22 research outputs found

    A review on initialization methods for nonnegative matrix factorization: Towards omics data experiments

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    Nonnegative Matrix Factorization (NMF) has acquired a relevant role in the panorama of knowledge extraction, thanks to the peculiarity that non-negativity applies to both bases and weights, which allows meaningful interpretations and is consistent with the natural human part-based learning process. Nevertheless, most NMF algorithms are iterative, so initialization methods affect convergence behaviour, the quality of the final solution, and NMF performance in terms of the residual of the cost function. Studies on the impact of NMF initialization techniques have been conducted for text or image datasets, but very few considerations can be found in the literature when biological datasets are studied, even though NMFs have largely demonstrated their usefulness in better understanding biological mechanisms with omic datasets. This paper aims to present the state-of-the-art on NMF initialization schemes along with some initial considerations on the impact of initialization methods when microarrays (a simple instance of omic data) are evaluated with NMF mechanisms. Using a series of measures to qualitatively examine the biological information extracted by a given NMF scheme, it preliminary appears that some information (e.g., represented by genes) can be extracted regardless of the initialization scheme used

    Differential Cloud Particles Evolution Algorithm Based on Data-Driven Mechanism for Applications of ANN

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    Computational scientists have designed many useful algorithms by exploring a biological process or imitating natural evolution. These algorithms can be used to solve engineering optimization problems. Inspired by the change of matter state, we proposed a novel optimization algorithm called differential cloud particles evolution algorithm based on data-driven mechanism (CPDD). In the proposed algorithm, the optimization process is divided into two stages, namely, fluid stage and solid stage. The algorithm carries out the strategy of integrating global exploration with local exploitation in fluid stage. Furthermore, local exploitation is carried out mainly in solid stage. The quality of the solution and the efficiency of the search are influenced greatly by the control parameters. Therefore, the data-driven mechanism is designed for obtaining better control parameters to ensure good performance on numerical benchmark problems. In order to verify the effectiveness of CPDD, numerical experiments are carried out on all the CEC2014 contest benchmark functions. Finally, two application problems of artificial neural network are examined. The experimental results show that CPDD is competitive with respect to other eight state-of-the-art intelligent optimization algorithms

    A Multi–Objective Gaining–Sharing Knowledge-Based Optimization Algorithm for Solving Engineering Problems

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    Metaheuristics in recent years has proven its effectiveness; however, robust algorithms that can solve real-world problems are always needed. In this paper, we suggest the first extended version of the recently introduced gaining–sharing knowledge optimization (GSK) algorithm, named multiobjective gaining–sharing knowledge optimization (MOGSK), to deal with multiobjective optimization problems (MOPs). MOGSK employs an external archive population to store the nondominated solutions generated thus far, with the aim of guiding the solutions during the exploration process. Furthermore, fast nondominated sorting with crowding distance was incorporated to sustain the diversity of the solutions and ensure the convergence towards the Pareto optimal set, while the e- dominance relation was used to update the archive population solutions. e-dominance helps provide a good boost to diversity, coverage, and convergence overall. The validation of the proposed MOGSK was conducted using five biobjective (ZDT) and seven three-objective test functions (DTLZ) problems, along with the recently introduced CEC 2021, with fifty-five test problems in total, including power electronics, process design and synthesis, mechanical design, chemical engineering, and power system optimization. The proposed MOGSK was compared with seven existing optimization algorithms, including MOEAD, eMOEA, MOPSO, NSGAII, SPEA2, KnEA, and GrEA. The experimental findings show the good behavior of our proposed MOGSK against the comparative algorithms in particular real-world optimization problems

    Evolutionary Computation 2020

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    Intelligent optimization is based on the mechanism of computational intelligence to refine a suitable feature model, design an effective optimization algorithm, and then to obtain an optimal or satisfactory solution to a complex problem. Intelligent algorithms are key tools to ensure global optimization quality, fast optimization efficiency and robust optimization performance. Intelligent optimization algorithms have been studied by many researchers, leading to improvements in the performance of algorithms such as the evolutionary algorithm, whale optimization algorithm, differential evolution algorithm, and particle swarm optimization. Studies in this arena have also resulted in breakthroughs in solving complex problems including the green shop scheduling problem, the severe nonlinear problem in one-dimensional geodesic electromagnetic inversion, error and bug finding problem in software, the 0-1 backpack problem, traveler problem, and logistics distribution center siting problem. The editors are confident that this book can open a new avenue for further improvement and discoveries in the area of intelligent algorithms. The book is a valuable resource for researchers interested in understanding the principles and design of intelligent algorithms

