Categoría: investigación

Discretización de metaheurísticas continuas a través de un operador KNN

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, indexada en el primer cuartil del JCR. En este caso hemos abordado la binarización de metaheurísticas continuas. Se trata de una estrategia muy útil en el caso de la optimización de estructuras, ya que estas suelen presentar variables discretas para favorecer su constructabilidad. El trabajo entra dentro de la estrecha colaboración internacional de nuestro grupo de investigación, en este caso, con investigaciones chilenos.

En este trabajo se propone un operador de perturbación que utiliza la técnica de k-vecinos más cercanos y se estudia con el objetivo de mejorar las propiedades de diversificación e intensificación de los algoritmos metaheurísticos en su versión binaria. Se diseñan operadores aleatorios para estudiar la contribución del operador de perturbación. Para verificar la propuesta, se estudian grandes instancias del problema conocido de cobertura de conjuntos. Se utilizan gráficos de caja, gráficos de convergencia y la prueba estadística de Wilcoxon para determinar la contribución del operador. Además, se realiza una comparación con técnicas metaheurísticas que utilizan mecanismos generales de binarización como las funciones de transferencia o el db-scan como métodos de binarización. Los resultados obtenidos indican que el operador de perturbación KNN mejora significativamente los resultados.

ABSTRACT:

The optimization methods, and in particular metaheuristics, must be continually improved to reduce execution times, improve results, and enable addressing broader instances. In particular, addressing combinatorial optimization problems is critical in operational research and engineering. In this work, a perturbation operator based on the k-nearest neighbors technique is proposed, and it is studied with the aim of improving the diversification and intensification properties of metaheuristic algorithms in their binary versions. Random operators are designed to study the contribution of the perturbation operator. To verify the proposal, large instances of the well-known set covering problem are studied. Box plots, convergence charts, and the Wilcoxon statistical test are used to determine the operator contribution. Furthermore, a comparison is made using metaheuristic techniques that employ general binarization mechanisms, such as transfer functions or DBSCAN. The results indicate that the KNN perturbation operator significantly improves performance.

KEYWORDS:

Combinatorial optimization; machine learning; KNN; metaheuristics; transfer functions

REFERENCE:

GARCÍA, J.; ASTORGA, G.; YEPES, V. (2021). An analysis of a KNN perturbation operator: an application to the binarization of continuous metaheuristics. Mathematics, 9(3):225. DOI:10.3390/math9030225.

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Ranking de investigadores en ingeniería civil 2021

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_h

Hoy día se hacen listas de todo tipo, especialmente en las redes sociales. Se catalogan a las universidades, a las empresas, a las personas. También se hace lo mismo con los investigadores. Son listas en las que los criterios de evaluación son a veces discutibles, especialmente en el ámbito científico.

En un artículo anterior discutí brevemente el índice h como indicador de la calidad investigadora de un científico. Basándose en este índice, viene siendo habitual que a principios de cada año se publiquen listados sobre los “influencers” en investigación científica en España. Una de las páginas más famosas es http://indice-h.webcindario.com/indice.html

Lo interesante de esta página es su metodología de evaluación, que se puede consultar aquí:  http://indice-h.webcindario.com/P+F.html. Se trata de una página elaborada por el Grupo para la Difusión del Índice h (DIH), que intenta dar a conocer a los científicos con mayor índice h de entre los que trabajan en España. Según sus autores, este índice aumenta con la calidad de la investigación que se publica y, por tanto, permite establecer rankings de los mejores investigadores. La información la elaboran de una base de datos de gran prestigio (ISI Web of Knowledge).

Pues bien, en el ámbito de la ingeniería civil, los investigadores con mayor índice h en España, a fecha de hoy, son los siguientes (se limita el número de investigadores a aquellos que tengan un valor mínimo de h que sea la mitad del que encabeza la lista):

 

 

Balance personal de 2020 en el ámbito docente e investigador

El 31 de diciembre es una buena fecha para hacer balance y reflexionar sobre lo que ha sido este año 2020. No ha sido, desde luego, un año para recordar por culpa de la pandemia del coronavirus. El confinamiento, las mascarillas, la distancia social, son palabras que, ni de lejos, íbamos a imaginar en nuestro vocabulario.

Definitivamente, nos hemos dado cuenta de lo vulnerables que somos y de la importancia que tiene la salud. Sin la salud, todo lo demás no sirve de nada. Pero también hemos descubierto palabras como solidaridad, ciencia, investigación o vacunas que nos permiten tener más esperanzas cara al futuro.

Lo más significativo a sido descubrir que es posible dar las clases a distancia a través de TEAMS, así como asistir a reuniones y conferencias también de forma virtual. No es lo mismo, pero al menos ha servido para salvar el año y para acelerar el proceso de digitalización y transformación de la docencia universitaria.

Con este post, son un total de 140 los que he escrito este año, lo cual no está nada mal. Ya he publicado 1309 artículos en mi blog desde que inicié esta andadura un 5 de marzo de 2012. Sin darme cuenta, he tocado muchos temas que tienen que ver con la profesión de la ingeniería civil en todos sus aspectos.

