Economic dispatch is an important optimization challenge in power systems. It helps to find the optimal output power of a number of generating units that satisfy the system load demand at the cheapest cost, considering equality and inequality constraints. Many nature inspired algorithms have been broadly applied to tackle it such as particle swarm optimization. In this dissertation, two improved particle swarm optimization techniques are proposed to solve economic dispatch problems. The first is a hybrid technique with Bat algorithm. Particle swarm optimization as the main optimizer integrates bat algorithm in order to boost its velocity and to adjust the improved solution. The second proposed approach is based on Cuckoo operations. Cuckoo search algorithm is a robust and powerful technique to solve optimization problems. The study investigates the effect of levy flight and random search operation in Cuckoo search in order to ameliorate the performance of the particle swarm optimization algorithm. The two improved particle swarm algorithms are firstly tested on a range of 10 standard benchmark functions and then applied to five different cases of economic dispatch problems comprising 6, 13, 15, 40 and 140 generating units. / Electrical and Mining Engineering / M. Tech. (Electrical Engineering)

Die vorliegende Dissertation hat einen technologischen und einen anwendungsbezogenen Schwerpunkt. Technologisch ordnen sich die präsentierten Forschungsergebnisse in das Gebiet der "Swarm Intelligence" (dt.: Schwarm-Intelligenz) ein. Swarm Intelligence ist ein Teilbereich der Informatik, der sich an der Überschneidung zwischen der Multi-Agenten Systeme Forschung der Künstlichen Intelligenz und dem Forschungsgebiet "Artificial Life" (dt.: Künstliches Leben) befindet. Im Gegensatz zur Swarm Intelligence im allgemeinen, überträgt der spezielle Ansatz "Synthetic Ecosystems" (dt.: synthetische Ökosysteme) nicht nur Koordinationsmechanismen aus biologischen Multi-Agenten Systemen, wie zum Beispiel Insekten Kolonien, in den Entwurf künstlicher Systeme. Vielmehr sollen die grundlegenden Prinzipien "natürlich" entstandener komplexer Systeme, also auch zum Beispiel einer Aktienbörse, übernommen werden. Als anwendungsbezogener Hintergrund der Dissertation wurde die verteilte Steuerung moderner industrieller Fertigungsanlagen gewählt. Die Fertigungssteuerung ist ein geeignetes Anwendungsfeld für die Technologien, die im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelt wurden. Damit dient die Präsentation eines synthetischen Ökosystems für die Fertigungssteuerung der Demonstration des neuartigen Ansatzes zum Entwurf, Realisierung und Evaluierung komplexer, industriell relevanter Systeme. Gleichzeitig leistet die vorgestellte Architektur der Fertigungssteuerung und die darin verwandten Koordinationsverfahren einen Beitrag zur Weiterentwicklung holonischer Produktionssysteme. Der holonische Ansatz zur Produktionsplanung und -steuerung genießt derzeit große Aufmerksamkeit sowohl in der Forschung als auch in der Industrie. Als Teilgebiet der Entwicklung intelligenter Fertigungssysteme (engl.: IMS - Intelligent Manufacturing Systems), propagiert der holonische Ansatz eine Abkehr von der traditionell zentralistischen und hierarchischen Planung und Steuerung hin zu selbst-organisierenden Systemen autonom (inter-)agierender Individuen ("Holone"). Bei der praktischen Umsetzung holonischer Systeme werden sehr häufig Technologien aus der Multi-Agenten Systeme Forschung angewandt. Mit dieser Dissertation rücken auch synthetische Ökosysteme in das Blickfeld holonischer Systeme. Natürliche Agentensysteme im allgemeinen und Kolonien sozialer Insekten im besonderen faszinieren durch ihre Robustheit, ihre Flexibilität und ihre Anpassungsfähigkeit. Solche Systeme bestehen häufig aus sehr vielen, sehr einfachen Individuen und doch weisen sie ein komplexes und koordiniertes Gesamtverhalten auf. Es gibt mehrere Zweige in unterschiedlichen Wissenschaften, zum Beispiel in der Biologie, Physik, Ökonomie oder in der Informatik, die sich mit verteilten Systemen lokal interagierender Individuen beschäftigen. Ihre Erforschung resultiert in einer Reihe wiederholt beobachteter grundlegender Eigenschaften. Um künstlich erschaffene Systeme mit ähnlichen Eigenschaften auszustatten werden Entwurfsprinzipien für das Design von Multi-Agenten Systemen in dieser Dissertation vorgeschlagen. Jedes Entwurfsprinzip wird systematisch eingeführt, motiviert und in seinen Konsequenzen für Anwendungen in der Fertigungssteuerung diskutiert. Stigmergie ist ein grundlegendes