O presente trabalho discorre sobre o uso da metaheurística do Recozimento Simulado (Simulated Annealing) na otimização do planejamento de sistemas regionais de tratamento de efluentes e na sua expansão da capacidade. O primeiro modelo desenvolvido trata da otimização espacial de um sistema regional: dadas fontes de efluentes e locais potenciais para instalação de estações de tratamento, o modelo busca a configuração regional de menor custo. O modelo é composto de duas fases: a primeira é um modelo hidráulico que valida a rede proposta através da solução da equação universal de perda de cargas e uma otimização por Recozimento, visto haver inúmeras soluções, já que a rede pode ter qualquer sentido de fluxo. Esta otimização hidráulica visa minimizar o bombeamento do sistema. A segunda fase compreende a otimização do sistema regional, onde novas configurações e/ou alterações de diâmetros são testadas. Esta segunda otimização também é resolvida via Recozimento com o intuito de minimizar o custo do sistema. O segundo modelo trata da expansão da capacidade do sistema: o período de planejamento é dividido em duas etapas. O Recozimento é aplicado nas duas etapas. Soluções propostas para a segunda etapa são passo a passo testadas para a primeira etapa, de modo que o resultado espelhe uma otimização de todo o período. O uso intenso do Recozimento e de simulações na obtenção de soluções iniciais e candidatas leva a um tempo de processamento bastante elevado, especialmente no caso do Modelo Dinâmico. Os modelos foram testados em uma bacia exemplo obtida da literatura e também na bacia do rio Barigui, na Região Metropolitana de Curitiba. Foram desenvolvidas funções de custo para interceptores, estações elevatórias e estações de tratamento de efluentes com base em dados de obras efetuadas na Região Metropolitana de Curitiba. O uso da metaheurística do Recozimento Simulado provou ser um caminho interessante para a otimização de sistemas regionais tais como de tratamento de efluentes. Estudos adicionais são necessários no sentido de se obter um modelo hidráulico de maior eficiência computacional, um número maior de testes com os parâmetros do Recozimento e funções de custo mais abrangentes, especialmente quanto a custos de operação e manutenção. / This study is concerned with the use of the metaheuristic Simulated Annealing for the optimal planning of regional effluent systems and its capacity expansion. The first model deals with the spatial optimization of the system: given a network where some nodes represent effluent sources and other nodes represent the location of possible sewage treatment plants, the model seeks the minimum cost configuration. The first module of the model verifies the hydraulic viability of proposed configurations, by solving the universal equation of head loss. This is also done via annealing since there is a multitude of solutions because any flow direction is allowed. The second part of the model consists of trying different candidate solutions for the network, by means of changing its configurations and/or diameters and looking for the lowest cost solution. The second model deals with the capacity expansion of the system. The planning horizon is divided in two parts. Each solution for the second period is tested also for the first period, thus providing a global minimum for the entire planning period. The use of annealing coupled with intensive use of simulation results in large processing times, especially for the dynamic model. The models were tested for a network available in the literature and also in the Barigui river basin, in the Metropolitan Region of Curitiba, PR. Cost equations were derived for conveyance systems, lifting stations and wastewater treatment plants. The use of Simulated Annealing proved to be an interesting tool for the planning and optimization of regional systems such as the ones here studied. Further studies are recommended such as a mix of the two hydraulic models developed, seeking for the improvement of computational time. Additional testing of the annealing parameters are also needed and O&M cost functions should be detailed.

