A formalization for multi-agent decision support in cooperative environments. A framework for situated agents

La tesis propone un marco de trabajo para el soporte de la toma de decisiones adecuado para soportar la ejecución distribuida de acciones cooperativas en entornos multi-agente dinámicos y complejos. Soporte para la toma de decisiones es un proceso que intenta mejorar la ejecución de la toma de decisiones en escenarios cooperativos. Este proceso ocurre continuamente en la vida diaria. Los humanos, por ejemplo, deben tomar decisiones acerca de que ropa usar, que comida comer, etc. En este sentido, un agente es definido como cualquier cosa que está situada en un entorno y que actúa, basado en su observación, su interpretación y su conocimiento acerca de su situación en tal entorno para lograr una acción en particular.Por lo tanto, para tomar decisiones, los agentes deben considerar el conocimiento que les permita ser consientes en que acciones pueden o no ejecutar. Aquí, tal proceso toma en cuenta tres parámetros de información con la intención de personificar a un agente en un entorno típicamente físico. Así, el mencionado conjunto de información es conocido como ejes de decisión, los cuales deben ser tomados por los agentes para decidir si pueden ejecutar correctamente una tarea propuesta por otro agente o humano. Los agentes, por lo tanto, pueden hacer mejores decisiones considerando y representando apropiadamente tal información. Los ejes de decisión, principalmente basados en: las condiciones ambientales, el conocimiento físico y el valor de confianza del agente, provee a los sistemas multi-agente un confiable razonamiento para alcanzar un factible y exitoso rendimiento cooperativo.Actualmente, muchos investigadores tienden a generar nuevos avances en la tecnología agente para incrementar la inteligencia, autonomía, comunicación y auto-adaptación en escenarios agentes típicamente abierto y distribuidos. En este sentido, esta investigación intenta contribuir en el desarrollo de un nuevo método que impacte tanto en las decisiones individuales como colectivas de los sistemas multi-agente. Por lo tanto, el marco de trabajo propuesto ha sido utilizado para implementar las acciones concretas involucradas en el campo de pruebas del fútbol robótico. Este campo emula los juegos de fútbol real, donde los agentes deben coordinarse, interactuar y cooperar entre ellos para solucionar tareas complejas dentro de un escenario dinámicamente cambiante y competitivo, tanto para manejar el diseño de los requerimientos involucrados en las tareas como para demostrar su efectividad en trabajos colectivos. Es así que los resultados obtenidos tanto en el simulador como en el campo real de experimentación, muestran que el marco de trabajo para el soporte de decisiones propuesto para agentes situados es capaz de mejorar la interacción y la comunicación, reflejando en un adecuad y confiable trabajo en equipo dentro de entornos impredecibles, dinámicos y competitivos. Además, los experimentos y resultados también muestran que la información seleccionada para generar los ejes de decisión para situar a los agentes, es útil cuando tales agentes deben ejecutar una acción o hacer un compromiso en cada momento con la intención de cumplir exitosamente un objetivo colectivo. Finalmente, algunas conclusiones enfatizando las ventajas y utilidades del trabajo propuesto en la mejora del rendimiento colectivo de los sistemas multi-agente en situaciones tales como tareas coordinadas y asignación de tareas son presentadas.

A proposal for the diagnosis of uncertain dynamic systems based on interval models

The performance of a model-based diagnosis system could be affected by several uncertainty sources, such as,model errors,uncertainty in measurements, and disturbances. This uncertainty can be handled by mean of interval models.The aim of this thesis is to propose a methodology for fault detection, isolation and identification based on interval models. The methodology includes some algorithms to obtain in an automatic way the symbolic expression of the residual generators enhancing the structural isolability of the faults, in order to design the fault detection tests. These algorithms are based on the structural model of the system. The stages of fault detection, isolation, and identification are stated as constraint satisfaction problems in continuous domains and solved by means of interval based consistency techniques. The qualitative fault isolation is enhanced by a reasoning in which the signs of the symptoms are derived from analytical redundancy relations or bond graph models of the system. An initial and empirical analysis regarding the differences between interval-based and statistical-based techniques is presented in this thesis. The performance and efficiency of the contributions are illustrated through several application examples, covering different levels of complexity.

