Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-06-28T16:05:18Z No. of bitstreams: 1 David Augusto Silva.pdf: 1453777 bytes, checksum: 4516b869e7e749b770a803eb7e91a084 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T16:05:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 David Augusto Silva.pdf: 1453777 bytes, checksum: 4516b869e7e749b770a803eb7e91a084 (MD5) Previous issue date: 2011-07-01 / The techniques for Time Series Analysis and Forecasting have great presence on the literature over the years. The computational resources combined with statistical techniques are improving the predictive results, and these results have been become increasingly accurate. Computational methods base on Artificial Neural Networks (ANN) and Evolutionary Computing (EC) are presenting a new approach to solve the Time Series Analysis and Forecasting problem. These computational methods are contained in the branch of Artificial Intelligence (AI), and they are biologically inspired, where the ANN models are based on the neural structure of intelligent organism, and the EC uses the concept of nature selection of Charles Darwin. Both methods acquire experience from prior knowledge and example of the given problem. In particular, for the Time Series Forecasting Problem, the objective is to find the predictive model with highest forecast perfomance, where the performance measure are statistical errors. However, there is no universal criterion to identify the best performance measure. Since the ANNs are the predictive models, the EC will constantly evaluate the forecast performance of the ANNs, using a fitness functions to guide the predictive model for an optimal solution. The Data Envelopment Analysis (DEA) was employed to predictive determine the best combination of variables based on the relative efficiency of the best models. Therefore, this work to study the optimization Fitness Function process with Data Envelopment Analysis applied the Intelligence Hybrid System for time series forecasting problem. The data analyzed are composed by financial data series, agribusiness and natural phenomena. The C language program was employed for implementation of the hybrid intelligent system and the R Environment version 2.12 for analysis of DEA models. In general, the perspective of using DEA procedure to evaluate the fitness functions were satisfactory and serves as an additional resource in the branch of time series forecasting. Researchers need to compute the results under different perspectives, whether in the matter of the computational cost of implementing a particular function or which function was more efficient in the aspect of assessing which combinations are unwanted saving time and resources. / As técnicas de análise e previsão de séries temporais alcançaram uma posição de distinção na literatura ao longo dos anos. A utilização de recursos computacionais, combinada com técnicas estatísticas, apresenta resultados mais precisos quando comparados com os recursos separadamente. Em particular, técnicas que usam Redes Neurais Artificiais (RNA) e Computação Evolutiva (CE), apresenta uma posição de destaque na resolução de problemas de previsão na análise de séries temporais. Estas técnicas de Inteligência Artificial (AI) são inspiradas biologicamente, no qual o modelo de RNA é baseado na estrutura neural de organismos inteligentes, que adquirem conhecimento através da experiência. Para o problema de previsão em séries temporais, um fator importante para o maior desempenho na previsão é encontrar um método preditivo com a melhor acurácia possível, tanto quanto possível, no qual o desempenho do método pode ser analisado através de erros de previsão. Entretanto, não existe um critério universal para identificar qual a melhor medida de desempenho a ser utilizada para a caracterização da previsão. Uma vez que as RNAs são os modelos de previsão, a CE constantemente avaliará o desempenho de previsão das RNAs, usando uma função de fitness para guiar o modelo preditivo para uma solução ótima. Desejando verificar quais critérios seriam mais eficientes no momento de escolher o melhor modelo preditivo, a Análise Envoltória de Dados (DEA) é aplicada para fornecer a melhor combinação de variáveis visando a otimização do modelo. Portanto, nesta dissertação, foi estudado o processo de otimização de Funções de Fitness através do uso da Análise Envoltória de Dados utilizando-se de técnicas hibridas de Inteligência Artificial aplicadas a área de previsão de séries temporais. O banco de dados utilizado foi obtido de séries históricas econômico- financeiras, fenômenos naturais e agronegócios obtidos em diferentes órgãos específicos de cada área. Quanto à parte operacional, utilizou-se a linguagem de programação C para implementação do sistema híbrido inteligente e o ambiente R versão 2.12 para a análise dos modelos DEA. Em geral, a perspectiva do uso da DEA para avaliar as Funções de Fitness foi satisfatório e serve como recurso adicional na área de previsão de séries temporais. Cabe ao pesquisador, avaliar os resultados sob diferentes óticas, quer seja sob a questão do custo computacional de implementar uma determinada Função que foi mais eficiente ou sob o aspecto de avaliar quais combinações não são desejadas poupando tempo e recursos.