Yue Che Wang, Kenneth. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 1998. / Includes bibliographical references (leaves 100-106). / Abstract also in Chinese. / Abstract --- p.i / Abstract (Chinese) --- p.iv / Acknowledgement --- p.vi / Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 1.1 --- The World-Wide Web --- p.1 / Chapter 1.2 --- Searching Information on the WWW --- p.2 / Chapter 1.3 --- Intelligent content-based information discovery on the Web --- p.4 / Chapter 1.4 --- Organization of the Thesis --- p.7 / Chapter 2 --- Literature Review --- p.9 / Chapter 2.1 --- Search Engines --- p.9 / Chapter 2.2 --- Information Indexing Systems --- p.11 / Chapter 2.3 --- Agent-based Systems --- p.13 / Chapter 2.4 --- Information Filtering Systems --- p.16 / Chapter 3 --- Overview of the Proposed Approach --- p.20 / Chapter 3.1 --- System Architecture --- p.21 / Chapter 3.2 --- Topic Profile Specification --- p.25 / Chapter 3.3 --- Text Representation --- p.29 / Chapter 3.3.1 --- Profile Feature Representation --- p.30 / Chapter 3.3.2 --- Document Feature Representation --- p.33 / Chapter 3.4 --- Advantages of the Topic Profile Specifications --- p.34 / Chapter 4 --- Relevance Score Evaluation Process and Relevance Feedback Model --- p.36 / Chapter 4.1 --- Term Weights --- p.37 / Chapter 4.2 --- Document Evaluation through Relevance Score --- p.39 / Chapter 4.3 --- Learning via Relevance Feedback --- p.42 / Chapter 4.3.1 --- Introduction to Relevance Feedback --- p.43 / Chapter 4.3.2 --- Feature Extraction from the Relevance Feedback Models --- p.44 / Chapter 4.3.3 --- Topic Feature Vectors Refinement --- p.49 / Chapter 5 --- Intelligent Web Exploration --- p.51 / Chapter 5.1 --- Introduction to Simulated Annealing --- p.51 / Chapter 5.2 --- Intelligent Web Exploration by Simulated Annealing --- p.54 / Chapter 5.2.1 --- Mathematical Setting of the Discovery Process --- p.57 / Chapter 5.2.2 --- The Entire Exploration Algorithm --- p.58 / Chapter 5.3 --- Incorporating with the Relevance Feedback Model --- p.60 / Chapter 6 --- Experimental Results --- p.61 / Chapter 6.1 --- The Design of the Experiments --- p.61 / Chapter 6.2 --- Experiments on the Effects of the Simulated Annealing Schedule upon the Discovery Precision --- p.65 / Chapter 6.2.1 --- Experiment Setup --- p.66 / Chapter 6.2.2 --- Results --- p.66 / Chapter 6.3 --- Experiments on the Index Page Topic Profile Specification --- p.72 / Chapter 6.3.1 --- Experiment Setup --- p.72 / Chapter 6.3.2 --- Results --- p.73 / Chapter 6.4 --- Experiments on the Relevance Feedback with Full-Text Feature Extraction Strategy --- p.75 / Chapter 6.4.1 --- Experiment Setup --- p.75 / Chapter 6.4.2 --- Results --- p.76 / Chapter 6.5 --- Comparisons of the Relevance Feedback Feature Extraction Strate- gies --- p.78 / Chapter 6.5.1 --- Experiment Setup --- p.78 / Chapter 6.5.2 --- Results --- p.79 / Chapter 6.6 --- Comparisons between the Example Page and the Keyword Topic Profile Specifications --- p.82 / Chapter 6.6.1 --- Experiment Setup --- p.83 / Chapter 6.6.2 --- Results --- p.83 / Chapter 6.7 --- Summary from the Experimental Results --- p.87 / Chapter 7 --- Conclusion --- p.91 / Chapter 7.1 --- The Aim of Our Proposed System --- p.91 / Chapter 7.2 --- The Favorable Features and the Effectiveness of Our Proposed System --- p.92 / Chapter 7.3 --- Future Work --- p.94 / Appendix --- p.96 / Chapter A --- List of URLs for the Example Pages --- p.96 / Chapter B --- List of URLs for the Arbitrarily Chosen Index Pages --- p.98 / Bibliography --- p.100

O presente trabalho discorre sobre o uso da metaheurística do Recozimento Simulado (Simulated Annealing) na otimização do planejamento de sistemas regionais de tratamento de efluentes e na sua expansão da capacidade. O primeiro modelo desenvolvido trata da otimização espacial de um sistema regional: dadas fontes de efluentes e locais potenciais para instalação de estações de tratamento, o modelo busca a configuração regional de menor custo. O modelo é composto de duas fases: a primeira é um modelo hidráulico que valida a rede proposta através da solução da equação universal de perda de cargas e uma otimização por Recozimento, visto haver inúmeras soluções, já que a rede pode ter qualquer sentido de fluxo. Esta otimização hidráulica visa minimizar o bombeamento do sistema. A