Aplicació d'algoritmes genètics en l'optimització dels processos de fabricació del paper

La creciente preocupación y concienciación de la sociedad respecto el medio ambiente, y en consecuencia la legislación y regulaciones generadas inducen a la modificación de los procesos productivos existentes en la industria química. Las configuraciones iniciales deben modificarse para conseguir una mayor integración de procesos. Para este fin se han creado y desarrollado diferentes metodologías que deben facilitar la tarea a los responsables del rediseño. El desarrollo de una metodología y herramientas complementarias es el principal objetivo de la investigación aquí presentada, especialmente centrada en el desarrollo y la aplicación de una metodología de optimización de procesos. Esta metodología de optimización se aplica sobre configuraciones de proceso existentes y pretende encontrar nuevas configuraciones viables según los objetivos de optimización fijados. La metodología tiene dos partes diferenciadas: la primera se basa en un simulador de procesos comercial y la segunda es la técnica de optimización propiamente dicha. La metodología se inicia con la elaboración de una simulación convenientemente validada que reproduzca el proceso existente, en este caso una papelera no integrada que produce papel estucado de calidad, para impresión. A continuación la técnica de optimización realiza una búsqueda dentro del dominio de los posibles resultados, en busca de los mejores resultados que satisfazcan plenamente los objetivos planteados. Dicha técnica de optimización está basada en los algoritmos genéticos como herramienta de búsqueda, junto a un subprograma basado en técnicas de programación matemática para el cálculo de resultados. Un número reducido de resultados son finalmente escogidos y utilizados para modificar la simulación existente fijando la redistribución de los flujos del proceso. Los resultados de la simulación del proceso determinan en último caso la viabilidad técnica de cada reconfiguración planteada. En el proceso de optimización, los objetivos están definidos en una función objetivo dentro de la técnica de optimización. Dicha función rige la búsqueda de resultados. La función objetivo puede ser individual o una combinación de objetivos. En el presente caso, la función persigue una minimización del consumo de agua y una minimización de la pérdida de materia prima. La optimización se realiza bajo restricciones para alcanzar este objetivo combinado en forma de una solución de compromiso. Producto de la aplicación de esta metodología se han obtenido resultados interesantes que significan una mejora del cierre de circuitos y un ahorro de materia prima, sin comprometer al mismo tiempo la operabilidad del proceso producto ni la calidad del papel.

Automatic diagnosis of voltage disturbances in power distribution networks

This thesis proposes a framework for identifying the root-cause of a voltage disturbance, as well as, its source location (upstream/downstream) from the monitoring place. The framework works with three-phase voltage and current waveforms collected in radial distribution networks without distributed generation. Real-world and synthetic waveforms are used to test it. The framework involves features that are conceived based on electrical principles, and assuming some hypothesis on the analyzed phenomena. Features considered are based on waveforms and timestamp information. Multivariate analysis of variance and rule induction algorithms are applied to assess the amount of meaningful information explained by each feature, according to the root-cause of the disturbance and its source location. The obtained classification rates show that the proposed framework could be used for automatic diagnosis of voltage disturbances collected in radial distribution networks. Furthermore, the diagnostic results can be subsequently used for supporting power network operation, maintenance and planning.

Improvements in the ray tracing of implicit surfaces based on interval arithmetic

Las superfícies implícitas son útiles en muchas áreasde los gráficos por ordenador. Una de sus principales ventajas es que pueden ser fácilmente usadas como primitivas para modelado. Aun asi, no son muy usadas porque su visualización toma bastante tiempo. Cuando se necesita una visualización precisa, la mejor opción es usar trazado de rayos. Sin embargo, pequeñas partes de las superficies desaparecen durante la visualización. Esto ocurre por la truncación que se presenta en la representación en punto flotante de los ordenadores; algunos bits se puerden durante las operaciones matemáticas en los algoritmos de intersección. En este tesis se presentan algoritmos para solucionar esos problemas. La investigación se basa en el uso del Análisis Intervalar Modal el cual incluye herramientas para resolver problemas con incertidumbe cuantificada. En esta tesis se proporcionan los fundamentos matemáticos necesarios para el desarrollo de estos algoritmos.