Pero demos un pequeño repaso a lo que ha sido este 2020. Este año hemos tenido varias necrológicas por culpa del coronavirus. Nos dejaron los profesores José Luis Ripoll y Manuel Romana, ambos catedráticos del área de ingeniería del terreno. También, con motivo de la pandemia, participé en un comité de expertos, organizados por la Generalitat Valenciana, para afrontar el reto del turismo frente al coronavirus. Elaboré varios modelos para afrontar la gestión de las playas turísticas y una metodología para calcular el aforo máximo en estos casos. Estuvo con nosotros de estancia el profesor José Antonio García Conejeros, de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (Chile), justo hasta antes de empezar el confinamiento. También fue noticia el Premio al Ingeniero Joven 2020 del que fue mi doctorando, Ignacio J. Navarro. También fue noticia el Premio Extraordinario a su tesis doctoral de Jorge Salas Herranz, al que tuve el honor de dirigir su tesis. Por cierto, que el 4 de septiembre se cumplieron 18 años de la lectura de mi tesis doctoral. Ya he cumplido mi mayoría de edad en investigación.

Justo antes del confinamiento, el 12 de marzo de 2020, tuvo lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Vicent Penadés Plà titulada “Life-cycle sustainability design of post-tensioned box-girder bridge obtained by metamodel-assisted optimization and decision-making under uncertainty“, que obtuvo la máxima calificación y que codirigí con la profesora Tatiana García Segura.

Otra de las noticias a recordar fue el ser elegido como Consejero en el Sector 4: docencia e investigación en las elecciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. No dejaré de agradecer a todos los apoyos recibidos.

Pero una de las grandes noticias personales fue ver cómo mi hija Lorena terminaba el Doble Máster en Ingeniería de Caminos e Ingeniería del Hormigón. Junto con Alejandro Brun, fueron los dos primeros estudiantes en terminar este doble grado. Todo un orgullo.

En relación con las publicaciones de artículos científicos en revistas indexadas, 2020 ha sido un buen año. Se nota que estamos terminando el proyecto DIMALIFE, y eso conlleva publicar los resultados. He publicado 15 artículos internacionales en revistas indexadas en el JCR, de las cuales 9 son del primer cuartil (4 del primer decil) y 4 del segundo cuartil, lo cual no está nada mal. Pero hoy ya tenemos un artículo publicado del 2021 en el International Journal of Environmental Research and Public Health, que es una revista del primer cuartil. Asimismo, destaco mi contribución como editor invitado en varios números especiales en revistas indexadas: en la revista Sustainability (Q2), Special Issue “Sustainable Construction II”, junto con el profesor José V. Martí; en Mathematics (Q1), Special Issue “Optimization for Decision Making III”, junto con el profesor José María Moreno, también en Mathematics (Q1), Special Issue “Deep Learning and Hybrid-Metaheuristics: Novel Engineering Applications«, junto con el profesor José García; y en el International Journal of Environmental Research and Public Health (Q1), Special Issue “Trends in Sustainable Buildings and Infrastructure”, junto con el Dr. Ignacio J. Navarro. Todo esto no hubiera sido posible sin mis estudiantes de doctorando y colegas del grupo de investigación. El resultado ha sido que, a fecha de hoy, mi índice Hirsch de producción científica, según la Web of Science, ha sido h=29, mientras que ese mismo índice en Google Académico ha sido h=43.

En cuanto a los Congresos, este año ha sido muy complicado. Se suspendieron los viajes y se tuvieron que realizar a distancia. No es lo mismo, pues son en estos congresos donde se acercan los investigadores, se comentan resultados y se abre la mente a nuevas ideas. Ya se volverán a celebrar presencialmente. Echo de menos los congresos de ACHE, del IALCCE o de HPSM/OPTI. También me invitaron a varios foros y eventos como ponente, como el IV Foro de la Cátedra Hidralia+UGR, o el XX Foro Internacional de Turismo de Benidorm.

Al menos, he tenido tiempo para publicar tres libros, uno de ellos, la versión ampliada de Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención, que ya tiene 480 páginas así como 439 figuras y fotografías.

Por último, os dejo a continuación algunas de las referencias respecto a los medios de prensa, artículos, congresos, libros y Polimedias que he realizado durante este 2020. Espero que 2021 sea mejor que este año, aunque me temo que aún no llegaremos a la normalidad.

MEDIOS DE PRENSA:

INVESTIGADOR PRINCIPAL EN PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN COMPETITIVOS:

  • Diseño y mantenimiento óptimo robusto y basado en fiabilidad de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. DIMALIFE. [Reliability-based robust optimum design and maintenance of high social and environmental efficiency of bridges and highway infrastructures under restrictive budgets]. BIA2017-85098-R.

