Neste trabalho foram desenvolvidas duas técnicas de sintonia para controladores preditivos por modelo. Ambas visam minimizar a soma do erro quadrático entre respostas do sistema em malha fechada e trajetórias de referência pré-definidas; a primeira resolve um problema de otimização lexicográfica enquanto a segunda resolve um problema de otimização de compromisso. As vantagens dos métodos apresentados são: maior automatização, definição de objetivos de sintonia intuitiva que considera especificações na dinâmica do processo, uma métrica no domínio do tempo e é capaz de incluir o conhecimento do engenheiro de controle em uma técnica de sintonia confiável. Um estudo de caso no sistema de craqueamento catalítico ilustrou a flexibilidade de definição dos objetivos da técnica lexicográfica. Um estudo de caso sobre uma coluna de fracionadora de óleo pesado em malha fechada com um controlador preditivo por modelo comparou ambas as estratégias de sintonia desenvolvidas aqui e pode-se concluir que a técnica lexicográfica dá prioridade aos objetivos importantes enquanto a técnica de compromisso calcula uma solução média, com respeito aos objetivos. A técnica de compromisso foi comparada a um método de sintonia da literatura quanto a aplicação em um controlador preditivo de horizonte infinito com targets para as entradas e controle por faixas das saídas com uma coluna de destilação. Observou-se que a técnica desenvolvida aqui é computacionalmente mais rápida e não requer a escolha de uma solução não-dominada dentre um conjunto de soluções de Pareto. Aplicações reais de controle preditivo são severamente afetadas por incerteza de modelo. Estendeu-se as técnicas desenvolvidas aqui para considerar o caso de incerteza multi-planta, calculando parâmetros de sintonia robustos para controladores nominais, visando tratar o compromisso entre performance e estabilidade e robustez da malha fechada. Um controlador preditivo de horizonte infinito foi sintonizado de forma robusta e comparado com um controlador preditivo robusto em malha fechada com um modelo de separadora C3/C4. Observou-se que este consegue controlar melhor o processo, entretanto, tem um tempo de computação duas ordens de grandeza maior que o controlador nominal, em operação on-line. / Two multi-objective optimization based tuning techniques for Model Predictive Control (MPC) were developed. Both take into account the sum of the squared errors between closed-loop trajectories and reference responses based on pre-defined goals as tuning objectives; one solves a lexicographic optimization to obtain an optimum set of tuning parameters (LTT), whereas the other solves a compromise optimization problem (CTT). The main advantages are an automated framework, and straightforward goal definition, which are capable of taking into account a specification on the process dynamics, a time-domain metrics, and of embedding the control engineers knowledge into a reliable approach. A fluid catalytic cracking tuning case study unveiled the goal definition flexibility of the LTT, with respect to output tracking and variable coupling. A heavy oil fractionator in closed-loop with a MPC case study compared both tuning techniques developed here, and it was observed that the LTT in fact prioritizes the main objectives, whereas the CTT yields an average solution, in terms of the tuning objectives. The CTT was compared to another multi-objective tuning technique from the literature, in the tuning of a MPC with input targets and output zone control in closed-loop with a crude distillation unit model. The simulation results showed that the CTT allows for faster results, regarding the computational time to compute the tuning parameters and there is no need of a posteriori decisions to select the best non-dominated solution. Real MPC applications are strongly hindered by model uncertainty. This limitation was addressed by the extension of the tuning techniques to account for multi-plant model uncertainty, thus obtaining optimum robustly tuned parameters for nominal controllers, addressing the trade-off between robustness and performance. A robustly tuned Infinite Horizon MPC (IHMPC) was compared to a Robust IHMPC, in closed-loop with a C3/C4 splitter system model. It was observed in a simulation that even though the latter yields better output responses, it is two orders of magnitude slower than the former in online operation.