Konzept der Koordination einer großen Anzahl von Individuen unter anderem in Kolonien sozialer Insekten. Die Formulierung dieses Konzepts ist auf den Biologen Grassè zurückzuführen, welcher in der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts das Schwarmverhalten von Termiten untersuchte. Stigmergie beruht auf der Tatsache, daß das Verhalten eines jeden Individuums durch die aktuelle Konfiguration seiner lokalen Umwelt bestimmt wird. Die Umwelt wiederum, wird durch die Aktivitäten der Individuen verändert. Diese Wechselwirkung führt in Verbindung mit entsprechend ausgelegten individuellen Verhaltensmustern zur Emergenz einer global koordinierten Erfüllung der anstehenden Aufgaben der Kolonie. Im Detail wird sematektonische von marker-basierter Stigmergie unterschieden, wobei bei sematektonischer Stigmergie der Zustand der Aufgabenerfüllung selbst (z.B. Stand des Nestbaus) das Individualverhalten beeinflußt, während marker-basierte Stigmergie aufgabenunabhängige Marker (z.B. Pheromone) in der Umwelt platziert. Multi-Agenten Systeme finden ihre Realisierung in Software, welche gegebenenfalls an physische Aktuatoren gekoppelt ist. Im allgemeinen besteht diese Software aus einer Laufzeitumgebung und den darin ausgeführten Agenten. Die vorliegende Dissertation präsentiert eine Erweiterung von Laufzeitumgebungen um eine anwendungsunabhängige Pheromon Infrastruktur (PI). Die PI ermöglicht es den Softwareagenten des jeweiligen synthetischen Ökosystems, künstliche Pheromone als Datenstrukturen in einem virtuellen Raum abzulegen und wahrzunehmen. Diese Datenstrukturen dienen als Marker in stigmergetischen Koordinationsmechanismen. Die Algorithmen der PI operieren auf diesen künstlichen Pheromonen und emulieren die natürlichen Vorgänge der räumlichen Ausbreitung und Verdunstung von Pheromonen auf abstrakter Ebene. Zusätzlich wird das natürliche Vorbild um eine automatische Aufbereitung von Informationen erweitert. Die Funktionalität der PI wird in dieser Dissertation spezifiziert. Des weiteren wird ein formales Modell erstellt, welches die Grundlage einer numerischen Analyse der Eigenschaften der PI bildet. Die Analyse liefert Vorhersagen für das Entstehen von räumlichen Mustern von Pheromonkonzentrationen in der PI. Diese Vorhersagen können dann in der Feineinstellung und der Evaluierung von Koordinationsmechanismen verwendet werden. Außerdem dient das formale Modell als Grundlage für den Beweis der globalen Stabilität der PI. Damit ist gesichert, daß unabhängig von der gewählten räumlichen Struktur und den von der jeweiligen Anwendung generierten Pheromonen die Konzentrationen der Pheromone immer in ihrer Stärke begrenzt sind. Der Beweis der globalen Stabilität ist eine wichtige Voraussetzung für die Verwendung der PI in praktischen Anwendungen. Die Spezifikation einer verteilten Realisierung der PI bildet den Abschluß der allgemeinen Betrachtung. Die Agenten, welche die (virtuelle) räumliche Struktur der PI widerspiegeln, werden im Detail spezifiziert. Auf der Basis dieser Spezifikation ist im Rahmen der Dissertation ein Prototyp der PI realisiert worden. Dieser Prototyp diente dem Nachweis des vorhergesagten Verhaltens der Infrastruktur und der späteren Evaluierung des entwickelten Fertigungssteuerungssystems. Im weiteren Verlauf der vorliegenden Dissertation wird ein neuartiger Ansatz zur Fertigungssteuerung betrachtet. Die absehbaren Veränderungen der äußeren Bedingungen der industriellen Produktion, ausgelöst durch den globalen Übergang von Anbieter- zu Verbrauchermärkten, erfordert die Fertigung immer komplexerer und variantenreicherer Produkte in ständig schwankenden Stückzahlen und deutlich verkürzten Lebenszyklen bei gleichzeitig sinkenden Kosten. Zur Erfüllung dieser Anforderungen in der Massenproduktion wandelt sich die traditionell starr verkettete Strangfertigung (z.B. Transferstraßen) zur flexiblen Fließfertigung (z.B. flexible Bearbeitungszentren). Die Steuerung einer flexiblen Fließfertigung erfordert neue Herangehensweisen. In einer holonischen Fertigung, zum Beispiel, organisiert sich die Produktionsplanung und Produktionssteuerung selbst um die Erfüllung der aktuellen Aufträge. Dabei werden in der Steuerung verteilte, reaktive Verfahren verwendet, welche eine deutlich gesteigerte Robustheit und Flexibilität gegenüber Störungen und Veränderungen aufweisen. Der Übergang zur flexiblen Fließfertigung bedeutet die Einführung von Flexibilität in der Bearbeitung aber auch im Transport des Materials. Es ist eine grundlegende Eigenschaft dieser Fertigungssysteme, daß zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Reihe möglicher Transportwege und damit eine Vielzahl möglicher Muster im Materialfluß zur Verfügung stehen. Dabei führt aber nur eine kleine Menge dieser Muster zu einer bestmöglichen Erfüllung der globalen Produktionsziele (z.B. hoher globaler Durchsatz). Es ist also die Aufgabe der Fertigungssteuerung in jeder Situation das bestmögliche Materialflußmuster zu erreichen. Ist ein verteilter Ansatz für die Steuerung gewählt worden, so muß diese Optimierung nach globalen Produktionszielen in die lokalen Steuerungsentscheidungen integriert werden, ohne die Autonomie der lokalen Einheiten zu verletzen. Die Dissertation präsentiert ein sogenanntes geführtes Fertigungssteuerungssystem (GFSS), welches einen verteilten und reaktiven Steuerungsansatz mit einer Flußoptimierung unter Beachtung globaler Produktionsziele in neuartiger Weise verbindet. Der Entwurf des GFSS folgte den vorgeschlagenen Prinzipien für synthetische Ökosysteme und die Agenten im GFSS werden mit Hilfe der Pheromon Infrastruktur koordiniert. Die Agenten und Pheromone des GFSS werden detailliert spezifiziert und in einem realistischen Beispiel aus der Automobilindustrie evaluiert. In der Evaluierung wird von den Ergebnissen der Analyse der PI Gebrauch gemacht. Die dabei gewählte numerische Beschreibung des Einzelverhaltens und die darauf aufbauende Betrachtung des emergierenden Gesamtverhaltens weist den Weg zu einer systematischen Evaluierung von emergenten Systemeigenschaften in synthetischen Ökosystemen. In einem abschließenden Kapitel werden die drei inhaltlichen Schwerpunkte der Dissertation noch einmal betrachtet. Vor dem Hintergrund des GFSS werden die vorgeschlagenen Entwurfsprinzipien für synthetische Ökosysteme systematisch auf ihre Anwendbarkeit und praktische Bedeutung hin überprüft. Außerdem wird die allgemeine Verwendung der PI für den Austausch von Informationen zwischen Agenten untersucht. Und schließlich wird die Fertigungssteuerung aus der Sicht abstrakter Zustandsräume diskutiert. Die vorliegende Dissertation weist den Weg für eine Reihe weiterführender Forschungsarbeiten. So werden zum einen detaillierte Konzepte für die Erweiterung des GFSS um eine automatische Strategiebewertung und -generierung und um ein Visualisierungssystem vorgestellt. Zum anderen werden aber auch notwendige Ergänzungen der Entwurfsprinzipien und mögliche Verbesserungen der PI und des darauf basierenden Evaluierungsansatzes vorgeschlagen. / The synthetic ecosystems approach attempts to adopt basic principles of natural ecosystems in the design of multiagent systems. Natural agent systems like insect colonies are fascinating in that they are robust, flexible, and adaptive. Made up of millions of very simple entities, these systems express a highly complex and coordinated global behavior. There are several branches in different sciences, for instance in biology, physics, economics, or in computer science, that focus on distributed systems of locally interacting entities. Their research yields a number of commonly observed characteristics. To supply engineered systems with similar characteristics this thesis proposes a set of principles that should be observed when designing synthetic ecosystems. Each principle is systematically stated and motivated, and its consequences for the manufacturing control domain are discussed. Stigmergy has shown its usefulness in the coordination of large crowds of agents in a synthetic ecosystem. Sign-based stigmergy through synthetic pheromones is supported by an extension to runtime environments for software agents called the pheromone infrastructure. In this thesis the operation of the pheromone infrastructure is specified, formally modeled and analyzed, and an implementation is presented. The guided manufacturing control system for flexible flow shops is designed following the proposed principles and it uses the pheromone infrastructure to coordinate its agents. It comprises two subsystems. The control (sub)system, which enables production, is distributed and reactive. The advisory (sub)system observes the operation of the control system and advises the manufacturing execution under global considerations. This thesis specifies the guided manufacturing control system and evaluates its operation in a simple but realistic example adapted from the automotive industry. The applicability of the design principles, the usage of the pheromone infrastructure, and the operation of manufacturing control in abstract state spaces are considered on the basis of the guided manufacturing control system.

