Wiskundige modellen breed toegankelijk dankzij ‘evolutie-algoritme’
Dhruv Khandelwal verdedigt zijn proefschrift op 4 Maart.
Applicaties in de wetenschap en technologie, zoals het beheer van uiterst precieze bewegingssystemen of elektrochemische processen, zijn vaak gebaseerd op wiskundige modellen van dynamische systemen. Dankzij TU/e-promovendus Dhruv Khandelwal kunnen mensen zonder ervaring in data-gedreven modellering op tamelijk eenvoudige wijze hoogwaardige, geoptimaliseerde wiskundige modellen van deze dynamische systemen ontwikkelen. Met dit belangrijke hulpmiddel kunnen wetenschappers met uiteenlopende achtergrond makkelijker hun weg vinden in het doolhof van modelleringstechnologieën en systeemdynamica. Daarmee ondersteunt het data-gedreven onderzoeksoutput en valorisatie, bijvoorbeeld voor ingenieurs die de toestand van het elektriciteitsnet volgen, of onderzoekers die de groei van kankercellen bestuderen.
Een model ontwikkelen dat optimaal aan jouw criteria voldoet
Het ingewikkelde aan het maken van een wiskundig model is de selectie van de juiste modelstructuur, en de optimalisatie van het model voor jouw specifieke doelen en prestatiewaarden. Khandelwals algoritme houdt rekening met beide.
Om gebruikers te helpen met het maken van de juiste modellen, ontwikkelde Khandelwal een “grammatica” voor dynamische modellen met gebruik van Tree Adjoining Grammar (TAG). Hiermee kunnen modelleringsopties binnen een breed scala aan systemen, structuren en complexiteiten worden onderzocht. Om tot een optimaal model voor de gebruiker te komen, ontwierp Khandelwal een evolutionaire aanpak, gebaseerd op Darwins definitie van natuurlijke selectie in de biologie: “Het beginsel dat elke kleine variatie, indien nuttig, behouden blijft.” De gebruikers specifieke criteria geven onderling concurrerende modellen waarbij het evolutionaire algoritme de modellen “evolueert” die het best presteren onder deze condities.
Net zo goed als modellen ontworpen door experts
De geautomatiseerde modelleringsmethodologie werd getest in een aantal academische, concrete en standaardapplicaties. Uit de evaluatie bleek dat het framework in staat is modellen te genereren met minimale gebruikersinteractie. In gevallen waarbij de gemodelleerde applicatie volledig begrepen werd, bleken de automatisch gegenereerde modellen te matchen met de aard van het echte systeem. Uit meerdere casestudies bleek het door het framework voorgestelde model net zo goed te zijn als modellen die werden ontworpen door experts met gebruik van de nieuwste technieken.