Procesamiento paralelo distribuido heterogéneo en aplicaciones estructurales y numéricas

El objetivo global de esta línea de investigación es diseñar e implementar nuevas estrategias de procesamiento paralelo en entornos de cómputo distribuido heterogéneo para facilitar la resolución de problemas tanto estructurales como numéricos cuya resolución mediante técnicas secuenciales resulta costosa en tiempos de ejecución debido a la magnitud o complejidad de las instancias que se desea resolver. Como resultado de estas investigaciones se ha logrado el desarrollo de técnicas robustas y eficientes aplicables a un amplio espectro de problemas de búsquedas en grafos y de optimización con función objetivo y restricciones no lineales. En términos generales, es posible distinguir dos ramas de investigación para el desarrollo de algoritmos paralelos distribuidos: la paralelización de algoritmos secuenciales existentes y la creación de alternativas intrínsecamente paralelas. En el caso de problemas estructurales, se estudiaron los métodos secuenciales clásicos de búsqueda en grafos y se establecieron las limitaciones para su uso en redes de estaciones de trabajo. Sobre esta base se propuso un nuevo método de distribución semi-dinámica y se lo aplicó al algoritmo GS-FLCN para análisis de observabilidad.. Por otra parte, en la línea de los algoritmos intrínsecamente paralelos se desarrolló un nuevo algoritmo de búsqueda totalmente distribuido con el objeto de aumentar la eficiencia de los recorridos para esta aplicación específica. En vez de la estrategia tipo Master-Worker de la propuesta anterior se diseñó otra mucho más eficiente que sigue un esquema descentralizado tipo Master-Supervisor-Worker. En cuanto a los problemas numéricos, se consideraron estrategias para aplicar el paralelismo a las secciones de cómputo intensivo de los algoritmos secuenciales existentes para optimización no lineal con restricciones conocidos como GRG y SQP. Asimismo se desarrolló una nueva técnica de descomposición de dominio con el objeto de ampliar el rango de aplicabilidad de un algoritmo intrínsecamente paralelo concebido originalmente para problemas sin restricciones de modo que se lo pudiera utilizar en forma eficiente para el tratamiento de los problemas de optimización no lineal con restricciones. En cuanto a las verificaciones de desempeño, las implementaciones se testearon sobre redes de estaciones de trabajo homogéneas y heterogéneas pequeñas y se hicieron estudios de escalabilidad. Las métricas clásicas de speed-up debieron ser ajustadas con el objeto de tener en cuenta la heterogeneidad de los procesadores y así poder asegurar comparaciones justas. En tal sentido, todos los nuevos algoritmos propuestos lograron muy buen desempeño en cuanto al tiempo de ejecución en comparación con los algoritmos secuenciales correspondientes. Se analizaron casos de estudio académicos y problemas industriales reales de mediano y gran tamaño pertenecientes al área de ingeniería de procesos.Eje: Procesamiento Concurrente, Paralelo y DistribuidoRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Procesamiento paralelo distribuido heterogéneo en aplicaciones estructurales y numéricas

El objetivo global de esta línea de investigación es diseñar e implementar nuevas estrategias de procesamiento paralelo en entornos de cómputo distribuido heterogéneo para facilitar la resolución de problemas tanto estructurales como numéricos cuya resolución mediante técnicas secuenciales resulta costosa en tiempos de ejecución debido a la magnitud o complejidad de las instancias que se desea resolver. Como resultado de estas investigaciones se ha logrado el desarrollo de técnicas robustas y eficientes aplicables a un amplio espectro de problemas de búsquedas en grafos y de optimización con función objetivo y restricciones no lineales. En términos generales, es posible distinguir dos ramas de investigación para el desarrollo de algoritmos paralelos distribuidos: la paralelización de algoritmos secuenciales existentes y la creación de alternativas intrínsecamente paralelas. En el caso de problemas estructurales, se estudiaron los métodos secuenciales clásicos de búsqueda en grafos y se establecieron las limitaciones para su uso en redes de estaciones de trabajo. Sobre esta base se propuso un nuevo método de distribución semi-dinámica y se lo aplicó al algoritmo GS-FLCN para análisis de observabilidad.. Por otra parte, en la línea de los algoritmos intrínsecamente paralelos se desarrolló un nuevo algoritmo de búsqueda totalmente distribuido con el objeto de aumentar la eficiencia de los recorridos para esta aplicación específica. En vez de la estrategia tipo Master-Worker de la propuesta anterior se diseñó otra mucho más eficiente que sigue un esquema descentralizado tipo Master-Supervisor-Worker. En cuanto a los problemas numéricos, se consideraron estrategias para aplicar el paralelismo a las secciones de cómputo intensivo de los algoritmos secuenciales existentes para optimización no lineal con restricciones conocidos como GRG y SQP. Asimismo se desarrolló una nueva técnica de descomposición de dominio con el objeto de ampliar el rango de aplicabilidad de un algoritmo intrínsecamente paralelo concebido originalmente para problemas sin restricciones de modo que se lo pudiera utilizar en forma eficiente para el tratamiento de los problemas de optimización no lineal con restricciones. En cuanto a las verificaciones de desempeño, las implementaciones se testearon sobre redes de estaciones de trabajo homogéneas y heterogéneas pequeñas y se hicieron estudios de escalabilidad. Las métricas clásicas de speed-up debieron ser ajustadas con el objeto de tener en cuenta la heterogeneidad de los procesadores y así poder asegurar comparaciones justas. En tal sentido, todos los nuevos algoritmos propuestos lograron muy buen desempeño en cuanto al tiempo de ejecución en comparación con los algoritmos secuenciales correspondientes. Se analizaron casos de estudio académicos y problemas industriales reales de mediano y gran tamaño pertenecientes al área de ingeniería de procesos.Eje: Procesamiento Concurrente, Paralelo y DistribuidoRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Genetic algorithms for topical web search: A study of different mutation rates

