[pt] A utilização de modelos de inteligência computacional para tarefas de previsão Multi-Step de séries temporais tem apresentado resultados que permitem considerar estes modelos como alternativas viáveis para este tipo de problema. Baseados nos requerimentos computacionais e a melhora de desempenho, recentemente novas áreas de pesquisa têm sido apresentadas na comunidade científica. Este é o caso do Reservoir Computing, que apresenta novos campos de estudo para redes neurais do tipo recorrentes, as quais, no passado, não foram muito utilizados devido à complexidade de treinamento e ao alto custo computacional. Nesta nova área são apresentados modelos como Liquid State Machine e Echo State Networks, que proporcionam um novo entendimento no conceito de processamento dinâmico para redes recorrentes e propõem métodos de treinamento com baixo custo computacional. Neste trabalho determinou-se como foco de pesquisa a otimização de parâmetros globais para o projeto das Echo State Networks. Embora as Echo State Networks sejam objeto de estudo de pesquisadores reconhecidos, ainda apresentam comportamentos desconhecidos, em parte pela sua natureza dinâmica, mas também, pela falta de estudos que aprofundem o entendimento no comportamento dos estados gerados. Utilizando como fundamento o modelo Separation Ratio Graph para análise do desempenho, é proposto um novo modelo, denominado ESN-GA-SRG, que usa como base redes ESN com otimização de parâmetros globais utilizando GA e seleção de topologias para Reservoir por meio de análise de estados empregando SRG. O desempenho deste novo modelo é avaliado na previsão das 11 séries que compõem a versão reduzida do NN3 Forecasting Competition e em 36 séries da competição M3, selecionadas segundo características de periodicidade na amostragem, assimetria, sazonalidade e estacionaridade. O desempenho do modelo ESN-GA-SRG na previsão dessas séries temporais foi superior na maioria dos casos, com significância estatística, quando comparado com outros modelos da literatura. / [en] The use of computational intelligence models for Multi-Step time series prediction tasks has presented results that allow us to consider these models as viable alternatives for this type of problem. Based on computational requirements and performance improvement, new areas of research have recently been presented in the scientific community. This is the case of Reservoir Computing, which presents new fields of study for recurrent-type neural networks, which in the past were not widely used because of training complexity and high computational cost. In this new area are presented models such as Liquid State Machine and Echo State Networks, which provide a new understanding of the concept of dynamic processing for recurring networks and propose methods of training with low computational cost. In this work, we determined the optimization of global parameters for the Echo State Networks project. Although Echo State Networks are the object of study by recognized researchers, they still present unknown behavior, partly due to their dynamic nature, but also due to the lack of studies that deepen behavior understanding of the generated states. Based on the Separation Ratio Graph model for performance analysis, a new model, called ESN-GA-SRG, is proposed, which uses ESN networks with global parameter optimization using GA and selection of topologies for Reservoir through analysis of States employing SRG. The performance of this new model is evaluated to forecast the 11 series that made up the reduced version of the NN3 Forecasting Competition and for 36 series of the M3 competition, selected according to characteristics of periodicity in sampling, asymmetry, seasonality and stationary. The performance of the ESN-GA-SRG model in predicting these time series was superior in most cases, with statistical significance when compared with other models in the literature.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:61706 |
| Date | 05 January 2023 |
| Creators | CESAR HERNANDO VALENCIA NINO |
| Contributors | MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO, MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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