A Determinação da Estrutura tridimensional de Proteínas (DEP) a partir da sua seqüência de aminoácidos é importante para a engenharia de proteínas e o desenvolvimento de novos fármacos. Uma alternativa para este problema tem sido a aplicação de técnicas de computação evolutiva. As abordagens utilizando Algoritmos Evolutivos (AEs) tem obtido resultados relevantes, porém estão restritas a pequenas proteínas, com dezenas de aminoácidos e a algumas classes de proteínas. Este trabalho propõe a investigação de uma abordagem utilizando AEs para a predição da estrutura terciária de proteínas independentemente do seu tamanho e classe. Os resultados obtidos demonstram que apesar das dificuldades encontradas a abordagem investigada constitue-se em uma alternativa em relação aos métodos clássicos de determinação da estrutura terciária das proteínas. / Protein structure determination (DEP) from aminoacid sequences is very importante to protein engineering and development of new drugs. Evolutionary computation has been aplied to this problem with relevant results. Nevertheless, Evolutionary Algorithms (EAs) can work with only proteins with few aminoacids and some protein classes. This work proposes an approach using AEs to predict protein tertiary structure independly from their size and class. The obtained results show that, despite of the difficulties that have been found, the investigate approach is a relevant alternative to classical methods to protein structure determination.

Submitted by PPG Ci?ncia da Computa??o (ppgcc@pucrs.br) on 2018-05-22T12:22:46Z No. of bitstreams: 1 ANDR?_LU?S_DEL_MESTRE_MARTINS_TES.pdf: 10284806 bytes, checksum: 089cdc5e5c91b6ab23816b94fdbe3d1d (MD5) / Approved for entry into archive by Sheila Dias (sheila.dias@pucrs.br) on 2018-06-04T11:21:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ANDR?_LU?S_DEL_MESTRE_MARTINS_TES.pdf: 10284806 bytes, checksum: 089cdc5e5c91b6ab23816b94fdbe3d1d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-04T11:37:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANDR?_LU?S_DEL_MESTRE_MARTINS_TES.pdf: 10284806 bytes, checksum: 089cdc5e5c91b6ab23816b94fdbe3d1d (MD5) Previous issue date: 2018-03-19 / Sistemas many-core integram m?ltiplos cores em um chip, fornecendo alto desempenho para v?rios segmentos de mercado. Novas tecnologias introduzem restri??es de pot?ncia conhecidos como utilization-wall ou dark-silicon, onde a dissipa??o de pot?ncia no chip impede que todos os PEs sejam utilizados simultaneamente em m?ximo desempenho. A carga de trabalho (workload) em sistemas many-core inclui aplica??es tempo real (RT), com restri??es de vaz?o e temporiza??o. Al?m disso, workloads t?picos geram vales e picos de utiliza??o de recursos ao longo do tempo. Este cen?rio, sistemas complexos de alto desempenho sujeitos a restri??es de pot?ncia e utiliza??o, exigem um gerenciamento de recursos (RM) multi-objetivos capaz de adaptar dinamicamente os objetivos do sistema, respeitando as restri??es impostas. Os trabalhos relacionados que tratam aplica??es RT aplicam uma an?lise em tempo de projeto com o workload esperado, para atender ?s restri??es de vaz?o e temporiza??o. Para abordar esta limita??o do estado-da-arte, ecis?es em tempo de projeto, esta Tese prop?e um gerenciamento hier?rquico de energia (REM), sendo o primeiro trabalho que considera a execu??o de aplica??es RT e ger?ncia de recursos sujeitos a restri??es de pot?ncia, sem uma an?lise pr?via do conjunto de aplica??es. REM emprega diferentes heur?sticas de mapeamento e de DVFS para reduzir o consumo de energia. Al?m de n?o incluir as aplica??es RT, os trabalhos relacionados n?o consideram um workload din?mico, propondo RMs com um ?nico objetivo a otimizar. Para tratar esta segunda limita??o do estado-da-arte, RMs com objetivo ?nico a otimizar, esta Tese apresenta um gerenciamento de recursos multi-objetivos adaptativo e hier?rquico (MORM) para sistemas many-core com restri??es de pot?ncia, considerando workloads din?micos com picos e vales de utiliza??o. MORM pode mudar dinamicamente os