Multi-objective optimization scheme for static and dynamic multicast flows

Muchas de las nuevas aplicaciones emergentes de Internet tales como TV sobre Internet, Radio sobre Internet,Video Streamming multi-punto, entre otras, necesitan los siguientes requerimientos de recursos: ancho de banda consumido, retardo extremo-a-extremo, tasa de paquetes perdidos, etc. Por lo anterior, es necesario formular una propuesta que especifique y provea para este tipo de aplicaciones los recursos necesarios para su buen funcionamiento. En esta tesis, proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo a través del uso de diferentes árboles de distribución para muchos flujos multicast. En este caso, estamos usando la aproximación de múltiples caminos para cada nodo egreso y de esta forma obtener la aproximación de múltiples árboles y a través de esta forma crear diferentes árboles multicast. Sin embargo, nuestra propuesta resuelve la fracción de la división del tráfico a través de múltiples árboles. La propuesta puede ser aplicada en redes MPLS estableciendo rutas explícitas en eventos multicast. En primera instancia, el objetivo es combinar los siguientes objetivos ponderados dentro de una métrica agregada: máxima utilización de los enlaces, cantidad de saltos, el ancho de banda total consumido y el retardo total extremo-a-extremo. Nosotros hemos formulado esta función multi-objetivo (modelo MHDB-S) y los resultados obtenidos muestran que varios objetivos ponderados son reducidos y la máxima utilización de los enlaces es minimizada. El problema es NP-duro, por lo tanto, un algoritmo es propuesto para optimizar los diferentes objetivos. El comportamiento que obtuvimos usando este algoritmo es similar al que obtuvimos con el modelo. Normalmente, durante la transmisión multicast los nodos egresos pueden salir o entrar del árbol y por esta razón en esta tesis proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo usando diferentes árboles para grupos multicast dinámicos. (en el cual los nodos egresos pueden cambiar durante el tiempo de vida de la conexión). Si un árbol multicast es recomputado desde el principio, esto podría consumir un tiempo considerable de CPU y además todas las comuicaciones que están usando el árbol multicast serán temporalmente interrumpida. Para aliviar estos inconvenientes, proponemos un modelo de optimización (modelo dinámico MHDB-D) que utilice los árboles multicast previamente computados (modelo estático MHDB-S) adicionando nuevos nodos egreso. Usando el método de la suma ponderada para resolver el modelo analítico, no necesariamente es correcto, porque es posible tener un espacio de solución no convexo y por esta razón algunas soluciones pueden no ser encontradas. Adicionalmente, otros tipos de objetivos fueron encontrados en diferentes trabajos de investigación. Por las razones mencionadas anteriormente, un nuevo modelo llamado GMM es propuesto y para dar solución a este problema un nuevo algoritmo usando Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivos es propuesto. Este algoritmo esta inspirado por el algoritmo Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Para dar una solución al caso dinámico con este modelo generalizado, nosotros hemos propuesto un nuevo modelo dinámico y una solución computacional usando Breadth First Search (BFS) probabilístico. Finalmente, para evaluar nuestro esquema de optimización propuesto, ejecutamos diferentes pruebas y simulaciones. Las principales contribuciones de esta tesis son la taxonomía, los modelos de optimización multi-objetivo para los casos estático y dinámico en transmisiones multicast (MHDB-S y MHDB-D), los algoritmos para dar solución computacional a los modelos. Finalmente, los modelos generalizados también para los casos estático y dinámico (GMM y GMM Dinámico) y las propuestas computacionales para dar slución usando MOEA y BFS probabilístico.

