Evolutionary algorithm-based analysis of gravitational microlensing lightcurves

A new algorithm developed to perform autonomous fitting of gravitational microlensing lightcurves is presented. The new algorithm is conceptually simple, versatile and robust, and parallelises trivially; it combines features of extant evolutionary algorithms with some novel ones, and fares well on the problem of fitting binary-lens microlensing lightcurves, as well as on a number of other difficult optimisation problems. Success rates in excess of 90% are achieved when fitting synthetic though noisy binary-lens lightcurves, allowing no more than 20 minutes per fit on a desktop computer; this success rate is shown to compare very favourably with that of both a conventional (iterated simplex) algorithm, and a more state-of-the-art, artificial neural network-based approach. As such, this work provides proof of concept for the use of an evolutionary algorithm as the basis for real-time, autonomous modelling of microlensing events. Further work is required to investigate how the algorithm will fare when faced with more complex and realistic microlensing modelling problems; it is, however, argued here that the use of parallel computing platforms, such as inexpensive graphics processing units, should allow fitting times to be constrained to under an hour, even when dealing with complicated microlensing models. In any event, it is hoped that this work might stimulate some interest in evolutionary algorithms, and that the algorithm described here might prove useful for solving microlensing and/or more general model-fitting problems.Comment: 14 pages, 3 figures; accepted for publication in MNRA

A NOVEL METAHEURISTIC ALGORITHM: DYNAMIC VIRTUAL BATS ALGORITHM FOR GLOBAL OPTIMIZATION

A novel nature-inspired algorithm called the Dynamic Virtual Bats Algorithm (DVBA) is presented in this thesis. DVBA is inspired by a bat’s ability to manipulate frequency and wavelength of the emitted sound waves when hunting. A role based search has been developed to improve the diversification and intensification capability of standard Bat Algorithm (BA). Although DVBA is inspired from bats, like BA, it is conceptually very different from BA. BA needs a huge number of population size; however, DVBA employs just two bats to handle the ”exploration and exploitation” conflict which is known as a real challenge for all optimization algorithms. Firstly, we study bat’s echolocation ability and next, the most known bat-inspired algorithm and its modified versions are analyzed. The contributions of this thesis start reading and imitating bat’s hunting strategies with different perspectives. In the DVBA, there are only two bats: explorer and exploiter bat. While the explorer bat explores the search space, the exploiter bat makes an intensive search of the local with the highest probability of locating the desired target. Depending on their location, bats exchange the roles dynamically. The performance of the DVBA is extensively evaluated on a suite of 30 bound-constrained optimization problems from Congress of Evolutionary Computation (CEC) 2014 and compared with 4 classical optimization algorithm, 4 state-of-the-art modified bat algorithms, and 5 algorithms from a special session at CEC2014. In addition, DVBA is tested on supply chain cost problem to see its performance on a complicated real world problem. The experimental results demonstrated that the proposed DVBA outperform, or is comparable to, its competitors in terms of the quality of final solution and its convergence rates.Epoka Universit

An artificial life approach to evolutionary computation: from mobile cellular algorithms to artificial ecosystems

This thesis presents a new class of evolutionary algorithms called mobile cellular evolutionary algorithms (mcEAs). These algorithms are characterized by individuals moving around on a spatial population structure. As a primary objective, this thesis aims to show that by controlling the population density and mobility in mcEAs, it is possible to achieve much better control over the rate of convergence than what is already possible in existing cellular EAs. Using the observations and results from this investigation into selection pressure in mcEAs, a general architecture for developing agent-based evolutionary algorithms called Artificial Ecosystems (AES) is presented. A simple agent-based EA is developed within the scope of AES is presented with two individual-based bottom-up schemes to achieve dynamic population sizing. Experiments with a test suite of optimization problems show that both mcEAs and the agent-based EA produced results comparable to the best solutions found by cellular EAs --Abstract, page iii

Approche évolutionnaire pour la planification d'itinéraires dans un environnement dynamique

Le problème de planification d'itinéraires dans un environnement dynamique est un problème complexe. Ce problème est d'autant plus difficile que les décisions doivent se prendre dans un temps limité, en se basant sur des informations incertaines et qui évoluent dans le temps. Nous nous sommes intéressés aux méthodes métaheuristiques, et plus particulièrement aux algorithmes génétiques pour résoudre ce problème. Plusieurs approches habituellement proposées pour ce problème sont purement prescriptives et ne garantissent que la convergence vers une solution réalisable au détriment de l'optimalité. De plus, les approches basées sur les algorithmes génétiques souffrent toutes du problème de calibrage des paramètres, une étape importante quand quelqu'un décide de les utiliser. Notre thèse s'inscrit dans le cadre de cette nouvelle direction de recherche et puise sa motivation plus particulièrement dans la volonté de répondre à quelques-unes des problématiques rencontrées dans des applications temps-réel. Nous proposons une approche générique utilisant un processus évolutionnaire à deux niveaux pour régler le problème de calibrage de combinaisons d'opérateurs dans les algorithmes génétiques. Nous avons développé une stratégie d'attente qui exploite des connaissances probabilistes sur les événements futurs afin de produire des solutions robustes et de meilleure qualité en temps réel. De plus, dans le cas des problèmes de transport utilisant des flottes de véhicules (pour la distribution des biens et services), l'approche proposée reflète la réalité de façon plus adéquate en considérant différentes situations observées en pratique comme des temps de voyage variables, et en intégrant des stratégies et mécanismes appropriés pour chacune des situations identifiées. Nous avons présenté une vision plus large du concept de diversion et nous avons introduit une condition d'acceptation d'une diversion dans la planification d'itinéraires en temps réel. Afin de faire face aux pressions temporelles inhérentes à un contexte dynamique, nous avons opté pour des implantations parallèles afin d'accélérer les temps de réponse. Enfin, des tests numériques ont été réalisés à l'aide de simulations utilisant une adaptation des instances de problèmes de Solomon pour le problème de tournées de véhicules avec fenêtres de temps (VRPTW). Dans ce problème, il s'agit d'affecter des requêtes de clients qui arrivent en temps réel à une flotte de véhicules en mouvement. Ce processus implique aussi la construction simultanée d'un ensemble d'itinéraires planifiés qui satisfont la demande, tout en respectant diverses contraintes. Afin de minimiser les biais, le même jeu de données utilisé dans la littérature pour le VRPTW dynamique a été employé pour réaliser notre étude. Les résultats numériques confirment la pertinence des différentes stratégies que nous avons développées et la supériorité de notre approche de planification d'itinéraires en temps réel comparativement à d'autres méthodes proposées dans la littérature