Harvesting topical content is a process that can be done by formulating topic-relevant queries and submitting them to a search engine. The quality of the material collected through this process is highly dependant on the vocabulary used to generate the search queries. In this scenario, selecting good query terms can be seen as an optimization problem where the objective function to be optimized is based on the effectiveness of a query to retrieve relevant material. Three characteristics of this optimization problem are (1) the high-dimensionality of the search space, where candidate solutions are queries and each term corresponds to a different dimension, (2) the existence of acceptable suboptimal solutions, and (3) the possibility of finding multiple solutions. This paper describes optimization techniques based on Genetic Algorithms to evolve “good query terms” in the context of a given topic. We discuss the use of a mutation pool to allow the generation of queries with novel terms, and study the effect of different mutation rates on the exploration of query-space.Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Permutation of Sparse Matrices to a Specific Lower BTF using Graph Decompositions

A new partitioning algorithm that permutes sparse matrices to a specific block lower-triangular form (BlTF) complying with special features required for instrumentation problems is presented. The proposal consists in the decomposition of the occurrence matrix in two stages, using methodologies based on graph theory. First of all, Hopcroft-Karp´s algorithm is employed to match the vertices, this classification being carried out by means of a modification of Dulmage-Mendelsohn´s technique, which was devised by the authors. The second step is the application of Tarjan´s algorithm to the square blocks obtained as a result of the first stage.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Initial Sensor Network Design with a Multi-Objective Genetic Algorithm

A Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) application, which is based on the aggregating approach, is proposed in this article. Its aim is to find a consistent instrument configuration for industrial process plants that will constitute a convenient initial set of input data for structural Observability Analysis Algorithms (OAs). The better this configuration is, the faster the OAs will converge to a satisfactory solution. Algorithmic effectiveness was evaluated through the analysis of small academic case studies. The results obtained through our algorithm show excellent performance. Therefore, it can be stated that the prototype presented in this work is good enough to serve as a sound basis for the development of the definitive MOGA module, whose implementation will support large-size industrial plant models.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Optimized resolution of systems of equations

Sparse systems of equations are an essential part of real mod- els, being decisive in simulation or optimization. By increasing the prob- lems size or going closer to reality, these systems increase in complexity and size. There are several proven methods to solve them e ciently, and it is known that a structural reorganization can enhance e ciency. We propose an improvement to the Extended Direct Method algorithm as a preprocessor of the adjacency matrix associated with the system. This method was originated in the Design of Chemical Plant Instrumentation, expanding the functions of its predecessor, the Direct Method, which did not take into account the degree of nonlinearity of model equations and variables.Eje: Workshop Teóricos de ciencia de la computación (WATCC)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Prediction of PM10 concentrations for Bahía Blanca, Argentina

PM10 non-traditional modelling for e-government development is described in detail. Ambient PM10 concentrations were predicted using meteorological variables as inputs, whose relevance for a generated Artificial Neural Network was analyzed by a feature selection method. The work is specially focused on the surroundings of Bahía Blanca city, its petrochemical pole and Ing. White grain port. Its accuracy was tested with time windows ranging from 2004 to 2006. A trustworthy simulation of the physical phenomena was built. As a result, this predictive model will contribute to the local observatory in order to trigger early-alert warnings.Eje: Workshop Agentes y sistemas inteligentes (WASI)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Diseño y desarrollo de un sistema de soporte de decisión para análisis de instrumentación de plantas industriales

