<p>Vid analys av fluider med akustisk spektroskopi finns ett behov av att finna multivariata metoder för att utifrån akustiska spektra prediktera storheter såsom viskositet och densitet. Användning av artificiella neurala nätverk och bayesiska nätverk för detta syfte utreds genom teoretiska och praktiska undersökningar. Förbehandling och uppdelning av data samt en handfull linjära och olinjära multivariata analysmetoder beskrivs och implementeras. Prediktionsfelen för de olika metoderna jämförs och PLS (Partial Least Squares) framstår som den starkaste kandidaten för att prediktera de sökta storheterna.</p> / <p>When analyzing fluids using acoustic spectrometry there is a need of finding multivariate methods for predicting properties such as viscosity and density from acoustic spectra. The utilization of artificial neural networks and Bayesian networks for this purpose is analyzed through theoretical and practical investigations. Preprocessing and division of data along with a handful of linear and non-linear multivariate methods of analysis are described and implemented. The errors of prediction for the different methods are compared and PLS (Partial Least Squares) appear to be the strongest candidate for predicting the sought-after properties.</p>

Vid analys av fluider med akustisk spektroskopi finns ett behov av att finna multivariata metoder för att utifrån akustiska spektra prediktera storheter såsom viskositet och densitet. Användning av artificiella neurala nätverk och bayesiska nätverk för detta syfte utreds genom teoretiska och praktiska undersökningar. Förbehandling och uppdelning av data samt en handfull linjära och olinjära multivariata analysmetoder beskrivs och implementeras. Prediktionsfelen för de olika metoderna jämförs och PLS (Partial Least Squares) framstår som den starkaste kandidaten för att prediktera de sökta storheterna. / When analyzing fluids using acoustic spectrometry there is a need of finding multivariate methods for predicting properties such as viscosity and density from acoustic spectra. The utilization of artificial neural networks and Bayesian networks for this purpose is analyzed through theoretical and practical investigations. Preprocessing and division of data along with a handful of linear and non-linear multivariate methods of analysis are described and implemented. The errors of prediction for the different methods are compared and PLS (Partial Least Squares) appear to be the strongest candidate for predicting the sought-after properties.

Indoor climate control is responsible for a substantial amount of the world's total energy expenditure. In a time of climate crisis where a reduction of energy consumption is crucial to avoid climate disaster, indoor climate control is a ripe target for eliminating energy waste. The conventional method of adjusting the indoor climate with the use of setpoint curves, based solely on outdoor temperature, may lead to notable inefficiencies. This project evaluates the possibility to replace this method of regulation with a system based on model predictive control (MPC) in one of Uppsala University Hospitals office buildings. A prototype of an MPC controller using Artificial Neural Networks (ANN) as its system model was developed. The system takes several data sources into account, including indoor and outdoor temperatures, radiator flowline and return temperatures, current solar radiation as well as forecast for both solar radiation and outdoor temperature. The system was not set in production but the controller's predicted values correspond well to the buildings current thermal behaviour and weather data. These theoretical results attest to the viability of using the method to regulate the indoor climate in buildings in place of setpoint curves. / Bibehållande av inomhusklimat står för en avsevärd del av världens totala energikonsumtion. Med dagens klimatförändringar där minskad energikonsumtion är viktigt för den hållbara utvecklingen så är inomhusklimat ett lämpligt mål för att förhindra slösad energi. Konventionell styrning av inomhusklimat använder sig av börvärdeskurvor, baserade enbart på utomhustemperatur, vilket kan leda till anmärkningsvärt energispill. Detta projekt utvärderar möjligheten att ersätta denna styrmetod med ett system baserat på model predictive control (MPC) och använda detta i en av Akademiska sjukhusets lokaler i Uppsala. En MPC styrenhet som använder Artificiella Neurala Nätverk (ANN) som sin modell utvecklades. Systemet använder sig av flera datakällor däribland inomhus- och utomhustemperatur, radiatorslingornas framlednings- och returtemperatur, rådande solinstrålning såväl som prognoser för solinstrålning och utomhustemperatur. Systemet sattes inte i produktion men dess prognos stämmer väl överens med tillgänglig väderdata och husets termiska beteende. De presenterade resultaten påvisar metoden vara ett lämpligt substitut för styrning med börvärdeskurvor.

