Fuzzy ART: An Adaptive Resonance Algorithm for Rapid, Stable Classification of Analog Patterns

The Fuzzy ART system introduced herein incorporates computations from fuzzy set theory into ART 1. For example, the intersection (n) operator used in ART 1 learning is replaced by the MIN operator (A) of fuzzy set theory. Fuzzy ART reduces to ART 1 in response to binary input vectors, but can also learn stable categories in response to analog input vectors. In particular, the MIN operator reduces to the intersection operator in the binary case. Learning is stable because all adaptive weights can only decrease in time. A preprocessing step, called complement coding, uses on-cell and off-cell responses to prevent category proliferation. Complement coding normalizes input vectors while preserving the amplitudes of individual feature activations.

Fuzzy ART: Fast Stable Learning and Categorization of Analog Patterns by an Adaptive Resonance System

A Fuzzy ART model capable of rapid stable learning of recognition categories in response to arbitrary sequences of analog or binary input patterns is described. Fuzzy ART incorporates computations from fuzzy set theory into the ART 1 neural network, which learns to categorize only binary input patterns. The generalization to learning both analog and binary input patterns is achieved by replacing appearances of the intersection operator (n) in AHT 1 by the MIN operator (Λ) of fuzzy set theory. The MIN operator reduces to the intersection operator in the binary case. Category proliferation is prevented by normalizing input vectors at a preprocessing stage. A normalization procedure called complement coding leads to a symmetric theory in which the MIN operator (Λ) and the MAX operator (v) of fuzzy set theory play complementary roles. Complement coding uses on-cells and off-cells to represent the input pattern, and preserves individual feature amplitudes while normalizing the total on-cell/off-cell vector. Learning is stable because all adaptive weights can only decrease in time. Decreasing weights correspond to increasing sizes of category "boxes". Smaller vigilance values lead to larger category boxes. Learning stops when the input space is covered by boxes. With fast learning and a finite input set of arbitrary size and composition, learning stabilizes after just one presentation of each input pattern. A fast-commit slow-recode option combines fast learning with a forgetting rule that buffers system memory against noise. Using this option, rare events can be rapidly learned, yet previously learned memories are not rapidly erased in response to statistically unreliable input fluctuations.

Fuzzy ARTMAP: A Neural Network Architecture for Incremental Supervised Learning of Analog Multidimensional Maps

A new neural network architecture is introduced for incremental supervised learning of recognition categories and multidimensional maps in response to arbitrary sequences of analog or binary input vectors. The architecture, called Fuzzy ARTMAP, achieves a synthesis of fuzzy logic and Adaptive Resonance Theory (ART) neural networks by exploiting a close formal similarity between the computations of fuzzy subsethood and ART category choice, resonance, and learning. Fuzzy ARTMAP also realizes a new Minimax Learning Rule that conjointly minimizes predictive error and maximizes code compression, or generalization. This is achieved by a match tracking process that increases the ART vigilance parameter by the minimum amount needed to correct a predictive error. As a result, the system automatically learns a minimal number of recognition categories, or "hidden units", to met accuracy criteria. Category proliferation is prevented by normalizing input vectors at a preprocessing stage. A normalization procedure called complement coding leads to a symmetric theory in which the MIN operator (Λ) and the MAX operator (v) of fuzzy logic play complementary roles. Complement coding uses on-cells and off-cells to represent the input pattern, and preserves individual feature amplitudes while normalizing the total on-cell/off-cell vector. Learning is stable because all adaptive weights can only decrease in time. Decreasing weights correspond to increasing sizes of category "boxes". Smaller vigilance values lead to larger category boxes. Improved prediction is achieved by training the system several times using different orderings of the input set. This voting strategy can also be used to assign probability estimates to competing predictions given small, noisy, or incomplete training sets. Four classes of simulations illustrate Fuzzy ARTMAP performance as compared to benchmark back propagation and genetic algorithm systems. These simulations include (i) finding points inside vs. outside a circle; (ii) learning to tell two spirals apart; (iii) incremental approximation of a piecewise continuous function; and (iv) a letter recognition database. The Fuzzy ARTMAP system is also compared to Salzberg's NGE system and to Simpson's FMMC system.

