show that none of them can surely prevent the deterioration of the archives. This work investigates a technique to be used together with the previously proposed ideas in the literature to deal with limited archives. The technique consists on keeping discarded solutions in a secondary archive, and periodically recycle these solutions, bringing them back to the optimization. Three methods of recycling are presented. In order to verify if these ideas are capable to improve the archive content during the optimization, they were implemented together with other techniques from the literature. An computational experiment with NSGA-II, SPEA2, PAES, MOEA/D and NSGA-III algorithms, applied to many classes of problems is presented. The potential and the difficulties of the proposed techniques are evaluated based on statistical tests.

Cogestion des ressources naturelles : une approche structurale pour quantifier la contribution des réseaux d'acteurs à la résilience des systèmes socio-écologiques

Alors que les activités anthropiques font basculer de nombreux écosystèmes vers des régimes fonctionnels différents, la résilience des systèmes socio-écologiques devient un problème pressant. Des acteurs locaux, impliqués dans une grande diversité de groupes — allant d’initiatives locales et indépendantes à de grandes institutions formelles — peuvent agir sur ces questions en collaborant au développement, à la promotion ou à l’implantation de pratiques plus en accord avec ce que l’environnement peut fournir. De ces collaborations répétées émergent des réseaux complexes, et il a été montré que la topologie de ces réseaux peut améliorer la résilience des systèmes socio-écologiques (SSÉ) auxquels ils participent. La topologie des réseaux d’acteurs favorisant la résilience de leur SSÉ est caractérisée par une combinaison de plusieurs facteurs : la structure doit être modulaire afin d’aider les différents groupes à développer et proposer des solutions à la fois plus innovantes (en réduisant l’homogénéisation du réseau), et plus proches de leurs intérêts propres ; elle doit être bien connectée et facilement synchronisable afin de faciliter les consensus, d’augmenter le capital social, ainsi que la capacité d’apprentissage ; enfin, elle doit être robuste, afin d’éviter que les deux premières caractéristiques ne souffrent du retrait volontaire ou de la mise à l’écart de certains acteurs. Ces caractéristiques, qui sont relativement intuitives à la fois conceptuellement et dans leur application mathématique, sont souvent employées séparément pour analyser les qualités structurales de réseaux d’acteurs empiriques. Cependant, certaines sont, par nature, incompatibles entre elles. Par exemple, le degré de modularité d’un réseau ne peut pas augmenter au même rythme que sa connectivité, et cette dernière ne peut pas être améliorée tout en améliorant sa robustesse. Cet obstacle rend difficile la création d’une mesure globale, car le niveau auquel le réseau des acteurs contribue à améliorer la résilience du SSÉ ne peut pas être la simple addition des caractéristiques citées, mais plutôt le résultat d’un compromis subtil entre celles-ci. Le travail présenté ici a pour objectifs (1), d’explorer les compromis entre ces caractéristiques ; (2) de proposer une mesure du degré auquel un réseau empirique d’acteurs contribue à la résilience de son SSÉ ; et (3) d’analyser un réseau empirique à la lumière, entre