ARTÍCULOS INDEXADOS EN EL JCR:

  1. NAVARRO, I.J.; PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; REMPLING, R.; YEPES, V. (2020). Life cycle sustainability assessment for multi-criteria decision making in bridge design: A review. Journal of Civil Engineering and Management, 26(7):690-704. DOI:10.3846/jcem.2020.13598
  2. ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2020). Bridge Carbon Emissions and Driving Factors Based on a Life-Cycle Assessment Case Study: Cable-Stayed Bridge over Hun He River in Liaoning, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(16):5953. DOI:10.3390/ijerph17165953
  3. LÓPEZ, S.; YEPES, V. (2020). Impact of the R&D&I on the performance of Spanish construction companies. Advances in Civil Engineering, 2020:7835231. DOI:10.1155/2020/7835231
  4. PONS, J.J.; VILLALBA-SANCHIS, I.; INSA, R.; YEPES, V. (2020). Life cycle assessment of a railway tracks substructures: comparison of ballast and ballastless rail tracks. Environmental Impact Assessment Review, 85:106444. DOI:10.1016/j.eiar.2020.106444
  5. MILANI, C.J.; YEPES, V.; KRIPKA, M. (2020). Proposal of sustainability indicators for the design of small-span bridges. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(12):4488. DOI:10.3390/ijerph17124488
  6. MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2020). Steel-concrete composite bridges: design, life cycle assessment, maintenance and decision making. Advances in Civil Engineering, 2020:8823370. DOI:10.1155/2020/8823370
  7. GARCÍA, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2020). The buttressed  walls problem: An application of a hybrid clustering particle swarm optimization algorithm. Mathematics,  8(6):862. DOI:10.3390/math8060862
  8. PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; GARCÍA-SEGURA, T.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2020). Environmental and social impact assessment of optimized post-tensioned concrete road bridges. Sustainability, 12(10), 4265. DOI:10.3390/su12104265
  9. GARCÍA, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). A hybrid k-means cuckoo search algorithm applied to the counterfort retaining walls problem. Mathematics,  8(4), 555. DOI:10.3390/math8040555
  10. YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA, J. (2020). Black hole algorithm for sustainable design of counterfort retaining walls. Sustainability, 12(7), 2767. DOI:10.3390/su12072767
  11. PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2020). Robust decision-making design for sustainable pedestrian concrete bridges. Engineering Structures, 209: 109968. DOI:10.1016/j.engstruct.2019.109968
  12. PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2020). Robust design optimization for low-cost concrete box-girder bridge. Mathematics, 8(3): 398. DOI:10.3390/math8030398
  13. SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2020). Multi-criteria assessment of alternative sustainable structures for a self-promoted, single-family home. Journal of Cleaner Production, 258: 120556. DOI:10.1016/j.jclepro.2020.120556
  14. SALAS, J.; YEPES, V. (2020). Enhancing sustainability and resilience through multi-level infrastructure planning. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(3): 962. DOI:10.3390/ijerph17030962
  15. NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Sustainability assessment of concrete bridge deck designs in coastal environments using neutrosophic criteria weights. Structure and Infrastructure Engineering, 16(7): 949-967. DOI:10.1080/15732479.2019.1676791

LIBROS

CONGRESOS

  1. MARÍN, R.; YEPES, V.; GRINDLAY, A. (2020). Discovering the marina’s cultural heritage and cultural landscape. 8th International Symposium Monitoring of Mediterranean Coastal Areas. Problems and Measurements Techniques, pp. 95-104. Firenze University Press. DOI: 10.36253/978-88-5518-147-1.11
  2. SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2020). Multi-criteria decision making applied to engineering education. Economic-environmental sustainability in the structure of single-family homes. 13th annual International Conference of Education, Research and Innovation ICERI 2020, 9-10 nov 2020.
  3. NAVARRO, I.J.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2020). Evaluation of sustainability-oriented transversal competencies in engineering postgraduate studies. 13th annual International Conference of Education, Research and Innovation ICERI 2020, 9-10 nov 2020.
  4. SALAS, J.; YEPES, V. (2020). UPSS, a multi-level framework for improved resilient regional planning. Proceedings of the Second Edition of the International Conference on Innovative Applied Energy (IPC’20), 15-16 September, Cambridge, United Kingdom. ISBN (978-1-912532-18-6).
  5. NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Sustainability-oriented maintenance optimization of bridges in coastal environments. 7th International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering IALCCE 2020, 27-30 October 2020, Shanghai, China.
  6. PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2020). Application of robust design optimization in a continuous box-girder pedestrian bridge. 7th International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering IALCCE 2020, 27-30 October 2020, Shanghai, China.
  7. NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Comparación pareada como método de evaluación de competencias transversales en materia de sostenibilidad. VI Congreso de Innovación Educativa y Docencia en Red. IN-RED 2020, 16 y 17 de julio de 2020. Doi: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2020.2020.12000
  8. NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Role of the social dimension on the sustainability-oriented maintenance optimization of bridges in coastal environments. 10th International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials HPSM/OPTI 2020, pp. 205-215, 3-5 June 2020, Prague, Czech Republic.
  9. MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2020). Diseño de experimentos para la calibracion de la heurística de optimización de muros de contrafuertes. VIII Congreso de la Asociación Española de Ingeniería Estructural ACHE. Santander, 2020 (enviado y aplazado).
  10. SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2020). Aplicación del análisis del valor MIVES a la estructura de una vivienda unifamiliar de autopromoción con criterios de sostenibilidad. VIII Congreso de la Asociación Española de Ingeniería Estructural ACHE. Santander, 2020 (enviado y aplazado).
  11. YEPES, V.; PELLICER, E.; MARTÍ, J.V.; KRIPKA, J. (2020). Diseño y mantenimiento óptimo robusto y basado en fiabilidad de puentes de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. VIII Congreso de la Asociación Española de Ingeniería Estructural ACHE. Santander, 2020 (enviado y aplazado).