A Neural Network Realization of Fuzzy ART

A neural network realization of the fuzzy Adaptive Resonance Theory (ART) algorithm is described. Fuzzy ART is capable of rapid stable learning of recognition categories in response to arbitrary sequences of analog or binary input patterns. Fuzzy ART incorporates computations from fuzzy set theory into the ART 1 neural network, which learns to categorize only binary input patterns, thus enabling the network to learn both analog and binary input patterns. In the neural network realization of fuzzy ART, signal transduction obeys a path capacity rule. Category choice is determined by a combination of bottom-up signals and learned category biases. Top-down signals impose upper bounds on feature node activations.

Comparative Performance Measures of Fuzzy ARTMAP, Learned Vector Quantization, and Back Propagation for Handwritten Character Recognition

This article compares the performance of Fuzzy ARTMAP with that of Learned Vector Quantization and Back Propagation on a handwritten character recognition task. Training with Fuzzy ARTMAP to a fixed criterion used many fewer epochs. Voting with Fuzzy ARTMAP yielded the highest recognition rates.

Comparison of deterministic, stochastic and fuzzy logic uncertainty modelling for capacity extension projects of DI/WFI pharmaceutical plant utilities with variable/dynamic demand

The last 30 years have seen Fuzzy Logic (FL) emerging as a method either complementing or challenging stochastic methods as the traditional method of modelling uncertainty. But the circumstances under which FL or stochastic methods should be used are shrouded in disagreement, because the areas of application of statistical and FL methods are overlapping with differences in opinion as to when which method should be used. Lacking are practically relevant case studies comparing these two methods. This work compares stochastic and FL methods for the assessment of spare capacity on the example of pharmaceutical high purity water (HPW) utility systems. The goal of this study was to find the most appropriate method modelling uncertainty in industrial scale HPW systems. The results provide evidence which suggests that stochastic methods are superior to the methods of FL in simulating uncertainty in chemical plant utilities including HPW systems in typical cases whereby extreme events, for example peaks in demand, or day-to-day variation rather than average values are of interest. The average production output or other statistical measures may, for instance, be of interest in the assessment of workshops. Furthermore the results indicate that the stochastic model should be used only if found necessary by a deterministic simulation. Consequently, this thesis concludes that either deterministic or stochastic methods should be used to simulate uncertainty in chemical plant utility systems and by extension some process system because extreme events or the modelling of day-to-day variation are important in capacity extension projects. Other reasons supporting the suggestion that stochastic HPW models are preferred to FL HPW models include: 1. The computer code for stochastic models is typically less complex than a FL models, thus reducing code maintenance and validation issues. 2. In many respects FL models are similar to deterministic models. Thus the need for a FL model over a deterministic model is questionable in the case of industrial scale HPW systems as presented here (as well as other similar systems) since the latter requires simpler models. 3. A FL model may be difficult to "sell" to an end-user as its results represent "approximate reasoning" a definition of which is, however, lacking. 4. Stochastic models may be applied with some relatively minor modifications on other systems, whereas FL models may not. For instance, the stochastic HPW system could be used to model municipal drinking water systems, whereas the FL HPW model should or could not be used on such systems. This is because the FL and stochastic model philosophies of a HPW system are fundamentally different. The stochastic model sees schedule and volume uncertainties as random phenomena described by statistical distributions based on either estimated or historical data. The FL model, on the other hand, simulates schedule uncertainties based on estimated operator behaviour e.g. tiredness of the operators and their working schedule. But in a municipal drinking water distribution system the notion of "operator" breaks down. 5. Stochastic methods can account for uncertainties that are difficult to model with FL. The FL HPW system model does not account for dispensed volume uncertainty, as there appears to be no reasonable method to account for it with FL whereas the stochastic model includes volume uncertainty.