segunda fase compreende a otimização do sistema regional, onde novas configurações e/ou alterações de diâmetros são testadas. Esta segunda otimização também é resolvida via Recozimento com o intuito de minimizar o custo do sistema. O segundo modelo trata da expansão da capacidade do sistema: o período de planejamento é dividido em duas etapas. O Recozimento é aplicado nas duas etapas. Soluções propostas para a segunda etapa são passo a passo testadas para a primeira etapa, de modo que o resultado espelhe uma otimização de todo o período. O uso intenso do Recozimento e de simulações na obtenção de soluções iniciais e candidatas leva a um tempo de processamento bastante elevado, especialmente no caso do Modelo Dinâmico. Os modelos foram testados em uma bacia exemplo obtida da literatura e também na bacia do rio Barigui, na Região Metropolitana de Curitiba. Foram desenvolvidas funções de custo para interceptores, estações elevatórias e estações de tratamento de efluentes com base em dados de obras efetuadas na Região Metropolitana de Curitiba. O uso da metaheurística do Recozimento Simulado provou ser um caminho interessante para a otimização de sistemas regionais tais como de tratamento de efluentes. Estudos adicionais são necessários no sentido de se obter um modelo hidráulico de maior eficiência computacional, um número maior de testes com os parâmetros do Recozimento e funções de custo mais abrangentes, especialmente quanto a custos de operação e manutenção. / This study is concerned with the use of the metaheuristic Simulated Annealing for the optimal planning of regional effluent systems and its capacity expansion. The first model deals with the spatial optimization of the system: given a network where some nodes represent effluent sources and other nodes represent the location of possible sewage treatment plants, the model seeks the minimum cost configuration. The first module of the model verifies the hydraulic viability of proposed configurations, by solving the universal equation of head loss. This is also done via annealing since there is a multitude of solutions because any flow direction is allowed. The second part of the model consists of trying different candidate solutions for the network, by means of changing its configurations and/or diameters and looking for the lowest cost solution. The second model deals with the capacity expansion of the system. The planning horizon is divided in two parts. Each solution for the second period is tested also for the first period, thus providing a global minimum for the entire planning period. The use of annealing coupled with intensive use of simulation results in large processing times, especially for the dynamic model. The models were tested for a network available in the literature and also in the Barigui river basin, in the Metropolitan Region of Curitiba, PR. Cost equations were derived for conveyance systems, lifting stations and wastewater treatment plants. The use of Simulated Annealing proved to be an interesting tool for the planning and optimization of regional systems such as the ones here studied. Further studies are recommended such as a mix of the two hydraulic models developed, seeking for the improvement of computational time. Additional testing of the annealing parameters are also needed and O&M cost functions should be detailed.

O problema de empacotamento consiste em arranjar um conjunto de itens em um contêiner, a fim de maximizar sua utilização. Este campo de estudos tem impacto em diversas indústrias, incluindo as indústrias têxtil, moveleira e naval. Neste trabalho, dois problemas de empacotamento de itens irregulares são estudados. O primeiro, chamado primal, é o caso em que os itens possuem rotação livre e o contêiner de dimensões fixas pode ser representado por um polígono qualquer, podendo ser não convexo. O segundo problema, denominado dual, consiste em posicionar os itens, que possuem apenas algumas orientações possíveis, em um contêiner retangular em que uma das dimensões é considerada infinita. Assim, o objetivo é obter o menor contêiner, variando a dimensão não fixa, no qual todos os itens podem ser posicionados sem sobreposição. Em ambos problemas, a solução é representada por uma lista ordenada de itens e uma regra de posicionamento é aplicada para se obter o leiaute. Neste