VÍDEOS EDUCATIVOS (POLIMEDIAS):

  1. El problema del agua en las excavaciones. 9 minutos, 30 segundos.
  2. Clasificación de las técnicas de control de agua en las excavaciones. 8 minutos, 48 segundos.
  3. Selección del sistema de control del nivel freático. 8 minutos, 45 segundos.
  4. Drenaje de excavaciones mediante bombeos superficiales y sumideros. 6 minutos, 56 segundos.
  5. Drenaje de excavaciones desde zanjas perimetrales. 9 minutos, 9 segundos.
  6. Drenaje horizontal con pozos radiales. 9 minutos, 32 segundos.
  7. Drenaje de excavaciones mediante pozos filtrantes profundos. 10 minutos, 6 segundos.

 

Estudio de los puentes de las cinco mayores regiones económicas de China

Acaban de publicarnos un artículo en la revista International Journal of Environmental Research and Public Health (revista indexada en el JCR, en el primer cuartil) donde se estudia el ciclo de vida completo de seis puentes atirantados en las más importantes regiones económicas de China.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

ABSTRACT

The construction industry of all countries in the world is facing the issue of sustainable development. How to make effective and accurate decision-making on the three pillars (Environment; Economy; Social influence) is the key factor. This manuscript is based on an accurate evaluation framework and theoretical modelling. Through a comprehensive evaluation of six cable-stayed highway bridges in the entire life cycle of five provinces in China (from cradle to grave), the research shows that life cycle impact assessment (LCIA), life cycle cost assessment (LCCA), and social impact life assessment (SILA) are under the influence of multi-factor change decisions. The manuscript focused on the analysis of the natural environment over 100 years, material replacement, waste recycling, traffic density, casualty costs, community benefits and other key factors. Based on the analysis data, the close connection between high pollution levels and high cost in the maintenance stage was deeply promoted, an innovative comprehensive evaluation discrete mathematical decision-making model was established, and a reasonable interval between gross domestic product (GDP) and sustainable development was determined.

KEYWORDS

sustainable development; LCIA; LCCA; SILA; cable-stayed bridge; GDP.

REFERENCE:

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2021). Environmental, economic and social impact assessment: study of bridges in China’s five major economic regions. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(1):122. DOI:10.3390/ijerph18010122

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Terminan los dos primeros estudiantes del Doble Máster en Ingeniería de Caminos e Ingeniería del Hormigón

 

¡Han acabado los dos primeros estudiantes con el Doble Máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos e Ingeniería del Hormigón de la Universitat Politècnica de València! En efecto, hoy 10 de diciembre de 2020, Lorena Yepes Bellver y Alejandro Brun Izquierdo han presentado sus Trabajos Final de Máster correspondientes. El TFM de Alejandro Brun fue «Optimización energética de tableros tipo losa pretensados aligerados mediante modelos Kriging», mientras que el de Lorena Yepes fue «Diseño óptimo de tableros de puentes losa pretensados aligerados frente a emisiones de CO2 utilizando metamodelos». Ambos obtuvieron la máxima calificación de 10 Matrícula de Honor y fueron tutorados por el profesor Julián Alcalá, de nuestro grupo de investigación. ¡Enhorabuena a todos ellos!

El Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos (en adelante MUICCP) habilita para ejercer la profesión de Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, mientras que el Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (en adelante MUIH) está orientado al campo de la ingeniería del hormigón, tanto desde el punto de vista de los materiales constituyentes como desde el punto de vista estructural, tanto desde el punto de vista profesional como científico. En este caso concreto un alumno que quiera adquirir las competencias profesionales para ejercer como Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos y, además, quiera una especialización profesional o investigadora en ingeniería del hormigón, debería cursar ambos másteres.

En consecuencia, el doble título permite adquirir las competencias de ambos másteres a través de una trayectoria académica integrada. Todo ello con un coste temporal y económico inferior al que representa la obtención de ambos másteres de manera individualizada. De este modo, un estudiante del MUICCP, en lugar de cursar los 120 ECTS del MUICCP y los 90 ECTS del MUIH, cursa únicamente un total de 165 ECTS, representando así un ahorro de 45 ECTS y de un cuatrimestre docente.

