Time series analysis and modeling based on fuzzy rules the school of eletrical and computer engineering

Orientadores: Secundino Soares Filho, Rosangela BalliniTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho propõe uma metodologia baseada em regras nebulosas para a modelagem e previsão de séries temporais. Inicialmente, os dados são pré-processados para, a seguir, ocorrer a seleção de variáveis que serão utilizadas pelos modelos de série temporal. Para essa finalidade, nesta tese propõe-se um conjunto de aproximações necessárias para o cálculo do critério de informação mútua parcial, o qual é a base para o algoritmo de seleção de entradas utilizado. A próxima etapa corresponde à determinação da estrutura do modelo e ajuste dos parâmetros. Com o intuito de definir de forma automática a estrutura do modelo, de forma simultânea ao ajuste dos parâmetros, dois algoritmos de aprendizado construtivo - offiine e online são propostos. Ambos os algoritmos utilizam como base para o seu desenvolvimento o algoritmo da maximização da verossimilhança, assim como critérios de geração e punição (ou poda) de regras nebulosas. Finalmente, o modelo obtido é validado e aplicado .na previsão de um e vários passos à frente. Análises comparativas são apresentadas utilizando séries temporais sintéticas e de problemas reais. Os resultados mostram que as propostas deste trabalho são uma alternativa eficiente para a modelagem e previsão de séries temporaisAbstract: This work presents a methodology for time series modeling and forecasting. First, the methodology considers the data pre-processing and the system identification, which implies on the selection of a suitable set of input variables for modeling the time series. In order to achieve this task, this work proposes an algorithm for input selection and a set of approximations that are necessary for estimating the partia! mutual information criterion, which is the base of the algorithm used at this stage. Then, the mo deI is built and adjusted. With the aim of performing an automatic structure selection and parameters adjustment simultaneously, this thesis proposes two constructive learning algorithms, namely ofRine and online. These algorithms are based on the Expectation Maximization optimization technique, as well as on adding and pruning operators of fuzzy rules that are also proposed in this work. Finally, models are validated and applied to one-step ahead and multi-step ahead forecasting. Comparative analysis using synthetic and real time series are detailed. The results show the adequate performance of the proposed approach and presents it as a promising alternative for time series modeling and forecastingDoutoradoEnergia EletricaDoutor em Engenharia Elétric

Redes neuronales y preprocesado de variables para modelos y sensores en bioingeniería

El propósito de esta Tesis Doctoral es proponer una alternativa viable a la aproximación de modelos y procesos en el ámbito científico y, más concretamente, en aplicaciones complejas de bioingeniería, en las cuales es imposible o muy costoso encontrar una relación directa entre las señales de entrada y de salida mediante modelos matemáticos sencillos o aproximaciones estadísticas. Del mismo modo, es interesante lograr una compactación de los datos que necesita un modelo para conseguir una predicción o clasificación en un tiempo y con un coste de implementación mínimos. Un modelo puede ser simplificado en gran medida al reducir el número de entradas o realizar operaciones matemáticas sobre éstas para transformarlas en nuevas variables. En muchos problemas de regresión (aproximación de funciones), clasificación y optimización, en general se hace uso de las nuevas metodologías basadas en la inteligencia artificial. La inteligencia artificial es una rama de las ciencias de la computación que busca automatizar la capacidad de un sistema para responder a los estímulos que recibe y proponer salidas adecuadas y racionales. Esto se produce gracias a un proceso de aprendizaje, mediante el cual se presentan ciertas muestras o �ejemplos� al modelo y sus correspondientes salidas y éste aprende a proponer las salidas correspondientes a nuevos estímulos que no ha visto previamente. Esto se denomina aprendizaje supervisado. También puede darse el caso de que tal modelo asocie las entradas con características similares entre sí para obtener una clasificación de las muestras de entrada sin necesidad de un patrón de salida. Este modelo de aprendizaje se denomina no supervisado. El principal exponente de la aplicación de la inteligencia artificial para aproximación de funciones y clasificación son las redes neuronales artificiales. Se trata de modelos que han demostrado sobradamente sus ventajas en el ámbito del modelado estadístico y de la predicción frente a otros métodos clásicos. NMateo Jiménez, F. (2012). Redes neuronales y preprocesado de variables para modelos y sensores en bioingeniería [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16702Palanci

Mutual information and gamma test for input selection

Abstract. In this paper, input selection is performed using two different approaches. The first approach is based on the Gamma test. This test estimates the mean square error (MSE) that can be achieved without overfitting. The best set of inputs is the one that minimises the result of the Gamma test. The second method estimates the Mutual Information between a set of inputs and the output. The best set of inputs is the one that maximises the Mutual Information. Both methods are applied for the selection of the inputs for function approximation and time series prediction problems.