L'analyse de données de plus en plus complexes, volumineuses et issues de différentes sources (e.g. internet, médias sociaux, etc.) est une tâche difficile. Elle reste cependant cruciale dans de très nombreux domaines d'application. Elle implique, pour pouvoir en extraire des connaissances, de mieux comprendre la nature des données, leur évolution ou les nombreuses relations complexes qu'elles peuvent contenir. La visualisation d'informations s'intéresse aux méthodes de représentations visuelles et interactives permettant d'aider un utilisateur à extraire des connaissances. C'est dans ce contexte que se situe le travail présenté dans ce mémoire. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la visualisation de longues séries temporelles hiérarchiques. Après avoir analysé les différentes approches existantes, nous présentons le système MultiStream permettant de visualiser, explorer et comparer l'évolution de séries organisées dans une structure hiérarchique. Nous illustrons son utilisation par deux exemples d'utilisation : émotions exprimées dans des médias sociaux et évolution des genres musicaux. Dans un second temps nous abordons la problématique de données complexes modélisées sous la forme de graphes multicouches (différentes types d'arêtes peuvent relier les n÷uds). Plus particulièrement nous nous intéressons au requêtage visuel de graphes volumineux en présentant VERTIGo un système qui permet de construire des requêtes, d'interroger un moteur spécifique, de visualiser/explorer les résultats à différentes niveaux de détail et de suggérer de nouvelles extensions de requêtes. Nous illustrons son utilisation à l'aide d'un graphe d'auteurs provenant de différentes communautés. / The analysis of data that is increasingly complex, large and from different sources (e.g. internet, social medias, etc.) is a dificult task. However, it remains crucial for many fields of application. It implies, in order to extract knowledge, to better understand the nature of the data, its evolution or the many complex relationships it may contain. Information visualization is about visual and interactive representation methods to help a user to extract knowledge. The work presented in this document takes place in this context. At first, we are interested in the visualization of large hierarchical time series. After analyzing the different existing approaches, we present the MultiStream system for visualizing, exploring and comparing the evolution of the series organized into a hierarchical structure. We illustrate its use by two examples: emotions expressed in social media and the evolution of musical genres. In a second time, we tackle the problem of complex data modeled in the form of multilayer graphs (different types of edges can connect the nodes). More specifically, we are interested in the visual querying of large graphs and we present VERTIGo, a system which makes it possible to build queries, to launch them on a specific engine, to visualize/explore the results at different levels of details and to suggest new query extensions. We illustrate its use with a graph of co-authors from different communities.

[pt] Um bom gerenciamento logístico otimiza as atividades de transporte aéreo offshore, tornando-as mais eficientes e diminuindo custos para o contratante. Uma série de decisões estratégicas, por exemplo a contratação de helicópteros e os investimentos em infraestrutura aeroportuária, são dependentes da previsão de demanda de passageiros. O presente trabalho analisou a demanda de transporte aéreo offshore da Petrobras para o Estado do Rio de janeiro, à luz das principais teorias de séries temporais hierárquicas, com o objetivo de identificar qual destas é mais adequada para um horizonte de previsão de doze meses à frente. Foram analisadas as estratégias de single-level approach (bottom-up e top-down), de reconciliação ótima (ordinary least squares e weighted least squares) e de minimização de traço (covariância da própria amostra e valendo-se do shrink estimator), todas utilizando como método de previsão base o amortecimento exponencial. Foram utilizados dados dos anos de 2014 até 2019 de todos os aeródromos usados pela Petrobras no Estado do Rio de Janeiro: Farol de São Tomé, Campos dos Goytacazes, Macaé, Cabo Frio e Jacarepaguá. Os resultados foram avaliados em três métricas distintas de acurácia: RMSE (Root Mean Square Error), MAPE (Mean Absolute Percentage Error) e MASE (Mean Absolute Scaled Error), sendo aplicados para os dois níveis existentes de agregação. Os resultados foram ranqueados para cada técnica, nas três métricas citadas anteriormente, sendo, então, consolidados através de uma média aritmética simples. Ao cabo, concluiu-se que o método de minimização de traço sample covariance é o mais preciso em termos globais. / [en] Good logistical management optimizes offshore air transport activities, making them more efficient and reducing costs for the contractor.A series of strategic decisions, such as hiring helicopters and investments in airport infrastructure are dependent on forecasting passenger demand. The present work consisted of analyzing the demand for Petrobras offshore air transport to the State of Rio de Janeiro, based on the main theories of hierarchical time series, with the objective of identifying which of these is more suitable for a twelve-month steps ahead forecast. The strategies of single-level approach (bottom-up and top-down), optimal reconciliation (ordinary least squares and weighted least squares) and trace minimization (sample covariance and shrink estimator) were analyzed, all using exponential smoothing as the basic forecasting method. Data from 2014 to 2019 were gathered for all aerodromes used by Petrobras in the State of Rio de Janeiro: Farol de São Tomé, Campos dos Goytacazes, Macaé, Cabo Frio and Jacarepaguá. The results were evaluated with three different metrics of accuracy: RMSE (Root Mean Square Error), MAPE (Mean Absolute Percentage Error) and MASE (Mean Absolute Scaled Error), applied to the two existing levels of aggregation. The results were ranked for each technique, in the three metrics mentioned above, and then consolidated using a simple arithmetic mean. The overall results indicated that sample covariance trace minimization method provided the most accurate results.

