W rocław , dnia 7.01.2014r. prof. dr hab. inż. Jerzy Św iątek
Instytut Informatyki
Wydział Inform atyki i Zarządzania Politechnika W rocław ska
RECEN ZJA RO ZPRA W Y DOKTORSKIEJ
DLA RADY W Y D ZIA ŁU A UTOM A TY KI, ELEK TRO N IK I i IN FORM ATYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
(Recenzja opracow ana na podstaw ie zlecenia D ziekana prof. dr hab. inż. A dam a Czernika z dnia 7.11.2013, zgodnie z uchw ałą Rady W ydziału A utom atyki, Elektroniki i Informatyki
Politechniki Śląskiej z dnia 22.10.2013 r.)
Temat: „Identyfikacja param etrów biliniowych modeli ciągów modeli ciągów czasow ych w 0 pełnym zakresie ich stabilności”
Autor: mgr inż. Ł ukasz M aliński
Promotor: dr hab. inż. Ew a Bielińska. Profesor Politechniki Śląskiej 1. Cel i zakres pracy.
W ostatnich latach, w literaturze światowej, obserw ujem y burzliwy rozwój problematyki analizy strum ieni danych. Jest to spowodow ane z jednej strony rozwojem techniki pom iarow ej, która udostępnia tanie i dokładne czujniki oraz urządzenia pomiarowe, które pozw alają na budow ę złożonych system ów pomiarowych. Z drugiej strony współczesne platformy sprzętow e i program ow e pozw alają na projektow anie złożonych systemów m onitorow ania i przetw arzania danych. Dodatkowo należy zw rócić uw agę na rozwój ^ telekomunikacji, która um ożliw ia transm isję danych z w ykorzystaniem sieci przew odow ych oraz bezprzew odow ych, co pozw ala na projektow anie rozproszonych systemów monitorowania i przetw arzania danych. W wyniku otrzym ujem y ogrom ny przyrost danych dotyczących m onitorow anego procesu, obiektu czy zjawiska. M ożna to odnotować w różnych obszarach zastosow ań, począw szy od m onitorow ania procesów technologicznych poprzez procesy ekonom iczne, społeczne, biom edyczne po m onitorow anie obserwacji astronom icznych. Pojaw ia się problem w ykorzystania zebranych danych w zadaniach wspom agania decyzji, projektow ania, sterowania, zarządzania, w procesach diagnostycznych itp. W aktualnej, światow ej literaturze ukształtował się obszar prac naukow ych nazwany: „fuzja danych (data fusion)” . W tym obszarze w yróżniono następujące problemy:
B i u r o D z i e k a n a D
<
- N iskopoziom ow a fuzja danych dotyczy problem ów zw iązanych z układem pom iarowym , sygnałem , zakłóceniam i pom iarowym i itp. (zadanie identyfikacji). - Średnio-poziom ow a fuzja danych dotyczy analizy cech sygnałów w określonym
kontekście (redukcja cech, transform acja pomiarów, klasyfikacja),
- W ysokopoziom ow a fuzja danych dotyczy przetw arzania danych pochodzących z m onitoringu w zadaniach w spom agania decyzji projektow ych, sterowania, zarządzania itp.
W tym obszarze należy ulokow ać przedstawiony, głów ny problem podjęty w recenzowanym opracow aniu sform ułow any je st poprzez jasno i popraw nie postaw ioną tezą pracy, która je st następująca: „Istnieje m ożliw ość poprawnej identyfikacji wartości współczynników elem entarnego biliniow ego modelu ciągu czasow ego w całym jeg o zakresie stabilności.” Teza pom ocnicza: „Stosow anie właściwego ograniczenia na wartości ocen sygnału stymulacji w trakcie identyfikacji nieodw racalnych biliniow ych modeli ciągów czasowych ogranicza błędy tych ocen w ynikające z braku stabilności m odelu odwrotnego. W rezultacie m ożliw e je st uzyskanie nieobciążonych ocen w spółczynników oryginalnego modelu badanego procesu losow ego.” - wskazuje na m ożliw y sposób dow iedzenia tezy pracy.
Z tezą pracy zw iązany je st cel pracy, który przekłada się na następujące zadania badawcze i projektowe:
1. Zbadanie przyczyn ograniczonej do odw racalnych modeli stabilnych, efektywności dotychczas stosow anych algorytm ów identyfikacji dla elem entarnego modelu biliniow ego ciągu czasow ego (m odelu EB).
