TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen jussi.hakanen@jyu.fi syksy 2010



Samankaltaiset tiedostot
TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES483 Epälineaarinen optimointi

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Monitavoiteoptimointi

Implementation of Selected Metaheuristics to the Travelling Salesman Problem (valmiin työn esittely)

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Monitavoitteiseen optimointiin soveltuvan evoluutioalgoritmin tarkastelu

Kombinatorinen optimointi

Joonas Haapala Ohjaaja: DI Heikki Puustinen Valvoja: Prof. Kai Virtanen

ÄÄNENVAIMENTIMIEN MALLINNUSPOHJAINEN MONITAVOITTEINEN MUODONOPTIMOINTI 1 JOHDANTO. Tuomas Airaksinen 1, Erkki Heikkola 2

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. 3. Luennon sisältö

Lineaaristen monitavoiteoptimointitehtävien ratkaiseminen Bensonin algoritmilla

TIES483 Epälineaarinen optimointi. Monitavoiteoptimointi Syksy 2012

Lentotiedustelutietoon perustuva tykistön tulenkäytön optimointi (valmiin työn esittely)

Parempaa äänenvaimennusta simuloinnilla ja optimoinnilla

4. Luennon sisältö. Lineaarisen optimointitehtävän ratkaiseminen Simplex-menetelmä

Lineaarisen kokonaislukuoptimointitehtävän ratkaiseminen

OPTIMOINNIN JA PÄÄTÖKSENTEON MAISTERI- KOULUTUS (OPTI)

TIEA382 Lineaarinen ja diskreetti optimointi

Lineaarinen optimointitehtävä

GA & robot path planning. Janne Haapsaari AUTO Geneettiset algoritmit

TEKNILLINEN TIEDEKUNTA, MATEMATIIKAN JAOS

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

1. OHJAAMATON OPPIMINEN JA KLUSTEROINTI

Arkkitehtuurien tutkimus Outi Räihä. OHJ-3200 Ohjelmistoarkkitehtuurit. Darwin-projekti. Johdanto

Osakesalkun optimointi. Anni Halkola Turun yliopisto 2016

Paikkatiedon käsittely 6. Kyselyn käsittely

A W F P. A W F P Hellävarainen kemiallinen pesu. Erittäin hellävarainen konepesu enintään ilmoitetussa lämpötilassa.

Vesivoimaketjun optimointi mehiläisalgoritmilla (Valmiin työn esittely)

1. OHJAAMATON OPPIMINEN JA KLUSTEROINTI

Oulun yliopiston ja hankkeen toteuttaneiden tutkimusyksikköjen esittely

1 Kertaus. Lineaarinen optimointitehtävä on muotoa:

Jälki- ja herkkyysanalyysi. Tutkitaan eri kertoimien ja vakioiden arvoissa tapahtuvien muutosten vaikutusta optimiratkaisuun

Harjoitus 4: Matlab - Optimization Toolbox

Diskriminanttianalyysi I

f(n) = Ω(g(n)) jos ja vain jos g(n) = O(f(n))

Optimointi. Etsitään parasta mahdollista ratkaisua annetuissa olosuhteissa. Ongelman mallintaminen. Mallin ratkaiseminen. Ratkaisun analysointi

Logistinen regressio, separoivat hypertasot

z 1+i (a) f (z) = 3z 4 5z 3 + 2z (b) f (z) = z 4z + 1 f (z) = 12z 3 15z 2 + 2

Numeerinen analyysi Harjoitus 3 / Kevät 2017

Scheduling of Genetic Analysis Workflows on Grid Environments (valmiin työn esittely) Arttu Voutilainen

Tuotantoprosessin optimaalinen aikataulutus (valmiin työn esittely)

HePon ryhmäajokoulutus Ajomuodostelmat

YLEISKUVA - Kysymykset

Minimilatenssiongelman ratkaisualgoritmeja (valmiin työn esittely)

Algoritmit 2. Luento 12 To Timo Männikkö

Ke Kemiantekniikan tietotekniikka Luento 3

Algoritmit 2. Luento 11 Ti Timo Männikkö

Online-oppiva ilmavalvontajärjestelmän suorituskykymalli

10. Esitys ja kuvaus

Osakesalkun optimointi

Paretoratkaisujen visualisointi

Etsintä verkosta (Searching from the Web) T Datasta tietoon Heikki Mannila, Jouni Seppänen

AS Automaation signaalinkäsittelymenetelmät. Tehtävä 1. Käynnistä fuzzy-toolboxi matlabin komentoikkunasta käskyllä fuzzy.

monitavoitteisissa päätöspuissa (Valmiin työn esittely) Mio Parmi Ohjaaja: Prof. Kai Virtanen Valvoja: Prof.

1. TILASTOLLINEN HAHMONTUNNISTUS

Palautuslaite Boomerang ZHR

Lineaarinen optimointitehtävä

Tekoälykokeiluprojekti. Henkilökohtaisen kalenterin optimointi tekoälyllä Skycode Oy (ent. Suomen Mediatoimisto Oy)

Algoritmit 2. Luento 12 Ke Timo Männikkö

1 Komparatiivinen statiikka ja implisiittifunktiolause

Harjoitus 9: Optimointi I (Matlab)

Geneettiset algoritmit

MATEMATIIKKA. Matematiikkaa pintakäsittelijöille PAOJ 3. Isto Jokinen 2013

Tilastollinen vastepintamallinnus: kokeiden suunnittelu, regressiomallin analyysi, ja vasteen optimointi. Esimerkit laskettu JMP:llä

TIES483 Epälineaarinen optimointi. Syksy 2012

Keskeiset tulokset heikko duaalisuus (duaaliaukko, 6.2.1) vahva duaalisuus (6.2.4) satulapisteominaisuus (6.2.5) yhteys KKT ehtoihin (6.2.

Fotogrammetrian seminaari. Kolmiulotteisen pinnanmuodostuksen asettamat vaatimukset 3D-digitoinnin suorittamiseen

Mat Optimointiopin seminaari

Automaatio mahdollistaa Software as a Service - arkkitehtuurin

Informaation leviäminen väkijoukossa matemaattinen mallinnus

Aihioiden priorisointi ja portfolioanalyysi ennakoinnissa (valmiin työn esittely)

Lisää pysähtymisaiheisia ongelmia

Ilmaisia ohjelmia laserkeilausaineistojen käsittelyyn. Laserkeilaus- ja korkeusmalliseminaari Jakob Ventin, Aalto-yliopisto

KJR-C1001: Statiikka L2 Luento : voiman momentti ja voimasysteemit

Monte Carlo -menetelmä optioiden hinnoittelussa (valmiin työn esittely)

TIES483 Epälineaarinen optimointi

Yhden muuttujan funktion minimointi

Algoritmit 1. Luento 10 Ke Timo Männikkö

Sekalukuoptimointi. Lehtonen, Matti Matemaattisen ohjelmoinnin seminaari, Tietojenkäsittelytieteen laitos Helsingin Yliopisto

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

Röntgentomografia. Tommi Markkanen LuK-seminaari Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta

Mikroskooppisten kohteiden

Luentorunko keskiviikolle Hierarkkinen ryvästäminen

Tuntematon järjestelmä. Adaptiivinen suodatin

Mat Optimointiopin seminaari kevät Monitavoiteoptimointi. Tavoitteet

MAA5 Vektori, Opintokortti

Paretoratkaisujen visualisointi. Optimointiopin seminaari / Kevät 2000 Esitelmä 11 Petteri Kekäläinen 45305L

Ohjelmoinnin peruskurssi Y1

Luentorunko perjantaille

Miksi kompromissi on parempi kuin optimi? Uusia monitavoiteoptimoinnin menetelmiä päätöksentekoon

TIIVISTELMÄRAPORTTI. Online-oppiva ilmavalvontajärjestelmän suorituskykymalli

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

Uolevin reitti. Kuvaus. Syöte (stdin) Tuloste (stdout) Esimerkki 1. Esimerkki 2

Transkriptio:

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta Yliassistentti Jussi Hakanen jussi.hakanen@jyu.fi syksy 2010

NSGA-II Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA) Ehkä tunnetuin EMO-menetelmä Srinivas & Deb, Evolutionary Computation, 2, 1995 (NSGA) Deb, Pratap, Agarwal & Meyariven, IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 6, 2002 (NSGA-II)

NSGA-II Ominaisuuksia elitistinen algoritmi: populaation paras ratkaisu siirtyy automaattisesti seuraavaan sukupolveen eksplisiittinen mekanismi ratkaisujen hyvän jakautumisen säilyttämiseen korostaa dominoimattomia ratkaisuja

NSGA-II Idea: uutta sukupolvea muodostettaessa alkuperäistä populaatiota käyttäen muodostetaan jälkeläispopulaatio (käyttäen geneettisiä operaattoreita) alkuperäinen populaatio ja jälkeläispopulaatio yhdistetään populaatio, jonka koko on 2N, populaation koko = N saatu populaatio jaetaan luokkiin käyttäen dominanssia uuteen sukupolveen valitaan ratkaisut luokkien mukaan 1. alkaen kunnes valittuna on N ratkaisua

NSGA-II f 2, min alkuperäinen & jälkeläispopulaatio (2N, N=7) 1. luokan dominoimattomat ratkaisut 2. luokan dominoimattomat ratkaisut 3. luokan dominoimattomat ratkaisut 4. luokan dominoimattomat ratkaisut uuteen sukupolveen pääsevät kuvan tapauksessa kaikki 1. ja 2. luokan dominoimattomat ratkaisut (N=7) f 1, min

NSGA-II Edellisen kuvan tapauksessa uuteen sukupolveen pääsivät siis 1. ja 2. luokan ratkaisut (N=7 ratkaisua) Jos esim. populaation koko olisi ollut 10, niin mukaan olisi mahtunut vielä kolme ratkaisua 3. luokan dominoimattomista ratkaisuista 3. luokan ratkaisuista mukaan olisi valittu ne kolme, jotka olisivat antaneet parhaimman diversiteetin (suurin etäisyys muihin ratkaisuihin, crowding distance)

NSGA-II f 2, min 3. luokan dominoimattomat ratkaisut 1. 3. 2. 4. f 1, min Ääriratkaisut (1. & 4.) saavat etäisyyden eli ne valitaan aina Muille etäisyys lasketaan kahden vierekkäisen ratkaisun määräämän kuution tilavuutena Jos kuvan ratkaisuista valitaan 3, niin valituksi tulevat 1 ja 4 sekä 3

NSGA-II Valmiita toteutuksia Prof. Kalyanmoy Deb, Kanpur Genetic Algorithms Laboratory http://www.iitk.ac.in/kangal/codes.shtml MATLAB Central (file exchange) http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileex change/10429

Testitehtävät EMO-menetelmien suorituskyvyn mittaamiseen on kehitetty erilaisia testitehtäviä, joiden Paretooptimaaliset joukot tunnetaan Menetelmän antamaa ratkaisupopulaatiota voidaan sitten verrata tarkkaan ratkaisuun Testitehtävät on yleensä muodostettu siten, että niitä voidaan skaalata (esim. muuttujien määrää voi säätää) Tarkasteltavia kriteereitä ovat populaation etäisyys PO joukosta ratkaisujen jakautuminen PO joukkoon PO joukon kattaminen

Testitehtävät f 2, min PO joukko ratkaisupopulaatio referenssipiste f 1, min Suorituskyvyn mittaamiseen on kehitetty erilaisia metriikoita esim. mitataan populaation dominoiman sallitun alueen suuruutta mitä suurempi ala sitä parempi ratkaisu

Testitehtävät Tunnettuja testitehtäviä ovat mm. Kursawe, 1990 (2 objektifunktiota) ZDT-tehtävät, 2000 (2 objektifunktiota) DTLZ-tehtävät, 2001 (2 tai useampia objektifunktioita)

Testitehtävät

Esimerkki: Kemiallinen erotusprosessi Tarkastellaan kromatografiaan perustuvaa kemiallista erotusprosessia Käytetään moniin tärkeisiin erotusprosesseihin (mm. sokeri-, petrokemian- ja lääketeollisuudessa) Perustuu eri kemiallisten komponenttien nopeuseroon nesteessä * http://www.pharmaceutical-technology.com

Kemiallinen erotusprosessi Syöte- ja poistovirtojen paikkaa vaihdetaan säännöllisin väliajoin (askelaika) Säätömuuttujat askelaika virtausnopeudet

Kemiallinen erotusprosessi Simulated Moving Bed (SMB) prosessia on optimoitu myös käyttäen NSGA-menetelmää Subramani, Hidajat & Ray, Optimization of reactive SMB and Varicol systems, Computers and Chemical Engineering, 27, 2003 Kahden ja kolmen objektifunktion tehtäviä ratkottu Monitavoiteoptimointia käytetty vertailemaan normaalia (samanaikainen syöte- ja poistovirtojen paikkojen vaihto) ja modifioitua SMB-prosessia (ei-samanaikainen vaihto)

Kemiallinen erotusprosessi 4 eri tapausta olemassa olevan SMB-prosessin optimointi max tuotteen puhtaus ja saanto, min liuottimen määrä SMB-prosessin optimaalinen suunnittelu max tuotteen puhtaus, min kiinteät ja käyttökustannukset modifioidun SMB-prosessin optimointi ja vertailu SMB-prosessiin samat tavoitteet kuin 1. tapauksessa kiinteiden ja käyttökustannusten minimointi tavalliselle sekä modifioidulle SMB-prosessille

Kemiallinen erotusprosessi max tuotteen puhtaus (P MTBE ) ja saanto (Y MTBE ), min liuottimen määrä (γ) Visualisointi ratkaisupopulaatiosta 1. tapauksessa visualisoitu kahden objektifunktion suhteen

Ratkaisujen visualisointi f 2, min Pareto-optimaalisten ratkaisujen visualisointi DM arvioi ja vertailee saatuja ratkaisuja Objektifunktioita 2, visualisointi helppoa voidaan esittää tason pisteinä f 1, min

Ratkaisujen visualisointi Objektifunktioita 3, onnistuu mutta tulkinta hankalampaa PO joukko on pinta 3-D:ssä

Ratkaisujen visualisointi Objektifunktioita > 3, visualisointi hankaloituu PO joukon approksimaatiota ei voi suoraan visualisoida Voidaan visualisoida esim. PO joukon projektioita 2:n tai 3:n objektifunktion suhteen (vrt. kemiallisen erotusprosessin optimointi edellä) kaikki PO pisteet eivät näytä Pareto-optimaalisilta projektioissa

Ratkaisujen visualisointi Yleensä visualisoidaan vain pientä joukkoa PO ratkaisuja kun objektifunktioita > 3 Käytetään erilaisia tapoja visualisoida yksittäisiä ratkaisuja paras visualisointi riippuu tietenkin DM:stä Tavoitteena pystyä vertailemaan ratkaisuja

Ratkaisujen visualisointi Esimerkkejä: 3D palkit Yksi ratkaisu on yksi väri

Ratkaisujen visualisointi Arvopolut: yksi ratkaisu on yksi murtoviiva

Ratkaisujen visualisointi Petal diagram: yksi ratkaisu on yksi kiekko Mitä enemmän väriä sitä huonompi arvo

Ratkaisujen visualisointi Whisker plot: yksi ratkaisu on yksi kiekko Mitä enemmän väriä sitä huonompi arvo