    Implementing decision tree-based algorithms in medical diagnostic decision support systems

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    As a branch of healthcare, medical diagnosis can be defined as finding the disease based on the signs and symptoms of the patient. To this end, the required information is gathered from different sources like physical examination, medical history and general information of the patient. Development of smart classification models for medical diagnosis is of great interest amongst the researchers. This is mainly owing to the fact that the machine learning and data mining algorithms are capable of detecting the hidden trends between features of a database. Hence, classifying the medical datasets using smart techniques paves the way to design more efficient medical diagnostic decision support systems. Several databases have been provided in the literature to investigate different aspects of diseases. As an alternative to the available diagnosis tools/methods, this research involves machine learning algorithms called Classification and Regression Tree (CART), Random Forest (RF) and Extremely Randomized Trees or Extra Trees (ET) for the development of classification models that can be implemented in computer-aided diagnosis systems. As a decision tree (DT), CART is fast to create, and it applies to both the quantitative and qualitative data. For classification problems, RF and ET employ a number of weak learners like CART to develop models for classification tasks. We employed Wisconsin Breast Cancer Database (WBCD), Z-Alizadeh Sani dataset for coronary artery disease (CAD) and the databanks gathered in Ghaem Hospital’s dermatology clinic for the response of patients having common and/or plantar warts to the cryotherapy and/or immunotherapy methods. To classify the breast cancer type based on the WBCD, the RF and ET methods were employed. It was found that the developed RF and ET models forecast the WBCD type with 100% accuracy in all cases. To choose the proper treatment approach for warts as well as the CAD diagnosis, the CART methodology was employed. The findings of the error analysis revealed that the proposed CART models for the applications of interest attain the highest precision and no literature model can rival it. The outcome of this study supports the idea that methods like CART, RF and ET not only improve the diagnosis precision, but also reduce the time and expense needed to reach a diagnosis. However, since these strategies are highly sensitive to the quality and quantity of the introduced data, more extensive databases with a greater number of independent parameters might be required for further practical implications of the developed models

    Deep Learning Methods for Remote Sensing

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    Remote sensing is a field where important physical characteristics of an area are exacted using emitted radiation generally captured by satellite cameras, sensors onboard aerial vehicles, etc. Captured data help researchers develop solutions to sense and detect various characteristics such as forest fires, flooding, changes in urban areas, crop diseases, soil moisture, etc. The recent impressive progress in artificial intelligence (AI) and deep learning has sparked innovations in technologies, algorithms, and approaches and led to results that were unachievable until recently in multiple areas, among them remote sensing. This book consists of sixteen peer-reviewed papers covering new advances in the use of AI for remote sensing

    Optimization Methods Applied to Power Systems Ⅱ

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    Electrical power systems are complex networks that include a set of electrical components that allow distributing the electricity generated in the conventional and renewable power plants to distribution systems so it can be received by final consumers (businesses and homes). In practice, power system management requires solving different design, operation, and control problems. Bearing in mind that computers are used to solve these complex optimization problems, this book includes some recent contributions to this field that cover a large variety of problems. More specifically, the book includes contributions about topics such as controllers for the frequency response of microgrids, post-contingency overflow analysis, line overloads after line and generation contingences, power quality disturbances, earthing system touch voltages, security-constrained optimal power flow, voltage regulation planning, intermittent generation in power systems, location of partial discharge source in gas-insulated switchgear, electric vehicle charging stations, optimal power flow with photovoltaic generation, hydroelectric plant location selection, cold-thermal-electric integrated energy systems, high-efficiency resonant devices for microwave power generation, security-constrained unit commitment, and economic dispatch problems

