Colibri Colección : Incluye tesis de maestría y doctoradoIncluye tesis de maestría y doctoradohttps://hdl.handle.net/20.500.12008/272024-03-29T13:20:25Z2024-03-29T13:20:25ZFeed resource allocation optimization in dairy systems.Notte Kirichenko, Gastónhttps://hdl.handle.net/20.500.12008/430532024-03-13T13:20:25Z2023-01-01T00:00:00ZTítulo: Feed resource allocation optimization in dairy systems.
Autor: Notte Kirichenko, Gastón
Resumen: In this thesis, the problem of feed resources allocation to a heterogeneous dairy herd was studied. We focused on how to allocate available feed resources by grouping cows based in their energy requirements and distribute them to the available feed resources like pasture and/or supplements. This problem was modeled as a combinatorial optimization problem and solved with exact methods and Evolutionary Algorithms (EA). Considering that exact methods may have limitations due to a great computational demand (which causes extremely high executions
times), initially, our approach used a single objective mathematical model and a Genetic Algorithm (GA). An experimental evaluation was performed in order to analyze the quality solution of the GA and to study how the resource allocation should be performed by interpreting the solutions’ structure for both methods. The results showed that the values obtained by the GA were very close to the exact values (the maximum gap value was 1.09% and the average gap value was 0.50%), but generating different assignment structures, presenting a good diversity and a wider exploration of the solutions’ space. In particular, we found many solutions with a very low gap value and large structural difference, reaching a maximum of 49.9%. Then due to the complexity of dairy systems and the need to contemplate several objectives, a Pareto-based multi-objective optimization with the Differential Evolution (DE) algorithm was applied. To evaluate the DE algorithm, we performed experiments to compare the solutions quality of the DE with exact Linear Programming (LP) solutions. As part of this analysis, the influence of different stocking rates (number of cows/ha) on milk production, feed allocation and economic
performance indicators was also evaluated as a source of variation. The DE solutions that minimize the feeding costs for different stocking rates closely approached the solutions derived with LP (with average values slightly higher, between 0.4% and 5.6%), confirming the quality of the DE algorithm. The multi-objective model scenarios demonstrated that increasing stocking density would enhance milk production and gross margin per unit of area at largely unchanged productivity per animal, by shifting the feed ration from roughage to a large proportion of supplementary concentrate feed. In particular, for stocking rates of 1.1, 1.6, 2.1 and 2.6 cows/ha, gross margins of 6.1, 8.9, 11.8 and 14.7 US dollars/ha/day were obtained, respectively. From the results, we concluded that the multi-objective optimization with a Pareto-based DE algorithm was highly effective to explore the interrelations among conflicting objectives and to find suitable solutions. Finally, and considering there are many variants of EA which have different performances depending on the problem being solved, we decided to evaluate some of the most successful algorithms presented in the literature to address the feed resource allocation problem.
In particular, a performance evaluation of four methods (two GA: NSGA-II, SPEA-2; and two DE algorithms: GDE-3, and the Pareto-based DE) was done. The algorithms were evaluated taking into account execution times, objective functions values attained, Pareto front comparisons and performance metrics values. The results showed significant differences between the algorithms in their ability to approach solutions in the Pareto front and in their computational times. In particular, the SPEA-2 algorithm obtained optimal values for all objectives, its solutions represented a large part of the Pareto front approximation, and it presented the best results in terms of convergence, diversity and cardinality; but required higher execution times. Depending on the parametric settings of the algorithms, the execution times of NSGA-II and GDE-3 were between 5 and 23 seconds, while the times of SPEA-2 were between 105 and 28400 seconds.; En esta tesis, se estudió el problema de asignación de recursos alimenticios a un rodeo lechero heterogéneo. Nos enfocamos en cómo asignar los recursos alimenticios disponibles agrupando las vacas en función de sus necesidades energéticas y distribuyéndolas en los recursos alimenticios disponibles, como pasturas y/o suplementos. Este problema se modeló como un problema de optimización combinatoria y se resolvió con métodos exactos y Algoritmos Evolutivos (EA, por sus siglas en inglés). Dado que los métodos exactos pueden tener limitaciones debido a una gran demanda computacional (lo que causa tiempos de ejecución extremadamente largos), inicialmente, nuestro enfoque utilizó un modelo matemático y un Algoritmo Genético (GA, por sus siglas en inglés) contemplando un solo objetivo. Se realizó un experimento para analizar la calidad de las soluciones del GA y estudiar cómo se debe hacer la asignación de recursos mediante la interpretación de la estructura de las soluciones de ambos métodos. Los resultados mostraron que los valores obtenidos por el GA son cercanos a los valores exactos (el valor máximo de gap fue 1.09% y el valor promedio de gap fue 0.50%), pero generaron estructuras de asignación diferentes, presentando una buena diversidad y una exploración más amplia del espacio de soluciones. En particular, encontramos muchas soluciones con un valor de gap muy bajo y una gran diferencia estructural, alcanzando un máximo de 49.9%.