[pt] Desde 2001, quando ocorreu uma crise no setor energético brasileiro, o planejamento e, consequentemente, a previsão do consumo de energia a médio e longo prazo do consumo de eletricidade vem sendo prioridade. A Empresa de Pesquisa Energética, por meio do Plano Decenal de Energia e do Plano Nacional de Energia, é a responsável por publicar tais previsões, tendo como versão mais atual os horizontes de 2023 e 2050, respectivamente. Este trabalho tem como objetivo principal modelar e prever as séries de consumo através de duas abordagens, top down e bottom up. Para a primeira utiliza-se os métodos de suavização exponencial de Pegels e para a segunda, aplica-se, o modelo FORECAST-Residential, desenvolvido pelo Fraunhofer Institute. O modelo top down é o responsável por modelar e prever o consumo de energia elétrica do Brasil agregado e desagregado por classes de consumo, enquanto que o bottom up será utilizado somente nas séries do setor residencial, em cada região geográfica. Além da previsão com o melhor modelo dentro do histórico para o primeiro caso, para as técnicas Standard e Damped Pegels otimiza-se os hiperparâmetros a fim de ajustar cada um dos valores projetados com as pesquisas disponibilizadas pela EPE. Os resultados mostraram que com a abordagem top down foi possível prever o consumo de eletricidade até 2050 para todos os setores energéticos e ajustar os parâmetros para cada um dos casos propostos; e, com a abordagem bottom up, chegou-se a valores considerados prováveis para o setor residencial do Brasil. Finalmente, é possível concluir que todos os resultados aqui são muito promissores e dão direções para futuros aperfeiçoamentos. / [en] After the 2001 energy crises in Brazil, the energy sector priority has been the planning and consequently the forecast middle and long term energy consumption. The Energy Research Company (EPE for short) is in charge of publishing two official reports: The Ten Year Energy Planning and The National Energy Planning which contain, among other things, the forecast for longer lead times. In the present formulation these horizons are 2023 and 2050. This work aims to model and predict the consumption series with two approaches, top down and bottom up. The first uses Pegels exponential smoothing methods and for the second is applied the model FORECAST Residential, developed by the Fraunhofer Institute, Germany. The top-down model is responsible for modeling and predicting Brazil energy consumption aggregated and disaggregated by class of consumption, while the bottom up will be used only in the residential sector, but for each geographic region. In addition to the forecast with the best model in sample for the top down case, an optimization of the model hyper parameters is carried out in order to adjust each of the projected values with the figures provided by EPE. The results obtained show that with the top down approach it is possible to predict satisfactorily the electricity consumption up to 2050 for all energy sectors; and the bottom up approach produce forecasts very likely to occur in the future. Finally, it is possible to conclude that all the results obtained here are very promising and give directions for future improvements.