objetivos, priorizando energia ou desempenho, de acordo com o comportamento do workload. Ambos RMs (REM e MORM) s?o abordagens multi-objetivos. Esta Tese emprega o paradigma Observar-Decidir-Atuar (ODA) como m?todo de projeto para implementar REM e MORM. A Observa??o consiste em caracterizar os cores e integrar monitores de hardware para fornecer informa??es precisas e r?pidas relacionadas ? energia. A Atua??o configura os atuadores do sistema em tempo de execu??o para permitir que os RMs atendam ?s decis?es multi-objetivos. A Decis?o corresponde ? implementa??o do REM e do MORM, os quais compartilham os m?todos de Observa??o e Atua??o. REM e MORM destacam-se dos trabalhos relacionados devido ?s suas caracter?sticas de escalabilidade, abrang?ncia e estimativa de pot?ncia e energia precisas. As avalia??es utilizando REM em manycores com at? 144 cores reduzem o consumo de energia entre 15% e 28%, mantendo as viola??es de temporiza??o abaixo de 2,5%. Resultados mostram que MORM pode atender dinamicamente a objetivos distintos. Comparado MORM com um RM estado-da-arte, MORM otimiza o desempenho em vales de workload em 11,56% e em picos workload em at? 49%. / Many-core systems integrate several cores in a single die to provide high-performance computing in multiple market segments. The newest technology nodes introduce restricted power caps so that results in the utilization-wall (also known as dark silicon), i.e., the on-chip power dissipation prevents the use of all resources at full performance simultaneously. The workload of many-core systems includes real-time (RT) applications, which bring the application throughput as another constraint to meet. Also, dynamic workloads generate valleys and peaks of resources utilization over the time. This scenario, complex high-performance systems subject to power and performance constraints, creates the need for multi-objective resource management (RM) able to dynamically adapt the system goals while respecting the constraints. Concerning RT applications, related works apply a design-time analysis of the expected workload to ensure throughput constraints. To cover this limitation, design-time decisions, this Thesis proposes a hierarchical Runtime Energy Management (REM) for RT applications as the first work to link the execution of RT applications and RM under a power cap without design-time analysis of the application set. REM employs different mapping and DVFS (Dynamic Voltage Frequency Scaling) heuristics for RT and non-RT tasks to save energy. Besides not considering RT applications, related works do not consider the workload variation and propose single-objective RMs. To tackle this second limitation, single-objective RMs, this Thesis presents a hierarchical adaptive multi-objective resource management (MORM) for many-core systems under a power cap. MORM addresses dynamic workloads with peaks and valleys of resources utilization. MORM can dynamically shift the goals to prioritize energy or performance according to the workload behavior. Both RMs (REM and MORM), are multi-objective approaches. This Thesis employs the Observe-Decide-Act (ODA) paradigm as the design methodology to implement REM and MORM. The Observing consists on characterizing the cores and on integrating hardware monitors to provide accurate and fast power-related information for an efficient RM. The Actuation configures the system actuators at runtime to enable the RMs to follow the multi-objective decisions. The Decision corresponds to REM and MORM, which share the Observing and Actuation infrastructure. REM and MORM stand out from related works regarding scalability, comprehensiveness, and accurate power and energy estimation. Concerning REM, evaluations on many-core systems up to 144 cores show energy savings from 15% to 28% while keeping timing violations below 2.5%. Regarding MORM, results show it can drive applications to dynamically follow distinct objectives. Compared to a stateof- the-art RM targeting performance, MORM speeds up the workload valley by 11.56% and the workload peak by up to 49%.