autres, de ces qualités structurales. Cette thèse s’articule autour d’une introduction et de quatre chapitres numérotés de 2 à 5. Le chapitre 2 est une revue de la littérature sur la résilience des SSÉ. Il identifie une série de caractéristiques structurales (ainsi que les mesures de réseaux qui leur correspondent) liées à l’amélioration de la résilience dans les SSÉ. Le chapitre 3 est une étude de cas sur la péninsule d’Eyre, une région rurale d’Australie-Méridionale où l’occupation du sol, ainsi que les changements climatiques, contribuent à l’érosion de la biodiversité. Pour cette étude de cas, des travaux de terrain ont été effectués en 2010 et 2011 durant lesquels une série d’entrevues a permis de créer une liste des acteurs de la cogestion de la biodiversité sur la péninsule. Les données collectées ont été utilisées pour le développement d’un questionnaire en ligne permettant de documenter les interactions entre ces acteurs. Ces deux étapes ont permis la reconstitution d’un réseau pondéré et dirigé de 129 acteurs individuels et 1180 relations. Le chapitre 4 décrit une méthodologie pour mesurer le degré auquel un réseau d’acteurs participe à la résilience du SSÉ dans lequel il est inclus. La méthode s’articule en deux étapes : premièrement, un algorithme d’optimisation (recuit simulé) est utilisé pour fabriquer un archétype semi-aléatoire correspondant à un compromis entre des niveaux élevés de modularité, de connectivité et de robustesse. Deuxièmement, un réseau empirique (comme celui de la péninsule d’Eyre) est comparé au réseau archétypique par le biais d’une mesure de distance structurelle. Plus la distance est courte, et plus le réseau empirique est proche de sa configuration optimale. La cinquième et dernier chapitre est une amélioration de l’algorithme de recuit simulé utilisé dans le chapitre 4. Comme il est d’usage pour ce genre d’algorithmes, le recuit simulé utilisé projetait les dimensions du problème multiobjectif dans une seule dimension (sous la forme d’une moyenne pondérée). Si cette technique donne de très bons résultats ponctuellement, elle n’autorise la production que d’une seule solution parmi la multitude de compromis possibles entre les différents objectifs. Afin de mieux explorer ces compromis, nous proposons un algorithme de recuit simulé multiobjectifs qui, plutôt que d’optimiser une seule solution, optimise une surface multidimensionnelle de solutions. Cette étude, qui se concentre sur la partie sociale des systèmes socio-écologiques, améliore notre compréhension des structures actorielles qui contribuent à la résilience des SSÉ. Elle montre que si certaines caractéristiques profitables à la résilience sont incompatibles (modularité et connectivité, ou — dans une moindre mesure — connectivité et robustesse), d’autres sont plus facilement conciliables (connectivité et synchronisabilité, ou — dans une moindre mesure — modularité et robustesse). Elle fournit également une méthode intuitive pour mesurer quantitativement des réseaux d’acteurs empiriques, et ouvre ainsi la voie vers, par exemple, des comparaisons d’études de cas, ou des suivis — dans le temps — de réseaux d’acteurs. De plus, cette thèse inclut une étude de cas qui fait la lumière sur l’importance de certains groupes institutionnels pour la coordination des collaborations et des échanges de connaissances entre des acteurs aux intérêts potentiellement divergents.