[pt] Séries Temporais que podem ser organizadas em níveis de acordo com, por exemplo, o tipo de produto, região geográfica, classe de consumo, dentre outros, são chamadas de Séries Temporais Hierárquicas (ou agrupadas, quando possuem mais de uma variável de agregação). Informações referentes à previsão destas séries são fundamentais para a tomada de decisão seja no nível gerencial ou operacional de todo tipo de negócio. Para atender a essas informações, são utilizadas técnicas de previsão hierárquica, que têm como foco reduzir os custos e melhorar a acurácia da previsão. O objetivo deste trabalho é estudar abordagens para agregar/desagregar previsões feitas para Séries Temporais Hierárquicas ou Agrupadas. Como resultado do trabalho destaca-se a apresentação das abordagens que representam o estado da arte em previsão hierárquica: Reconciliação Ótima (também chamada de Combinação Ótima) e Top-Down baseada na Proporção das Previsões. Ainda referente aos resultados destaca-se a análise das diversas técnicas de previsão hierárquica encontradas na literatura aplicadas a duas séries clássicas do contexto brasileiro: a série agrupada de consumo de energia elétrica agregada por região do país e classe de consumo, e a série hierárquica de demanda de transporte aéreo representada pela variável RPK (Revenue Passenger Kilometers). O desempenho preditivo das abordagens foi avaliado com base na métrica MAPE, e o teste de Diebold-Mariano foi aplicado para verificar se a diferença no desempenho das abordagens novas e tradicionais é significativa. / [en] Time Series which can be arranged in levels according to, for example, the type of product, geography, consumption class, among others, are called Hierarchical Time Series (or grouped, if they have more than one aggregation variable). Information relating these series prediction is fundamental for decision-making at the management or operational level of all types of business. To meet these information, hierarchical forecasting techniques are used, which are focused on reducing costs and improving the accuracy of prediction. The objective of this work is to study approaches to aggregate / disaggregate predictions for Hierarchical or Grouped Time Series. As a result of the work there is the presentation of the approaches that represent the state of the art hierarchical forecast: Optimal Reconciliation approach (also called the Optimal Combination) and Top-Down Forecast Proportions approach. Still on the results highlight the analysis of the various hierarchical forecasting techniques found in the literature applied to two classic series of the Brazilian context: a grouped series of electricity consumption aggregated by region of the country and consumer class, and the hierarchical series air transport demand represented by the variable RPK (Revenue Passenger Kilometers). The predictive performance of the approaches was evaluated based on the metric MAPE and the Diebold-Mariano test was used to verify that the difference in performance of new and traditional approaches is significant.

Im Rahmen dieser Dissertation bemühe ich mich, den statistischen Ansatz der zeitkontinuierlichen dynamischen Modellierung, der die Rolle der Zeit explizit berücksichtigt, zu erweitern und praktisch anwendbar zu machen. Diese Dissertation ist so strukturiert, dass ich in Kapitel 1 die Natur dynamischer Modelle bespreche, verschiedene Ansätze zum Umgang mit mehreren Personen betrachte und ein zeitkontinuierliches dynamisches Modell mit Input-Effekten (wie Interventionen) und einem Gaußschen Messmodell detailliert darstelle. In Kapitel 2 beschreibe ich die Verwendung der Software ctsem für R, die als Teil dieser Dissertation entwickelt wurde und die Modellierung von Strukturgleichungen und Mixed-Effects über einen frequentistischen Schätzansatz realisiert. In Kapitel 3 stelle ich einen hierarchischen, komplett Random-Effects beinhaltenden Bayesschen Schätzansatz vor, unter dem sich Personen nicht nur in Interceptparametern, sondern in allen Charakteristika von Mess - und Prozessmodell unterscheiden können, wobei die Schätzung individueller Parameter trotzdem von den Daten aller Personen profitiert. Kapitel 4 beschreibt die Verwendung der Bayesschen Erweiterung der Software ctsem. In Kapitel 5} betrachte ich die Natur experimenteller Interventionen vor dem Hintergrund zeitkontinuierlicher dynamischer Modellierung und zeige Ansätze, die die Art und Weise adressieren, mit der Interventionen auf psychologische Prozesse über die Zeit wirken. Das berührt Fragen, wie: 'Nach welcher Zeit zeigt eine Intervention ihre maximale Wirkung', 'Wie ändert sich die Form des Effektes im Laufe der Zeit' und 'Für wen ist die Wirkung am stärksten oder dauert am längsten an'. Viele Bei-spiele, die sowohl frequentistische als auch bayessche Formen der Software ctsem verwenden, sind enthalten. Im letzten Kapitel fasse ich die Dissertation zusammen, zeige Limitationen der angebotenen Ansätze auf und stelle meine Gedanken zu möglichen zukünftigen Entwicklungen dar. / With this dissertation I endeavor to extend, and make practically applicable for psychology, the statistical approach of continuous time dynamic modelling, in which the role of time is made explicit. The structure of this dissertation is such that in Chapter 1, I discuss the nature of dynamic models, consider various approaches to handling multiple subjects, and detail a continuous time dynamic model with input effects (such as interventions) and a Gaussian measurement model. In Chapter 2, I describe the usage of the ctsem software for R developed as part of this dissertation, which provides a frequentist, mixed effects, structural equation modelling approach to estimation. Chapter 3 details a hierarchical Bayesian, fully random effects approach to estimation, allowing for subjects to differ not only in intercept parameters but in all characteristics of the measurement and dynamic models -- while still benefiting from other subjects data for parameter estimation. Chapter 4 describes the usage of the Bayesian extension to the ctsem software. In Chapter 5 I consider the nature of experimental interventions in the continuous time dynamic modelling framework, and show approaches to address questions regarding the way interventions influence psychological processes over time, with questions such as 'how long does a treatment take to reach maximum effect', `how does the shape of the effect change over time', and 'for whom is the effect strongest, or longest lasting'. Many examples using both frequentist and Bayesian forms of the ctsem software are given. For the final chapter I summarise the dissertation, consider limitations of the approaches offered, and provide some thoughts on possible future developments.