Open Access Book: Optimization for Decision Making II

Tengo el placer de compartir con todos vosotros, totalmente en abierto, un libro que he editado junto con el profesor de la Universidad de Zaragoza, José María Moreno Jiménez. La labor de editar libros científicos es una oportunidad de poder seleccionar aquellos autores y temas que destacan en un ámbito determinado. En este caso, la optimización en la toma de decisiones.

Este libro forma parte de una serie sobre toma de decisiones. Podéis descargar también el primer libro de la serie en la siguiente dirección: https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/10/09/open-access-book-optimization-for-decision-making/

Además, resulta gratificante ver que el libro se encuentra editado en abierto, por lo que cualquiera de vosotros os lo podéis descargar sin ningún tipo de problema en esta entrada del blog. También os lo podéis descargar, o incluso pedirlo en papel, en la página web de la editorial MPDI: https://www.mdpi.com/books/pdfview/book/3129

 

Referencia:

YEPES, V.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (Eds.) (2020). Optimization for Decision Making II. MPDI, 302 pp., Basel, Switzerland. ISBN 978-3-03943-607-1

 

Preface to ”Optimization for Decision Making II”

Decision making is one of the distinctive activities of the human being; it is an indication of the degree of evolution, cognition and freedom of the species. In the past, until the end of the 20th century, scientific decision making was based on the paradigms of substantive rationality (normative approach) and procedural rationality (descriptive approach). Since the beginning of the 21st century and the advent of the Knowledge Society, decision making has been enriched with new constructivist, evolutionary and cognitive paradigms that aim to respond to new challenges and needs; especially the integration into formal models of the intangible, subjective and emotional aspects associated with the human factor, and the participation in decision-making processes of spatially distributed multiple actors that intervene in a synchronous or an asynchronous manner. To help address and resolve these types of questions, this book comprises 16 chapters that present a series of decision models, methods and techniques and their practical applications in the fields of economics, engineering and social sciences. The chapters collect the papers included in the “Optimization for Decision Making II” Special Issue of the Mathematics journal, 2020, 8(6), first decile of the JCR 2019 in the Mathematics category. We would like to thank both the MDPI publishing and editorial staff for their excellent work, as well as the 51 authors who have collaborated in its preparation. The papers cover a wide spectrum of issues related to the scientific resolution of problems; in particular, related to decision making, optimization, metaheuristics, and multi-criteria decision making. We hope that the papers, with their undoubted mathematical content, can be of use to academics and professionals from the many branches of knowledge (philosophy, psychology, economics, mathematics, decision science, computer science, artificial intelligence, neuroscience and more) that have, from such diverse perspectives, approached the study of decision making, an essential aspect of human life and development.

Víctor Yepes, José M. Moreno-Jiménez
Editors

About the Editors

Víctor Yepes Full Professor of Construction Engineering; he holds a Ph.D. degree in civil engineering. He serves at the Department of Construction Engineering, Universitat Politecnica de Valencia, Valencia, Spain. He has been the Academic Director of the M.S. studies in concrete materials and structures since 2007 and a Member of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH). He is currently involved in several projects related to the optimization and life-cycle assessment
of concrete structures as well as optimization models for infrastructure asset management. He is currently teaching courses in construction methods, innovation, and quality management. He authored more than 250 journals and conference papers including more than 100 published in the journal quoted in JCR. He acted as an Expert for project proposals evaluation for the Spanish Ministry of Technology and Science, and he is the Main Researcher in many projects. He currently serves as the Editor-in-Chief of the International Journal of Construction Engineering and Management and a member of the editorial board of 12 international journals (Structure & Infrastructure Engineering, Structural Engineering and Mechanics, Mathematics, Sustainability, Revista de la Construcción, Advances in Civil Engineering, and Advances in Concrete Construction, among others).

José María Moreno-Jiménez Full Professor of Operations Research and Multicriteria Decision Making, received the degrees in mathematics and economics as well as a Ph.D. degree in applied mathematics from the University of Zaragoza, Spain; where he is teaching from the course 1980–1981. He is the Head of the Quantitative Methods Area in the Faculty of Economics and Business of the University of Zaragoza from 1997, the Chair of the Zaragoza Multicriteria Decision Making Group from 1996, a member of the Advisory Board of the Euro Working Group on Decision Support Systems from 2017, and an Honorary Member of the International Society on Applied Economics ASEPELT from 2019. He has also been the President of this international scientific society (2014–2018) and the Coordinator of the Spanish Multicriteria Decision Making Group (2012–2015). His research interests are in the general area of Operations Research theory and practice, with an emphasis on multicriteria decision making, electronic democracy/cognocracy, performance analysis, and industrial and technological diversification. He has published more than 250 papers in scientific books and journals in the most prestigious editorials and is a member of the Editorial Board of several national and international journals.

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Special Issue «Optimization for Decision Making III»

 

 

 

 

 

Mathematics (ISSN 2227-7390) is a peer-reviewed open access journal which provides an advanced forum for studies related to mathematics, and is published monthly online by MDPI.