caso, sobreposições não são permitidas. Para se garantir leiautes factíveis (sem sobreposição), é adotado o conceito de região livre de colisão. A região livre de colisão representa todas as translações possíveis para inserir um novo item em um contêiner com itens já posicionados. A região livre de colisão é obtida através de operações Booleanas envolvendo polígonos de obstrução e de posicionamento interno. Devido às propriedades dos conceitos envolvidos, o cálculo da região livre de colisão deve ser feito utilizando operações Booleanas não regularizadas. Um novo algoritmo de operação Booleana não regularizada de união e subtração é desenvolvido a partir da implementação de um algoritmo de operações Booleanas regularizadas. Um algoritmo de recozimento simulado é utilizado para controlar a posição, o ângulo (ou orientação) e a seqüência dos itens. Cada item só pode ser posicionado no vértice da região livre de colisão. Com a finalidade de melhorar o desempenho computacional do algoritmo, um método de paralelização do cálculo da região livre de colisão é proposto. Para comparação, são adotados dois algoritmos seriais. Através dos resultados, é possível afirmar que o algoritmo primal foi capaz de resolver problemas do tipo quebra-cabeça, incluindo contêineres convexos e com furos. O algoritmo apresentou melhora significativa no desempenho quando comparado com trabalhos anteriores. Para o caso dual foi proposto um algoritmo de dois níveis, em que o externo controla o comprimento do contêiner e o interno é semelhante ao primal. Este algoritmo foi testado com problemas existentes na literatura e apresentou soluções competitivas, obtendo alguns leiautes mais compactos. A paralelização apresentou ganho de desempenho apenas nos problemas com grande número de itens. Foi constatado que o custo computacional de operações Booleanas não regularizadas é fortemente dependente do número de vértices e intersecções dos polígonos de entrada da operação. / The irregular shape packing problem is an optimization problem that consists of arranging items on a container in order to maximize the utility rate of the sheet stock. This work investigates two problems. In the first problem, the single bin packing, the items can rotate freely and the container with fixed dimension can be any polygon, convex or non-convex. The second problem, the open dimension problem, consists of arranging items that have few admissible orientations in a container with fixed width and variable length. The objective is to find a feasible layout of the set of items that minimizes the length of the container. The solution is always represented as an ordered list of items to be packed and a placement heuristic is applied in order to generate a layout. To ensure feasible layouts, the concept of collision free region is adopted. It represents all the positions that a new item can be placed inside the container, without colliding with already placed items. The collision free region is obtained through non manifold Boolean operations applied to no-fit polygon and the inner-fit polygon. The simulated annealing algorithm controls the position, rotation and placement order of the items. Each item is is exclusively placed on collision free region\'s vertex. To improve the computational cost performance of the algorithm, a parallelization method to determine the collision free region is proposed. The speed of this algorithm is compared with two different serial methods of determing the collision free region. From the results, it can be observed that the solutions for the single bin packing problem are very competitive with previous works and can achieve optimal solution for puzzles with irregular shaped containers and containers with holes. The algorithm for the open dimension has two hierarchical levels: a core level with a simulated annealing algorithm, and the external level controlling the container length. This algorithm was tested with literature problems and obtained very competitive results, some which are more compact. The results showed that the parallelized version is better than the sequential approach only for datasets with very large number of items. The computational cost of the non manifold Boolean operation algorithm is strongly dependent on the number of vertices and intersections of the original polygons.