Competitividad del sistema agroindustrial de café peruano, en el período 1961-2011

El cultivo de café explica el 10,2 por ciento de la superficie de Perú y es el principal cultivo agrícola. Es un importante generador de mano de obra y sustento de más de 150.000 familias de pequeños agricultores. El consumo interno es muy bajo (menor a 0,5 Kg por habitante) y su principal destino es la exportación, la cual ha crecido significativamente en los últimos años, mostrando una tasa de crecimiento muy por encima de la media mundial. El crecimiento de la producción y exportación de este cultivo en Perú, en medio de una actividad donde coexiste con fuertes competidores mundiales lleva a preguntar: ¿Tiene competitividad dinámica el Sistema Agroindustrial de Café peruano, entre el periodo 1961-2011? y en caso de tenerlas ¿Sobre qué factores se fundamentan sus ventajas competitivas dinámicas?. En base a esto, el objetivo de la investigación consistió en determinar la competitividad dinámica del SAG de café de Perú en los últimos 50 años y especificar los principales factores físicos, económicos e institucionales que la sustentan. Para el logro del objetivo se utilizó una combinación de metodologías descriptivas, cualitativas (diamante de Porter y matriz FODA) y cuantitativa mediante el Índice de Ventajas Comparativas Reveladas y el modelo econométrico. La competitividad del sistema agroindustrial del café en Perú, entre los años 1961-2011, registra un comportamiento creciente, que se expresa a través de una tendencia con pendiente positiva. El análisis cualitativo de la competitividad de la producción y comercialización de café en Perú, utilizando la metodología de Porter sobre La Ventaja Competitiva de las Naciones (1991), permitió identificar qué las ventajas competitivas del SAG de café, principalmente se basan en los factores básicos a través de las condiciones físicas, y al factor trabajo. Se observa una baja dinámica en Investigación y Desarrollo (ID). Por otra parte se destaca como variable importante, por su incidencia institucional la relevancia de la política comercial de Perú basada en la apertura externa. A través de la matriz FODA, se estableció la posición del SAG café en el cuadrante oportunidades/fortalezas. Se definió un modelo econométrico de series de tiempo, cuyos estadísticos fueron significativos. La variable dependiente, como proxy de la competitividad, se consideró el IVCR, y las variables explicativas fueron el índice de evolución de la mano de obra, el índice rendimiento por hectárea y una variable dummy que representa el cambio institucional. Se puede concluir que Perú tiene ventajas competitivas dinámicas para la producción y comercialización de café, debido al comportamiento de las VCR, que se basan, principalmente, en factores básicos y en políticas gubernamentales adecuadas, que permiten la estabilidad e inserción internacional a partir de los años noventa, pero requieren de un mayor impulso en investigación y desarrollo para que sus ventajas sean más sustentables.

Estimación remota del área de planta en un bosque seco : validación de un sistema autónomo de captura y almacenamiento de datos

El índice de área foliar es clave en el control de los procesos de los ecosistemas y como tal se busca estimarlo cada vez con mayor precisión y frecuencia para estudios locales, regionales y globales. Los métodos han evolucionado desde la medición directa hasta la utilización de instrumentos ópticos, logrando reducir los esfuerzos y los costos y permitiendo ampliar la frecuencia, la cobertura geográfica y la variedad de ambientes en la estimación de la variable. Una herramienta de estimación es el sistema PASTiS 57, desarrollado en el INRA, que permite registrar la transmitancia de la radiación en la porción del azul del espectro automáticamente cada 1 minuto, derivando de ella el índice de área de planta (PAI). El sistema se ha probado con éxito en bosques boreales y áreas agrícolas, pero no ha sido validado en bosques secos o en áreas semiáridas. El objetivo de este trabajo fue estimar la evolución de PAI con sensores autónomos en tres sitios en un bosque seco en la provincia de San Luis bajo diferentes coberturas a lo largo de un año y evaluar su desempeño en relación a estimaciones realizadas con fotografías hemisféricas, ampliamente validadas para la obtención de PAI. El PAI obtenido mostró una evolución temporal similar al estimado con el método convencional, presentándose hasta el momento como la única herramienta para realizar un monitoreo continuo de esta variable en tierra, en una escala de detalle mayor que la de los sensores remotos satelitales, y requiriendo un menor esfuerzo de muestreo que el habitual con fotografías hemisféricas y otros sensores ópticos manuales.