As distribuidoras de energia elétrica anualmente elaboram o Plano de Investimentos, que se constitui parte extremamente relevante do Plano de Negócios da Companhia, composto pelos investimentos a serem feitos nos próximos anos. Em função da conjuntura do sistema e dos estudos de planejamento, há sempre diversas propostas de investimento a serem cotejadas e, para selecionar os projetos a serem desenvolvidos, é necessária uma meticulosa análise econômica e financeira. Nesse tipo de análise, torna-se crucial ponderar as exigências do Órgão Regulador para o reconhecimento tarifário de um investimento, bem como as incertezas quanto à evolução da conjuntura sistêmica, aplicando técnicas da Engenharia Econômica para avaliar o retorno sobre o capital investido. A diferença principal deste trabalho, em relação à análise convencional de viabilidade de Projetos de Distribuição, decorre do fato de que se desenvolveu uma metodologia para avaliação de viabilidade e comparação entre si de alternativas de planos de expansão, ao invés da análise individualizada de projetos tradicional. Nesse contexto, a melhor decisão de investimento fica condicionada por variáveis exógenas ao tradicional processo de planejamento em si e, para viabilizar a inclusão das principais variáveis de comportamento aleatório, optou-se pela utilização de metodologia baseada em Opções Reais, que é uma técnica utilizada no mercado financeiro. Para melhor incorporar todas as nuances que condicionam o desempenho econômico-financeiro das alternativas em cotejo e aprimorar o processo de tomada de decisão, utiliza-se, também, técnicas de análise multi-objetivo para imputar os benefícios sociais na avaliação final, feita na etapa de tomada de decisão. / The electrical distribution companies annually prepare their Investment Plan, which is an important part of the company Business Plan, presenting the investments to be made for the coming years. There are several investment proposals, and to select the projects to be invested is necessary a precise economic and financial analysis considering the requirements of the tariff regulator for the recognition of an investment. The project feasibility analysis should to apply techniques of Economic Engineering to assess the rate of return of the invested capital. The main feature of this work, when compared to the feasibility conventional analysis of Distribution Projects, is that a new methodology was developed for feasibility assessment and comparison between alternative expansion plans, featuring important component of the investments contemplated in a Investment Plan. In this context, the best investment decisions is conditioned by additional variables besides that of the traditional planning process itself. In order to make an easier inclusion of the main variables presenting random behavior, it was used a methodology based on \"Real Options\", which is a technique used in the financial market. To better incorporate all the nuances that affect the financial performance of the alternatives under comparison, as well as to improve the decision making process, multi-objective analytical techniques was also used, aiming at to allocate welfare benefits in the decision-making final evaluation.

Desenvolver um sistema de distribuição de energia confiável é certamente um desafio inerente aos profissionais do setor elétrico. Porém, os sistemas estão sujeitos a falhas e, sendo assim, o rápido restabelecimento traz a satisfação do cliente e reduz as compensações pagas pelas concessionárias de energia. Neste contexto a presente dissertação visa avaliar a metodologia para restabelecimento de energia denominada AEMT-H que se baseia em algoritmos evolutivos multi-objetivo se na estrutura de dados chamada Representação Nó- Profundidade (RNP). Esta avaliação ocorrerá através da aplicação do AEMT-H para obtenção de planos de restabelecimento de energia após a ocorrência de faltas simples no sistema COPEL da cidade de Londrina. Os resultados gerados serão avaliados estatisticamente e ainda subjetivamente pelos profissionais do COD da concessionária. Os algoritmos evolutivos têm apresentado resultados animadores para os problemas de restabelecimento de energia. Em especial, os resultados obtidos, quando da representação