Notes on the existence of solutions in the pairwise comparisons method using the Heuristic Rating Estimation approach

Pairwise comparisons are a well-known method for modelling of the subjective preferences of a decision maker. A popular implementation of the method is based on solving an eigenvalue problem for M - the matrix of pairwise comparisons. This does not take into account the actual values of preference. The Heuristic Rating Estimation (HRE) approach is a modification of this method in which allows modelling of the reference values. To determine the relative order of preferences is to solve a certain linear equation system defined by the matrix A and the constant term vector b (both derived from M). The article explores the properties of these equation systems. In particular, it is proven that for some small data inconsistency the A matrix is an M-matrix, hence the equation proposed by the HRE approach has a unique strictly positive solution.Comment: 8 page

On the geometric mean method for incomplete pairwise comparisons

When creating the ranking based on the pairwise comparisons very often, we face difficulties in completing all the results of direct comparisons. In this case, the solution is to use the ranking method based on the incomplete PC matrix. The article presents the extension of the well known geometric mean method for incomplete PC matrices. The description of the methods is accompanied by theoretical considerations showing the existence of the solution and the optimality of the proposed approach.Comment: 15 page

Predicting Dominance Rankings for Score-Based Games

Game competitions may involve different player roles and be score-based rather than win/loss based. This raises the issue of how best to draw opponents for matches in ongoing competitions, and how best to rank the players in each role. An example is the Ms Pac-Man versus Ghosts Competition which requires competitors to develop software controllers to take charge of the game's protagonists: participants may develop software controllers for either or both Ms Pac-Man and the team of four ghosts. In this paper, we compare two ranking schemes for win-loss games, Bayes Elo and Glicko. We convert the game into one of win-loss ("dominance") by matching controllers of identical type against the same opponent in a series of pair-wise comparisons. This implicitly creates a "solution concept" as to what a constitutes a good player. We analyze how many games are needed under two popular ranking algorithms, Glicko and Bayes Elo, before one can infer the strength of the players, according to our proposed solution concept, without performing an exhaustive evaluation. We show that Glicko should be the method of choice for online score-based game competitions

Preferences in Case-Based Reasoning

Case-based reasoning (CBR) is a well-established problem solving paradigm that has been used in a wide range of real-world applications. Despite its great practical success, work on the theoretical foundations of CBR is still under way, and a coherent and universally applicable methodological framework is yet missing. The absence of such a framework inspired the motivation for the work developed in this thesis. Drawing on recent research on preference handling in Artificial Intelligence and related fields, the goal of this work is to develop a well theoretically-founded framework on the basis of formal concepts and methods for knowledge representation and reasoning with preferences

Multivariate preference models for scoring or ranking units

Measuring individuals' preferences for goods and services has recently obtained considerable attention in both public and private contexts. Individuals' judgments are used for many different purposes, including setting social policies and forecating the acceptance of a new product in the market. While preference modeling is a long-studying problem, modern applications, related to the web, make it an actual topic. Respondents are called to express their preferences among a set of alternatives and collected data can be represented in various kinds of matrices. This thesis is focused on some popular methods to estimate either scores or ranks of a set of alternatives by analyzing a generalized tournament matrix. The proposed methods are compared via simulation and some special situations are investigated to detect their reliability. Our aim is to compare methods that assume parametric hypotheses on data distribution with methods that do not require such hypotheses. When respondents do not compare directly two alternatives, the matrix representing their preferences may show one or more missing values. We propose a method to estimate the missing entries of a generalized tournament matrix based on the minimization of the sum of its singular values, i.e. the nuclear norm. We perform some simulation studies to investigate the nuclear norm minimization effectiveness