O problema de empacotamento consiste em arranjar um conjunto de itens em um contêiner, a fim de maximizar sua utilização. Este campo de estudos tem impacto em diversas indústrias, incluindo as indústrias têxtil, moveleira e naval. Neste trabalho, dois problemas de empacotamento de itens irregulares são estudados. O primeiro, chamado primal, é o caso em que os itens possuem rotação livre e o contêiner de dimensões fixas pode ser representado por um polígono qualquer, podendo ser não convexo. O segundo problema, denominado dual, consiste em posicionar os itens, que possuem apenas algumas orientações possíveis, em um contêiner retangular em que uma das dimensões é considerada infinita. Assim, o objetivo é obter o menor contêiner, variando a dimensão não fixa, no qual todos os itens podem ser posicionados sem sobreposição. Em ambos problemas, a solução é representada por uma lista ordenada de itens e uma regra de posicionamento é aplicada para se obter o leiaute. Neste caso, sobreposições não são permitidas. Para se garantir leiautes factíveis (sem sobreposição), é adotado o conceito de região livre de colisão. A região livre de colisão representa todas as translações possíveis para inserir um novo item em um contêiner com itens já posicionados. A região livre de colisão é obtida através de operações Booleanas envolvendo polígonos de obstrução e de posicionamento interno. Devido às propriedades dos conceitos envolvidos, o cálculo da região livre de colisão deve ser feito utilizando operações Booleanas não regularizadas. Um novo algoritmo de operação Booleana não regularizada de união e subtração é desenvolvido a partir da implementação de um algoritmo de operações Booleanas regularizadas. Um algoritmo de recozimento simulado é utilizado para controlar a posição, o ângulo (ou orientação) e a seqüência dos itens. Cada item só pode ser posicionado no vértice da região livre de colisão. Com a finalidade de melhorar o desempenho computacional do algoritmo, um método de paralelização do cálculo da região livre de colisão é proposto. Para comparação, são adotados dois algoritmos seriais. Através dos resultados, é possível afirmar que o algoritmo primal foi capaz de resolver problemas do tipo quebra-cabeça, incluindo contêineres convexos e com furos. O algoritmo apresentou melhora significativa no desempenho quando comparado com trabalhos anteriores. Para o caso dual foi proposto um algoritmo de dois níveis, em que o externo controla o comprimento do contêiner e o interno é semelhante ao primal. Este algoritmo foi testado com problemas existentes na literatura e apresentou soluções competitivas, obtendo alguns leiautes mais compactos. A paralelização apresentou ganho de desempenho apenas nos problemas com grande número de itens. Foi constatado que o custo computacional de operações Booleanas não regularizadas é fortemente dependente do número de vértices e intersecções dos polígonos de entrada da operação. / The irregular shape packing problem is an optimization problem that consists of arranging items on a container in order to maximize the utility rate of the sheet stock. This work investigates two problems. In the first problem, the single bin packing, the items can rotate freely and the container with fixed dimension can be any polygon, convex or non-convex. The second problem, the open dimension problem, consists of arranging items that have few admissible orientations in a container with fixed width and variable length. The objective is to find a feasible layout of the set of items that minimizes the length of the container. The solution is always represented as an ordered list of items to be packed and a placement heuristic is applied in order to generate a layout. To ensure feasible layouts, the concept of collision free region is adopted. It represents all the positions that a new item can be placed inside the container, without colliding with already placed items. The collision free region is obtained through non manifold Boolean operations applied to no-fit polygon and the inner-fit polygon. The simulated annealing algorithm controls the position, rotation and placement order of the items. Each item is is exclusively placed on collision free region\'s vertex. To improve the computational cost performance of the algorithm, a parallelization method to determine the collision free region is proposed. The speed of this algorithm is compared with two different serial methods of determing the collision free region. From the results, it can be observed that the solutions for the single bin packing problem are very competitive with previous works and can achieve optimal solution for puzzles with irregular shaped containers and containers with holes. The algorithm for the open dimension has two hierarchical levels: a core level with a simulated annealing algorithm, and the external level controlling the container length. This algorithm was tested with literature problems and obtained very competitive results, some which are more compact. The results showed that the parallelized version is better than the sequential approach only for datasets with very large number of items. The computational cost of the non manifold Boolean operation algorithm is strongly dependent on the number of vertices and intersections of the original polygons.

<p>Detta examensarbete har utförts på och i samarbete med ITN, Institutionen för Teknik och Naturvetenskap, vid Linköpings Universitet. Problemställningen härrör från tidigare projektsamarbete mellan Linköpings Universitet, Telia AB och Ericsson. Uppgiften består i att ta fram en optimeringsalgoritm som använder sig av ett nytt angreppssätt genom att försöka minska osäkerheten på indata.</p>

Modifiable Boltzmann selective pressure is investigated as a tool to control variability in optimizations using genetic algorithms. An implementation of variable selective pressure, modeled after the use of temperature as a parameter in simulated annealing approaches, is described. The convergence behavior of optimization runs is illustrated as a function of selective pressure; the method is compared to a genetic algorithm lacking this control feature and is shown to exhibit superior convergence properties on a small set of test problems. An analysis is presented that compares the selective pressure of this algorithm to a standard selection procedure.