Luego, debido a la complejidad de los sistemas lecheros y la necesidad de contemplar varios objetivos, se aplicó una optimización multiobjetivo basada en Pareto, para la cual se usó un algoritmo Diferencial Evolution (DE, por sus siglas en inglés). Para evaluar el algoritmo DE, se realizaron experimentos que compararon la calidad de las soluciones del DE con soluciones exactas de un modelo de Programación Lineal (LP, por sus siglas en inglés). Como parte de este análisis, también se evaluó, como fuente de variación, la influencia de diferentes cargas animales (número de vacas/ha) en la producción de leche, asignación de alimentos y resultados económicos. Las soluciones del DE que minimizan los costos de alimentación para diferentes cargas se acercaron mucho a las soluciones obtenidas con el modelo LP (con valores promedio ligeramente superiores, entre 0.4% y 5.6%), lo que confirma la calidad del algoritmo DE. Los escenarios del modelo multiobjetivo demostraron que aumentar la carga animal mejoraría la producción de leche y el margen bruto por unidad de área, manteniendo en gran medida la productividad por animal, al cambiar la ración de forraje por una gran proporción de suplementos. En particular, para cargas animales de 1.1, 1.6, 2.1 y 2.6 vacas/ha, se obtuvieron márgenes brutos de 6.1, 8.9, 11.8 y 14.7 dólares estadounidenses/ha/día, respectivamente.
A partir de los resultados, se concluye que la optimización multiobjetivo basada en Pareto, para la cual se usó un DE, fue altamente efectiva para explorar las interrelaciones entre objetivos conflictivos y encontrar soluciones adecuadas. Finalmente, considerando que hay muchas variantes de EA que tienen diferentes rendimientos según el problema que se está resolviendo, decidimos evaluar algunos de los algoritmos más exitosos presentados en la literatura para abordar el problema de asignación de recursos alimenticios. En particular, se realizó una evaluación de desempeño de cuatro métodos (dos GA: NSGA-II, SPEA-2; y dos algoritmos DE: GDE-3 y el DE basado en Pareto). Los algoritmos se evaluaron teniendo en cuenta los tiempos de ejecución, valores de las funciones objetivo, comparaciones del frente de Pareto y valores de distintos indicadores de calidad. Los resultados mostraron diferencias significativas entre los algoritmos en su capacidad para acercarse a las soluciones del frente de Pareto y en sus tiempos computacionales. En particular, el algoritmo SPEA-2 obtuvo valores óptimos para todos los objetivos, sus soluciones representaron gran parte de la aproximación del frente de Pareto y presentó los mejores resultados en términos de convergencia, diversidad y cardinalidad; pero requirió tiempos de ejecución más altos. Dependiendo de la configuración paramétrica de los algoritmos, los tiempos de ejecución de NSGA-II y GDE-3 estuvieron entre 5 y 23 segundos, mientras que los tiempos de SPEA-2 estuvieron entre 105 y 28400 segundos.2023-01-01T00:00:00ZCaracterización del consumo eléctrico residencial en Uruguay : Análisis de datos de consumo eléctrico y aplicación de técnicas de inteligencia computacional para su desagregación.Chavat Pérez, Juan Pablohttps://hdl.handle.net/20.500.12008/419972023-12-26T19:21:30Z2023-01-01T00:00:00ZTítulo: Caracterización del consumo eléctrico residencial en Uruguay : Análisis de datos de consumo eléctrico y aplicación de técnicas de inteligencia computacional para su desagregación.