Denna rapport syftar till att implementera en metod för att simulera cancerceller och skapa en ökad förståelse för hur Warburgeffekten, vilket är cancercellers användning av anaerob metabolism under aeroba förhållanden, påverkar cancerceller. Detta undersöks genom att simulera i en dator hur syrehalten påverkar andelen anaeroba cancerceller i en tumör och dess spridning. I studien undersöks fem olika syrenivåer. Simuleringen görs med en Cellular Automaton-modell och startar med ett mindre antal cancerceller i mitten av ett 200x200-rutnät, omgivna av friska celler. Cancercellerna och deras beslutsmekanismer modelleras med artificiella neurala nätverk och friska celler med fastställda regler. Cancercellerna kan vid delning muteras och ge upphov till nya beteenden som sedan blir en del av selektionsprocessen. Simuleringarna visar att cancercellerna, oberoende av syrehalten, sprider sig på ett likartat vis. Genom att vissa av cancercellerna övergår från aerob till anaerob metabolism så försurar cancertumören sin omgivning, vilket dödar friska celler. Syrehaltens påverkan på andelen anaeroba celler hos tumören visar sig ha betydelse, men det är främst hos den lägsta syrehalten en markant ökning av andelen anaeroba celler noteras. Noterbart är även att andelen anaeroba celler i den här studien, för alla syrehalter, är avsevärt lägre än de 60 % som påvisats i vissa studier av Warburgeffekten gjorda på levande celler.

The author investigates the performance of a time series based approach in predicting the risk of patients abandoning treatment in a treatment program for childhood obesity. The time series based approach is compared and contrasted to an approach based on static features (which has been applied in similar problems). Four machine learning models are constructed; one ‘Main model’ using both time series forecasting and three ‘reference models’ created by removing or exchanging parts of the main model to test the performance of using only time series forecasting or only static features in the prediction. The main model achieves an ROC-AUC of 0.77 on the data set. ANOVA testing is used to determine whether the four models perform differently. A difference cannot be verified at the significance level of 0.05, and thus, the author concludes that the project cannot show either an advantage or a disadvantage to employing a time series based approach over static features in this problem. / Författaren jämför modeller baserade på tidsserieförutsägelser med modeller baserade på statiska, fasta värden, till syfte att identifera patienter som riskerar att lämna ett behandlingsprogram för barnfetma. Fyra maskininlärningsmodeller konstrueras, en ‘Huvudmodell’ som använder sig av både tidsserieförutsägelser och statiska värden, och tre modeller som bryter ut delar av huvudmodellen för undersöka beteendet i modeller baserade enbart på statiska värden respektive enbart baserade på tidsserieförutsägelser. Huvudmodellen uppnår ROC-AUC0.77 på datasetet. ANOVA(variansanalys) används för att avgöra huruvida de fyra modellernas resultat skiljer sig, och en skillnad kan ej verieras vid P = 0:05. Följaktligen drar författaren slutsatsen att projektet inte har kunnat visa vare sig en signifikant fördel eller nackdel med att använda sig av tidsserieförutsägelser inom den aktuella problemdomänen.