El objetivo global de estas investigaciones es desarrollar una metodología completa para el diseño de instrumentación de plantas de procesos químicos que sea robusta, rigurosa, independiente del punto de operación y por ende aplicable al diseño de plantas industriales grandes y/o complejas. Esto implica el desarrollo e implementación de nuevos algoritmos de clasificación de variables, la generación de herramientas computacionales de análisis como ayuda en la toma de decisiones y la integración de las mejores rutinas en un paquete de software adecuado. La idea es trabajar sobre la base de una metodología para localización de sensores que tienda a ser perfecta, lo cual implica la creación de nuevos algoritmos para las etapas claves del diseño que son el análisis de observabilidad y de redundancias con el objeto de superar las limitaciones de las técnicas existentes.. El diseño involucra las siguientes tareas: desarrollo de una interfaz gráfica adecuada, generación automática de modelos matemáticos de plantas de procesos y de una configuración inicial de instrumentos, análisis de observabilidad, análisis de redundancias, reconciliación de datos y herramientas informáticas para soporte de decisión. Con respecto a los objetivos específicos de diseño del DSS, se desea que el software cuente con las siguientes facilidades: interfaces amigables, seguras y confiables; modelado matemático riguroso y preciso de plantas reales; flexibilidad en las opciones de modelado; algoritmos eficaces, eficientes y robustos para análisis de observabilidad, análisis de redundancias y reconciliación de datos; chequeos de consistencia y validación de datos; herramientas inteligentes para ayudar en la toma de decisiones y capacidad para el tratamiento confiable de plantas de dimensión industrial. El sistema completo constituirá un paquete novedoso y útil, distinto del software comercial existente tanto por el enfoque del análisis como por la rigurosidad del cálculo, constituyendo así un producto de calidad muy atractivo tanto para el ámbito académico como industrial.Eje: Sistemas de Tiempo RealRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Diseño y desarrollo de un sistema de soporte de decisión para análisis de instrumentación de plantas industriales

El objetivo global de estas investigaciones es desarrollar una metodología completa para el diseño de instrumentación de plantas de procesos químicos que sea robusta, rigurosa, independiente del punto de operación y por ende aplicable al diseño de plantas industriales grandes y/o complejas. Esto implica el desarrollo e implementación de nuevos algoritmos de clasificación de variables, la generación de herramientas computacionales de análisis como ayuda en la toma de decisiones y la integración de las mejores rutinas en un paquete de software adecuado. La idea es trabajar sobre la base de una metodología para localización de sensores que tienda a ser perfecta, lo cual implica la creación de nuevos algoritmos para las etapas claves del diseño que son el análisis de observabilidad y de redundancias con el objeto de superar las limitaciones de las técnicas existentes.. El diseño involucra las siguientes tareas: desarrollo de una interfaz gráfica adecuada, generación automática de modelos matemáticos de plantas de procesos y de una configuración inicial de instrumentos, análisis de observabilidad, análisis de redundancias, reconciliación de datos y herramientas informáticas para soporte de decisión. Con respecto a los objetivos específicos de diseño del DSS, se desea que el software cuente con las siguientes facilidades: interfaces amigables, seguras y confiables; modelado matemático riguroso y preciso de plantas reales; flexibilidad en las opciones de modelado; algoritmos eficaces, eficientes y robustos para análisis de observabilidad, análisis de redundancias y reconciliación de datos; chequeos de consistencia y validación de datos; herramientas inteligentes para ayudar en la toma de decisiones y capacidad para el tratamiento confiable de plantas de dimensión industrial. El sistema completo constituirá un paquete novedoso y útil, distinto del software comercial existente tanto por el enfoque del análisis como por la rigurosidad del cálculo, constituyendo así un producto de calidad muy atractivo tanto para el ámbito académico como industrial.Eje: Sistemas de Tiempo RealRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Genetic algorithms for topical web search: A study of different mutation rates

Harvesting topical content is a process that can be done by formulating topic-relevant queries and submitting them to a search engine. The quality of the material collected through this process is highly dependant on the vocabulary used to generate the search queries. In this scenario, selecting good query terms can be seen as an optimization problem where the objective function to be optimized is based on the effectiveness of a query to retrieve relevant material. Three characteristics of this optimization problem are (1) the high-dimensionality of the search space, where candidate solutions are queries and each term corresponds to a different dimension, (2) the existence of acceptable suboptimal solutions, and (3) the possibility of finding multiple solutions. This paper describes optimization techniques based on Genetic Algorithms to evolve “good query terms” in the context of a given topic. We discuss the use of a mutation pool to allow the generation of queries with novel terms, and study the effect of different mutation rates on the exploration of query-space.Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI