Desenvolvimento de métodos para solução de problemas de otimização multiobjetivo com incertezas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Claret Laurente Sabioni
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/35693
Resumo: The multiobjective optimization is rather used on the design phase of a system, whereby a set of approximated Pareto-optimal solutions is obtained for the system model under design. However, many sources of uncertainties in real world may jeopardize the solutions optimal condition reach so far. These uncertainties must be identified, measured, and taken into account on the design phase, aiming to minimize their impact on the following phases. Thus, multiobjective robust optimization methods have been widely employed on design phases in order to reduce the harmful effects of uncertainties. This thesis presents the different types of uncertainties, the concept of robust solutions, the most common methods of robust optimization in the literature, and the proposal of a set of test functions for robust optimization, a set of new robust metrics and robust optimization methods, which were combined for developing new algorithms for multiobjective robust optimization. Three novel algorithms are highlighted in this thesis for solving problems with interval parametric uncertainties: 1) Worst Case Estimation Multiobjective Evolutionary Algorithm (WCEMOEA), uses the minimax formulation jointly with a worst case scenario estimator to find solutions that minimize the worst case; 2) Robust Hypercube Space Partitioning Evolutionary Algorithm (RHySPEA), combines the use of two new robustness metrics with the use of an external database to measure and minimize the solutions sensitivity against uncertainties with few resampling; 3) Minimum Deviation Evolutionary Algorithm based on Robustness Factor (MDEA-RF), which is a novel iterative method aiming to minimize the maximum deviation of a perturbed solution based on the definition of a robustness factor by the decision maker. The algorithms were applied to test functions, and to real engineering problems, being successful to find robust solutions efficiently, with few model evaluations.
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This thesis presents the different types of uncertainties, the concept of robust solutions, the most common methods of robust optimization in the literature, and the proposal of a set of test functions for robust optimization, a set of new robust metrics and robust optimization methods, which were combined for developing new algorithms for multiobjective robust optimization. Three novel algorithms are highlighted in this thesis for solving problems with interval parametric uncertainties: 1) Worst Case Estimation Multiobjective Evolutionary Algorithm (WCEMOEA), uses the minimax formulation jointly with a worst case scenario estimator to find solutions that minimize the worst case; 2) Robust Hypercube Space Partitioning Evolutionary Algorithm (RHySPEA), combines the use of two new robustness metrics with the use of an external database to measure and minimize the solutions sensitivity against uncertainties with few resampling; 3) Minimum Deviation Evolutionary Algorithm based on Robustness Factor (MDEA-RF), which is a novel iterative method aiming to minimize the maximum deviation of a perturbed solution based on the definition of a robustness factor by the decision maker. The algorithms were applied to test functions, and to real engineering problems, being successful to find robust solutions efficiently, with few model evaluations.A otimização multiobjetivo é muitas vezes empregada na fase de projeto de um sistema, com a qual se obtém um conjunto de soluções Pareto-ótimas aproximadas para o modelo do sistema projetado. Porém, no mundo real várias fontes de incertezas podem afetar negativamente a condição ótima das soluções encontradas. Estas incertezas devem ser identificadas, mensuradas e consideradas durante a fase de projeto, com o objetivo de minimizar seus impactos nas fases posteriores. Por isso, métodos de otimização robusta multiobjetivo têm sido cada vez mais utilizados nas fases de projeto para mitigar os efeitos nocivos das incertezas. Esta tese, além de apresentar os diferentes tipos de incertezas, o conceito de soluções robustas e os métodos comumente utilizados na literatura para processar otimizações robustas, também propõe um conjunto de funções teste para otimização robusta, um conjunto de novas métricas de robustez e métodos de otimização robusta, cuja combinação permitiu a criação de novos algoritmos de otimização robusta multiobjetivo. O foco desta tese se dá em três novos algoritmos para problemas com incertezas paramétricas intervalares: 1) Worst Case Estimation Multiobjective Evolutionary Algorithm (WCEMOEA), que faz uso da formulação minimax juntamente com uma estimativa de pior caso de incertezas para encontrar soluções que minimizem o pior caso; 2) Robust Hypercube Space Partitioning Evolutionary Algorithm (RHySPEA), que combina o uso de duas novas métricas de robustez ao uso de uma inédita base de dados externa para mensurar e minimizar a sensibilidade das soluções frente às incertezas com baixa reamostragem; 3) Minimum Deviation Evolutionary Algorithm based on Robustness Factor (MDEA-RF), que consiste em um novo método interativo para minimização do maior desvio possível de uma solução frente às incertezas em função de um fator de robustez definido pelo tomador de decisão. Os algoritmos foram aplicados em funções teste e em problemas reais de engenharia, onde demonstraram alta capacidade de encontrar soluções robustas, de forma eficiente e com reduzido número de avaliações do modelo.FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisUniversidade Federal de Minas GeraisBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICAPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFMGJoão Antônio de Vasconceloshttp://lattes.cnpq.br/8199384500642892Marcone Jamilson Freitas SouzaMarcus Henrique Soares MendesGustavo Luis SoaresLucas de Souza BatistaFrederico Gadelha GuimarãesClaret Laurente Sabioni2021-04-14T17:15:54Z2021-04-14T17:15:54Z2017-02-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1843/356930000-0001-6176-8417porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMG2021-04-14T17:15:54Zoai:repositorio.ufmg.br:1843/35693Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2021-04-14T17:15:54Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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