Sveriges kommunala spillvattenledningsnät står idag inför en enorm utmaning, då eftersattunderhåll i kombination med klimatförändringar kommer kräva stora framtida investeringaroch tidskrävande analyser. Detta examensarbete har utförts med målet att förenkla dettastundande förnyelsearbete. Som metod har en enkät utformats, och besvarats av totalt 84kommuner, med syftet att presentera en lägesbild. Vidare har ett artificiellt neuralt nätverkutvecklats, och tillämpats på data från Täby kommun, med syftet att förutspå vilkaspillvattenledningar i ett ledningsnät som har behov av förnyelse. Resultatet visar att det finns ett stort förbättringsbehov i det strategiska förnyelsearbetet.Störst behov, och potential, finns i hantering och insamling av data, där artificiella neuralanätverk kan tillämpas och utnyttjas som ett effektivt och intelligent verktyg. Det artificiellaneurala nätverket som utvecklats, och tillämpats, i detta examensarbete uppnådde en högprecision (93 %), och beräknade att Täby kommun har ca 10-20 spillvattenledningar medoupptäckt förnyelsebehov. Detta bör dock tas med viss reservation pga. bristandedatakvalitet. Avslutningsvis kan konstateras att lösningen för framtidens ledningsförnyelserelateradeproblem och utmaningar, ligger i förmågan att effektivt och intelligent samla in, struktureraoch analysera data om ledningsnäten. Artificiella neurala nätverk är ett verktyg som kanoch bör användas för detta ändamål då man, med hjälp av artificiell intelligens, kan göraprecisa analyser och skapa helhetsbilder över ledningsnät, vilket kan spara bådefinansiella, temporala och personella resurser. / Aging sewer systems and deferred maintenance pose one of the greatest challenges toSwedish municipal infrastructure in the future. This degree project has been completedwith the aim to develop a method with which to sufficiently solve these future challenges,and help decision makers to properly invest in the networks, and optimise the pipe renewalprocess. As a methodology, a survey has been created, and answered by 84representatives from various municipalities and water and waste organisations, in order topresent a deeper understanding of the current situation in Sweden. Furthermore, anartificial neural network has been developed, and trained with data from Täby municipality,with the purpose of predicting which pipes in a sewer network that need to be renewed. The results show that there is a great need for improvement in the strategic renewalplanning. The greatest need, and potential, is found in the collection and processing ofdata, where artificial neural networks can be applied as a highly efficient and intelligenttool, which is proven by the high accuracy (93 %) and strong ability to predict pipes withrenewal needs (ca 10-20 pipes for Täby municipality) that the neural network developedfor this degree project showed. It is, however, important to emphasize that the quality ofthe obtained data from Täby was relatively low, and that the results therefore has to beviewed with some skepticism. It is nevertheless reasonable to assume that artificial intelligence, and more specifically,artificial neural networks, will play an important role in tackling future challenges related tostrategic asset management and renewal planning for underground sewer infrastructure.The main solution lies in the ability to efficiently and intelligently collect, structure, andprocess data, and this is a field where artificial neural networks, as made evident by thisdegree project, certainly have abilities to flourish and contribute to savings in bothfinancial, temporal and human resources.

Machine learning and neural networks have recently become very popular in a large category of domains, partly thanks to their ability to solve complex problems by finding patterns in data, but also due to an increase in computing power and data availability. Successful applications of machine learning include for example image classification, natural language processing, and product recommendation. Despite the potential upside of machine learning applied to financial data there exists relatively few articles published while the ones that do exist exhibit that there exists a potential for the tools that it provides. This thesis utilizes neural networks to price collateralized loan obligations which is a type of bond that is backed by a large pool of corporate loans, rather than being issued by a single company or government like a regular bond. The large pool of corporate loans and structure of a collateralized loan obligation makes it a good candidate for this type of research as it involves regressing a large number of variables into a final single real-valued price of the bond where the relations are not necessarily linear. The thesis establishes a relatively simple model and builds upon this using a state-of-the-art ensemble method while also exploring a volatility scaled loss function. The findings of this thesis are that artificial neural networks can price collateralized loan obligations using only their structural and loan pool data with an accuracy close to that of a human. Ensemble methods outperform non-ensemble methods and boost performance by up to 28% when only considering mean squared error while scaling the loss function with the inverse of market volatility does not boost performance. The best performing model can price a collateralized loan obligation tranche rated AAA with an average absolute error of 0.88 and an equity tranche with an average mean absolute error of 4.67. / Under de senaste åren har maskininlärning samt artificiella neurala nätverk blivit väldigt populära i många olika domäner. Detta är delvis tack vare deras förmåga att lösa komplexa problem genom att hitta mönster i data, men även tack vare en ökning i beräkningskraft samt att tillgängligheten av data har blivit bättre. Några exempel på områden där maskininlärning har applicerats med framgång är klassificering av bilder, språkteknologi samt produktrekommendationer. Trots att maskininlärning skulle kunna erbjuda en stor potentiell uppsida vid lyckad tillämpning på finansiella data finns relativt lite studier publicerade kring ämnet. De studier som däremot är publicerade visar på stora möjligheter inom området. Den här studien använder artificiella neurala nätverk för att prissätta ”collateralized loan obligations” (CLOs), som tyvärr inte har någon bra svensk översättning. En CLO utfärdar obligationer vars underliggande värde härstammar från en portfölj av företagslån, och är därmed ett finansiellt instrument. Strukturen av en CLO och dess underliggande lånportfölj ger upphov till en stor mängd data, vilket gör instrumentet till en bra kandidat för maskininlärning. Studien etablerar ett relativt enkelt neuralt nätverk som sedan används för ett jämföra med en ensemblemetod samt en modifierad loss funktion som tar höjd för volatilitet. Slutsatserna av den här studien är att neurala nätverk lyckas prissätta instrumenten näst intill lika bra som vad en människa skulle kunna göra med befintliga metoder som bygger på Monte Carlo simulering. Däremot är studiens metod inte lika beroende av antaganden som gör den befintliga metoden väldigt känslig. Vidare så bidrar ensemblemetoden som används till att minska det genomsnittliga felet i kvadrat med upp till 28%. Att ta höjd för volatilitet vid inlärning bidar inte till att minska felet.