Discrete-event Simulation and Optimization to Improve the Performance of a Healthcare System

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Cogestion des ressources naturelles : une approche structurale pour quantifier la contribution des réseaux d'acteurs à la résilience des systèmes socio-écologiques

Alors que les activités anthropiques font basculer de nombreux écosystèmes vers des régimes fonctionnels différents, la résilience des systèmes socio-écologiques devient un problème pressant. Des acteurs locaux, impliqués dans une grande diversité de groupes — allant d’initiatives locales et indépendantes à de grandes institutions formelles — peuvent agir sur ces questions en collaborant au développement, à la promotion ou à l’implantation de pratiques plus en accord avec ce que l’environnement peut fournir. De ces collaborations répétées émergent des réseaux complexes, et il a été montré que la topologie de ces réseaux peut améliorer la résilience des systèmes socio-écologiques (SSÉ) auxquels ils participent. La topologie des réseaux d’acteurs favorisant la résilience de leur SSÉ est caractérisée par une combinaison de plusieurs facteurs : la structure doit être modulaire afin d’aider les différents groupes à développer et proposer des solutions à la fois plus innovantes (en réduisant l’homogénéisation du réseau), et plus proches de leurs intérêts propres ; elle doit être bien connectée et facilement synchronisable afin de faciliter les consensus, d’augmenter le capital social, ainsi que la capacité d’apprentissage ; enfin, elle doit être robuste, afin d’éviter que les deux premières caractéristiques ne souffrent du retrait volontaire ou de la mise à l’écart de certains acteurs. Ces caractéristiques, qui sont relativement intuitives à la fois conceptuellement et dans leur application mathématique, sont souvent employées séparément pour analyser les qualités structurales de réseaux d’acteurs empiriques. Cependant, certaines sont, par nature, incompatibles entre elles. Par exemple, le degré de modularité d’un réseau ne peut pas augmenter au même rythme que sa connectivité, et cette dernière ne peut pas être améliorée tout en améliorant sa robustesse. Cet obstacle rend difficile la création d’une mesure globale, car le niveau auquel le réseau des acteurs contribue à améliorer la résilience du SSÉ ne peut pas être la simple addition des caractéristiques citées, mais plutôt le résultat d’un compromis subtil entre celles-ci. Le travail présenté ici a pour objectifs (1), d’explorer les compromis entre ces caractéristiques ; (2) de proposer une mesure du degré auquel un réseau empirique d’acteurs contribue à la résilience de son SSÉ ; et (3) d’analyser un réseau empirique à la lumière, entre autres, de ces qualités structurales. Cette thèse s’articule autour d’une introduction et de quatre chapitres numérotés de 2 à 5. Le chapitre 2 est une revue de la littérature sur la résilience des SSÉ. Il identifie une série de caractéristiques structurales (ainsi que les mesures de réseaux qui leur correspondent) liées à l’amélioration de la résilience dans les SSÉ. Le chapitre 3 est une étude de cas sur la péninsule d’Eyre, une région rurale d’Australie-Méridionale où l’occupation du sol, ainsi que les changements climatiques, contribuent à l’érosion de la biodiversité. Pour cette étude de cas, des travaux de terrain ont été effectués en 2010 et 2011 durant lesquels une série d’entrevues a permis de créer une liste des acteurs de la cogestion de la biodiversité sur la péninsule. Les données collectées ont été utilisées pour le développement d’un questionnaire en ligne permettant de documenter les interactions entre ces acteurs. Ces deux étapes ont permis la reconstitution d’un réseau pondéré et dirigé de 129 acteurs individuels et 1180 relations. Le chapitre 4 décrit une méthodologie pour mesurer le degré auquel un réseau d’acteurs participe à la résilience du SSÉ dans lequel il est inclus. La méthode s’articule en deux étapes : premièrement, un algorithme d’optimisation (recuit simulé) est utilisé pour fabriquer un archétype semi-aléatoire correspondant à un compromis entre des niveaux élevés de modularité, de connectivité et de robustesse. Deuxièmement, un réseau empirique (comme celui de la péninsule d’Eyre) est comparé au réseau archétypique par le biais d’une mesure de distance structurelle. Plus la distance est courte, et plus le réseau empirique est proche de sa configuration optimale. La cinquième et dernier chapitre est une amélioration de l’algorithme de recuit simulé utilisé dans le chapitre 4. Comme il est d’usage pour ce genre d’algorithmes, le recuit simulé utilisé projetait les dimensions du problème multiobjectif dans une seule dimension (sous la forme d’une moyenne pondérée). Si cette technique donne de très bons résultats ponctuellement, elle n’autorise la production que d’une seule solution parmi la multitude de compromis possibles entre les différents objectifs. Afin de mieux explorer ces compromis, nous proposons un algorithme de recuit simulé multiobjectifs qui, plutôt que d’optimiser une seule solution, optimise une surface multidimensionnelle de solutions. Cette étude, qui se concentre sur la partie sociale des systèmes socio-écologiques, améliore notre compréhension des structures actorielles qui contribuent à la résilience des SSÉ. Elle montre que si certaines caractéristiques profitables à la résilience sont incompatibles (modularité et connectivité, ou — dans une moindre mesure — connectivité et robustesse), d’autres sont plus facilement conciliables (connectivité et synchronisabilité, ou — dans une moindre mesure — modularité et robustesse). Elle fournit également une méthode intuitive pour mesurer quantitativement des réseaux d’acteurs empiriques, et ouvre ainsi la voie vers, par exemple, des comparaisons d’études de cas, ou des suivis — dans le temps — de réseaux d’acteurs. De plus, cette thèse inclut une étude de cas qui fait la lumière sur l’importance de certains groupes institutionnels pour la coordination des collaborations et des échanges de connaissances entre des acteurs aux intérêts potentiellement divergents.

