Algoritmos inteligentes de baixa complexidade

A domótica é uma área com grande interesse e margem de exploração, que pretende alcançar a gestão automática e autónoma de recursos habitacionais, proporcionando um maior conforto aos utilizadores. Para além disso, cada vez mais se procuram incluir benefícios económicos e ambientais neste conceito, por forma a garantir um futuro sustentável. O aquecimento de água (por meios elétricos) é um dos fatores que mais contribui para o consumo de energia total de uma residência. Neste enquadramento surge o tema “algoritmos inteligentes de baixa complexidade”, com origem numa parceria entre o Departamento de Eletrónica, Telecomunicações e Informática (DETI) da Universidade de Aveiro e a Bosch Termotecnologia SA, que visa o desenvolvimento de algoritmos ditos “inteligentes”, isto é, com alguma capacidade de aprendizagem e funcionamento autónomo. Os algoritmos devem ser adaptados a unidades de processamento de 8 bits para equipar pequenos aparelhos domésticos, mais propriamente tanques de aquecimento elétrico de água. Uma porção do desafio está, por isso, relacionada com as restrições computacionais de microcontroladores de 8 bits. No caso específico deste trabalho, foi determinada a existência de sensores de temperatura da água no tanque como a única fonte de informação externa aos algoritmos, juntamente com parâmetros pré-definidos pelo utilizador que estabelecem os limiares de temperatura máxima e mínima da água. Partindo deste princípio, os algoritmos desenvolvidos baseiam-se no perfil de consumo de água quente, observado ao longo de cada semana, para tentar prever futuras tiragens de água e, consequentemente, agir de forma adequada, adiantando ou adiando o aquecimento da água do tanque. O objetivo é alcançar uma gestão vantajosa entre a economia de energia e o conforto do utilizador (água quente), isto sem que exista necessidade de intervenção direta por parte do utilizador final. A solução prevista inclui também o desenvolvimento de um simulador que permite observar, avaliar e comparar o desempenho dos algoritmos desenvolvidos.

Introdução a algoritmos: visão geral

A videoaula traz uma visão geral, conceitos e principais características dos algorítimos computacionais. Algoritmos correspondem a uma sequencia finita de ações que, quando executadas, levam à solução de um problema em um tempo finito. A partir de um problema, passa-se pela aplicação de uma sequência de ações e no final o problema é resolvido. Algoritmos possuem como características a execução sequencial das instruções; cada instrução é executada por completo antes de se proceder para a próxima, não sendo ambíguas e dependentes de interpretação.

Otimização do controle eletrônico do diagrama de radiação de arranjos de antenas usando algoritmos genéticos com codificação real

Antenna arrays are able to provide high and controlled directivity, which are suitable for radiobase stations, radar systems, and point-to-point or satellite links. The optimization of an array design is usually a hard task because of the non-linear characteristic of multiobjective, requiring the application of numerical techniques, such as genetic algorithms. Therefore, in order to optimize the electronic control of the antenna array radiation pattem through genetic algorithms in real codification, it was developed a numerical tool which is able to positioning the array major lobe, reducing the side lobe levels, canceling interference signals in specific directions of arrival, and improving the antenna radiation performance. This was accomplished by using antenna theory concepts and optimization methods, mainly genetic algorithms ones, allowing to develop a numerical tool with creative genes codification and crossover rules, which is one of the most important contribution of this work. The efficiency of the developed genetic algorithm tool is tested and validated in several antenna and propagation applications. 11 was observed that the numerical results attend the specific requirements, showing the developed tool ability and capacity to handle the considered problems, as well as a great perspective for application in future works.

Implementação de rotinas computacionais básicas para cabeça estéreo robótica

O Laboratório de Sistemas Inteligentes do Departamento de Engenharia de Computação e Automação da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN -tem como um de seus projetos de pesquisa -Robosense -a construção de uma plataforma robótica móvel. Trata-se de um robô provido de duas rodas, acionadas de forma diferencial, dois braços, com 5 graus de liberdade cada, um cinturão de sonares e uma cabeça estéreo. Como objetivo principal do projeto Robosense, o robô deverá ser capaz de navegar por todo o prédio do LECA, desviando de obstáculos. O sistema de navegação do robô, responsável pela geração e seguimento de rotas, atuará em malha fechada. Ou seja, sensores serão utilizados pelo sistema com o intuito de informar ao robô a sua pose atual, incluindo localização e a configuração de seus recursos. Encoders (sensores especiais de rotação) foram instalados nas rodas, bem como em todos os motores dos dois braços da cabeça estéreo. Sensores de fim-de-curso foram instalados em todas as juntas da cabeça estéreo para que seja possível sua pré-calibração. Sonares e câmeras também farão parte do grupo de sensores utilizados no projeto. O robô contará com uma plataforma composta por, a princípio, dois computadores ligados a um barramento único para uma operação em tempo real, em paralelo. Um deles será responsável pela parte de controle dos braços e de sua navegação, tomando como base as informações recebidas dos sensores das rodas e dos próximos objetivos do robô. O outro computador processará todas as informações referentes à cabeça estéreo do robô, como as imagens recebidas das câmeras. A utilização de técnicas de imageamento estéreo torna-se necessária, pois a informação de uma única imagem não determina unicamente a posição de um dado ponto correspondente no mundo. Podemos então, através da utilização de duas ou mais câmeras, recuperar a informação de profundidade da cena. A cabeça estéreo proposta nada mais é que um artefato físico que deve dar suporte a duas câmeras de vídeo, movimentá-las seguindo requisições de programas (softwares) apropriados e ser capaz de fornecer sua pose atual. Fatores como velocidade angular de movimentação das câmeras, precisão espacial e acurácia são determinantes para o eficiente resultado dos algoritmos que nesses valores se baseiam