Na última década diversos algoritmos baseados em busca foram desenvolvidos para a geração de níveis em diferentes tipos de jogos. O espaço de busca para geração de níveis geralmente possui restrições, uma vez que a mecânica de um jogo define regras de factibilidade para os níveis. Em alguns métodos, a avaliação de factibilidade requer uma simulação com um agente inteligente que controla o jogo. Esse processo de avaliação geralmente possui ruído, causado por componentes aleatórios no simulador ou na estratégia do agente. Diversos trabalhos têm utilizado simulação como forma de avaliação de conteúdo, no entanto, nenhum deles discutiu profundamente a presença de ruído neste tipo de abordagem. Assim, esse trabalho apresenta um algoritmo genético capaz de gerar níveis factíveis que são avaliados por um agente inteligente em uma simulação ruidosa. O algoritmo foi aplicado a jogos de quebra-cabeças baseados em física com a mecânica do Angry Birds. Uma representação dos níveis em forma de indivíduos é introduzida, a qual permite que o algoritmo genético os evolua com características diferenciadas. O ruído na função de aptidão é tratado por uma nova abordagem, baseada em uma sistema de cache, que auxilia o algoritmo genético a encontrar boas soluções candidatas. Três conjuntos de experimentos foram realizados para avaliar o algoritmo. O primeiro compara o método de cache proposto com outros métodos de redução de ruído da literatura. O segundo mede a expressividade do algoritmo genético considerando as características estruturais dos níveis gerados. O último avalia os níveis gerados considerando aspectos de design (como dificuldade, imersão e diversão), os quais são medidos por meio de questionários respondidos por jogadores humanos via Internet. Os resultados mostraram que o algoritmo genético foi capaz de gerar níveis distintos que são tão imersíveis quanto níveis produzidos manualmente. Além disso, a abordagem de cache lidou apropriadamente com o ruído nos cálculos de aptidão, permitindo uma correta evolução elitista. / In the last decade several search-based algorithms have been developed for generating levels in different types of games. The search space for level generation is typically constrained once the game mechanics define feasibility rules for the levels. In some methods, evaluating level feasibility requires a simulation with an intelligent agent which plays the game. This evaluation process usually has noise, caused by random components in the simulator or in the agent strategy. Several works have used a simulation for content evaluation, however, none of them have deeply discussed the presence of noise in this kind of approach. Thus, this paper presents a genetic algorithm capable of generating feasible levels that are evaluated by an intelligent agent in a noisy simulation. The algorithm was applied to physics-based puzzle games with the Angry Birds mechanics. A level representation in the form of individuals is introduced, which allows the genetic algorithm to evolve them with distinct characteristics. The fitness function noise is handled by a new approach, based on a cache system, which helps the genetic algorithm finding good candidate solutions. Three sets of experiments were conducted to evaluate the algorithm. The first one compares the proposed cache approach with other noise reduction methods of the literature. The second one measures the expressivity of the genetic algorithm considering the structural characteristics of the levels. The last one evaluates design aspects (such as difficulty, immersion and fun) of the generated levels using questionnaires answered by human players via Internet. Results showed the genetic algorithm was capable of generating distinct levels that are as immersive as levels manually designed. Moreover, the cache approach handled properly the noise in the fitness calculations, allowing a correct elitist evolution.

Na última década diversos algoritmos baseados em busca foram desenvolvidos para a geração de níveis em diferentes tipos de jogos. O espaço de busca para geração de níveis geralmente possui restrições, uma vez que a mecânica de um jogo define regras de factibilidade para os níveis. Em alguns métodos, a avaliação de factibilidade requer uma simulação com um agente inteligente que controla o jogo. Esse processo de avaliação geralmente possui ruído, causado por componentes aleatórios no simulador ou na estratégia do agente. Diversos trabalhos têm utilizado simulação como forma de avaliação de conteúdo, no entanto, nenhum deles discutiu profundamente a presença de ruído neste tipo de abordagem. Assim, esse trabalho apresenta um algoritmo genético capaz de gerar níveis factíveis que são avaliados por um agente inteligente em uma simulação ruidosa. O algoritmo foi aplicado a jogos de quebra-cabeças baseados em física com a mecânica do Angry Birds. Uma representação dos níveis em forma de indivíduos é introduzida, a qual permite que o algoritmo genético os evolua com características diferenciadas. O ruído na função de aptidão é tratado por uma nova abordagem, baseada em uma sistema de cache, que auxilia o algoritmo genético a encontrar boas soluções candidatas. Três conjuntos de experimentos foram realizados para avaliar o algoritmo. O primeiro compara o método de cache proposto com outros métodos de redução de ruído da literatura. O segundo mede a expressividade do algoritmo genético considerando as características estruturais dos níveis gerados. O último avalia os níveis gerados considerando aspectos de design (como dificuldade, imersão e diversão), os quais são medidos por meio de questionários respondidos por jogadores humanos via Internet. Os resultados mostraram que o algoritmo genético foi capaz de gerar níveis distintos que são tão imersíveis quanto níveis produzidos manualmente. Além disso, a abordagem de cache lidou apropriadamente com o ruído nos cálculos de aptidão, permitindo uma correta evolução elitista. / In the last decade several search-based algorithms have been developed for generating levels in different types of games. The search space for level generation is typically constrained once the game mechanics define feasibility rules for the levels. In some methods, evaluating level feasibility requires a simulation with an intelligent agent which plays the game. This evaluation process usually has noise, caused by random components in the simulator or in the agent strategy. Several works have used a simulation for content evaluation, however, none of them have deeply discussed the presence of noise in this kind of approach. Thus, this paper presents a genetic algorithm capable of generating feasible levels that are evaluated by an intelligent agent in a noisy simulation. The algorithm was applied to physics-based puzzle games with the Angry Birds mechanics. A level representation in the form of individuals is introduced, which allows the genetic algorithm to evolve them with distinct characteristics. The fitness function noise is handled by a new approach, based on a cache system, which helps the genetic algorithm finding good candidate solutions. Three sets of experiments were conducted to evaluate the algorithm. The first one compares the proposed cache approach with other noise reduction methods of the literature. The second one measures the expressivity of the genetic algorithm considering the structural characteristics of the levels. The last one evaluates design aspects (such as difficulty, immersion and fun) of the generated levels using questionnaires answered by human players via Internet. Results showed the genetic algorithm was capable of generating distinct levels that are as immersive as levels manually designed. Moreover, the cache approach handled properly the noise in the fitness calculations, allowing a correct elitist evolution.