With the ever-increasing adoption of renewable energy sources, the seamless integration of PV systems into existing grids becomes imperative. Therefore, this study investigates the integration of a PV-ESS system into sustainable urban living. It entails the development and evaluation of forecasting models for PV production and electricity consumption using artificial neural network models, as well as the analysis of linear optimization algorithms. These investigations give insight into the benefits, challenges, and implications of implementing a PV-ESS system. The photovoltaic generation forecasting model demonstrates high accuracy in winter months while encountering complexity in dynamic summer conditions. The model for estimating power demand poses challenges due to a variety of factors, including human behaviour and data quality.Moreover, the study focuses on the formulation and assessment of linear optimization models with two aims: minimizing costs and optimizing self-consumption. The first continually reduces electricity costs while increasing self-consumption, whereas the second maximizes self-consumption, with limitations in winter battery use. Finally, forecast precision appears as a crucial factor for optimization models. Forecast errors have an impact on the system’s operation. Improving forecasting accuracy and adaptive control strategies are therefore critical. / Med den ständigt ökande användningen av förnybara energikällor blir sömlös integration av solcellssystem i befintliga elnät nödvändig. Därför undersöker denna studie integrationen av ett solcellsenergilagringssystem (PV-ESS) i hållbart stadsboende. Det innefattar utveckling och utvärdering av prognosmodeller för solcellsproduktion och elförbrukning med hjälp av artificiella neurala nätverksmodeller, samt analys av linjär optimeringsalgoritmer. Dessa undersökningar ger insikt om fördelarna, utmaningarna och konsekvenserna av att implementera ett PV-ESS-system. Modellen för prognostisering av solcellsgeneration visar hög noggrannhet under vintermånaderna men stöter på komplexitet under dynamiska sommarförhållanden. Modellen för att uppskatta elförbrukning står inför utmaningar på grund av olika faktorer, inklusive mänskligt beteende och datakvalitet. Dessutom fokuserar studien på formulering och utvärdering av linjära optimeringsmodeller med två mål: att minimera kostnader och optimera självkonsumtion. Den första minskar kontinuerligt elkostnader samtidigt som den ökar självkonsumtionen, medan den andra maximerar självkonsumtionen med begränsningar i vinterbatterianvändning. Slutligen framstår precision i prognoser som en avgörande faktor för optimeringsmodeller. Prognosfel påverkar systemets drift. Därför är förbättring av prognosnoggrannhet och adaptiva kontrollstrategier avgörande.

