Огляд гібридних структур МГУА-подібних нейронних мереж та генетичних алгоритмів

Стаття розкриває переваги поєднання МГУА-подібних нейронних мереж з генетичними алгоритмами та представляє найбільш вагомі результати щодо створення їх гібридних структур.Статья раскрывает преимущества сочетания МГУА-подобных нейронных сетей с генетическими алгоритмами и представляет наиболее значимые результаты по созданию их гибридных структур.This paper reveals benefits of the composition of GMDH-type neural networks and Genetic Algorithms and presents the most important results in creation of hybrid structures

Optimization of Synthetic Jet Position for Heat Transfer Enhancement and Temperature Uniformity of a Heated Wall in Micro-Channels

In this study, the synthetic jet position was optimized to obtain the maximum rate of heat transfer and the best state of temperature uniformity on a heated surface in micro-channels. Based on micro-channel length, several cases were simulated to investigate the effects of synthetic jet position on the heat transfer rate and temperature uniformity. After that, the synthetic jet position was optimized using the CFD results and the GMDH-MOGA optimization code. The obtained results show that the synthetic jet placement in all longitudinal positions of micro-channel increases the heat transfer rate, although the improvement of temperature uniformity of heated surface decreases at some positions as compared to the micro-channel without synthetic jet. The optimization results show that for obtaining the maximum value of heat transfer and the best state of temperature uniformity on the heated surface, the dimensionless longitudinal position of synthetic should be between 0.45 and 0.65. The maximum rate of heat transfer and the best state of temperature uniformity have been observed in the vicinity of lower and upper bounds of this range, respectively

Advances in Robotics, Automation and Control

The book presents an excellent overview of the recent developments in the different areas of Robotics, Automation and Control. Through its 24 chapters, this book presents topics related to control and robot design; it also introduces new mathematical tools and techniques devoted to improve the system modeling and control. An important point is the use of rational agents and heuristic techniques to cope with the computational complexity required for controlling complex systems. Through this book, we also find navigation and vision algorithms, automatic handwritten comprehension and speech recognition systems that will be included in the next generation of productive systems developed by man

Novel Evolutionary-based Methods for the Robust Training of SVR and GMDH Regressors