Desenvolvimento de chatterbots educacionais: um estudo de caso voltado ao ensino de algoritmos

In development of Synthetic Agents for Education, the doubt still resides about what would be a behavior that could be considered, in fact, plausible for this agent's type, which can be considered as effective on the transmission of the knowledge by the agent and the function of emotions this process. The purpose of this labor has an investigative nature in an attempt to discover what aspects are important for this behavior consistent and practical development of a chatterbot with the function of virtual tutor, within the context of learning algorithms. In this study, we explained the agents' basics, Intelligent Tutoring Systems, bots, chatterbots and how these systems need to provide credibility to report on their behavior. Models of emotions, personality and humor to computational agents are also covered, as well as previous studies by other researchers at the area. After that, the prototype is detailed, the research conducted, a summary of results achieved, the architectural model of the system, vision of computing and macro view of the features implemented.

Uma análise experimental de algoritmos exatos aplicados ao problema da árvore geradora multiobjetivo

The Multiobjective Spanning Tree Problem is NP-hard and models applications in several areas. This research presents an experimental analysis of different strategies used in the literature to develop exact algorithms to solve the problem. Initially, the algorithms are classified according to the approaches used to solve the problem. Features of two or more approaches can be found in some of those algorithms. The approaches investigated here are: the two-stage method, branch-and-bound, k-best and the preference-based approach. The main contribution of this research lies in the fact that no research was presented to date reporting a systematic experimental analysis of exact algorithms for the Multiobjective Spanning Tree Problem. Therefore, this work can be a basis for other research that deal with the same problem. The computational experiments compare the performance of algorithms regarding processing time, efficiency based on the number of objectives and number of solutions found in a controlled time interval. The analysis of the algorithms was performed for known instances of the problem, as well as instances obtained from a generator commonly used in the literature

Algoritmos para geração de referências, inicialização e proteção de um condicionador unificado de qualidade de energia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Algoritmos de alinhamento múltiplo e técnicas de otimização para esses algoritmos utilizando Ant Colony

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Otimização de controladores utilizando algoritmos genéticos para melhoria da capacidade de sobrevivência a afundamentos de tensão de aerogeradores de indução duplamente excitados

Na presente tese propõe-se uma metodologia de ajuste ótimo dos controladores do conversor interligado ao rotor de aerogeradores de indução duplamente excitados (DFIG), utilizando algoritmos genéticos (AG), com o objetivo de melhorar a segurança e a robustez do sistema elétrico de potência, permitindo que os aerogeradores DFIG participem da gestão técnica do sistema. Para garantir este objetivo, é utilizada uma estratégia de proteção do tipo “crow-bar” durante a falta, mantendo o conversor interligado ao rotor conectado à máquina. Imediatamente após a eliminação da falta, o “crow-bar” é desativado, e simultaneamente os controladores ótimos do conversor interligado ao rotor são acionados, previamente ajustados pelo AG, a fim de melhorar a capacidade de sobrevivência a afundamentos de tensão “ridethrough capability” e a margem de estabilidade global do sistema elétrico. Para validação da metodologia ótima desenvolvida foram realizadas simulações computacionais utilizando uma rede elétrica real, em três condições operacionais distintas.

Desenvolvimento de solução para o problema de alocação de navios em berços de terminais portuários: aplicação de algoritmos genéticos e otimização por nuvens de partículas

This work proposes two optimization algorithms for the solution of the Berth Allocation Problem (PAB). Due to the economic development of the country, it became necessary for the improvement of means of transport, which mainly shipping. For this, you need a better system management port, you will receive a lot of ships carrying cargo. In this work the PAB is approached so that the goals are to reduce costs and time handling in ports. For this, we applied two computational techniques, genetic algorithms and optimization for cloud particles, to obtain the best results for this problem. The results obtained with each type of algorithm are compared to conclude which method is more efficient for the port system