  • Open Access – free for readers, with article processing charges (APC) paid by authors or their institutions.
  • High visibility: Indexed in the Science Citation Indexed Expanded – SCIE (Web of Science) from Vol. 4 (2016), Scopus, and Zentralblatt MATH from Vol. 3 (2015).
  • Rapid publication: manuscripts are peer-reviewed and a first decision provided to authors approximately 21.7 days after submission; acceptance to publication is undertaken in 5.3 days (median values for papers published in this journal in the second half of 2018).
  • Recognition of reviewers: reviewers who provide timely, thorough peer-review reports receive vouchers entitling them to a discount on the APC of their next publication in any MDPI journal, in appreciation of the work done.

Impact Factor: 1.747 (2019)  (First decile JCR journal)

Special Issue «Optimization for Decision Making III»

Deadline for manuscript submissions: 30 June 2021.

Special Issue Editors

Guest Editor 

Prof. Víctor Yepes
Universitat Politècnica de València, Spain
Website | E-Mail
Interests: multiobjective optimization; structures optimization; lifecycle assessment; social sustainability of infrastructures; reliability-based maintenance optimization; optimization and decision-making under uncertainty

Guest Editor 

Prof. José M. Moreno-Jiménez
Universidad de Zaragoza
Website | E-Mail
Interests: multicriteria decision making; environmental selection; strategic planning; knowledge management; evaluation of systems; logistics and public decision making (e-government, e-participation, e-democracy and e-cognocracy)

Special Issue Information

Dear Colleagues,

In the current context of the electronic governance of society, both administrations and citizens are demanding greater participation of all the actors involved in the decision-making process relative to the governance of society. In addition, the design, planning, and operations management rely on mathematical models, the complexity of which depends on the detail of models and complexity/characteristics of the problem they represent. Unfortunately, decision-making by humans is often suboptimal in ways that can be reliably predicted. Furthermore, the process industry seeks not only to minimize cost, but also to minimize adverse environmental and social impacts. On the other hand, in order to give an appropriate response to the new challenges raised, the decision-making process can be done by applying different methods and tools, as well as using different objectives. In real-life problems, the formulation of decision-making problems and application of optimization techniques to support decisions is particularly complex, and a wide range of optimization techniques and methodologies are used to minimize risks or improve quality in making concomitant decisions. In addition, a sensitivity analysis should be done to validate/analyze the influence of uncertainty regarding decision-making.

Prof. Víctor Yepes
Prof. José Moreno-Jiménez
Guest Editors

Manuscript Submission Information

Manuscripts should be submitted online at www.mdpi.com by registering and logging in to this website. Once you are registered, click here to go to the submission form. Manuscripts can be submitted until the deadline. All papers will be peer-reviewed. Accepted papers will be published continuously in the journal (as soon as accepted) and will be listed together on the special issue website. Research articles, review articles as well as short communications are invited. For planned papers, a title and short abstract (about 100 words) can be sent to the Editorial Office for announcement on this website.

Submitted manuscripts should not have been published previously, nor be under consideration for publication elsewhere (except conference proceedings papers). All manuscripts are thoroughly refereed through a single-blind peer-review process. A guide for authors and other relevant information for submission of manuscripts is available on the Instructions for Authors page. Mathematics is an international peer-reviewed open access monthly journal published by MDPI.

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Keywords

  • Multicriteria decision making
  • Optimization techniques
  • Multiobjective optimization

IV Bienal Internacional de Ingeniería BIING20

Tengo el placer de anunciar mi participación el la IV Bienal Internacional de Ingeniería BIING20. En este caso, impartiré una conferencia sobre «Optimización aplicada a la gestión sostenible del mantenimiento de carreteras».

La Bienal Internacional de Ingeniería es un espacio académico dedicado a la difusión, integración y generación de nuevo conocimiento a partir de los resultados de investigación y de las actividades de consultoría desarrolladas por la comunidad académica y profesionales, además de conocer las nuevas tendencias en la Ingeniería y tecnología y los retos que tenemos para la innovación y la sustentabilidad.

Este evento, que organiza la facultad de Ingenierías (programa de ingeniería civil e ingeniería de sistemas) de la Universidad Cooperativa de Colombia Campus Ibagué – Espinal, fomenta el intercambio de saberes entre investigadores, profesores, estudiantes y actores del sector de la infraestructura física y la infraestructura tecnológica, a través de la presentación de los últimos avances investigativos y de innovación, tanto a nivel nacional como internacional, conducentes a la apropiación social del conocimiento científico y su transferencia a la sociedad.

La edición 2020 de la Bienal Internacional de Ingenierías contará con la participación de expertos reconocidos a nivel local, nacional e internacional, complementados con investigadores de la Universidad Cooperativa de Colombia de los diferentes campus.

A continuación os dejo el panel de conferenciantes y el programa completo por si os interesa.