computacional de sistemas de distribuição de grande porte (com milhares de barras e chaves) através da RNP, possuem como característica o tempo de resposta da ordem de segundos, instigando a evolução das pesquisas para utilização desta metodologia inclusive em aplicativos de tempo real. O sistema de Londrina possui 30.156 barras, 2.660 chaves \"NF\", 250 chaves \"NA\" e atende um universo de mais de 231.000 consumidores ligados diretamente ao sistema de 13,8 kV ou, após os transformadores de distribuição, nas tensões de 220V e 127V. Neste sistema estão presentes 6 subestações 138 kV/13,8 kV e 64 circuitos alimentadores, totalizando uma capacidade de transformação de energia de 541,7 MVA. / The development of a reliable distribution system is certainly a challenge to electrical industry professionals. However, these systems are subject to failures and thus the fast restoration brings customer satisfaction and reduces the compensation paid by the electricity utilities. In this context, this dissertation aims to evaluate the methodology for service restoration called \"AEMT-H\", which is based on multi-objective evolutionary algorithms and in the data structure called Node Depth Encoding (NDE). This evaluation will occur by applying the \"AEMT-H\" to obtain service restoration plans considering the occurrence of simple faults in the COPEL system of the city of Londrina. The obtained results will bee valuated statistically and subjectively by professionals of the Distribution Operation Center. It is important to highlight that Evolutionary algorithms have shown promising results to treat the service restoration problem in distribution systems. In particular, the results obtained when using NDE tocomputationally represent the electrical topology of large distribution systems (with thousand of buses and switchers) are very interesting in terms of time processing (in the order of seconds). The system of Londrina has 30,156 buses, 2,660 switchers normally closed, 250 switchers normally opened and supplies a universe of more than 231,000 consumers connected directly to the system with voltage of 13.8 kV or, after distribution transformers, with voltages of 220V and 127V. This system contains 6 substations 138 kV/13,8 kV and 64 feeders, and a installed power of 541.7 MVA.

The problem of designing control systems for entire plants is studied. A review of previous works, available techniques and current research challenges is presented, followed by the description of some theoretical tools to improve plantwide control, including the proposal of an augmented lexicographic multi-objective optimization procedure. With these, an augmented hierarchical plantwide control design technique and an optimal multi-objective technique for integrated control structure selection and controller tuning are proposed. The main contributions of these proposed techniques are the inclusion of system identification and optimal control tuning as part of the plantwide design procedure for improved results, support to multi-objective control specifications and support to any type of plant and controllers. Finally, the proposed techniques are applied to industrial benchmarks to demonstrate and validate its applicability. / O problema de projetar sistemas de controle para plantas inteiras é estudado. Uma revisão de trabalhos anteriores, técnicas disponíveis e atuais desafios de pesquisa é apresentada, seguida da descrição de algumas ferramentas teóricas para melhorar o controle plantwide, incluindo a proposta de um procedimento de otimização multi-objetivo lexicográfico aumentado. Com tais elementos, são propostas uma nova técnica hierárquica aumentada de projeto de sistemas de controle plantwide e uma técnica multi-objetivo para seleção de estrutura de controlador integrada à sintonia ótima do controlador. As principais contribuições das técnicas propostas são a inclusão de identificação de sistemas e sintonia ótima de controladores como parte do procedimento de projeto de controle plantwide para melhores resultados, suporte a especificações multi-objetivo e suporte a quaisquer tipos de plantas e controladores. Finalmente, as técnicas propostas são aplicadas a benchmarks industriais para demonstrar e validar sua aplicabilidade.