We look at robotic systems made of separate discrete components that, by self-assembling, can organize into physical structures of growing size. We review 22 such systems, exhibiting components ranging from passive mechanical parts to mobile robots. We present a taxonomy of the systems, and discuss their design and function. We then focus on a particular system, the swarm-bot. In swarm-bot, the components that assemble are self-propelled modules that are fully autonomous in power, perception, computation, and action. We examine the additional capabilities and functions self-assembly can offer an autonomous group of modules for the accomplishment of a concrete task: the transport of an object. The design of controllers is accomplished in simulation using techniques from biologically-inspired computing. We show that self-assembly can offer adaptive value to groups that compete in an artificial evolution based on their fitness in task performance. Moreover, we investigate mechanisms that facilitate the design of self-assembling systems. The controllers are transferred to the physical swarm-bot system, and the capabilities of self-assembly and object transport are extensively evaluated in a range of different environments. Additionally, the controller for self-assembly is transferred and evaluated on a different robotic system, a super-mechano colony. Given the breadth and quality of the results obtained, we can say that the swarm-bot qualifies as the current state of the art in self-assembling robots. Our work supplies some initial evidence (in form of simulations and experiments with the swarm-bot) that self-assembly can offer robotic systems additional capabilities and functions useful for the accomplishment of concrete tasks.

Orientador: Jefferson Nascimento de Oliveira / Resumo: Os direitos da natureza são indispensáveis para a harmonia nos espaços de atuação e desenvolvimento da vida, onde o uso e a ocupação do solo impactam diretamente na disponibilidade e qualidade de recursos fundamentais como a água e outros bens comuns. Com a observação de iniciativas transnacionais, governamentais, laboratórios de ciência aberta, empresas e ONGs, esta pesquisa exploratória consolida cenários sobre intensos fluxos de multidões à deriva de projeções e sobre a capacidade adaptativa de aglomerados no Antropoceno. São elementos onde a Internet e os paradigmas do serviço total incitam plataformas digitais para novos produtos e serviços, adequadas à realidade dos jogos sociais contemporâneos. Com bases e referenciais em governança eletrônica para as águas, os resultados das explorações resultam na descoberta das organizações associativas cibernéticas (cyorgs) e as características fundamentais dos Escritórios da Resiliência Hídrica. Amparados por espaços antropológicos, de interação e implementações estratégicas de inovação em sustentabilidade, os produtos constroém a plataforma ÁguasML - Bem Comum em Mídia Livre, implementada digitalmente com código aberto via portais de notícias, ambientes de aprendizagem, automatizações e aplicativos para coleta e distribuição de dados. Apontam também alguns dos componentes das plataformas hidrotecnológicas nos Escritórios da Resiliência Hídrica, assim como os conteúdos, as experiências e as características de tecnologias resilient... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The rights of nature are indispensable for harmony in the spaces of participation and development of life, where the use and occupation of the lands directly affect the availability and quality of water and other commons. Observing transnational initiatives, governments, open science laboratories, corporations and NGOs, this exploratory research consolidates scenarios of intense flows of crowds drifting from projections and adaptive capacity in the Anthropocene. They are elements in which the internet and the paradigms of the total service incite digital platforms for new products and services, adapted to the mechanized reality of contemporary social games. With these baselines and benchmarks in electronic governance for water, the results of explorations are the discovery of cybernetic associative organizations (cyorgs) and the fundamental characteristics of Water Resilience Office´s. Based on anthropological spaces, spaces of interaction and strategic implementations of innovation in water sustainability, the work build the ÁguasML - Commons in Open Media platform, digitally implemented with open source through news portals, e-learning environments, automations and applications for collection and data distribution. They also show some of the components of hydrotechnology platforms at the offices for water resilience, as well as the contents, experiences and characteristics of resilient technologies in situations of water scarcity and vulnerability of rights. This office gen... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Uma das premissas fundamentais em redes fotônicas baseadas na tecnologia de multiplexação por comprimento de onda (WDM) é o controle dos caminhos ópticos. Um caminho óptico, ou caminho de luz, é uma conexão puramente óptica estabelecida entre dois nós da rede, que pode atravessar diversos nós intermediários. Para dar suporte eficiente à demanda exigida de uma rede WDM sobre a qual executam aplicações de alto desempenho, os caminhos ópticos devem ser estabelecidos e encerrados dinamicamente, de tal forma que as rotas e os comprimentos de onda escolhidos minimizem a probabilidade de ocorrência de bloqueios de conexão por falta de recursos disponíveis. O elemento central de uma rede WDM é o sistema que controla os comutadores ópticos, determina as rotas, aloca os comprimentos de onda, e estabelece, mantém e encerra as conexões ópticas entre os nós da rede. O objetivo deste trabalho é apresentar estratégias de roteamento e de atribuição de comprimentos de onda para redes fotônicas usando heurísticas baseadas em inteligência de enxame. Os resultados demonstram que as estratégias desenvolvidas apresentam baixa probabilidade de bloqueio de requisições e buscam, sempre que possível, os caminhos de menor custo. As estratégias desenvolvidas levam em conta o dinamismo da rede, sendo as decisões de caminho baseadas em dados atualizados em cada nó da rede em tempo real, sem a necessidade do conhecimento global do estado da rede em cada nó. / A fundamental aspect of photonic networks based on wavelength division multiplexing (WDM) technology is the control of optical paths. An optical path, or lightpath, is a purely optical connection established between two network nodes, which can pass through several intermediate nodes. To efficiently support the demands required from a WDM network that runs high performance applications, the optical paths should be established and finished dynamically, in such a way that the selected routes and wavelengths tend to minimize the blocking probability due to the lack of available resources. The central element of a WDM network is the system that controls the optical switches, determines routes, allocates the wavelengths, and establishes, maintains and finishes connections between optical network nodes. The purpose is to present strategies for routing and wavelength assignment over photonic networks using heuristics based on swarm intelligence. Results show that the developed strategies exhibit low blocking probability of requests and find the paths of minimum cost whenever possible. The strategies developed take into account the dynamics of the network, and decisions are based on updated data at each network node in real time without the need of a complete knowledge of network state at each node.

A visão de muitas pessoas sobre uma colônia de formigas, em geral, é de que estes pequenos e inofensivos insetos somente se movem aleatoriamente para coletar alimento e conservá-los em seus ninhos. Um olhar destreinado não conseguiria notar o nível de complexidade e organização que é requerido por uma colônia de formigas para sua sobrevivência. Uma formiga simples é parte de um grande grupo que coopera entre si para criar um superorganismo. Sem uma autoridade central ou indivíduos com habilidade de um pensamento cognitivo complexo, a colônia se auto-organiza, e, de fato, ajusta seus recursos de uma maneira muito eficiente. Essa dissertação investiga o papel da comunicação indireta nas tarefas de exploração e forrageamento, e como isso afeta as decisões de um agente simples e traz um comportamento emergente útil à toda colônia. Por fim, este trabalho implementa uma plataforma de simulação multi-agente inspirado em formigas / Most people\'s view of an ant colony and ants in general is that they simply pose harmless little insects that move randomly and gather food in their underground nests. The untrained eye would have never guessed the level of complexity and organisation that is required in order for an ant colony to survive. The simple ant is a part of a huge group, which cooperate one superorganism. Without any central authority or the ability of complex cognitive thought from the individuals, the colony seems to self organise and in fact adjust its resources in a quite efficient way. This dissertation investigates the role of indirect communication in the exploration and forage task and how it affects the decisions of the single agent and brings an emergent behaviour that is useful to all the colony. Finally this work implements an ant inspired multi-agent simulation plataform

University of Macau / Faculty of Science and Technology. / Department of Computer and Information Science

