Metamodeling. Moderní metody optimalizace 1



Podobné dokumenty
Porovnání GUM a metody Monte Carlo

SIMULACE. Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic. Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10

MODELOVÁNÍ A SIMULACE

1 Přesnost metody konečných prvků

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2018/2019

Numerické metody optimalizace

ANALÝZA VZTAHU DVOU SPOJITÝCH VELIČIN

Monte Carlo metody Josef Pelikán CGG MFF UK Praha.

Cvičení 13 Vícekriteriální hodnocení variant a vícekriteriální programování

Přemysl Žiška, Pravoslav Martinek. Katedra teorie obvodů, ČVUT Praha, Česká republika. Abstrakt

Systém rizikové analýzy při sta4ckém návrhu podzemního díla. Jan Pruška

Numerická integrace konstitučních vztahů

Vícekriteriální rozhodování. Typy kritérií

Optimalizace obecný úvod. [proč optimalizovat?] Formalizace problému. [existují podobné problémy?]

Lokace odbavovacího centra nákladní pokladny pro víkendový provoz

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

Regresní a korelační analýza

Metamodeling. Moderní metody optimalizace 1

SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ & TEORIE SPOLEHLIVOSTI část 5: Aproximační techniky

ŘEŠENÍ PROBLÉMU LOKALIZACE A ALOKACE LOGISTICKÝCH OBJEKTŮ POMOCÍ PROGRAMOVÉHO SYSTÉMU MATLAB. Vladimír Hanta 1, Ivan Gros 2

Klasifikace a predikce. Roman LUKÁŠ

u (x i ) U i 1 2U i +U i+1 h 2. Na hranicích oblasti jsou uzlové hodnoty dány okrajovými podmínkami bud přímo

SIMULACE A ŘÍZENÍ PNEUMATICKÉHO SERVOPOHONU POMOCÍ PROGRAMU MATLAB SIMULINK. Petr NOSKIEVIČ Petr JÁNIŠ

Testování hypotéz o parametrech regresního modelu

Genetické programování

Testování hypotéz o parametrech regresního modelu

TEORIE NETKANÝCH TEXTILIÍ. Isingův model pro studium smáčení vlákenných systémů Počítačová simulace 8.přednáška

Kombinatorická minimalizace

Simulační metody hromadné obsluhy

REGRESNÍ ANALÝZA. 13. cvičení

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

Řešení radiační soustavy rovnic

AVDAT Klasický lineární model, metoda nejmenších

Pravděpodobnost, náhoda, kostky

Bodové a intervalové odhady parametrů v regresním modelu

Evolučníalgoritmy. Dále rozšiřována, zde uvedeme notaci a algoritmy vznikléna katedře mechaniky, Fakulty stavební ČVUT. Moderní metody optimalizace 1

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

AVDAT Nelineární regresní model

SCIENTIFIC PAPERS OF THE UNIVERSITY OF PARDUBICE APLIKACE NEURONOVÝCH SÍTÍ PRO DETEKCI PORUCH SIGNÁLŮ

4. Na obrázku je rozdělovací funkce (hustota pravděpodobnosti) náhodné veličiny X. Jakou hodnotu musí mít parametr k?

Téma 4: Stratifikované a pokročilé simulační metody

1. Nejkratší cesta v grafu

Pravděpodobnost, náhoda, kostky

RNDr. Eva Janoušová doc. RNDr. Ladislav Dušek, Dr.