Algoritmos construtivos para treino de redes neuronais b-spline

Dissertação de mest. em Engenharia de Sistemas e Computação - Área de Sistemas de Controlo, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ.do Algarve, 2001

Strategic Optimization Techniques For FRTU Deployment and Chip Physical Design

Combinatorial optimization is a complex engineering subject. Although formulation often depends on the nature of problems that differs from their setup, design, constraints, and implications, establishing a unifying framework is essential. This dissertation investigates the unique features of three important optimization problems that can span from small-scale design automation to large-scale power system planning: (1) Feeder remote terminal unit (FRTU) planning strategy by considering the cybersecurity of secondary distribution network in electrical distribution grid, (2) physical-level synthesis for microfluidic lab-on-a-chip, and (3) discrete gate sizing in very-large-scale integration (VLSI) circuit. First, an optimization technique by cross entropy is proposed to handle FRTU deployment in primary network considering cybersecurity of secondary distribution network. While it is constrained by monetary budget on the number of deployed FRTUs, the proposed algorithm identi?es pivotal locations of a distribution feeder to install the FRTUs in different time horizons. Then, multi-scale optimization techniques are proposed for digital micro?uidic lab-on-a-chip physical level synthesis. The proposed techniques handle the variation-aware lab-on-a-chip placement and routing co-design while satisfying all constraints, and considering contamination and defect. Last, the first fully polynomial time approximation scheme (FPTAS) is proposed for the delay driven discrete gate sizing problem, which explores the theoretical view since the existing works are heuristics with no performance guarantee. The intellectual contribution of the proposed methods establishes a novel paradigm bridging the gaps between professional communities.

Development of a Computer-Based methodology for tolerance selection and optimization applied to the automotive sector

The design optimization of industrial products has always been an essential activity to improve product quality while reducing time-to-market and production costs. Although cost management is very complex and comprises all phases of the product life cycle, the control of geometrical and dimensional variations, known as Dimensional Management (DM), allows compliance with product and process requirements. Hence, the tolerance-cost optimization becomes the main practice to provide an effective application of Design for Tolerancing (DfT) and Design to Cost (DtC) approaches by enabling a connection between product tolerances and associated manufacturing costs. However, despite the growing interest in this topic, a profitable application in the industry of these techniques is hampered by their complexity: the definition of a systematic framework is the key element to improving design optimization, enhancing the concurrent use of Computer-Aided tools and Model-Based Definition (MBD) practices. The present doctorate research aims to define and develop an integrated methodology for product/process design optimization, to better exploit the new capabilities of advanced simulations and tools. By implementing predictive models and multi-disciplinary optimization, a Computer-Aided Integrated framework for tolerance-cost optimization has been proposed to allow the integration of DfT and DtC approaches and their direct application for the design of automotive components. Several case studies have been considered, with the final application of the integrated framework on a high-performance V12 engine assembly, to achieve both functional targets and cost reduction. From a scientific point of view, the proposed methodology provides an improvement for the tolerance-cost optimization of industrial components. The integration of theoretical approaches and Computer-Aided tools allows to analyse the influence of tolerances on both product performance and manufacturing costs. The case studies proved the suitability of the methodology for its application in the industrial field, providing the identification of further areas for improvement and refinement.