Autor: Chavat Pérez, Juan Pablo
Resumen: El consumo eléctrico a nivel global ha aumentado y lo seguirá haciendo de forma ininterrumpida en corto y mediano plazo. La tendencia despierta en investigadores, proveedores y consumidores, el interés de entender cómo se consume el recurso. Un insumo para el entendimiento son los datos de consumo, obtenidos en procesos de monitoreo no intrusivo de cargas o mediante la instalación de medidores dentro de los establecimientos. Un buen entendimiento del uso permite planificar la demanda basándose en datos reales (e.g., elaborar tarifas, controlar picos de consumo, etc.) y promover el uso consciente y óptimo del recurso (e.g., identificar dispositivos de mayor consumo, detectar comportamientos anómalos, etc.). Esta tesis presenta una caracterización del consumo eléctrico residencial en Uruguay. Se presenta un algoritmo de desagregación de consumo eléctrico residencial, utilizando técnicas de inteligencia computacional y datos sintéticos de consumo. Se crea un conjunto de datos de consumo eléctrico de hogares en Uruguay, Electricity Consumption Dataset of Uruguay, ECD-UY, que cuenta con tres subconjuntos: consumo total, consumo del termotanque, y consumo desagregado de electrodomésticos.
Finalmente, se presenta un índice de consumo potencial construido a partir de datos socioeconómicos y datos de consumo de electrodomésticos presentes en el mercado local. El rendimiento del algoritmo de desagregación fue comparado con el de dos métodos de la literatura: Combinatorial Optimization y Factorial Hidden Markov Models, obteniendo rendimientos satisfactorios en todas las instancias evaluadas. El conjunto de datos ECD-UY es el primero de su tipo referente a consumo residencial de un país de América Latina. Por último, el índice de consumo potencial fue validado utilizando regresiones lineales y datos de consumo total presentes en ECD-UY, presentando valores de R2 altos para los niveles geográficos de departamentos y segmentos censales.; Global electricity consumption has been experiencing a steady increase and
is projected to continue this upward trajectory in the short to medium term.
This trend has sparked interest among researchers, providers, and consumers to
gain a deeper understanding of consumption patterns. Data pertaining to consumption, obtained through non-intrusive load monitoring or by employing metering devices within establishments, provides crucial insights. A comprehensive understanding of usage enables demand planning based on real data (e.g.,
tari↵ formulation, peak consumption management, etc.) and fosters conscious
and optimal resource utilization (e.g., identifying high-consumption appliances, detecting anomalies, etc). This thesis o↵ers a characterization of residential
electricity consumption in Uruguay. It introduces a residential electricity disaggregation algorithm that leverages computational intelligence techniques
and synthetic consumption data. The thesis presents the Electricity Consumption Dataset of Uruguay (ECD-UY), which encompasses three subsets: total
consumption, water heater consumption, and disaggregated appliance consumption. Furthermore, we introduce a potential consumption index built from
socioeconomic data and local appliance consumption data. The performance of the disaggregation algorithm has been compared with two methodologies
from the existing literature: Combinatorial Optimization and Factorial Hidden
Markov Models. The results indicate satisfactory performance across all evaluated instances. The ECD-UY dataset represents the first of its kind related
to residential consumption in a Latin American country. Lastly, the potential
consumption index was validated using linear regressions and total consumption data from the ECD-UY, demonstrating high R2 values for geographical
levels of departments and census segments.2023-01-01T00:00:00ZAnálisis del comportamiento de los usuarios en una red educativa a partir de consultas DNS.Arriola García, Alexis Javierhttps://hdl.handle.net/20.500.12008/408982023-11-01T18:53:14Z2022-01-01T00:00:00ZTítulo: Análisis del comportamiento de los usuarios en una red educativa a partir de consultas DNS.
Autor: Arriola García, Alexis Javier
Resumen: Este trabajo de tesis se basa en el estudio y análisis del comportamiento de los usuarios dentro de una red con servicio de Internet, teniendo como única fuente de información las consultas Domain Name System (DNS). Hasta el momento de realización de esta tesis, estos datos eran almacenados sin poder aprovechar su valor. Por este motivo, es de gran importancia explorar y analizar estos datos, que pertenecen a una red que está distribuida en todo el país y que cuenta con la peculiaridad de que es utilizada, principalmente, por estudiantes de primaria y secundaria. Estas consultas DNS fueron recopiladas y aportadas para este trabajo por el principal Proveedor de Servicios Educativos (ESP, siglas en inglés) en Uruguay, Plan Ceibal. Plan Ceibal es un ESP que apoya un programa de computación uno a uno y ha implementado una infraestructura de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (TIC) en todas las escuelas primarias y secundarias públicas de Uruguay. Esto ha permitido tener una red desplegada a lo largo y ancho del país con conectividad Wi-Fi, a disposición de todos los estudiantes de los distintos centros educativos, para poder acceder a distintos recursos educativos a través de una conexión estándar a Internet.