El paisaje cultural como paisaje dialógico: una arquitectura hacia el futuro

A partir de las teorías dialógicas de Mijaíl Bajtín, la Comunicación pretende demostrar que la calidad de las arquitecturas del futuro dependerá de la posibilidad de construir con ellas un paisaje cultural, definido en los términos del arquitecto Amos Rapoport, que consiga tener un valor estético, científico y ético, dialógicos. Esto, tanto respecto a las relaciones entre naturaleza y técnica como en cuanto a las posibles vinculaciones entre forma construida y comportamiento social. Los modernos algoritmos genéticos no deben escapar de esta disciplina general de evaluación dialógica, sin la cual, cualquier paisaje construido sería “automáticamente” arquitectura. Ello obliga, necesariamente, a una interacción entre disciplinas y a una formación interdisciplinar del arquitecto.

Identificação de hidroformas e hidromorfologias em zonas Costeiras arenosas utilizando técnicas de classificação de Imagem

A aplicação de metodologias inovadoras no estudo da zona costeira, como as Técnicas de Informação Geográfica (TIG), utilizando fotografia aérea e imagens de satélite de alta resolução espacial, é um assunto proeminente da investigação das áreas das Ciências Geo-Espaciais e da Engenharia Costeira. Um conjunto de fotografias aéreas, entre 1958 e 2002, foi analisado visualmente num ambiente de Sistemas de Informação Geográfica (SIG), com o objectivo de identificar hidroformas e hidromorfologias costeiras, no sector entre Esmoriz e Mira. Este trabalho tem como objectivo principal identificar e analisar formas/padrões morfológicas e hidrodinâmicos (hidroformas e hidromorfologias) recorrendo a algoritmos da classificação de imagem. Para alcançar esse objectivo foram aplicados diferentes métodos de classificação de imagem, nomeadamente técnicas de classificação supervisionada e não supervisionada, utilizando o software PCI Geomatica®. Foram testados diferentes algoritmos na classificação supervisionada, (paralelepípedo, distância mínima e máxima probabilidade) e na classificação não supervisionada, o K-médias e o ISODATA. Os algoritmos de classificação supervisionada apresentaram bons resultados, demonstrados pela precisão global e coeficiente Kappa, de 95.65% - 0.95661 e de 95.85% - 0.95840, para o método do paralelepípedo e para o método da máxima probabilidade respectivamente. Os algoritmos de classificação não supervisionada (K-médias e ISODATA) permitiram identificar várias classes, como por exemplo, praia, face da praia e zona de rebentação. Os resultados obtidos foram comparados (sobrepostos) com os da análise visual em ambiente SIG, mostrando uma boa concordância nas hidroformas e hidromorfologias identificadas.

Projecto e parametrização: uma torre evolutiva

A exposição directa de programas com ambientes user friendly, de fácil utilização e adaptação (não sendo necessário conhecimentos complementares de informática por parte da maioria dos seus utilizadores) resultou na inclusão das linguagens destes sistemas digitais na prática de arquitectura, gerando novas tendências e novos princípios no método de concepção individual. Esta implementação de novas técnicas de desenvolvimento revelam uma mudança de paradigma na arquitectura cuja introdução de desenhos assistidos por computador (CAD) no decorrer das fases de concepção de projecto, adoptam grande destaque, não só devido à facilidade de visualização de imagens, mas também à simplificação da modelação através de algoritmos e operações matemáticas complexas. Na actualidade, a crescente necessidade de independência destas aplicações restritiva, obriga o utilizador a procurar instrumentos mais flexíveis e personalizáveis . A presente dissertação desenvolve-se segundo a descrição do desenvolvimento de uma proposta de intervenção, cujo método procura explorar as potencialidades da parametrização através de manipuladores. Com a programação das variáveis e de constantes , o decorrer de processos como tentativa e erro, transmitem resultados não expectáveis, que através da selecção, podem justificar as decisões conceptuais.