Optimization Techniques for Automated Software Test Data Generation

Esta tesis propone una variedad de contribuciones al campo de pruebas evolutivas. Hemos abarcados un amplio rango de aspectos relativos a las pruebas de programas: código fuente procedimental y orientado a objetos, paradigmas estructural y funcional, problemas mono-objetivo y multi-objetivo, casos de prueba aislados y secuencias de pruebas, y trabajos teóricos y experimentales. En relación a los análisis llevados a cabo, hemos puesto énfasis en el análisis estadístico de los resultados para evaluar la significancia práctica de los resultados. En resumen, las principales contribuciones de la tesis son: Definición de una nueva medida de distancia para el operador instanceof en programas orientados a objetos: En este trabajo nos hemos centrado en un aspecto relacionado con el software orientado a objetos, la herencia, para proponer algunos enfoques que pueden ayudar a guiar la búsqueda de datos de prueba en el contexto de las pruebas evolutivas. En particular, hemos propuesto una medida de distancia para computar la distancia de ramas en presencia del operador instanceof en programas Java. También hemos propuesto dos operadores de mutación que modifican las soluciones candidatas basadas en la medida de distancia definida. Definición de una nueva medida de complejidad llamada ``Branch Coverage Expectation'': En este trabajo nos enfrentamos a la complejidad de pruebas desde un punto de vista original: un programa es más complejo si es más difícil de probar de forma automática. Consecuentemente, definimos la ``Branch Coverage Expectation'' para proporcionar conocimiento sobre la dificultad de probar programas. La fundación de esta medida se basa en el modelo de Markov del programa. El modelo de Markov proporciona fundamentos teóricos. El análisis de esta medida indica que está más correlacionada con la cobertura de rama que las otras medidas de código estáticas. Esto significa que esto es un buen modo de estimar la dificultad de probar un programa. Predicción teórica del número de casos de prueba necesarios para cubrir un porcentaje concreto de un programa: Nuestro modelo de Markov del programa puede ser usado para proporcionar una estimación del número de casos de prueba necesarios para cubrir un porcentaje concreto del programa. Hemos comparado nuestra predicción teórica con la media de las ejecuciones reales de un generador de datos de prueba. Este modelo puede ayudar a predecir la evolución de la fase de pruebas, la cual consecuentemente puede ahorrar tiempo y coste del proyecto completo. Esta predicción teórica podría ser también muy útil para determinar el porcentaje del programa cubierto dados un número de casos de prueba. Propuesta de enfoques para resolver el problema de generación de datos de prueba multi-objetivo: En ese capítulo estudiamos el problema de la generación multi-objetivo con el fin de analizar el rendimiento de un enfoque directo multi-objetivo frente a la aplicación de un algoritmo mono-objetivo seguido de una selección de casos de prueba. Hemos evaluado cuatro algoritmos multi-objetivo (MOCell, NSGA-II, SPEA2, y PAES) y dos algoritmos mono-objetivo (GA y ES), y dos algoritmos aleatorios. En términos de convergencia hacía el frente de Pareto óptimo, GA y MOCell han sido los mejores resolutores en nuestra comparación. Queremos destacar que el enfoque mono-objetivo, donde se ataca cada rama por separado, es más efectivo cuando el programa tiene un grado de anidamiento alto. Comparativa de diferentes estrategias de priorización en líneas de productos y árboles de clasificación: En el contexto de pruebas funcionales hemos tratado el tema de la priorización de casos de prueba con dos representaciones diferentes, modelos de características que representan líneas de productos software y árboles de clasificación. Hemos comparado cinco enfoques relativos al método de clasificación con árboles y dos relativos a líneas de productos, cuatro de ellos propuestos por nosotros. Los resultados nos indican que las propuestas para ambas representaciones basadas en un algoritmo genético son mejores que el resto en la mayoría de escenarios experimentales, es la mejor opción cuando tenemos restricciones de tiempo o coste. Definición de la extensión del método de clasificación con árbol para la generación de secuencias de pruebas: Hemos definido formalmente esta extensión para la generación de secuencias de pruebas que puede ser útil para la industria y para la comunidad investigadora. Sus beneficios son claros ya que indudablemente el coste de situar el artefacto bajo pruebas en el siguiente estado no es necesario, a la vez que reducimos significativamente el tamaño de la secuencia utilizando técnicas metaheurísticas. Particularmente nuestra propuesta basada en colonias de hormigas es el mejor algoritmo de la comparativa, siendo el único algoritmo que alcanza la cobertura máxima para todos los modelos y tipos de cobertura. Exploración del efecto de diferentes estrategias de seeding en el cálculo de frentes de Pareto óptimos en líneas de productos: Estudiamos el comportamiento de algoritmos clásicos multi-objetivo evolutivos aplicados a las pruebas por pares de líneas de productos. El grupo de algoritmos fue seleccionado para cubrir una amplia y diversa gama de técnicas. Nuestra evaluación indica claramente que las estrategias de seeding ayudan al proceso de búsqueda de forma determinante. Cuanta más información se disponga para crear esta población inicial, mejores serán los resultados obtenidos. Además, gracias al uso de técnicas multi-objetivo podemos proporcionar un conjunto de pruebas adecuado mayor o menor, en resumen, que mejor se adapte a sus restricciones económicas o tecnológicas. Propuesta de técnica exacta para la computación del frente de Pareto óptimo en líneas de productos software: Hemos propuesto un enfoque exacto para este cálculo en el caso multi-objetivo con cobertura paiwise. Definimos un programa lineal 0-1 y un algoritmo basado en resolutores SAT para obtener el frente de Pareto verdadero. La evaluación de los resultados nos indica que, a pesar de ser un fantástico método para el cálculo de soluciones óptimas, tiene el inconveniente de la escalabilidad, ya que para modelos grandes el tiempo de ejecución sube considerablemente. Tras realizar un estudio de correlaciones, confirmamos nuestras sospechas, existe una alta correlación entre el tiempo de ejecución y el número de productos denotado por el modelo de características del programa

Meta-Learning and the Full Model Selection Problem

When working as a data analyst, one of my daily tasks is to select appropriate tools from a set of existing data analysis techniques in my toolbox, including data preprocessing, outlier detection, feature selection, learning algorithm and evaluation techniques, for a given data project. This indeed was an enjoyable job at the beginning, because to me finding patterns and valuable information from data is always fun. Things become tricky when several projects needed to be done in a relatively short time. Naturally, as a computer science graduate, I started to ask myself, "What can be automated here?"; because, intuitively, part of my work is more or less a loop that can be programmed. Literally, the loop is "choose, run, test and choose again... until some criterion/goals are met". In other words, I use my experience or knowledge about machine learning and data mining to guide and speed up the process of selecting and applying techniques in order to build a relatively good predictive model for a given dataset for some purpose. So the following questions arise: "Is it possible to design and implement a system that helps a data analyst to choose from a set of data mining tools? Or at least that provides a useful recommendation about tools that potentially save some time for a human analyst." To answer these questions, I decided to undertake a long-term study on this topic, to think, define, research, and simulate this problem before coding my dream system. This thesis presents research results, including new methods, algorithms, and theoretical and empirical analysis from two directions, both of which try to propose systematic and efficient solutions to the questions above, using different resource requirements, namely, the meta-learning-based algorithm/parameter ranking approach and the meta-heuristic search-based full-model selection approach. Some of the results have been published in research papers; thus, this thesis also serves as a coherent collection of results in a single volume