[pt] Tendo em vista mudanças significativas no varejo causadas pelo crescimento de compras online no Brasil, este estudo tem como objetivo facilitar um relevante lead time e um forte grau de assertividade na previsão de demanda do Omnichannel de uma empresa do setor. Com a crescente relevância do Omnichannel, é importante compreender as necessidades dos consumidores tradicionais e digitais, integrar suas experiências e oferecer múltiplos canais de compra. Nesse contexto, a previsão de demanda é crucial para apoiar as decisões estratégicas, táticas e operacionais da organização. A utilização de séries temporais hierárquicas auxilia na precisão das previsões e, portanto, na tomada de decisões, permitindo gerar estimativas coerentes ao longo dos múltiplos níveis hierárquicos. Dessa forma, neste estudo, combinando as metodologias de previsão de séries temporais ETS, ARIMA e SARIMAX, com métodos de reconciliação Bottom-up, Top-down, MinTrace Combinação Ótima (OLS) e MinTrace WLS Struct, doze modelos foram gerados. Baseado nas principais abordagens de séries temporais hierárquicas, com uma sequência de sete passos, os modelos foram comparados, por meio de métricas de avaliação de desempenho, para identificar qual deles melhor se encaixa na série trabalhada. Ao final do estudo, o modelo SARIMAX com Bottom-up se mostrou a combinação mais adequada para a série em análise. A abordagem alcançou um MAPE de 22 por cento no nível mais agregado da hierarquia, reduzindo em cinco pontos percentuais o MAPE original da empresa, além de apresentar a melhor colocação na combinação das métricas comparativamente. / [en] In light of recent changes in retail caused by the growth of online shopping in Brazil, this study aims to enable a substantial lead time and a high degree of accuracy of the Omnichannel demand forecast for a retail company. As Omnichannel success continues to expand, it becomes increasingly important tounderstand the needs of both traditional and digital consumers, integrate their experiences and offer multiple purchase channels. In this context, demand forecasting is crucial for identifying market trends, growth opportunities, potentialstrategies and supporting strategic, tactical and operational decisions. The use of Hierarchical Time Series improves forecasts accuracy and, therefore, assists in decision-making, allowing the development of consistent estimations acrossmultiple hierarchical levels. Thus, this study combines the time series forecast generation methodologies ETS, ARIMA and SARIMAX, with Bottom-up, Top-down, MinTrace Optimal Combination (OLS) and MinTrace WLS Struct reconciliation methods, resulting in the generation of twelve models. Based on the main theories of Hierarchical Time Series and following a 7-steps sequence, the models were compared using performance evaluation metrics to identify the best fit for the investigated series. The research concludes that the SARIMAX model,together with the Bottom-up strategy, proves to be the most appropriate composition for the Hierarchical Time Series under analysis, as it demonstrates the best performance across the evaluation metrics, reaching a MAPE of 22 percent at the most aggregated level of the hierarchy and reducing the original company forecasting MAPE by five percentage points.