    Optimización multi-objetivo : Aplicaciones a problemas del mundo real

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    Cuando hablamos de optimización en el ámbito de las ciencias de la computación hacemos referencia al mismo concepto coloquial asociado a esa palabra, la concreción de un objetivo utilizando la menor cantidad de recursos disponibles, o en una visión similar, la obtención del mejor objetivo posible utilizando todos los recursos con lo que se cuenta. Los métodos para encontrar la mejor solución (óptima) varían de acuerdo a la complejidad del problema enfrentado. Para problemas triviales, el cerebro humano posee la capacidad de resolverlos (encontrar la mejor solución) directamente, pero a medida que aumenta la complejidad del problema, se hace necesario contar con herramientas adicionales. En esta dirección, existe una amplia variedad de técnicas para resolver problemas complejos. Dentro de estas técnicas, podemos mencionar las técnicas exactas. Este tipo de algoritmos son capaces de encontrar las soluciones óptimas a un problema dado en una cantidad finita de tiempo. Como contrapartida, requiere que el problema a resolver cumpla con condiciones bastante restrictivas. Existen además un conjunto muy amplio de técnica aproximadas, conocidas como metaheurísticas. Estas técnicas se caracterizan por integrar de diversas maneras procedimientos de mejora local y estrategias de alto nivel para crear un proceso capaz de escapar de óptimos locales y realizar una búsqueda robusta en el espacio de búsqueda del problema. En su evolución, estos métodos han incorporado diferentes estrategias para evitar la convergencia a óptimos locales, especialmente en espacios de búsqueda complejos. Este tipo de procedimientos tienen como principal característica que son aplicables a cualquier tipo de problemas, sin requerir ninguna condición particular a cumplir por los mismos. Estas técnicas no garantizan en ningún caso la obtención de los valores óptimos de los problemas en cuestión, pero se ha demostrado que son capaces de alcanzar muy buenos valores de soluciones en períodos de tiempo cortos. Además, es posible aplicarlas a problemas de diferentes tipos sin mayores modificaciones, mostrando su robustez y su amplio espectro de uso. La mayoría de estas técnicas están inspiradas en procesos biológicos y/o físicos, y tratan de simular el comportamiento propio de estos procesos que favorecen la búsqueda y detección de soluciones mejores en forma iterativa. La más difundida de estas técnicas son los algoritmos genéticos, basados en el mecanismo de evolución natural de las especies. Existen diferentes tipos de problemas, y multitud de taxonomías para clasificar los mismos. En el alcance de este trabajo nos interesa diferenciar los problemas en cuanto a la cantidad de objetivos a optimizar. Con esta consideración en mente, surge una primera clasificación evidente, los problemas mono-objetivo, donde existe solo una función objetivo a optimizar, y los problemas multi-objetivo donde existe más de una función objetivo. En el presente trabajo se estudia la utilización de metaheurísticas evolutivas para la resolución de problemas complejos, con uno y con más de un objetivo. Se efectúa un análisis del estado de situación en la materia, y se proponen nuevas variantes de algoritmos existentes, validando que las mismas mejoran resultados reportados en la literatura. En una primera instancia, se propone una mejora a la versión canónica y mono-objetivo del algoritmo PSO, luego de un estudio detallado del patrón de movimientos de las partículas en el espacio de soluciones. Estas mejoras se proponen en las versiones de PSO para espacios continuos y para espacios binarios. Asimismo, se analiza la implementación de una versión paralela de esta técnica evolutiva. Como segunda contribución, se plantea una nueva versión de un algoritmo PSO multiobjetivo (MOPSO Multi Objective Particle Swarm Optimization) incorporando la posibilidad de variar dinámicamente el tamaño de la población, lo que constituye una contribución innovadora en problemas con mas de una función objetivo. Por último, se utilizan las técnicas representativas del estado del arte en optimización multi-objetivo aplicando estos métodos a la problemática de una empresa de emergencias médicas y atención de consultas domiciliarias. Se logró poner en marcha un proceso de asignación de móviles a prestaciones médicas basado en metaheurísticas, logrando optimizar el proceso de asignación de móviles médicos a prestaciones médicas en la principal compañía de esta industria a nivel nacional.Tesis doctoral de la Facultad de Informática (UNLP). Grado alcanzado: Doctor en Ciencias Informáticas. Director de tesis: Laura Lanzarini. Co-director de tesis: Guillermo Leguizamón. La tesis, presentada en el año 2013, obtuvo el Premio "Dr. Raúl Gallard" en el 2014.Facultad de Informátic