Estudio del sistema de agronegocios lechero de la Región Sierra del Ecuador : identificación de restricciones y oportunidades para mejorar su competitividad

La creciente ola de prosperidad y urbanización en Asia, África y América Latina fomenta el aumento en la demanda de productos lácteos. Una investigación realizada por Tetra PakDairyIndex en el 2011, proyecta un aumento de cerca de 25 por ciento en el consumo global de leche entre 2010 y 2020. América Latina reúne condiciones insuperables para aumentar sus producciones de leche y ser proveedor de la demanda del propio continente En Ecuador, se ha incrementado la producción de leche y productos lácteos, aunque sólo exporta el 1 por ciento de su producción, mientras que la población ecuatoriana todavía mantiene un bajo nivel de consumo de lácteos. Este hecho mantiene latentes las oportunidades para el desarrollo de la industria láctea y la ganadería nacional. El presente trabajo tiene por objetivo realizar un estudio del Sistema de Agronegocios lechero de la Región Sierra de Ecuador, el cuál permita conocer su desarrollo y limitaciones, y a partir de las mismas proponer alternativas de mejora competitiva. Se utiliza el método EPESA el cual establece los lineamientos para el estudio de sistemas de agronegocios desde una óptica sistémica y utilizando como marco teórico de la nueva economía institucional. Se realizó un análisis de fuentes de información secundaria así como también se realizaron entrevistas con informantes calificados dada la escasez de información a nivel nacional. El SAG lechero de la Región Sierra cuenta con dos subsistemas: el subsistema formal y el informal, surgen a partir del bajo enforcement institucional y una demanda local que prefiere lácteos no pasteurizados y "directo del campo". Es por ello que se observan mayores niveles de tecnificación, productividad, inocuidad, sanidad y calidad en el subsistema formal, lo que lleva a competencia desleal entre ambos subsistemas. Otro aspecto se refiere a las transacciones, las cuales en general todas las transacciones del sistema (y en ambos subsistemas) son de altos niveles de incertidumbre y costos de transacción, a pesar que en el subsistema formal se observan contratos. Del análisis competitivo se observa en comparación con el SAG lechero del Uruguay, el SAG lechero cuenta desventajas competitivas en factores tecnológicos avanzados (status sanitario, genética, disponibilidad y uso de maquinaria), también en la demanda (dado el bajo consumo per cápita y una demanda de baja exigencia en calidad, y bajas exportaciones), la baja presencia en el sistema de organismos de investigación y organizaciones gremiales, y la ausencia de cooperativas sumado a una alta atomización de los productores. Este estudio ha sido clave para proponer una alternativa de mejora competitiva del sistema, el cual se resume en la creación de un organismo público-privado (CONALECH) que coordine y dictamine las estrategias que el sistema debe seguir.

El sistema agroindustrial como instrumento de crecimiento y desarrollo : la importancia de la apertura externa