Automatisation du processus de construction des structures de données floues

Notion de base sur la logique floue -- Problématique et motivation de la recherche -- Systèmes à base de connaissances -- Génération automatique de bases de connaissances floues -- Généralités sur les algorithmes génétiques -- Généralités sur le procédé de pâtes thermomécanique -- Recherche proposée -- algorithmes génétiques hybride et binaire pour la génération automatique de bases de connaissances -- Stratégies multicombinatoires pour éviter la convergence prématurée dans les algorithmes génétiques -- Prédiction en ligne de la blancheur ISO de la pâte thermomécanique -- Real/binary-like coded versus binary coded genetic algorithms to automatically generate fuzzy knowledge bases : a comparative study -- Fuzzy decision support system -- Automatic generation of fuzzy knowledge bases using GAs -- Learning process -- Validation results -- Multi-combinative strategy to avoid premature convergence in genetically-generated fuzzy knowledge bases -- Introduction and problem definition -- Real/binary like coded genetic algorithm -- Performance criteria -- Evolutionary strategy -- Application to experimental data -- Online prediction of pulp brightness using fuzzy logic models -- The Chips management system -- Experiment plan for data collection -- Selection of the influencing variables -- Genetic-based learning process -- Performance criterion -- Evolutionary strategy -- Learning the FKBs for brightness prediction -- Learning the FKBs using laboratory variables

Problem Decomposition and Adaptation in Cooperative Neuro-Evolution

One way to train neural networks is to use evolutionary algorithms such as cooperative coevolution - a method that decomposes the network's learnable parameters into subsets, called subcomponents. Cooperative coevolution gains advantage over other methods by evolving particular subcomponents independently from the rest of the network. Its success depends strongly on how the problem decomposition is carried out. This thesis suggests new forms of problem decomposition, based on a novel and intuitive choice of modularity, and examines in detail at what stage and to what extent the different decomposition methods should be used. The new methods are evaluated by training feedforward networks to solve pattern classification tasks, and by training recurrent networks to solve grammatical inference problems. Efficient problem decomposition methods group interacting variables into the same subcomponents. We examine the methods from the literature and provide an analysis of the nature of the neural network optimization problem in terms of interacting variables. We then present a novel problem decomposition method that groups interacting variables and that can be generalized to neural networks with more than a single hidden layer. We then incorporate local search into cooperative neuro-evolution. We present a memetic cooperative coevolution method that takes into account the cost of employing local search across several sub-populations. The optimisation process changes during evolution in terms of diversity and interacting variables. To address this, we examine the adaptation of the problem decomposition method during the evolutionary process. The results in this thesis show that the proposed methods improve performance in terms of optimization time, scalability and robustness. As a further test, we apply the problem decomposition and adaptive cooperative coevolution methods for training recurrent neural networks on chaotic time series problems. The proposed methods show better performance in terms of accuracy and robustness

Sélection et réglage de paramètres pour l'optimisation de logiciels d'ordonnancement industriel

L’utilisation d’un logiciel d’ordonnancement industriel fait intervenir une multitude de paramètres dont le réglage influence fortement la qualité des résultats. A l’heure actuelle, ce réglage est effectué de façon manuelle, après un travail souvent fastidieux au cours de l’installation initiale du logiciel’ De plus, une fois spécifiées, les valeurs de ces paramètres sont rarement remises en cause par les utilisateurs, du fait de leur manque d’expérience et du nombre important de paramètres à ajuster. L’idée que nous développons ici consiste à utiliser des métaheuristiques pour automatiser cette tâche. Deux problèmes seront abordés : la sélection des paramètres pertinents et leur réglage en fonction des exigences de l’utilisateur. Nous proposons de résoudre ces deux problèmes de façon simultanée, en introduisant des stratégies de sélection au sein des métaheuristiques. Cette approche est appliquée au logiciel d’ordonnancement Ortems® et validée sur plusieurs cas industriels. ABSTRACT : The use of scheduling software requires to set-up a number of parameters that have a direct influence on the schedule quality. Nowadays, this set-up is obtained manually after an extensive effort during initial software installation. Moreover, this set-up is rarely called into question by users, due to their lack of experience and to the high number of parameters involved. It is suggested in this thesis the use of metaheuristics to automate this task. Two problems are considered: selection of relevant parameters and their tuning according to user requirements. We suggest here an approach to solve these problems simultaneously, based on the combination of metaheuristics with some parameter selection strategies. An implementation framework has been developed and tested on an industrial scheduler, named Ortems®. The first results of the use of this framework on real industrial databases are described and commented