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Diseño de experimentos en cuadrado grecolatino. Ejemplo aplicado al hormigón

Figura 1. Cuadrado grecolatino de orden cuatro. Wikipedia

Un cuadrado greco-latino, cuadrado de Euler o cuadrados latinos ortogonales de orden n se denomina, en matemáticas, a la disposición en una cuadrícula cuadrada n×n de los elementos de dos conjuntos S y T, ambos con n elementos, cada celda conteniendo un par ordenado (s, t), siendo s elemento de S y t de T, de forma que cada elemento de S y cada elemento de T aparezca exactamente una vez en cada fila y en cada columna y que no haya dos celdas conteniendo el mismo par ordenado. Si bien los cuadrados grecolatinos eran una curiosidad matemática, a mediados del siglo XX Fisher demostró su utilidad para el control de experimentos estadísticos.

El diseño de experimentos en cuadrado grecolatino constituye una extensión del cuadrado latino. En este caso se eliminan tres fuentes extrañas de variabilidad, es decir, se controlan tres factores de bloques y un factor de tratamiento. Se trata de un diseño basado en una matriz de «n» letras latinas y «n» letras griegas, de forma que cada letra latina aparece solo una vez al lado de cada letra griega. Lo interesante de este diseño es que se permite la investigación de cuatro factores (filas, columnas, letras latinas y letras griegas), cada una con «n» niveles en solo «n2» corridas. Se llama cuadrado grecolatino porque los cuatro factores involucrados se prueban en la misma cantidad de niveles, de aquí que se pueda escribir como un cuadro. En la Figura 1 se presenta el aspecto de los datos del diseño de orden cuatro. El inconveniente de este modelo es que su utilización es muy restrictiva. El análisis de la varianza permite comprobar las hipótesis de igualdad de letras latinas (tratamientos), de las filas, de las columnas y de las letras griegas.

Si a un cuadrado latino p x p se le superpone un segundo cuadrado latino n x n en el que los tratamientos se denotan con letras griegas, entonces los dos cuadrados tienen la propiedad de que cada letra griega aparece una y sólo una vez con cada letra latina. Este diseño permite controlar sistemáticamente tres fuentes de variabilidad extraña. Ello permite la investigación de cuatro factores (filas, columnas, letras latinas y letras griegas), cada una con p niveles en sólo n2 ensayos.

Por tanto, el diseño de experimentos en cuadrado grecolatino se caracteriza por lo siguiente:

  • Es un diseño con cuatro factores a n niveles
  • Se asume que no hay interacciones entre los factores
  • Requiere de n2 observaciones
  • Cada nivel de un factor aparece una vez con cada nivel de los otros factores
  • Se trata de la superposición de dos cuadrados latinos (ver Figura 2)
Figura 2. Superposición de dos cuadrados latinos

En un diseño en cuadrado greco-latino la variable respuesta yij(hp) viene descrita por la siguiente ecuación:

A continuación os presento un caso para aclarar la aplicabilidad de este diseño de experimentos. Se trata de averiguar si la resistencia característica del hormigón a flexocompresión (MPa) varía con cuatro dosificaciones diferentes. Para ello se han preparado amasadas en cuatro amasadoras diferentes, se han utilizado cuatro operarios de amasadora y los ensayos se han realizado en cuatro laboratorios diferentes. Los resultados se encuentran en la tabla que sigue. Se quiere analizar el diseño de experimentos en cuadrado grecolatino realizado.

En el caso que nos ocupa, la variable de respuesta de la resistencia característica del hormigón a flexocompresión (MPa). El factor que se quiere estudiar es la dosificación a cuatro niveles (A, B, C y D). El bloque I es el tipo de amasadora, con cuatro niveles (α, β, γ y δ). El bloque II es el operario de la amasadora, con cuatro niveles (1, 2, 3 y 4). El bloque III es el laboratorio, con cuatro niveles (las filas). Se supone que no hay interacción entre el factor y los bloques entre sí.

Lo que se quiere averiguar es si hay diferencias significativas entre las dosificaciones (el factor a estudiar). De paso, se desea saber si hay diferencias entre los laboratorios, los operarios y las amasadoras (los bloques).

Os paso un pequeño vídeo donde se explica, de forma muy resumida, este caso, tanto para SPSS como para MINITAB.

Os dejo otro vídeo donde también se explica este tipo de diseño de experimentos.

Referencias:

  • Gutiérrez, H.; de la Vara, R. (2004). Análisis y Diseño de Experimentos. McGraw Hill, México.
  • Vicente, MªL.; Girón, P.; Nieto, C.; Pérez, T. (2005). Diseño de Experimentos. Soluciones con SAS y SPSS. Pearson, Prentice Hall, Madrid.
  • Pérez, C. (2013). Diseño de Experimentos. Técnicas y Herramientas. Garceta Grupo Editorial, Madrid.

