bakalářská práce

MATLAB/Global Optimization Toolbox: řešení optimalizačních problémů

Text práce 1.44 MB

Autor práce: Ing. Kateřina Švihálková

Ak. rok: 2013/2014

Vedoucí: doc. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D.

Oponenti: RNDr. Jiří Dvořák, CSc., Ing. et Ing. Stanislav Lang, Ph.D.

Abstrakt:

Bakalářská práce popisuje základní možnosti globálních optimalizačních metod
implementovaných ve výpočetním prostředí MATLAB. V první části jsou popsány aplikační knihovny
MATLABU -- Optimization Toolbox a Global Optimization Toolbox. Práce dále popisuje
vybrané algoritmy z obou knihoven, konkrétně genetické algoritmy, simulované
žíhání, pattern search a fminsearch a také popisuje způsob jejich implementace.
Poslední část je zaměřena na samotné řešení optimalizačních úloh. Rosenbrockova funkce, Rastriginova funkce, problém obchodního cestujícího a konzola s proměnnou průřezovou charakteristikou
jsou řešeny uvedenými metodami. Dosažené výsledky u jednotlivých úloh jsou vzájemně porovnány a vyhodnoceny.

Klíčová slova:

MATLAB, Optimization Toolbox, Global Optimization Toolbox, genetické algoritmy, simulované žíhání, pattern search, Nelder-Mead algoritmus, optimalizační problémy

Termín obhajoby

17.6.2014

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Aplikovaná informatika a řízení (B-AIŘ)

Složení komise

prof. Ing. Jiří Tůma, CSc. (předseda)
prof. Ing. Miluše Vítečková, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (člen)
Ing. Olga Davidová, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Marada, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Roupec, Ph.D. (člen)

Závěrečná práce Kateřiny Švihálkové měla za cíl, v souladu se zásadami závěrečné bakalářské práce, rešeršním způsobem pojednat o tématu nástrojů tzv. globální optimalizace, které jsou součástí programového produktu MATLAB / Global Optimization Toolbox (GOTbx). Z komparativních důvodů byl rovněž zařazen základní popis knihovny MATLAB / Optimization Toolbox (OTbx). Praktickou částí práce jsou příklady implementace knihovny GTbx, kdy studentka za pomocí více metaheuristik řešila tři odlišné optimalizační úlohy a jejich řešení porovnala. Další praktickou částí a ukázkou, že autorka bezesporu pronikla do daného tématu, je parametrizace vybraných řešičů s cílem demonstrace jejich možného suboptimálního nastavení. Jak v textové, tak v praktické části práce předvedla autorka, vzhledem k doméně bakalářské práce, nadstandardní přístup. Textová část práce má 50 stran a lze ji velmi dobře využít k získání rychlého přehledu i osvojení metaheuristik implementovaných v GOTbx. Autorka práci vyhotovila v sytému LaTeX, což samo o sobě představovalo nadstandard, neb tato sázecí technologie není předmětem znalostí příslušného bakalářského studia. Autorka k práci přistupovala velmi iniciativně a pravidelně konzultovala řešení v průběhu vyhotovení práce. Práci jednoznačně doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou A / výborně.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Autorka po stručném úvodu do problematiky optimalizačních metod a MATLABU popsala v prvých dvou kapitolách dva toolboxy MATLABU: Optimization Toolbox a Global Optimization Toolbox. Ve třetí kapitole, ne zcela adekvátně nazvané Implementace, je podán stručný návod pro použití metod toolboxu pro globální optimalizaci a srovnávací metody Neldera a Meada z optimalizačního toolboxu. Experimentální čtvrtá kapitola je věnována aplikaci těchto metod na vybrané problémy. V závěru je pak provedeno vyhodnocení těchto experimentů. Zde mám připomínku, že kromě závěru měla být analýza získaných výsledků provedena i ve čtvrté kapitole.
Je třeba ocenit fakt, že autorka se úspěšně vyrovnala se složitou problematikou, která není předmětem bakalářského studia. Bohužel se přitom nevyhnula některým nepřesnostem a řadě překlepů. Práce může být použita jako návod pro aplikaci popsaných metod.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: B

Předložená bakalářská práce je věnována problematice optimalizačních metod a meta-heuristik implementovaných v prostředí MATLAB. V první kapitole jsou popsány klasické optimalizační metody tvořících knihovnu Optimization Toolbox a následně v druhé kapitole optimalizační meta-heuristiky implementované v knihovně Global Optimization Toolbox. Třetí kapitola blíže popisuje implementaci vybraných optimalizačních funkcí z nabídky prostředí MATLAB.
Uvedené kapitoly lze využít jako návod pro použití a parametrizaci funkcí v prostředí MATLAB. Popis je stručný a výstižný a adekvátně cituje zdroje.

Ve čtvrté kapitole se autorka snaží srovnat efektivitu vybraných metod na několika, dle mého soudu dobře zvolených, příkladech. Rozsáhlý soubor dat zaručuje relevanci výsledků, které jsou průběžně komentovány a v závěru práce celkově zhodnoceny.

Vyzvednout bych chtěl velmi kvalitní grafickou úpravu, jelikož práce je napsána v TeXu, díky čemuž je dosaženo profesionálního vzhledu tabulek, grafik a vzorců. Jedinou nevýhodou TeXu oproti produktu Microsoft Word je absence automatické kontroly pravopisu, nicméně množství překlepů v práci je přijatelné.

Práci považuje vzhledem k náročnosti problematiky a vzhledem k zpracovanému rozsahu za nadstandardní.
Doporučuji k obhajobě s hodnocením A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A