En total, se recolectaron aproximadamente más de 32 mil millones de registros DNS durante todo el año lectivo 2019, período de tiempo con el cual se trabajó. Para poder trabajar con esta dimensionalidad de datos, se tuvo que utilizar una plataforma que permita soportar el trabajo con volúmenes de datos a escala Big Data. A lo largo de este estudio se emplearon distintas técnicas de machine learning no supervisadas (lineales y no-lineales) para poder obtener información sobre el comportamiento de los usuarios en la red. A partir de esto, fue posible visualizar algunos resultados considerables, como por ejemplo, que el comportamiento de uso de Internet por parte de los estudiantes está muy influenciado por el grupo de edad y hora del día, sin embargo, no depende de la ubicación geográfica de los usuarios. Quedaron en evidencia las diferencias y semejanzas en cuanto al tipo de contenido consumido por parte de los usuarios. Por ejemplo, el uso de redes sociales con el de dominios de contenido educativo, o la similitud entre el uso de los servicios de streaming y el de las redes sociales. Finalmente, a partir de datos obtenidos mediante una herramienta para analizar los paquetes de red desplegada en algunos centros educativos, y los registros DNS pertenecientes a esos mismos locales, se crea un modelo básico y lineal para la predicción de tráfico/consumo de ciertas aplicaciones (YouTube, Facebook, Google, etc.) en la red.
El valor de los resultados obtenidos se puede ver, por un lado, desde la perspectiva del operador de red, ya que se puede observar qué tipos de contenidos son consumidos por los usuarios y en qué horario. Esto permite tomar decisiones mejor fundamentadas para mejorar la calidad del servicio. Por otro lado, desde la perspectiva educativa, los resultados permiten saber qué tipo de contenido educativo es consumido y por cuáles usuarios, destacando a qué público se llega a través de los programas educativos analizados. A partir de esta investigación Plan Ceibal trabajó un nuevo enfoque desde la importancia de la recolección y análisis de los datos que provienen de las consultas DNS. A su vez, les permitió impulsar su propia plataforma Big Data y nuevas investigaciones.2022-01-01T00:00:00ZDesign and foundations of ontologies with meta-modelling.Rohrer Errecarte, Edelweishttps://hdl.handle.net/20.500.12008/408282023-10-26T12:33:53Z2022-01-01T00:00:00ZTítulo: Design and foundations of ontologies with meta-modelling.
Autor: Rohrer Errecarte, Edelweis
Resumen: Ontologies are broadly used and proved modelling artifacts to conceptualize a domain.
In particular the W3C standard ontology language OWL, based on description logics, allows the ontology engineer to formally represent a domain as a set of assertions about concepts, individuals and roles. Nowadays, complex applications leads to combine autonomously built ontologies into ontology networks by relating them through di erent kind of relations. Some relations, such as the mapping of two concepts from di erent ontologies, can be expressed by the standard ontology language OWL, i.e. by the description logics behind it. However, there are other kind of relations that are not soundly represented by OWL, such as the meta-modelling relation. The meta-modelling relation has to do with the modelling of the same real object with di erent abstraction levels, e.g. as a concept in one ontology and as an individual in another ontology. Even though there are a set of approaches that extend description logics to deal with meta-modelling, they do not solve relevant requirements of some real scenarios. The present thesis work introduces an extension to the description logic SHIQ which provides a exible syntax and a strong semantics, and moreover ensures the well-foundedness of the interpretation domain. This approach is di erent from existing meta-modelling approaches either in the syntax or in the semantics (or both), and moreover ensures the well-foundedness of the domain which is an original contribution from the theoretical point of view. The meta-modelling extension of SHIQ introduced in the present work is justi ed by a detailed description of a set of real
case studies, with an analysis of the bene ts of the new approach to solve some relevant
requirements. Finally, the present work addresses the methodological issue by introducing a design pattern to help the ontology engineer in the use of the proposed meta-modelling approach.2022-01-01T00:00:00Z