 

¿Cuál es el mejor algoritmo para optimizar un problema? «No free lunch»

Figura 1. Desgraciadamente, no existe comida gratis. https://medium.com/@LeonFedden/the-no-free-lunch-theorem-62ae2c3ed10c

Después de años impartiendo docencia en asignaturas relacionadas con la optimización heurística de estructuras de hormigón, y tras muchos artículos científicos publicados y más aún en los que he sido revisor de artículos de otros grupos de investigación, siempre se plantea la misma pregunta: De todos los algoritmos que utilizamos para optimizar, ¿cuál es el mejor? ¿Por qué dice en su artículo que su algoritmo es el mejor para este problema? ¿Por qué no nos ponemos de acuerdo?

Para resolver esta cuestión, dos investigadores norteamericanos, David Wolpert y William Macready, publicaron en 1997 un artículo en el que establecieron un teorema denominado «No free lunch«, que, traducido, sería algo así como «no hay comida gratis». Dicho teorema establece que, por cada par de algoritmos de búsqueda, hay tantos problemas en los que el primer algoritmo es mejor que el segundo como problemas en los que el segundo algoritmo es mejor que el primero.

Este teorema revolucionó la forma de entender el rendimiento de los algoritmos. Incluso una búsqueda aleatoria en el espacio de soluciones podría dar mejores resultados que cualquier algoritmo de búsqueda. La conclusión es que no existe un algoritmo que sea universalmente mejor que los demás, pues siempre habrá casos en los que funcione peor que otros, lo que significa que todos ellos se comportarán igual de bien (o de mal) en promedio.

De hecho, podría decirse que un experto en algoritmos genéticos podría diseñar un algoritmo genético más eficiente que, por ejemplo, un recocido simulado, y viceversa. Aquí el arte y la experiencia en un problema y en una familia de algoritmos determinados suelen ser decisivos. En la Figura 2 se puede ver cómo un algoritmo muy especializado, que conoce bien el problema, puede mejorar su rendimiento, pero pierde la generalidad para usarse en cualquier tipo de problema de optimización distinto del que se diseñó.

Figura 2. El uso del conocimiento del problema puede mejorar el rendimiento, pero a costa de la generalidad. https://medium.com/@LeonFedden/the-no-free-lunch-theorem-62ae2c3ed10c

¿Qué consecuencias obtenemos de este teorema? Lo primero, una gran decepción, pues hay que abandonar la idea del algoritmo inteligente capaz de optimizar cualquier problema. Lo segundo, que es necesario incorporar en el algoritmo cierto conocimiento específico del problema, lo cual equivale a una «carrera armamentística» para cada problema de optimización. Se escriben y escribirán miles de artículos científicos en los que un investigador demuestre que su algoritmo es mejor que otro para un determinado problema.

Una forma de resolver este asunto de incorporar conocimiento específico del problema es el uso de la inteligencia artificial en apoyo de las metaheurísticas. Nuestro grupo de investigación está abriendo puertas en este sentido, incorporando «deep learning» en el diseño de algoritmos (Yepes et al., 2020; García et al., 2020a; 2020b) o bien redes neuronales (García-Segura et al., 2017). Incluso, en este momento, me encuentro como editor de un número especial de la revista Mathematics (primer decil del JCR) denominado: “Deep Learning and Hybrid-Metaheuristics: Novel Engineering Applications”, al cual os invito a enviar vuestros trabajos de investigación.

Si nos centramos en un tipo de problema determinado, por ejemplo, la optimización de estructuras (puentes, pórticos de edificación, muros, etc.), el teorema nos indica que necesitamos gente formada y creativa para optimizar el problema concreto al que nos enfrentamos. Es por ello que no existen programas comerciales eficientes capaces de adaptarse a cualquier estructura para optimizarla. Tampoco son eficientes las herramientas generales, «tools», que ofrecen algunos programas, como Matlab, para su uso inmediato e indiscriminado.

Por tanto, no se podrá elegir entre dos algoritmos solo basándose en el buen desempeño que obtuvieron anteriormente en un problema determinado, pues en el siguiente problema pueden optimizar de forma deficiente. Por tanto, se exige conocimiento intrínseco de cada problema para optimizarlo. Es por ello que, por ejemplo, un experto matemático o informático no puede, sin más, dedicarse a optimizar puentes atirantados.

Referencias:

GARCÍA, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020a). A hybrid k-means cuckoo search algorithm applied to the counterfort retaining walls problem. Mathematics,  8(4), 555.

GARCÍA, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2020b). The buttressed  walls problem: An application of a hybrid clustering particle swarm optimization algorithm. Mathematics,  8(6):862.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M. (2017). Multi-Objective Design of Post-Tensioned Concrete Road Bridges Using Artificial Neural Networks. Structural and Multidisciplinary Optimization, 56(1):139-150.

WOLPERT, D.H.; MACREADY, W.G. (1997). No Free Lunch Theorems for Optimization. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 1(1):67-82.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA, J. (2020). Black hole algorithm for sustainable design of counterfort retaining walls. Sustainability, 12(7), 2767.

A continuación os dejo el artículo original «No Free Lunch Theorems for Optimization». Se ha convertido en un clásico en optimización heurística.

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