Se redefinió al Sistema Agroindustrial (SAI) de la Argentina para el período 1980 - 2005 y se computaron actividades del sector secundario y del terciario no consideradas hasta ahora. La redefinición del SAI (PIBSAI) se realiza a precios básicos de 1993. En dicho período representó el 22 por ciento del PIB, destacándose un crecimiento mayor de las actividades del sector terciario imputadas. En promedio el 38 por ciento del PIBSAI está conformado por actividades del sector terciario más construcción, el 34 por ciento por actividades del sector secundario y el 28 por ciento por actividades del sector primario. El SAI genera una importante demanda de empleo y sus exportaciones han sido crecientes respecto de su producto. Aplicando el modelo económico propuesto por Thirlwall A.P (1979 y 2003) explico la relación de la cuenta corriente (de la balanza de pagos) y el crecimiento del PIB para el período 1870 - 2005 en Argentina. Usando el modelo de Thirlwall establezco una relación teórica entre las exportaciones y el crecimiento económico. Las exportaciones del SAI (XSAI) fueron en promedio el 88 por ciento del total. Entre 1870 y 1913 e incluso hasta 1929, en términos de PIB per-cápita y comercio, la Argentina creció a tasas por encima de los países desarrollados (PD). En dicho lapso se definieron, implementaron y fortalecieron las principales instituciones, se registró una gran apertura externa y un proceso inmigratorio y de inversiones significativo. Después de la crisis de 1929, la Argentina, como la mayoría de los países del mundo, cerró su economía y desarrolló un modelo proteccionista, reduciéndose la apertura y la tasa de crecimiento del ingreso per cápita en relación con los PD. Después de la Segunda Guerra Mundial, cuando el mundo retomó el camino hacia el libre comercio y se definieron instituciones para establecer un nuevo orden económico, la Argentina profundizó la sustitución de importaciones y permaneció cerrada al comercio internacional hasta fines de los años 80. Estas políticas afectaron el crecimiento del SAI en términos de sus exportaciones y el país perdió relevancia en la economía mundial, agravándose por el proteccionismo agrícola existente. En los 90 se produce un cambio estructural en la economía hacia una mayor apertura externa, la cual continúa después de 2001 hasta el 2005. Esta tesis presenta una explicación estilizada a estos hechos utilizando datos históricos y un modelo económico formal.

Competencia y alelopatía en el sistema soja (Glycine max (L.) Merr.) - Maleza (Artemisia annua L.)

La maleza altamisa (Artemisia annua L.) interfiere con el cultivo de soja por competencia y alelopatía, moduladas por estreses bióticos y abióticos (e.g. densidad, herbicida). Los aleloquímicos de altamisa (e.g. artemisinina, aceite esencial) pueden afectar directamente el crecimiento del cultivo o, indirectamente, a través de Bradyrhizobium japonicum (bacteria fijadora de N). Comprender los efectos de las interacciones en el sistema soja-altamisa es agroecológicamente relevante para diseñar prácticas que optimicen la producción y minimicen el uso de insumos. El objetivo de esta tesis fue analizar las interferencias competitivas y alelopáticas entre soja-altamisa y su impacto sobre la nodulación y el rendimiento del cultivo ante cambios en la densidad de plantas y dosis de herbicida. La metodología incluyó ensayos en: (i) parcelas a campo con distintas combinaciones de densidades cultivo-maleza y niveles de alelopatía y de herbicida, (ii) macetas a campo con distintas fuentes de aleloquímicos (biomasa seca y verde de altamisa, artemisinina pura) y suelos (arcilloso y arenoso) y (iii) laboratorio con distintos tipos y niveles de aleloquímicos. (i) Altas densidades de altamisa junto con altos niveles de aleloquímicos en el suelo no redujeron el crecimiento y rendimiento de soja y promovieron la nodulación con o sin aplicación de dosis subletales de herbicida. (ii) El rendimiento fue mayor en presencia de aleloquímicos y sustrato arcilloso. La relación entre el rendimiento y el peso de los nódulos fue positiva y los mayores valores se registraron con biomasa seca de altamisa. (iii) La artemisinina y el aceite esencial provocaron un efecto sinérgico negativo sobre el crecimiento de B. japonicum. El efecto neto de las interacciones competitivas, alelopáticas y de mutualismo generadas entre soja y altamisa dependen no solo del ambiente explorado sino del nivel de organización estudiado. En condiciones de campo (parcelas y macetas), la interacción alelopática fue positiva o neutra, mientras que en laboratorio resultó negativa.