Uma das premissas fundamentais em redes fotônicas baseadas na tecnologia de multiplexação por comprimento de onda (WDM) é o controle dos caminhos ópticos. Um caminho óptico, ou caminho de luz, é uma conexão puramente óptica estabelecida entre dois nós da rede, que pode atravessar diversos nós intermediários. Para dar suporte eficiente à demanda exigida de uma rede WDM sobre a qual executam aplicações de alto desempenho, os caminhos ópticos devem ser estabelecidos e encerrados dinamicamente, de tal forma que as rotas e os comprimentos de onda escolhidos minimizem a probabilidade de ocorrência de bloqueios de conexão por falta de recursos disponíveis. O elemento central de uma rede WDM é o sistema que controla os comutadores ópticos, determina as rotas, aloca os comprimentos de onda, e estabelece, mantém e encerra as conexões ópticas entre os nós da rede. O objetivo deste trabalho é apresentar estratégias de roteamento e de atribuição de comprimentos de onda para redes fotônicas usando heurísticas baseadas em inteligência de enxame. Os resultados demonstram que as estratégias desenvolvidas apresentam baixa probabilidade de bloqueio de requisições e buscam, sempre que possível, os caminhos de menor custo. As estratégias desenvolvidas levam em conta o dinamismo da rede, sendo as decisões de caminho baseadas em dados atualizados em cada nó da rede em tempo real, sem a necessidade do conhecimento global do estado da rede em cada nó. / A fundamental aspect of photonic networks based on wavelength division multiplexing (WDM) technology is the control of optical paths. An optical path, or lightpath, is a purely optical connection established between two network nodes, which can pass through several intermediate nodes. To efficiently support the demands required from a WDM network that runs high performance applications, the optical paths should be established and finished dynamically, in such a way that the selected routes and wavelengths tend to minimize the blocking probability due to the lack of available resources. The central element of a WDM network is the system that controls the optical switches, determines routes, allocates the wavelengths, and establishes, maintains and finishes connections between optical network nodes. The purpose is to present strategies for routing and wavelength assignment over photonic networks using heuristics based on swarm intelligence. Results show that the developed strategies exhibit low blocking probability of requests and find the paths of minimum cost whenever possible. The strategies developed take into account the dynamics of the network, and decisions are based on updated data at each network node in real time without the need of a complete knowledge of network state at each node.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'impact de la quantité et de la qualité de l'information échangée entre individus d'un groupe sur leurs performances collectives dans deux types de tâches bien spécifiques. Dans une première série d'expériences, les sujets devaient estimer des quantités séquentiellement, et pouvaient réviser leurs estimations après avoir reçu comme information sociale l'estimation moyenne d'autres sujets. Nous contrôlions cette information sociale à l'aide de participants virtuels (dont nous contrôlions le nombre) donnant une information (dont nous contrôlions la valeur), à l'insu des sujets. Nous avons montré que lorsque les sujets ont peu de connaissance préalable sur une quantité à estimer, (les logarithmes de) leurs estimations suivent une distribution de Laplace. La médiane étant un bon estimateur du centre d'une distribution de Laplace, nous avons défini la performance collective comme la proximité de la médiane (du logarithme) des estimations à la vraie valeur. Nous avons trouvé qu'après influence sociale, et lorsque les agents virtuels fournissent une information correcte, la performance collective augmente avec la quantité d'information fournie (fraction d'agents virtuels). Nous avons aussi analysé la sensibilité à l'influence sociale des sujets, et trouvé que celle-ci augmente avec la distance entre l'estimation personnelle et l'information sociale. Ces analyses ont permis de définir 5 traits de comportement : garder son opinion, adopter celle des autres, faire un compromis, amplifier l'information sociale ou au contraire la contredire. Nos résultats montrent que les sujets qui adoptent l'opinion des autres sont ceux qui améliorent le mieux leur performance, car ils sont capables de bénéficier de l'information apportée par les agents virtuels. Nous avons ensuite utilisé ces analyses pour construire et calibrer un modèle d'estimation collective, qui reproduit quantitativement les résultats expérimentaux et prédit qu'une quantité limitée d'information incorrecte peut contrebalancer un biais cognitif des sujets consistant à sous-estimer les quantités, et ainsi améliorer la performance collective. D'autres expériences ont permis de valider cette prédiction. Dans une seconde série d'expériences, des groupes de 22 piétons devaient se séparer en clusters de la même "couleur", sans indice visuel (les couleurs étaient inconnues), après une courte période de marche aléatoire. Pour les aider à accomplir leur tâche, nous avons utilisé un système de filtrage de l'information disponible (analogue à un dispositif sensoriel tel que la rétine), prenant en entrée l'ensemble des