O presente trabalho otimizou os parâmetros concentrados do sistema de suspensão de um modelo de veículo completo, representando um automóvel de passeio que trafega a uma velocidade constante por um determinado perfil de pista previsto na norma ISO 8608, 1995, através da utilização de um algoritmo meta-heurístico de otimização multiobjetivo. Duas rotinas numérico-computacionais foram desenvolvidas, visando realizar tal otimização tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. A utilização de algoritmos meta-heurísticos vem ganhando espaço na otimização de sistemas mecânicos, proporcionando rapidez e precisão na obtenção de resultados ótimos. Ao se combinar um algoritmo de otimização a um modelo que represente satisfatoriamente um sistema mecânico, obtém-se uma ferramenta indicadora dos parâmetros de máxima eficiência do sistema, que pode ser utilizada em inúmeras aplicações. Pretendeu-se, com a integração de rotinas de análise dinâmica nos domínios do tempo e da frequência ao algoritmo genético de otimização multiobjetivo NSGA-II, desenvolvido por Deb et al., 2002, a obtenção de duas fronteiras ótimas de Pareto. Estas fronteiras consistem no conjunto de soluções não dominadas que minimizam as seguintes funções objetivo: o valor RMS ponderado da aceleração vertical do assento do motorista, o valor RMS da média do fator de amplificação dinâmica das quatro rodas do modelo e o máximo deslocamento relativo entre cada roda e a carroceria. O método proposto por Shinozuka e Jan, 1972, é utilizado para a obtenção do perfil de irregularidades da pista no domínio do tempo a partir das equações de densidade espectral de potência (PSD) que representam as diferentes classes de pavimentos. O método de Newmark, 1959, é utilizado para resolver a equação diferencial de movimento no domínio do tempo e obter a resposta dinâmica do modelo a tais irregularidades. O comportamento dinâmico do modelo de veículo no domínio da frequência foi obtido através da utilização da função de resposta em frequência (FRF) do modelo de veículo analisado. Os resultados demonstraram a capacidade de ambas as rotinas de análise dinâmica desenvolvidas de produzir resultados consistentes com os encontrados na literatura, bem como a capacidade dos algoritmos de otimização implementados de fornecer fronteiras ótimas de Pareto para os problemas propostos. / The proposed work optimized the concentrated parameters of a full-vehicle model’s suspension system, being that model representative of a passenger car which travels at a constant speed on a certain road profile provided by the ISO 8608, 1995, standard, using a multi-objective meta-heuristic optimization algorithm. Two numerical-computational routines were developed, seeking to perform said optimization for both the time and frequency domains. The use of meta-heuristic algorithms has been increasing in mechanical systems optimization, providing speed and accuracy in obtaining an optimal result. Combining an optimization algorithm with a model that satisfactorily represents a mechanical system yields a tool that indicates the system’s maximum efficiency parameters, which can be used in numerous applications. It was intended, with the integration of the dynamic analysis routines to the multi-objective genetic optimization algorithm NSGA-II, developed by Deb et al., 2002, the obtainment of two Pareto-optimal fronts. These fronts consist in the set of non-dominated solutions that minimize the following objective functions: the weighted RMS value of the driver’s seat vertical acceleration, the mean RMS value of the model wheel’s dynamic amplification factor, and the maximum relative displacement between each wheel and the body of the vehicle model. The method proposed by Shinozuka and Jan, 1972, is used to obtain the road irregularity profile in the time domain from the power spectral density (PSD) equations that represent the different pavement classes. The Newmark’s method (1959) is used to solve the differential motion equation in the time domain, in order to obtain the vehicle model’s responses to these irregularities. The dynamic behavior of the vehicle model in the frequency domain was obtained through the use of the frequency response function (FRF) of the analyzed model. The results showed the capacity of both the dynamic analysis routines developed in generating results that are consistent with those found in literature, as well as the capacity of the optimization algorithms implemented in providing Pareto optimal fronts to the proposed problems.