Algunas demostraciones de incomputabilidad usando la técnica de diagonalización

Los supuestos fundamentales de la Teoría de la Computabilidad se establecieron antes de la aparición de los primeros ordenadores (a finales de los años 40), supuestos que muchos años de vertiginoso cambio no han conseguido alterar. Alan Mathison Turing demostró ya entonces que ningún ordenador, por muy potente que lo imaginemos, podría resolver algunas cuestiones. Estos problemas para los que no existe ningún algoritmo posible, los incomputables, no son excepcionales y hay un gran número de ellos entre los problemas que se plantean en torno al comportamiento de los programas. El problema de parada, es sin duda el miembro más conocido de esta familia: no existe un algoritmo para decidir con carácter general si un programa ciclará o no al recibir unos datos de entrada concretos. Para demostrar la incomputabilidad de un problema necesitamos un argumento lógico que certifique la inexistencia de algoritmo, o lo que es lo mismo, que pruebe que ninguno de los algoritmos existentes es capaz de resolver dicho problema. Tal argumento de carácter universal no suele ser sencillo de establecer, y normalmente suele estar relacionado con una demostración por reducción al absurdo. Existen distintas técnicas para lograr este objetivo. La técnica de diagonalización es la más básica de ellas, y resulta bastante conocida al no tratarse de una herramienta específica de la Informática Teórica. En este documento no se trata de explicar la técnica en sí, que se supone conocida, sino de ilustrarla con una colección de ejemplos de diferente grado de dificultad.

Técnicas básicas de computabilidad

La Teoría de la Computabilidad es una disciplina encuadrada en la Informática Teórica que tiene como objetivo establecer los límites lógicos que presentan los sistemas informáticos a la hora de resolver problemas mediante el diseño de algoritmos. Frente a las disciplinas y técnicas que día a día amplían el campo de aplicabilidad práctica de los computadores, esta teoría establece una serie de barreras insalvables por ninguna tecnología digital de procesamiento de la información. Los métodos propios de la Teoría de la Computabilidad pueden ser extraordinariamente complejos, sin embargo, existe un núcleo de resultados fundamentales que son abordables mediante técnicas más asequibles, y que tienen la virtud de reflejar razonablemente el concepto central de indecidibilidad computacional. Este informe incluye una descripción de los conceptos y técnicas que configuran ese núcleo básico de la Teoría. Su propósito es dar cuenta de la primera batería de resultados relacionados con la incomputabilidad de algunos problemas conocidos y relevantes en Informática. Los resultados se presentan utilizando como estándar de programación los programas-while, incluyéndose una explicación detallada y sistemática de la técnica de Diagonalización, además de resultados tan importantes como la tesis de Church-Turing, la función universal o el problema de parada.

El método de reducción en Teoría de la Computabilidad

La Teoría de la Computabilidad es una disciplina encuadrada en la Informática Teórica que tiene como objetivo establecer los límites lógicos que presentan los sistemas informáticos a la hora de resolver problemas mediante el diseño de algoritmos. Estos resultados proporcionan importantes herramientas que se utilizan para demostrar tanto la computabilidad como la incomputabilidad de muchas funciones relevantes. Los primeros problemas incomputables que se encontraron lo fueron allá por la década de los años 30. El problema de parada es el primer y más conocido ejemplo de problema no resoluble mediante técnicas algorítmicas: ningún ordenador, por muy potente que sea, puede anticipar el comportamiento de los programas en ejecución, y decidir de antemano si terminarán o no. Este problema nos proporciona un soporte intuitivo para anticipar la incomputabilidad de otros problemas relacionados y un procedimiento para resolverlos: el método de diagonalización. Sin embargo para determinados problemas también incomputables hay que recurrir a otros métodos. Este texto incluye una descripción de otra técnica básica de Teoría de la Computabilidad: la Reducción. La base del método estriba en demostrar que ciertos pares de problemas están fuertemente relacionados de modo que si el segundo tiene solución algorítmica entonces el primero debe tenerla necesariamente también. Esta relación se establece por medio de funciones transformadoras computables, que permiten convertir de manera automática las instancias positivas del primer problema en instancias positivas del segundo. Esta técnica se utiliza muy a menudo porque resulta comparativamente más sencilla que la diagonalización, ya que en general requiere menos esfuerzo para demostrar la incomputabilidad de un mismo problema.