[pt] O presente estudo, apresenta um conjunto de propostas metodológicas relacionadas a reconciliação de previsões em Séries Temporais Hierárquicas. O principal objetivo é apresentar soluções originais ao tema, buscando obter previsões mais acuradas do que as obtidas por modelos independentes para os diferentes níveis da hierarquia. Os estudos foram realizados considerando dados reais, mostrando a potencialidade de aplicação dos métodos desenvolvidos em diferentes cenários, onde as series temporais são estruturadas de forma hierárquica. Esta tese é composta por um conjunto de ensaios que exploram a reconciliação de previsão sob a ótica de um modelo de regressão, que dá origem a reconciliação ótima. A primeira contribuição trata do problema da reconciliação de previsões na perspectiva de estimadores robustos. A proposta apresenta uma contribuição original aplicada a dados dos de pesquisas de força de trabalho no Brasil, apresentando um conjunto de soluções que podem direcionar políticas públicas eficientes. Neste caso, as previsões reconciliadas obtidas através de estimadores robustos possibilitaram um maior ganho em termos acurácia e uma performance equivalente aos métodos que representam o estado da arte sobre reconciliação de previsões em séries temporais hierárquicas. A segunda contribuição trata do problema da reconciliação ótima em séries de consumo de energia no Brasil, apresentado uma proposta alternativa, menos sensível a valores estremos. Os resultados obtidos neste segundo trabalho apresentam melhoramentos consideráveis em métricas de avaliação padrão no que diz respeito as novas previsões. Uma terceira proposta busca oferecer uma estrutura alternativa de covariância dos erros de previsão, que irá ampliar o conjunto de propostas apresentadas na literatura para o método de reconciliação denominado por MinT (do inglês, Minimum Trace) , que minimiza os erros de reconciliação, oferecendo um estimador de variância mínima. / [en] This study presents a set of methodological proposals aimed at improving forecast reconciliation in the context of Hierarchical Time Series. The main objective is to present original solutions to the theme, seeking to obtain more accurate forecasts than those obtained by independent models for the different levels of the hierarchy. The studies were conducted using real data, showing the potentiality of application of the methods developed in different scenarios, in which the time series are structured in a hierarchical fashion. This thesis is composed of a set of essays that explore forecast reconciliation from the perspective of a regression model, which gives foundations to optimal reconciliation. The first contribution addresses the problem of forecast reconciliation from the perspective of robust estimators. The proposal presents an original contribution applied to data from labor force surveys in Brazil, presenting a set of solutions that can drive efficient public policies. In this case, the reconciled forecasts obtained through robust estimators provided consistent gains in terms of accuracy when compared to methods that represent the state-of-the-art on forecast reconciliation in hierarchical time series. The second contribution deals with the problem of optimal reconciliation applied to energy consumption time series in Brazil. We present an alternative proposal, less sensitive to outlying forecasts at the reconciliation stage. The results obtained in this second study show considerable improvements in standard evaluation metrics with regard to the new forecasts. The third proposal seeks to offer robust covariance structures for forecasting errors, which expands the set of strategies presented in the literature. The main contribution is to incorporate robust covariance estimates into the MinT (Minimum Trace) reconciliation approach, which minimizes reconciliation errors, offering an estimator with minimum variance.

[pt] O comportamento do consumo de energia elétrica do setor industrial tem sido amplamente investigado ao longo dos últimos anos, devido a sua importância econômica, social e ambiental. Mais especificamente, o consumo de eletricidade dos subsetores da indústria brasileira exerce grande importância para o sistema energético brasileiro. Neste contexto, as projeções de longo prazo do seu consumo de energia elétrica para um país ou uma região são informações de grande relevância na tomada de decisão de órgãos e entidades que atuam no setor energético. A abordagem bottom-up determinística tem sido utilizada para obter a previsão de longo prazo em diversas áreas de pesquisa. Neste trabalho, propõe-se uma metodologia que combina a abordagem bottom-up com os modelos lineares hierárquicos para a previsão de longo prazo considerando os cenários de eficiência energética. Além disso, foi utilizada a inferência bayesiana para a estimação dos parâmetros do modelo, permitindo a incorporação de incerteza nessas previsões. Os resultados utilizando os dados de consumo de eletricidade de subsetores da indústria brasileira mostraram que a metodologia proposta consegue capturar a tajetória do consumo de eletricidade, em particular, dos subsetores de papel e celulose, e de metais não-ferrosos e outros de metalurgia. Por exemplo, os intervalos de credibilidade de 95 por cento construídos a partir do modelo estocástico contemplam os valores reais observados nos anos de 2015 e 2016. / [en] The electricity consumption behaviour in the Brazilian industry has been extensively investigated over the past years due to its economic, social and environmental importance. Specifically, the electricity consumption of the subsectors of Brazilian industry have great importance for the Brazilian energy system. In this context, the long-term projections of energy consumption of a country or region are highly relevant information to decision-making of organs and entities operating in the energy sector. The deterministic bottom-up approach has been used for the long-term forecast in several areas of research. In this paper, we propose a methodology that combines the bottom-up approach with hierarchical linear models for long-term forecasting considering energy efficiency scenarios. In addition, Bayesian inference was used to estimate the parameters of the model, allowing the uncertainty incorporation in these forecasts. The results using the electricity consumption data from subsectors of the Brazilian industry showed that the proposed methodology is able to capture the trajectory of their electricity consumption, in particular of the pulp and paper, and of non-ferrous metals and other metallurgical subsectors. For example, the 95 percent credibility intervals constructed from the stochastic model contemplate the actual values observed in the years 2015 and 2016.