High power density electrical machines with hairpin windings

Nowadays, electrical machines are seeing an ever-increasing development and extensive research is currently being dedicated to the improvement of their efficiency and torque/power density. Compared to conventional random windings, hairpin winding inherently features lower DC resistance, higher fill factor, better thermal performance, improved reliability, and an automated manufacturing process. However, several challenges need to be addressed, including electromagnetic, thermal, and manufacturing aspects. Of these, the high ohmic losses at high-frequency operations due to skin and proximity effects are the most severe, resulting in low efficiency or high-temperature values. In this work, the hairpin winding challenges were highlighted at high-frequency operations and at showing the limits of applicability of these standard approaches. Afterward, a multi-objective design optimization is proposed aiming to enhance the exploitation of the hairpin technology in electrical machines. Efficiency and volume power density are considered as main design objectives. Subsequently, a changing paradigm is made for the design of electric motors equipped with hairpin windings, where it is proven that a temperature-oriented approach would be beneficial when designing this type of pre-formed winding. Furthermore, the effect of the rotor topology on AC losses is also considered. After providing design recommendations and FE electromagnetic and thermal evaluations, experimental tests are also performed for validation purposes on a motorette wound with pre-formed conductors. The results show that operating the machine at higher temperatures could be beneficial to efficiency, particularly in high-frequency operations where AC losses are higher at low operating temperatures. The last part of the thesis focuses on comparing the main electromagnetic performance metrics for a conventional hairpin winding, wound onto a benchmark stator with a semi-closed slot opening design, and a continuous hairpin winding, in which the slot opening is open. Lastly, the adoption of semi-magnetic slot wedges is investigated to improve the overall performance of the motor.

A decision support process to compare Riparian revegetation options in Scheu Creek catchment in North Queensland

While riparian vegetation can play a major role in protecting land, water and natural habitat in catchments, there are high costs associated with tree planting and establishment and in diverting land from cropping. The distribution of costs and benefits of riparian revegetation creates conflicts in the objectives of various stakeholder groups. Multicriteria analysis provides an appropriate tool to evaluate alternative riparian revegetation options, and to accommodate the conflicting views of various stakeholder groups. This paper discusses an application of multicriteria analysis in an evaluation of riparian revegetation policy options for Scheu Creek, a small sub-catchment in the Johnstone River catchment in north Queensland, Australia. Clear differences are found in the rankings of revegetation options for different stakeholder groups with respect to environmental, social and economic impacts. Implementation of a revegetation option will involve considerable cost for landholders for the benefits of society. Queensland legislation does not provide a means to require farmers to implement riparian revegetation, hence the need for subsidies, tau incentives and moral suasion. (C) 2001 Academic Press.

Unit Commitment in a Competitive and Emission Constrained Environment

This paper is on the unit commitment problem, considering not only the economic perspective, but also the environmental perspective. We propose a bi-objective approach to handle the problem with conflicting profit and emission objectives. Numerical results based on the standard IEEE 30-bus test system illustrate the proficiency of the proposed approach.

Optimal design for active damping in sandwich structures using the Direct MultiSearch method

This paper addresses the problem of optimal positioning of surface bonded piezoelectric patches in sandwich plates with viscoelastic core and laminated face layers. The objective is to maximize a set of modal loss factors for a given frequency range using multiobjective topology optimization. Active damping is introduced through co-located negative velocity feedback control. The multiobjective topology optimization problem is solved using the Direct MultiSearch Method. An application to a simply supported sandwich plate is presented with results for the maximization of the first six modal loss factors. The influence of the finite element mesh is analyzed and the results are, to some extent, compared with those obtained using alternative single objective optimization. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Optimal design for active damping in sandwich structures using the Direct MultiSearch method

This paper addresses the problem of optimal positioning of surface bonded piezoelectric patches in sandwich plates with viscoelastic core and laminated face layers. The objective is to maximize a set of modal loss factors for a given frequency range using multiobjective topology optimization. Active damping is introduced through co-located negative velocity feedback control. The multiobjective topology optimization problem is solved using the Direct MultiSearch Method. An application to a simply supported sandwich plate is presented with results for the maximization of the first six modal loss factors. The influence of the finite element mesh is analyzed and the results are, to some extent, compared with those obtained using alternative single objective optimization.