Sistema agroindustrial del cacao fino o de aroma del Ecuador : identificación de oportunidades y restricciones del sistema para la mejora de la inserción del producto en el mercado externo

En los últimos años, el mercado de cacao fino o de aroma ha tenido un crecimiento constante en respuesta a la demanda de chocolates de alto contenido de cacao, origen conocido, sabores distintivos y producidos responsablemente, presionando a las industrias de chocolate premium a proveerse de cacaos diferenciados y de alta calidad. Esto exige a las cadenas agroalimentarias ajustar sus estrategias de producción y mercadeo con el fin de poder aprovechar las oportunidades (demanda creciente del producto, aranceles preferenciales para este país, entre otras) que ofrece el mercado. Sin embargo, Ecuador a pesar de ser el principal productor y exportador de cacao fino o de aroma del mundo (exporta alrededor del 96,3 por ciento de su producción), encuentra dificultades para mejorar la inserción de su producto en el mercado internacional y aprovechar estas oportunidades. Por lo tanto, el siguiente trabajo tiene como objetivo realizar un diagnóstico del Sistema Agroindustrial (SAG) del cacao fino o de aroma del Ecuador, con la finalidad de identificar las oportunidades y las limitaciones en el ambiente institucional, organizacional, tecnológico y comercial, y de este modo, generar información que contribuya a la mejora de la inserción del producto en el mercado mundial. El trabajo se desarrolló partir de un enfoque fenomenológico utilizando como herramienta metodológica el método EPESA. Los resultados del estudio se interpretaron y discutieron a partir de la base conceptual de la Nueva Economía Institucional y los distritos agroindustriales y agrocomerciales. Los resultados obtenidos indicarían que las restricciones institucionales estarían dadas por la ausencia de una ley que proteja los derechos de propiedad a los productores de cacao fino o de aroma. En el ambiente comercial el sistema de formación de precios no está alineado con el tipo de producto que se comercializa (especialidad), generándose alta incertidumbre especialmente para los pequeños y medianos productores que explican el 88 por ciento de los actores de la producción. De este modo aparecen comportamientos oportunistas y se generan cuasi rentas apropiables por el eslabón siguiente de la cadena. Esto desincentiva la inversión en tecnología y la innovación dando por resultado una meseta en la producción y restringiendo la mejora en la inserción del producto en el mercado mundial.

Desarrollo de un sistema de información geográfica para la evaluación del riesgo de ocurrencia de fasciolosis en el ganado patagónico

El presente trabajo plantea la utilización del Índice de Vegetación Normalizado (IVN) para identificar diferentes zonas de riesgo a fasciolosis ovina y bovina. Para tal fin se empleó el producto de IVN compuesto cada 16 días de 250 metros de resolución de la serie MODIS, con el que se generó el IVN promedio para el período 2000 - 2009. El área de estudio situada en el oeste de la provincia de Río Negro, tiene una superficie total de 2.700.000 hectáreas. A partir de los resultados de los análisis coprológicos, realizados durante el mismo período, en el Laboratorio de Parasitología de la EEA INTA Bariloche se calculó, para 25 establecimientos del área de estudio la prevalencia de fasciolosis (P FH). El rango de afectación observado varió según los establecimientos del 0 al 100 por ciento. Dado que los mallines proporcionan el ambiente donde se desarrolla el huésped intermediario de Fasciola hepatica, se identificó y se extrajo para cada establecimiento el valor de IVN promedio correspondiente a estos sitios. Según estos valores, se reclasificaron las áreas de mallines en tres clases. La correlación entre la prevalencia y el área ocupada por cada clase de IVN resultaron estadísticamente significativas (p menor a 0,05) y mostraron una fuerte relación entre dos clases de IVN y la prevalencia de fasciolosis. En base a los resultados obtenidos se generó un mapa de riesgo a fasciolosis para toda el área de estudio. Este trabajo sugiere que la proporción ocupada por las diferentes clases de IVN puede ser utilizada para predecir el nivel de riesgo de ocurrencia de la fasciolosis en el ganado ovino y bovino de la zona.