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Tipo do documento: Tese
Título: Penalização iterativa da Evolução Diferencial em otimização multimodal
Autor: Coelho, Vinícius Magno de Oliveira 
Primeiro orientador: Moura Neto, Francisco Duarte
Segundo orientador: Platt, Gustavo Mendes
Primeiro membro da banca: Peralta, Bernardo Sotto Maior
Segundo membro da banca: Peixoto, Fernando Cunha
Terceiro membro da banca: Domingos, Roberto Pinheiro
Quarto membro da banca: Lobato, Fran Sérgio
Resumo: Formulações matemáticas de estudo de casos reais levam em consideração o máximo de informações disponíveis sobre o caso analisado. Devido este fato, as formulações geral- mente apresentam características como não-linearidade, descontinuidade e alta complexi-dade. A partir do contexto em que estas formulações são geradas podem-se transforma-las em problemas de otimização a partir da criação de uma função de mérito, comumente denominada de função-objetivo, podendo ser problemas de minimização ou maximização. Esta classe de problemas podem apresentar um número elevado de pontos de mínimo global, devido este fato, recebem a denominação de função multimodal. Em função do caráter multimodal destas funções, métodos multipopulacionais têm sido empregados com o objetivo de obter o maior número de pontos de mínimo global. No presente trabalho são desenvolvidas duas novas abordagens que utilizam uma técnica de penalização iterativa e um procedimento multipopulacional juntamente ao algoritmo da Evolução Diferencial com o objetivo de obter o conjunto de soluções de problemas de otimização multimodal. O primeiro método proposto é o Evolução Diferencial multipopulacional com técnica iterativa de modificação da função-objetivo, EDM–TIMF, e o segundo método proposto é a Evolução Diferencial com Inicialização, EDI. Nesta segunda proposta utiliza-se o método EDM–TIMF como uma ferramenta de inicialização das populações iniciais e a partir de um dado momento é utilizado a Evolução Diferencial para a resolução do problema abordado. Nestas abordagens as subpopulações evoluem simultaneamente durante todo o processo iterativo. Realizam-se simulações com o objetivo de estudar o comportamento qualitativo dos métodos desenvolvidos a partir da análise de sensibilidade dos parâmetros inerentes aos métodos. Posteriormente, aplicam-se os métodos ED, EDM–TIMF e EDI para avalia-los, e validar suas aptidões na resolução de problemas multimodais, em um conjunto com 10 funções de benchmark multimodais e em dois problemas de engenharia, o primeiro na área de equilíbrio de fases em misturas e o segundo na área da robótica. No entanto, o método ED não é aplicado no problema da área de robótica. A tarefa mais complexa para os métodos desenvolvidos é a aplicação dos mesmos no problema da Cinemática Robótica Inversa devido a formulação matemática ser no R8 e possuir um elevado número de soluções no intervalo [−1,1]. Fundamentado nos resultados obtidos conclui-se que todos os métodos são aptos para as referidas tarefas. O método EDI apre- sentou sutil superioridade na obtenção de um maior número de pontos de mínimo global distintos em comparação ao método EDM–TIMF em todas as funções de benchmark mul- timodais e nos problemas reais utilizados nesta tese.
Abstract: Mathematical formulations of real case studies take into account the maximum amount of information available on the analyzed case. Due to this fact, the formulations generally present characteristics such as non-linearity, discontinuity and high complexity. From the context in which these formulations are generated, they can be transformed into optimization problems by creating a merit function, commonly called the objective function, which can be minimization or maximization problems. This class of problems may present a high number of global minimum points, due to this fact, they are called multimodal function. Due to the multimodal character of these functions, multipopulation methods have been employed in order to obtain the highest number of points of global minimum. In the present work, two new approaches are developed that use an iterative penalization technique and a multipopulation procedure together with the Differential Evolution algorithm in order to obtain the set of solutions for multimodal optimization problems. The first method proposed is the Multipopulation Differential Evolution with iterative technique of modification of the objective function, EDM–TIMF, and the second method proposed is the Differential Evolution with Initialization, EDI. In this second proposal, the EDM–TIMF method is used a startup tool of the initial populations and from a given moment the Differential Evolution is used to solve the problem addressed. In these approaches, subpopulations evolve simultaneously throughout the iterative process. Simulations are carried out in order to study the qualitative behavior of the methods developed from the sensitivity analysis of the parameters inherent to the methods. Subsequently, the ED, EDM–TIMF and EDI methods are applied to evaluate them, and validate their capability in solving multimodal problems, in a set with 10 multimodal benchmark functions and in two engineering problems, the first in the area phase balance in mixtures and the second in the area of robotics. However, the ED method is not applied to the problem of robotics. The most complex task for the developed methods is the application of them in the problem of Inverse Robotic Kinematics due to the mathematical formulation being in the R8 and has a high number of solutions in the interval [−1,1]. Based on the results obtained, it is concluded that all methods are suitable for these tasks. The EDI method presented subtle superiority in obtaining a greater number of distinct global minimum points compared to the EDM–TIMF method in all multimodal benchmark functions and in the real problems used in this thesis.
Palavras-chave: Multipopulation Differential Evolution with iterative technique of modification of the objective function
Differential Evolution with Initialization
Multimodal benchmark functions
Inverse Robotic Kinematics
Evolução diferencial
Evolução Diferencial multipopulacional com técnica iterativa de modificação da função-objetivo
Evolução Diferencial com Inicialização
Funções de benchmark multimodais
Cinemática Robótica Inversa
Modelos estocásticos
Métodos de simulação
Algoritmos
Otimização matemática
Soluções numéricas
Differential Evolution
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Citação: COELHO, Vinícius Magno de Oliveira. Penalização iterativa da Evolução Diferencial em otimização multimodal. 2020. 176 f. Tese (Doutorado em Modelagem Computacional) - Instituto Politécnico, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16357
Data de defesa: 17-Fev-2020
Aparece nas coleções:Doutorado em Modelagem Computacional

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