Modelos matemáticos e computacionais em dengue

This work was developed starting the study of traditionals mathematical models that describe the epidemiology of infectious díseases by direct or indirect transmission. We did the classical approach of equilibrium solutions search, its analysis of stability analytically and by numerical solutions. After, we applied these techniques in a compartimental model of Dengue transmission that consider the mosquito population (susceptible vector Vs and 'infected vector VI), human population (suseeptíble humans S, infected humans I and recovered humans R) and just one sorotype floating in this population. We found the equilibrium solutions and from their analises, it was possible find the reprodution rate of dísease and which define if the disease will be endemic or not in the population.- ext, we used the method described a..~, [1] to study the infíuence of seasonalíty at vírus transmission, when it just acts on one of rates related with the vector. Lastly, we made de modeling considering the periodicity of alI rates, thereby building, a modeI with temporal dependence that permits to study periodicity of transmission through of the approach of parametrical ressonance and genetic algorithm

Algoritmos de aprendizado semi-supervisionado baseados em grafos aplicados na bioinformática

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Formulações e algoritmos para o problema das p-medianas heterogêneo livre de penalidade

This work presents a new model for the Heterogeneous p-median Problem (HPM), proposed to recover the hidden category structures present in the data provided by a sorting task procedure, a popular approach to understand heterogeneous individual’s perception of products and brands. This new model is named as the Penalty-free Heterogeneous p-median Problem (PFHPM), a single-objective version of the original problem, the HPM. The main parameter in the HPM is also eliminated, the penalty factor. It is responsible for the weighting of the objective function terms. The adjusting of this parameter controls the way that the model recovers the hidden category structures present in data, and depends on a broad knowledge of the problem. Additionally, two complementary formulations for the PFHPM are shown, both mixed integer linear programming problems. From these additional formulations lower-bounds were obtained for the PFHPM. These values were used to validate a specialized Variable Neighborhood Search (VNS) algorithm, proposed to solve the PFHPM. This algorithm provided good quality solutions for the PFHPM, solving artificial generated instances from a Monte Carlo Simulation and real data instances, even with limited computational resources. Statistical analyses presented in this work suggest that the new algorithm and model, the PFHPM, can recover more accurately the original category structures related to heterogeneous individual’s perceptions than the original model and algorithm, the HPM. Finally, an illustrative application of the PFHPM is presented, as well as some insights about some new possibilities for it, extending the new model to fuzzy environments

Distribuição de derivados de petróleo por redes de polidutos: uma abordagem através de algoritmos evolucionários híbridos para um problema triobjetivo

An important problem faced by the oil industry is to distribute multiple oil products through pipelines. Distribution is done in a network composed of refineries (source nodes), storage parks (intermediate nodes), and terminals (demand nodes) interconnected by a set of pipelines transporting oil and derivatives between adjacent areas. Constraints related to storage limits, delivery time, sources availability, sending and receiving limits, among others, must be satisfied. Some researchers deal with this problem under a discrete viewpoint in which the flow in the network is seen as batches sending. Usually, there is no separation device between batches of different products and the losses due to interfaces may be significant. Minimizing delivery time is a typical objective adopted by engineers when scheduling products sending in pipeline networks. However, costs incurred due to losses in interfaces cannot be disregarded. The cost also depends on pumping expenses, which are mostly due to the electricity cost. Since industrial electricity tariff varies over the day, pumping at different time periods have different cost. This work presents an experimental investigation of computational methods designed to deal with the problem of distributing oil derivatives in networks considering three minimization objectives simultaneously: delivery time, losses due to interfaces and electricity cost. The problem is NP-hard and is addressed with hybrid evolutionary algorithms. Hybridizations are mainly focused on Transgenetic Algorithms and classical multi-objective evolutionary algorithm architectures such as MOEA/D, NSGA2 and SPEA2. Three architectures named MOTA/D, NSTA and SPETA are applied to the problem. An experimental study compares the algorithms on thirty test cases. To analyse the results obtained with the algorithms Pareto-compliant quality indicators are used and the significance of the results evaluated with non-parametric statistical tests.

PREDIÇÃO DE LINKS EM REDES SOCIAIS ACADÊMICAS: UMA ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS DA REDE NA EFICÁCIA DOS ALGORITMOS BASEADOS NA TOPOLOGIA

A predição de links em redes sociais tem sido objeto de estudo em um crescente número de artigos científicos e comerciais devido à grande oferta de bases de dados com representações das relações entre pessoas e também devido à facilidade de acesso a recursos computacionais para análise dessas redes. Prever conexões em redes sociais acadêmicas contribui para o crescimento científico, facilitando a colaboração entre pesquisadores com potencial de contribuição mútua. Este trabalho busca identificar as características das redes levam a uma maior eficiência na predição de links feita por algoritmos baseados na topologia. As características serão isoladas conjuntos de dados e alguns experimentos serão repetidos com diferentes algoritmos para buscar identificar tendências. As análises feitas neste trabalho poderão ajudar a compreender melhor a dinâmica das redes sociais acadêmicas e também contribuir na escolha dos melhores algoritmos de predição de link para cada tipo de rede social.