No és difícil trobar exemples que mostrin la inqüestionable importància de la estereoquímica en temes com la salut o l'economia: D'una banda, la quiralitat és tristament ben coneguda a causa del desastre de la Talidomida. Per altra banda, varem trobar recentment un altre exemple no menys important dins el camp de les conformacions de macromolècules: La Malaltia de Creutzfeld-Jacob. Per això, creiem que és rellevant examinar amb més detall aquells temes relacionats amb els estudis conformacionals.A la present Tesi Doctoral es proposa un procés en dues etapes per a estudiar espais conformacionals de macromolècules mitjançant Simulated Annealing (SA) i Dinàmica Molecular (DM). Ambdues metodologies són ben conegudes dins el camp de la Modelització Molecular; no obstant això, la principal contribució aportada per aquest treball és el desenvolupament d'eines metodològiques millorades -descriptors moleculars adequats, anàlisi de saturació de conformacions i grau de solapament de trajectòries- per mesurar quantitativament l'evolució i convergència dels càlculs SA i MD. / No es difícil encontrar ejemplos que muestren la incuestionable importacia de la estereoquímica en temas como la salud o la economía: Por una parte, la quiralidad es tristemente bien conocida debido al desastre de la Talidomida. Por otra parte, encontramos recientemente otro ejemplo no menos importante dentro del campo de las conformaciones de macromoléculas: La Enfermedad de Creutzfeld-Jacob. Por ello, creemos que es relevante examinar más detenidamente aquellos temas relacionados con los estudios conformacionales.En la presente Tesis Doctoral se propone un proceso en 2 etapas para estudiar espacios conformacionales de macromoléculas mediante Simulated Annealing (SA) y Dinámica Molecular (DM). Ambas metodologías son bien conocidas dentro del campo de la Modelización Molecular; sin embargo la principal contribución aportada por este trabajo es el desarrollo de herramientas metodológicas mejoradas -descriptores moleculares adecuados, análisis de saturación de conformaciones y grado de solapamiento de trayectorias- para medir cuantitativamente la evolución y convergencia de los cálculos SA y MD. / It is not difficult to find examples that show the unquestionable importance of stereochemistry in human life and economy: On the one hand, chirality is unfortunately the most well known one due to the Thalidomide Disaster. On the other hand, there is a no less important example in recent years in the field of molecular conformations: the Creutzfeldt-Jakob Disease. In this sense, we think that it is worth paying more attention to conformational studies due to their indisputable relevance.A 2-stage process for studying Conformational Spaces of large macromolecules involving Simulated Annealing (SA) Conformational Search followed by series of Molecular Dynamics (MD) calculations is proposed in this PhD Thesis. Both methodologies are well-known ones in the Molecular Modelling area of knowledge; nevertheless, the main contribution made by this research work is the development of enhanced methodological techniques -suitable molecular descriptors, saturation analysis and trajectory overlapping ratio- for monitoring quantitatively how SA and MD calculations evolve.

Detta examensarbete har utförts på och i samarbete med ITN, Institutionen för Teknik och Naturvetenskap, vid Linköpings Universitet. Problemställningen härrör från tidigare projektsamarbete mellan Linköpings Universitet, Telia AB och Ericsson. Uppgiften består i att ta fram en optimeringsalgoritm som använder sig av ett nytt angreppssätt genom att försöka minska osäkerheten på indata.

There is significant interest in the synthesis of discrete-state random fields, particularly those possessing structure over a wide range of scales. However, given a model on some finest, pixellated scale, it is computationally very difficult to synthesize both large and small-scale structures, motivating research into hierarchical methods. This thesis proposes a frozen-state approach to hierarchical modelling, in which simulated annealing is performed on each scale, constrained by the state estimates at the parent scale. The approach leads significant advantages in both modelling flexibility and computational complexity. In particular, a complex structure can be realized with very simple, local, scale-dependent models, and by constraining the domain to be annealed at finer scales to only the uncertain portions of coarser scales, the approach leads to huge improvements in computational complexity. Results are shown for synthesis problems in porous media.