Counterparty risk calculations have gained importance after the latest financial crisis. The bankruptcy of Lehman Brothers showed that even large financial institutiones face a risk of default. Hence, it is important to measure the risk of default for all the contracts written between financial institutions. Credit Value Adjustment, CVA, is an industry standard method for such calculations. Nevertheless, the implementation of this method is contract dependent and the necessary computer simulations can be very intensive. Monte Carlo simulations have for a long time been known as a precise but slow technique to evaluate the cash flows for contracts of all kinds. Measuring the exposure of a contract written on structured products might require half a day of calculations if the implementation is written without significant optimization. Several ideas have been presented by researchers and applied in the industry, the idea explored and implemented in this thesis was based on using Artificial Neural Networks in Python. This procedure require a decomposition of the Expected Exposure calculation within the CVA and generating a large data set using a standard Monte Carlo simulation. Three network architectures have been tested and the final performance was compared with using standard techniques for the very same calculation. The performance gain was significant, a portfolio of 100 counterparties with 10 contracts each would take 20 minutes of calculations in total when using the best performing architecture whereas a parallel C++ implementation of the standard method would require 2.6 days.

User retention is a critical aspect of any business or service. Churn is the continuous loss of active users. A low churn rate enables companies to focus more resources on providing better services in contrast to recruiting new users. Current published research on predicting user churn disregards time of day and time variability of events and actions by feature selection or data preprocessing. This thesis empirically investigates the practical benefits of including accurate temporal information for binary prediction of user churn by training a set of Machine Learning (ML) classifiers on differently prepared data. One data preparation approach was based on temporally sorted logs (log-level data set), and the other on stacked aggregations (aggregated data set) with additional engineered temporal features. The additional temporal features included information about relative time, time of day, and temporal variability. The inclusion of the temporal information was evaluated by training and evaluating the classifiers with the different features on a real-world dataset from a MedTech application. Artificial Neural Networks (ANNs), Random Forrests (RFs), Decision Trees (DTs) and naïve approaches were applied and benchmarked. The classifiers were compared with among others the Area Under the Receiver Operating Characteristics Curve (AUC), Positive Predictive Value (PPV) and True Positive Rate (TPR) (a.k.a. precision and recall). The PPV scores the classifiers by their accuracy among the positively labeled class, the TPR measures the recognized proportion of the positive class, and the AUC is a metric of general performance. The results demonstrate a statistically significant value of including time variation features overall and particularly that the classifiers performed better on the log-level data set. An ANN trained on temporally sorted logs performs best followed by a RF on the same data set. / Bevarande av användare är en kritisk aspekt för alla företag eller tjänsteleverantörer. Ett lågt användarbortfall gör det möjligt för företag att fokusera mer resurser på att tillhandahålla bättre tjänster istället för att rekrytera nya användare. Tidigare publicerad forskning om att förutsäga användarbortfall bortser från tid på dygnet och tidsvariationer för loggad användaraktivitet genom val av förbehandlingsmetoder eller variabelselektion. Den här avhandlingen undersöker empiriskt de praktiska fördelarna med att inkludera information om tidsvariabler innefattande tid på dygnet och tidsvariation för binär förutsägelse av användarbortfall genom att träna klassificerare på data förbehandlat på olika sätt. Två förbehandlingsmetoder används, en baserad på tidssorterade loggar (loggnivå) och den andra på packade aggregeringar (aggregerat) utökad med framtagna tidsvariabler. Inklusionen av tidsvariablerna utvärderades genom att träna och utvärdera en uppsättning MLklassificerare med de olika tidsvariablerna på en verklig datamängd från en digital medicinskteknisk produkt. ANNs, RFs, DTs och naiva tillvägagångssätt tillämpades och jämfördes på den aggregerade datamängden med och utan tidsvariationsvariablerna och på datamängden på loggnivå. Klassificerarna jämfördes med bland annat AUC, PPV och TPR. PPV betygsätter algoritmerna efter träffsäkerhet bland den positivt märkta klassen och TPR utvärderar hur stor del av den positiva klassen som identifierats medan AUC är ett mått av klassificerarnas allmänna prestanda. Resultaten visar ett betydande värde av att inkludera tidsvariationsvariablerna överlag och i synnerhet att klassificerarna presterade bättre på datauppsättningen på loggnivå. Ett ANN tränad på tidssorterade loggar presterar bäst följt av en RF på samma datamängd.