En los últimos años se han consolidado una serie de diferentes métodos y algoritmos para problemas de aprendizaje máquina y optimización de sistemas, que han dado lugar a toda una corriente de investigación conocida como Soft-Computing. El término de Soft-Computing hace referencia a una colección de técnicas computacionales que intenta estudiar, modelar y analizar fenómenos muy complejos, para los que los métodos convencionales no proporcionan soluciones completas, o no las proporcionan en un tiempo razonable. Dentro de lo que se considera como Soft-Computing existen una gran cantidad de técnicas tales como Redes Neuronales, Máquinas de Vectores Soporte (SVM), Redes Bayesianas, Computación Evolutiva (Algoritmos Genéticos, Algoritmos Evolutivos etc), etc. La investigación de la Tesis está enfocada en dos de estas técnicas, en primer lugar las máquinas de vectores soporte de regresión (SVR) y en segundo lugar a las GMDH (Group Method of Data Handling). Las SVM son una técnica ideada por Vapnik, basada en el principio de minimización del riesgo estructural y la teoría de los métodos kernel, que a partir de un conjunto de datos construye una regla de decisión con la cual intentar predecir nuevos valores para dicho proceso a partir de nuevas entradas. La eficiencia de los sistemas SVM ha hecho que tengan un desarrollo muy significativo en los últimos años y se hayan utilizado en una gran cantidad de aplicaciones tanto para clasificación como para problemas de regresión (SVR). Uno de los principales problemas es la búsqueda de los que se conoce como hiper-parámetros. Estos parámetros no pueden ser calculados de forma exacta, por lo que se hace necesario testear un gran número de combinaciones, para obtener unos parámetros que generen una buena función de estimación. Debido a esto el tiempo de entrenamiento suele ser elevado y no siempre los parámetros encontrados generan una buena solución: ya sea porque el algoritmo de búsqueda tenga un pobre rendimiento o porque el modelo generado está sobre-entrenado. En esta Tesis se ha desarrollado un nuevo algoritmo de tipo evolutivo para el entrenamiento con kernel multi-paramétrico. Este nuevo algoritmo tiene en cuenta un parámetro distinto, para cada una de las dimensiones del espacio de entradas. En este caso, debido al incremento del número de parámetros no puede utilizarse una búsqueda en grid clásica, debido al coste computacional que conllevaría. Por ello, en esta Tesis se propone la utilización de un algoritmo evolutivo para la obtención de los valores óptimos de los parámetros de la SVR y la aplicación de nuevas cotas para los parámetros de este kernel multi-paramétrico. Junto con esto, se han desarrollado nuevos métodos de validación que mejoren el rendimiento de las técnicas de regresión en problemas data-driven. La idea es obtener mejores modelos en la fase de entrenamiento del algoritmo, de tal forma que el desempeño con el conjunto de test mejore, principalmente en lo que a tiempo de entrenamiento se refiere y en el rendimiento general del sistema, con respecto a otros métodos de validación clásicos como son K-Fold cross-validation, etc. El otro foco de investigación de esta Tesis se encuentra en la técnica GMDH, ideada en los años 70 por Ivakhnenko. Es un método particularmente útil para problemas que requieran bajos tiempos de entrenamiento. Es un algoritmo auto-organizado, donde el modelo se genera de forma adaptativa a partir de los datos, creciendo con el tiempo en complejidad y ajustándose al problema en cuestión, hasta que el modelo alcanza un grado de complejidad óptima, es decir, no es demasiado simple ni demasiado complejo. De esta forma el algoritmo construye el modelo en base a los datos de los que dispone y no a una idea preconcebida del investigador, como ocurre en la mayoría de las técnicas de Soft-Computing. Las GMDH también tienen algunos inconvenientes como son los errores debido al sobre-entrenamiento y la multicolinealidad, esto hace que en algunas ocasiones el error sea elevado si lo comparamos con otras técnicas. Esta Tesis propone un nuevo algoritmo de construcción de estas redes basado en un algoritmo de tipo hiper-heurístico. Esta aproximación es un concepto nuevo relacionado con la computación evolutiva, que codifica varios heurísticos que pueden ser utilizados de forma secuencial para resolver un problema de optimización. En nuestro caso particular, varios heurísticos básicos se codifican en un algoritmo evolutivo, para crear una solución hiper-heurística que permita construir redes GMDH robustas en problemas de regresión. Todas las propuestas y métodos desarrollados en esta Tesis han sido evaluados experimentalmente en problemas benchmark, así como en aplicaciones de regresión reales

Generalisable FPCA-based Models for Predicting Peak Power in Vertical Jumping using Accelerometer Data

Peak power in the countermovement jump is correlated with various measures of sports performance and can be used to monitor athlete training. The gold standard method for determining peak power uses force platforms, but they are unsuitable for field-based testing favoured by practitioners. Alternatives include predicting peak power from jump flight times, or using Newtonian methods based on body-worn inertial sensor data, but so far neither has yielded sufficiently accurate estimates. This thesis aims to develop a generalisable model for predicting peak power based on Functional Principal Component Analysis applied to body-worn accelerometer data. Data was collected from 69 male and female adults, engaged in sports at recreational, club or national levels. They performed up to 16 countermovement jumps each, with and without arm swing, 696 jumps in total. Peak power criterion measures were obtained from force platforms, and characteristic features from accelerometer data were extracted from four sensors attached to the lower back, upper back and both shanks. The best machine learning algorithm, jump type and sensor anatomical location were determined in this context. The investigation considered signal representation (resultant, triaxial or a suitable transform), preprocessing (smoothing, time window and curve registration), feature selection and data augmentation (signal rotations and SMOTER). A novel procedure optimised the model parameters based on Particle Swarm applied to a surrogate Gaussian Process model. Model selection and evaluation were based on nested cross validation (Monte Carlo design). The final optimal model had an RMSE of 2.5 W·kg-1, which compares favourably to earlier research (4.9 ± 1.7 W·kg-1 for flight-time formulae and 10.7 ± 6.3 W·kg-1 for Newtonian sensor-based methods). Whilst this is not yet sufficiently accurate for applied practice, this thesis has developed and comprehensively evaluated new techniques, which will be valuable to future biomechanical applications