Dans ce mémoire, nous nous intéressons à l’optimisation des mouvements improductifs de chargement/déchargement, appelés shiftings, dans les problèmes de transport. Dans le premier contexte,nous introduisons le problème de shifting dans le cas du voyageur de commerce. Notre objectif est de chercher un circuit hamiltonien qui optimise à la fois le coût distance et le coût shifting. Nous proposons une modélisation mathématique du problème, puis, nous adaptons la métaheuristique d’optimisation par colonies de fourmis sous sa forme séquentielle et parallèle pour le résoudre. Dans le deuxième contexte, nous abordons le problème d’optimisation des plans de chargement et d’arrimage des conteneurs dans des barges. Ce problème consiste à chercher l’emplacement le plus convenable de chaque conteneur dans les barges de façon à faciliter son déchargement dans la chronologie des ports à visiter. D'abord, nous introduisons une modélisation mathématique du problème dans le cas d’une seule barge ou différents ports du trajet ont des coûts shiftings non-uniformes. L’objectif est d’optimiser le coût total de shiftings, la stabilitélongitudinale de la barge et celle transversale. Ensuite, nous généralisons le problème au cas d’un système de convoi de barges. Nous proposons, d’abord, un modèle mathématique en nombres entiers, dans lequel, nous considérons l’aspect multi-objectif en optimisant le nombre de shiftings, la stabilité du convoi et le nombre de barges utilisées dans le convoi. Puis, nous adaptons la méthode nsga-II en se basant sur les heuristiques du problème de bin-packing.L'ensemble des résultats obtenus est évalué en utilisant des mesures de performances adaptées au problème. / This work outlines the optimization of unproductive loading/unloading movements, called shiftings, in transport problems. in the first context, we introduce the shifting in the case of the traveling salesman problem. our goal is to find a hamiltonian circuit that optimizes both distance and shifting costs. we propose a mathematical modeling of the problem, and then we adapt the ant colony optimization metaheuristic in its sequential and parallel form to solve it. in the second context, we address the 3d container stowage planning problem of barges. this problem consists in finding the most suitable location of each container in the barge in order to facilitate its retrieval in the chronology of ports to be visited. firstly, we introduce a mathematical modeling of the problem in the case of a single barge where different ports are of non-uniform operational costs. the main objective is to optimize the total shiftings fees, the longitudinal stability of the barge and the transverse one. then, we generalize our problem to the case of barge convoy systems. we first propose a suitable mathematical modeling, in which, we consider the multi-objective aspect by optimizing the total number of shiftings, the convoy stability and the number of the real-used barges in the convoy. in order to solve this new variant, we propose a novel adaptation of the multi-objective evolutionary algorithm nsga-ii (non-dominated sorting genetic algorithm-ii) based on a set of heuristics introduced by the bin-packing problem resolution methods. the numerical results are evaluated using performance measures adapted to theproblem.

Esta tese estudou a aplicação de algoritmos evolucionários na análise multiobjetivo para gestão integrada de sistemas de recursos hídricos, bem como a sua integração à sistemas de suporte a decisão como o SSD AcquaNet e ModSim DSS. Dois algoritmos evolucionários multi-objetivo são desenvolvidos: MoDE-NS e MoPSO-NS e comparados ao NSGA-II. Os algoritmos foram desenvolvidos em forma de Sistema de Otimização que possibilita a análise de problemas multi-objetivo de forma generalizada com foco em sistemas de recursos hídricos. A possibilidade de integração com o SSD AcquaNet e o ModSim DSS via importação de rede de fluxo e a otimização conjunta, são apresentadas e exploradas. Uma ferramenta de visualização gráfica do conjunto de soluções não dominadas é incluída no Sistema de Otimização. Os algoritmos desenvolvidos foram aplicados a problemas de teste padrão para validação através da comparação de seus resultados ao NSGA-II. As possibilidades de aplicação do sistema de otimização e dos algoritmos evolucionários multi-objetivo foram exploradas inicialmente através de análise multi-objetivo do modelo chuva-vazão Smap com dois e cinco objetivos. Em seguida, a análise foi estendida a um sistema de recursos hídricos complexo, o Sistema Cantareira, responsável pelo abastecimento de aproximadamente metade da RMSP, que corresponde à aproximadamente 33 m³/s. A análise foi realizada comparando dois pares de funções objetivos envolvendo custos de energia elétrica, minimização de déficit no atendimento às demandas e minimização do desvio da qualidade da água em relação à Classe de enquadramento no rio Atibaia, a jusante do reservatório Atibainha e Cachoeira. Os resultados apontam que os algoritmos evolucionários multi-objetivo são aptos para aplicação na análise integrada de sistemas de recursos hídricos e representam uma boa alternativa aos