Iterační výpočty. Dokumentace k projektu pro předměty IZP a IUS. 22. listopadu projekt č. 2

Ivana Linkeová SPECIÁLNÍ PŘÍPADY NURBS REPREZENTACE. 2 NURBS reprezentace křivek

Zdeněk Dostál. Dualita v optimalizaci a v mechanice. Katedra aplikované matematiky 470 FEI VŠB-TU Ostrava

Využití logistické regrese pro hodnocení omaku

L8 Asimilace dat II. Oddělení numerické předpovědi počasí ČHMÚ 2007

Projekční algoritmus. Urychlení evolučních algoritmů pomocí regresních stromů a jejich zobecnění. Jan Klíma

Umělé neuronové sítě a Support Vector Machines. Petr Schwraz

Odhad stavu matematického modelu křižovatek

Popis metod CLIDATA-GIS. Martin Stříž

Zpětnovazební učení Michaela Walterová Jednoocí slepým,

podle typu regresní funkce na lineární nebo nelineární model Jednoduchá lineární regrese se dá vyjádřit vztahem y

Pravděpodobně skoro správné. PAC učení 1

9. cvičení 4ST201. Obsah: Jednoduchá lineární regrese Vícenásobná lineární regrese Korelační analýza. Jednoduchá lineární regrese

Eva Fišerová a Karel Hron. Katedra matematické analýzy a aplikací matematiky Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého v Olomouci.

ČASOVÁ KOORDINACE SPOJŮ VEŘEJNÉ HROMADNÉ DOPRAVY NA ÚSECÍCH DOPRAVNÍ SÍTĚ

Teorie her a ekonomické rozhodování. 10. Rozhodování při jistotě, riziku a neurčitosti

Regresní analýza. Ekonometrie. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FVL UO Brno kancelář 69a, tel

Modelování elektrických sítí KEE/MS Přednáška na téma: Výpočty chodu sítě. Ing. Jan Veleba, Ph.D. doc. Ing. Karel Noháč, Ph.D.

1 Stabilita prutových konstrukcí

Řešení radiační soustavy rovnic

Téma 3 Metoda LHS, programový systém Atena-Sara-Freet

Vytěžování znalostí z dat

Přednášky část 4 Analýza provozních zatížení a hypotézy kumulace poškození, příklady. Milan Růžička

Iterační metody řešení soustav lineárních rovnic. 27. prosince 2011

XXX. ASR '2005 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 29,

Matematické modelování Náhled do ekonometrie. Lukáš Frýd

Vztah mezi počtem květů a celkovou biomasou rostliny CELKE EM. slá pro KVETU = závi

6. Lineární regresní modely

stránkách přednášejícího.

Regresní analýza 1. Regresní analýza

2.5. MATICOVÉ ŘEŠENÍ SOUSTAV LINEÁRNÍCH ROVNIC

Semestrální písemka BMA3 - termín varianta A13 vzorové řešení

AVDAT Mnohorozměrné metody, metody klasifikace

Obsah přednášky Jaká asi bude chyba modelu na nových datech?

Statistická analýza dat

Odhad parametrů N(µ, σ 2 )

STANOVENÍ SPOLEHLIVOSTI GEOTECHNICKÝCH KONSTRUKCÍ. J. Pruška, T. Parák

Metody vícekriteriálního hodnocení variant a jejich využití při výběru produktu finanční instituce

BAYESOVSKÉ ODHADY. Michal Friesl V NĚKTERÝCH MODELECH. Katedra matematiky Fakulta aplikovaných věd Západočeská univerzita v Plzni

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Úvod Terminologie Dělení Princip ID3 C4.5 CART Shrnutí. Obsah přednášky

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Zadání Máme data hdp.wf1, která najdete zde: Bodová předpověď: Intervalová předpověď:

Statistická teorie učení

VYUŽITÍ PRAVDĚPODOBNOSTNÍ METODY MONTE CARLO V SOUDNÍM INŽENÝRSTVÍ

7. Analýza rozptylu.

Aplikovaná numerická matematika

Státnice odborné č. 20

Základy matematické analýzy

Lineární stabilita a teorie II. řádu

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

POROVNÁNÍ NUMERICKÝCH METOD PRO ANALÝZU NEJISTOT

Testy statistických hypotéz

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie

Interpolace, aproximace

Optimalizační přístup při plánování rekonstrukcí vodovodních řadů

Transkript:

Metamodelng Nejmodernějšíoblast optmalzace Určena zejména pro praktckéaplkace s velkým výpočetním nároky Vycházíz myšlenky, že reálnéoptmalzační problémy nejsou sce konvení, ale jsou do značnémíry hladké Cíl: najít apromac meta-model M problému modelu P tak aby: M bylo méně výpočetně náročnénež P Aby mnmum M a P bylo totožné Moderní metody optmalzace

Struktura obecného meta-modelu DoE Výběr modelu Nastavení modelu Příklad technky Faktorální polynom Regrese mnma čtverců Metoda plochy odezvy Centrální kompoztní Splny Váhová regrese mnma čtverců D-optmální Realzace náhodného pole Nejlepší lneární predktor Krgng Plně náhodné Množna funkcía termnálů Genetcký algortmus Genetcké programování Latn Hypercube Síť neuronů Zpětná propagace BP Neuronové sítě Ručně vybrané Rozhodovací strom Ortogonální pole Funkce s radální bází Mnmalzace Entrope Induktvní učení Moderní metody optmalzace 2

DoE desgn of eperments Faktorální návrhy Návrh epermentů a Plně faktorální b Částečně faktorální c Kompostní Moderní metody optmalzace 3

DoE Náhodná čísla pseudo-náhodná matematcképosloupnost např. funkce rand kvaz-náhodná náhodná, ale rovnoměrně rozložená matematcképosloupnost Sobolovy sekvence metody založenéna kvaz-verz metody MonteCarloLatn Hypercube Samplng Moderní metody optmalzace 4

DoE Metoda Monte Carlo smulační metoda využívající pseudonáhodná čísla generuje náhodnévektory s předepsaným náhodným rozdělením Metoda kvaz-montecarlo využívá kvaz-náhodná čísla Moderní metody optmalzace 5

Metoda LHS Latn HypercubeSamplng smulační metoda typu kvaz-montecarlo využívá kvaz-náhodná čísla vyžaduje řádově méně smulací nez Monte Carlometoda rozdělení defnčního na N sm stejně pravděpodobných dsjunktních ntervalů výběr vzorků ze středů ntervalů změna pořadí hodnot vzorků, nkolv změna hodnot Moderní metody optmalzace 6

Metoda LHS realzace proměnné 2... n 3-4 32 4 73 6 4-3 2 34 5 76 7 5-2 3 36 6 79 8 6-4 38 7 82 9 7 0 5 40 8 85 0 8 6 42 9 88 9 2 7 44 0 9 2 Moderní metody optmalzace 7

Optmal Latn Hypercube Samplng cíl: optmalzovat rovnoměrnost rozdělení navržených vektorů metody: mamalzace entrope mamalzace mnmální vzdálenost mez body krtérum založenéna potencální energ mnmalzace rozdílu mez získanou a předepsanou korelační matcí optmalzační algortmus: smulovanéžíhání Moderní metody optmalzace 8

Metoda plochy odezvy neznámá funkce: apromace: y = f + N N N y = β + β + β 0 = ε = j normálně rozdělená náhodnáchyba E ε 0, V ε = σ = j 2 j ve známých bodech: β = X X T y = Xβ + X T f ε př výpočtu koefcentů se s chybou nepočítá Moderní metody optmalzace 9

Moderní metody optmalzace 0 Krgng neznámá funkce: apromace: Z + = f y normálně rozdělenánáhodná chyba s nenulovou kovarancí r R y + = T y β β ] [ ] Cov[, 0, 2 2 j j R Z V Z E R Z Z σ = σ = = + = 2 2 R r R z R r T T T V σ = = N k j k k k j 2 ep, θ R

Krgng Moderní metody optmalzace

Krgng predkované hodnoty jsou přesné ve známých bodech predkce chyby jsou velké na hrubé ploše a malé na hladké ploše predkce chyby rostou se vzdáleností od známých bodů Moderní metody optmalzace 2