    Optimización multi-objetivo : Aplicaciones a problemas del mundo real

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    Cuando hablamos de optimización en el ámbito de las ciencias de la computación hacemos referencia al mismo concepto coloquial asociado a esa palabra, la concreción de un objetivo utilizando la menor cantidad de recursos disponibles, o en una visión similar, la obtención del mejor objetivo posible utilizando todos los recursos con lo que se cuenta. Los métodos para encontrar la mejor solución (óptima) varían de acuerdo a la complejidad del problema enfrentado. Para problemas triviales, el cerebro humano posee la capacidad de resolverlos (encontrar la mejor solución) directamente, pero a medida que aumenta la complejidad del problema, se hace necesario contar con herramientas adicionales. En esta dirección, existe una amplia variedad de técnicas para resolver problemas complejos. Dentro de estas técnicas, podemos mencionar las técnicas exactas. Este tipo de algoritmos son capaces de encontrar las soluciones óptimas a un problema dado en una cantidad finita de tiempo. Como contrapartida, requiere que el problema a resolver cumpla con condiciones bastante restrictivas. Existen además un conjunto muy amplio de técnica aproximadas, conocidas como metaheurísticas. Estas técnicas se caracterizan por integrar de diversas maneras procedimientos de mejora local y estrategias de alto nivel para crear un proceso capaz de escapar de óptimos locales y realizar una búsqueda robusta en el espacio de búsqueda del problema. En su evolución, estos métodos han incorporado diferentes estrategias para evitar la convergencia a óptimos locales, especialmente en espacios de búsqueda complejos. Este tipo de procedimientos tienen como principal característica que son aplicables a cualquier tipo de problemas, sin requerir ninguna condición particular a cumplir por los mismos. Estas técnicas no garantizan en ningún caso la obtención de los valores óptimos de los problemas en cuestión, pero se ha demostrado que son capaces de alcanzar muy buenos valores de soluciones en períodos de tiempo cortos. Además, es posible aplicarlas a problemas de diferentes tipos sin mayores modificaciones, mostrando su robustez y su amplio espectro de uso. La mayoría de estas técnicas están inspiradas en procesos biológicos y/o físicos, y tratan de simular el comportamiento propio de estos procesos que favorecen la búsqueda y detección de soluciones mejores en forma iterativa. La más difundida de estas técnicas son los algoritmos genéticos, basados en el mecanismo de evolución natural de las especies. Existen diferentes tipos de problemas, y multitud de taxonomías para clasificar los mismos. En el alcance de este trabajo nos interesa diferenciar los problemas en cuanto a la cantidad de objetivos a optimizar. Con esta consideración en mente, surge una primera clasificación evidente, los problemas mono-objetivo, donde existe solo una función objetivo a optimizar, y los problemas multi-objetivo donde existe más de una función objetivo. En el presente trabajo se estudia la utilización de metaheurísticas evolutivas para la resolución de problemas complejos, con uno y con más de un objetivo. Se efectúa un análisis del estado de situación en la materia, y se proponen nuevas variantes de algoritmos existentes, validando que las mismas mejoran resultados reportados en la literatura. En una primera instancia, se propone una mejora a la versión canónica y mono-objetivo del algoritmo PSO, luego de un estudio detallado del patrón de movimientos de las partículas en el espacio de soluciones. Estas mejoras se proponen en las versiones de PSO para espacios continuos y para espacios binarios. Asimismo, se analiza la implementación de una versión paralela de esta técnica evolutiva. Como segunda contribución, se plantea una nueva versión de un algoritmo PSO multiobjetivo (MOPSO Multi Objective Particle Swarm Optimization) incorporando la posibilidad de variar dinámicamente el tamaño de la población, lo que constituye una contribución innovadora en problemas con mas de una función objetivo. Por último, se utilizan las técnicas representativas del estado del arte en optimización multi-objetivo aplicando estos métodos a la problemática de una empresa de emergencias médicas y atención de consultas domiciliarias. Se logró poner en marcha un proceso de asignación de móviles a prestaciones médicas basado en metaheurísticas, logrando optimizar el proceso de asignación de móviles médicos a prestaciones médicas en la principal compañía de esta industria a nivel nacional.Tesis doctoral de la Facultad de Informática (UNLP). Grado alcanzado: Doctor en Ciencias Informáticas. Director de tesis: Laura Lanzarini. Co-director de tesis: Guillermo Leguizamón. La tesis, presentada en el año 2013, obtuvo el Premio "Dr. Raúl Gallard" en el 2014.Facultad de Informátic
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