métodos denominados clássicos, pelas suas características peculiares discutidas no trabalho. Algumas recomendações quanto ao uso dos algoritmos abordados para análise de problemas multi-objetivo foram apresentados. / This Thesis presents an application of evolutionary algorithms in multi-objective analysis for integrated management of water resources systems and their integration into decision support systems as AcquaNet and ModSim DSS. Two multi-objective evolutionary algorithms are developed: MoDE-NS-NS and MoPSO-NS and compared to NSGA-II. The algorithms are developed in the form of Optimization System which enables generalized multi-objective analysis with a focus on water resources systems. The possibilities for integration with AcquaNet and ModSim DSS, by importing network flow directly from them or by integrated optimization/simulation are also presented. A graphical visualization tool for the set of non-dominated solutions is also included in Optimization System. The algorithms are applied to common test problems set for validation by comparing its results to the NSGA-II. The possibilities of application of the developed Optimization System and multi-objective evolutionary algorithms are initially exploited by multi-objective analysis of a hydrological rainfall-runoff model Smap, with two and five objectives. Then, the analysis is extended to a complex water resources system, the Cantareira System, responsible for supplying nearly half of the Sao Paulo metro area, which corresponds to approximately 33 m³/s. The analysis is done by comparing two pairs of objective functions: minimization of demand shortage versus minimization of pumping cost and minimization of demand shortage versus minimization of the deviation from water quality standards. The results show that the multi-objective evolutionary algorithms are suitable for application to integrated analysis of water resources systems and represent a good alternative to the so called classical methods, for its peculiar characteristics discussed on this thesis. The MoDE-NS and MoPSO-NS developed, outperformed NSGA-II results, by obtaining a better coverage of the Pareto fronts especially on the water resources system case study.

Au cours des dernières années, les fournisseurs de contenu ont connu une forte augmentation des demandes de contenus vidéo et de services riches en média. Compte tenu des limites de la mise à l'échelle du réseau et au-delà des réseaux de diffusion de contenu, les fournisseurs de services Internet développent leurs propres systèmes de mise en cache afin d'améliorer la performance du réseau. Ces facteurs expliquent l'enthousiasme à l'égard du concept de réseau centré sur le contenu et de sa fonction de mise en cache en réseau. La quantification analytique de la performance de la mise en cache n'est toutefois pas suffisamment explorée dans la littérature. De plus, la mise en place d'un système de caching efficace au sein d'une infrastructure réseau est très complexe et demeure une problématique ouverte. Pour traiter ces questions, nous présentons d'abord dans cette thèse un modèle générique et précis de cache nommé MACS (Markov chain-based Approximation of Caching Systems) qui peut être adapté très facilement pour représenter différents schémas de mise en cache et qui peut être utilisé pour calculer différentes mesures de performance des réseaux multi-cache. Nous avons ensuite abordé le problème de l'allocation des ressources de cache dans les réseaux avec capacité de caching. Moyennant notre outil analytique MACS, nous présentons une approche permettant de résoudre le compromis entre différentes mesures de performance en utilisant l'optimisation multi-objectif et nous proposons une adaptation de la métaheuristique GRASP pour résoudre le problème d'optimisation. / In the last few years, Content Providers (CPs) have experienced a high increase in requests for video contents and rich media services. In view of the network scaling limitations and beyond Content Delivery Networks (CDNs), Internet Service Providers (ISPs) are developing their own caching systems in order to improve the network performance. These factors explain the enthusiasm around the Content-Centric Networking (CCN) concept and its in-network caching feature. The analytical quantification of caching performance is, however, not sufficiently explored in the literature. Moreover, setting up an efficient caching system within a network infrastructure is very complex and remains an open problem. To address these issues, we provide first in this thesis a fairly generic and accurate model of caching nodes named MACS (Markov chain-based Approximation of Caching Systems) that can be adapted very easily to represent different caching schemes and which can be used to compute different performance metrics of multi-cache networks. We tackled after that the problem of cache resources allocation in cache-enabled networks. By means of our analytical tool MACS, we present an approach that solves the trade-off between different performance metrics using multi-objective optimization and we propose an adaptation of the metaheuristic GRASP to solve the optimization problem.