positions et couleurs des individus, et retournant un signal sonore aux sujets (émit par des tags attachés à leurs épaules) lorsque la majorité de leurs k plus proches voisins était de l'autre couleur que la leur. La règle consistait à s'arrêter de marcher lorsque le signal stoppait. / In this thesis, we were interested in the impact of the quantity and quality of information ex- changed between individuals in a group on their collective performance in two very specific types of tasks. In a first series of experiments, subjects had to estimate quantities sequentially, and could revise their estimates after receiving the average estimate of other subjects as social information. We controlled this social information through virtual participants (which number we controlled) giving information (which value we controlled), unknowingly to the subjects. We showed that when subjects have little prior knowledge about a quantity to estimate, (the loga- rithms of) their estimates follow a Laplace distribution. Since the median is a good estimator of the center of a Laplace distribution, we defined collective performance as the proximity of the median (log) estimate to the true value. We found that after social influence, and when the information provided by the virtual agents is correct, the collective performance increases with the amount of information provided (fraction of virtual agents). We also analysed subjects' sensitivity to social influence, and found that it increases with the distance between personal estimate and social information. These analyses made it possible to define five behavioral traits: to keep one's opinion, to adopt that of others, to compromise, to amplify social information or to contradict it. Our results showed that the subjects who adopt the opinion of others are the ones who best improve their performance because they are able to benefit from the infor- mation provided by the virtual agents. We then used these analyses to construct and calibrate a model of collective estimation, which quantitatively reproduced the experimental results and predicted that a limited amount of incorrect information can counterbalance a cognitive bias that makes subjects underestimate quantities, and thus improve collective performance. Further experiments have validated this prediction. In a second series of experiments, groups of 22 pedestrians had to segregate into clusters of the same "color", without visual cue (the colors were unknown), after a short period of random walk. To help them accomplish their task, we used an information filtering system (analogous to a sensory device such as the retina), taking all the positions and colors of individuals in input, and returning an acoustic signal to the subjects (emitted by tags attached to their shoulders) when the majority of their k nearest neighbors was of a different color from theirs.

We present two Swarm Intelligence based approaches for data clustering. The first algorithm, Fuzzy Ants, presented in this thesis clusters data without the initial knowledge of the number of clusters. It is a two stage algorithm. In the first stage the ants cluster data to initially create raw clusters which are refined using the Fuzzy C Means algorithm. Initially, the ants move the individual objects to form heaps. The centroids of these heaps are redefined by the Fuzzy C Means algorithm. In the second stage the objects obtained from the Fuzzy C Means algorithm are hardened according to the maximum membership criteria to form new heaps. These new heaps are then moved by the ants. The final clusters formed are refined by using the Fuzzy C Means algorithm. Results from experiments with 13 datasets show that the partitions produced are competitive with those from FCM. The second algorithm, Fuzzy ant clustering with centroids, is also a two stage algorithm, it requires an initial knowledge of the number of clusters in the data. In the first stage of the algorithm ants move the cluster centers in feature space. The cluster centers found by the ants are evaluated using a reformulated Fuzzy C Means criterion. In the second stage the best cluster centers found are used as the initial cluster centers for the Fuzzy C Means algorithm. Results on 18 datasets show that the partitions found by FCM using the ant initialization are better than those from randomly initialized FCM. Hard C Means was also used in the second stage and the partitions from the ant algorithm are better than from randomly initialized Hard C Means. The Fuzzy Ants algorithm is a novel method to find the number of clusters in the data and also provides good initializations for the FCM and HCM algorithms. We performed sensitivity analysis on the controlling parameters and found the Fuzzy Ants algorithm to be very sensitive to the Tcreateforheap parameter. The FCM and HCM algorithms, with random initializations can get stuck in a bad extrema, the Fuzzy ant clustering with centroids algorithm successfully avoids these bad extremas.