RBFN Radal-Bass FunctonNetwork Sítě s radální bází Funkce je apromována: y N = β = Bázové funkce : / h h = e 2 r β y β 2 β 3 β n β N Váhy β vypočteny z rovnost funkčních hodnot funkce a její apromace v N bodech... vede na soustavu lneárních rovnc! Trénovací body Moderní metody optmalzace 3

Problém Apromační nástroje obvykle vybrány tak, aby byly značně jednoduššínežoptmalzovaný problém Apromace pouze na základě výsledků z DoE obvykle nepopsuje problém dostatečně => nutnost teračního postupu Moderní metody optmalzace 4

Algortmus. DoEvytvoří nová řešení, ohodnotí je na P 2. Přdání nových řešení do M 3. Nastavení apromace M 4. Optmalzace M získání nových řešení 5. Ohodnocení nových řešení na P 6. Pokud ne konvergence, návrat do bodu 2 Moderní metody optmalzace 5

Algortmus 2. Incalzace optmalzačního algortmu OA obvykle DoE, ohodnocení pomocí P, nastavení M 2. Vytvoření nových řešení OA 3. M vytvoří odhad hodnot nových řešení 4. OA s podle odhadu M vybere, která řešení spočítá pomocí P 5. Řešení ohodnocenáp vložena do M, nastavením 6. Pokud OA teruje, tak pokračuje bodem 2 Moderní metody optmalzace 6

Porovnání a 2 Použtíalgortmů závsí na důvěře v schopnost meta-modelu věrně popsat tvar problému: Algortmus je založen na úplnédůvěře meta-model řídí optmalzac Algortmus 2 je naopak založen na značné nedůvěře optmalzace pokud chce, tak použje meta-model Moderní metody optmalzace 7

RBFN Radal-Bass FunctonNetwork Sítě s radální bází Funkce je apromována: y N = β = Bázové funkce : / h h = e 2 r Váhy β vypočteny z rovnost funkčních hodnot funkce a její apromace v N bodech Na apromac nalezeno optmum pomocí GA Přdání dalších trénovacíchbodů Optmum nalezené GA Náhodný bod Bod ve směru lepšího ze dvou posledních optm získaných GA jednoduchý gradent Moderní metody optmalzace 8

RBFN Jednoduchý testovací příklad e 2 2 0.0 0 0.0 y 5, y = 0e sn Moderní metody optmalzace 9

RBFN Řešení úlohy e s využtím algortmu GRADE jako optmalzační metody Moderní metody optmalzace 20

RBFN Moderní metody optmalzace 2

Reference [] Jn, Y. 2003 A comprehensve survey of ftness appromaton n evolutonary computaton. Soft Computng Journal, 9:3-2. [2] T. W. Smpson, J. D. Peplnsk, P. N. Koch and J. K. Allen. 200 Metamodelsfor Computer-based Engneerng Desgn: Survey and recommendatons. Engneerng wth Computers 7: 29 50. [3] H. Nakayama, K. Inoue and Y.Yoshmor2004 Appromate optmzaton usng computatonal ntellgence and ts applcaton to renforcement of cablestayed brdges, ECCOMAS. Moderní metody optmalzace 22

Reference [4] M. K. Karakassand K. C. Gannakoglou2004 On the use of surrogate evaulatonmodels n mult-objectve evolutonary algorthms, ECCOMAS. [5] Ibrahmbegovč, A., Knopf-Lenor, C., Kučerová, A., Vllon, P., 2004 Optmal desgn and optmal control of elastc structures undergong fnte rotatons, Internatonal Journal for Numercal Methods n Engneerng. vz poslední přednáška Moderní metody optmalzace 23

Prosba. V případě, že v tetu objevíte nějakou chybu nebo budete mít námět na jeho vylepšení, ozvěte se prosím na ancka@cml.fsv.cvut.cz. Datum poslední revze: 0.2.2007 Verze: 00 Moderní metody optmalzace 24