ESNPREDICTOR: TIME SERIES FORECASTING APPLICATION BASED ON ECHO STATE NETWORKS OPTIMIZED BY GENETICS ALGORITHMS AND PARTICLE SWARM OPTIMIZATION

• Main Author: CAMILO VELASCO RUEDA
• Other Authors: MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2014
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=24785@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=24785@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA === A previsão de séries temporais é fundamental na tomada de decisões de curto, médio e longo prazo, em diversas áreas como o setor elétrico, a bolsa de valores, a meteorologia, entre outros. Tem-se na atualidade uma diversidade de técnicas e modelos para realizar essas previsões, mas as ferramentas estatísticas são as mais utilizadas principalmente por apresentarem um maior grau de interpretabilidade. No entanto, as técnicas de inteligência computacional têm sido cada vez mais aplicadas em previsão de séries temporais, destacando-se as Redes Neurais Artificiais (RNA) e os Sistemas de Inferência Fuzzy (SIF). Recentemente foi criado um novo tipo de RNA, denominada Echo State Networks (ESN), as quais diferem das RNA clássicas por apresentarem uma camada escondida com conexões aleatórias, denominada de Reservoir (Reservatório). Este Reservoir é ativado pelas entradas da rede e pelos seus estados anteriores, gerando o efeito de Echo State (Eco), fornecendo assim um dinamismo e um desempenho melhor para tarefas de natureza temporal. Uma dificuldade dessas redes ESN é a presença de diversos parâmetros, tais como Raio Espectral, Tamanho do Reservoir e a Percentual de Conexão, que precisam ser calibrados para que a ESN forneça bons resultados. Portanto, este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional capaz de realizar previsões de séries temporais, baseada nas ESN, com ajuste automático de seus parâmetros por Particle Swarm Optimization (PSO) e Algoritmos Genéticos (GA), facilitando a sua utilização pelo usuário. A ferramenta computacional desenvolvida oferece uma interface gráfica intuitiva e amigável, tanto em termos da modelagem da ESN, quanto em termos de realização de eventuais pré-processamentos na série a ser prevista. === The time series forecasting is critical to decision making in the short, medium and long term in several areas such as electrical, stock market, weather and industry. Today exist different techniques to model this forecast, but statistics are more used, because they have a bigger interpretability, due by the mathematic models created. However, intelligent techniques are being more applied in time series forecasting, where the principal models are the Artificial Neural Networks (ANN) and Fuzzy Inference Systems (FIS). A new type of ANN called Echo State Networks (ESN) was created recently, which differs from the classic ANN in a randomly connected hidden layer called Reservoir. This Reservoir is activated by the network inputs, and the historic of the reservoir activations generating so, the Echo State and giving to the network more dynamism and a better performance in temporal nature tasks. One problem with these networks is the presence of some parameters as, Spectral Radius, Reservoir Size and Connection Percent, which require calibration to make the network provide positive results. Therefore the aim of this work is to develop a computational application capable to do time series forecasting, based on ESN, with automatic parameters adjustment by Particle Swarm Optimization (PSO) and Genetic Algorithms (GA), facilitating its use by the user. The developed computational tool offers an intuitive and friendly interface, both in terms of modeling the ESN, and in terms of achievement of possible pre-process on the series to be forecasted.