2. O pracow anie m etody identyfikacji biliniow ych modeli ciągów czasow ych w pełnym zakresie stabilności.
3. Przeprow adzenie badań sym ulacyjnych m ających na celu zbadanie własności statystycznych estym atora.
4. O pracow anie przykładu zastosow ań nieodwracalnych modeli EB do szyfrowania informacji.
W świetle w cześniej przedstaw ionych uwag mogę stw ierdzić, że podjęty temat recenzowanej rozpraw y je st w ażny i aktualny, a opracow ane zadania m ają ważny aspekt praktyczny i w noszą istotny w kład w rozwój automatyki i robotyki.
Wyniki pracy autor przedstaw ia w rozprawie doktorskiej napisanej w języku polskim, która składa się z 10. punktów oraz bibliografii. Całość liczy 127 stron.
Pracę poprzedza przedm ow a. W punkcie pierwszym sform ułow ano cel i zakres pracy. Sformułowano tezę pracy oraz ulokow ano jej treść na rzetelnie sporządzonym przeglądzie literatury, który przedstaw ia rozwój zadania analizy ciągów czasow ych ze szczególnym uwzględnieniem identyfikacji m odeli biliniowych. W punkcie tym w skazano rów nież na potencjalne zastosow ania biliniow ych modeli ciągów czasowych. Punkt drugi przedstawia wybrane m odele ciągów czasow ych w raz ich podstawowymi charakterystykam i w postaci momentów statystycznych. N ieco obszerniej przedstaw ia opis elem entarnego biliniowego modelu ciągu czasow ego, klasyfikację tych modeli oraz uwagi na tem at identyfikacji struktury m odelu. Punkt trzeci zaw iera przegląd w ybranych m etod estym acji param etrów modelu, w tym: w ażoną rozszerzoną rekurencyjną m etodę najm niejszych kw adratów , metodę największej w iarygodności oraz m etodę momentów. Zasadnicze wyniki pracy rozpoczynają się w punkcie czw artym . W punkcie tym dokonano analizy pow odów trudności w identyfikacji elem entarnego modeli biliniow ego w całym zakresie stabilności. Zwrócono uwagę, że źródłem problem u w ystępującego w algorytm ach je st odw racalność modelu. Ponadto pokazano, że funkcja celu dla modeli nieodwracalnych je st m ultim odalna co sanowi kolejny problem w zadaniu identyfikacji. Punkt piąty przedstaw ia zasadniczy wynik pracy. Zaproponowano rozw iązanie pojaw iających się problem ów identyfikacji poprzez modyfikację funkcji celu. W prow adzono ograniczenie na w artość błędu predykcji w jednym kroku, a po zbadaniu w pływ u tego ograniczenia na kształt funkcji celu stw ierdzono, że funkcja osiąga minimum globalne w punkcie odpow iadającym wartości param etru modelu. Pozostaje określić wartość ograniczenia. Jest ona oczyw ista gdy znane są param etry procesu stymulującego. W praktyce tak nie jest. N a podstaw ie analizy w łaściw ości statystycznych tak zm odyfikowanego estym atora autor zaproponow ał rekurencyjną procedurę doboru wartości ograniczenia w funkcji celu. W punkcie szóstym zaproponow ano algorytm optym alizacji funkcji celu. Pojaw iły się dw a problem y. Pierwszy to m ultim odalność funkcji celu, a drugi związany je st ze zm ianą funkcji celu (niestacjonarnością) w trakcie trw ania estymacji. Do rozwiązania tego zadania zastosow ano algorytm m em otyczny, w którym zdefiniowano mechanizmy poszukiw ania lokalnego (udoskonalenie) oraz globalnego (eksploracja). W związku ze zm iennym charakterem funkcji celu zaproponow ano nowy, oryginalny operator — rew olucja. Punkt siódm y przedstawia przykładow e zadania identyfikacji z w ykorzystaniem opracow anego algorytmu. Są to identyfikacja sym ulow anego ciągu czasowego z m odelem odw racalnym oraz nieodw racalnym , a także identyfikacja
rzeczywistego ciągu czasow ego pochodzącego z rejestracji jednego z sygnałów sterujących w układzie Aktywnej R edukcji Hałasu. W punkcie ósmym przedstaw iono badania symulacyjne, które miały na celu statystyczną analizę skuteczności opracow anego algorytm u oraz jego porównanie z algorytm em ważonej rozszerzonej rekurencyjnej metody najmniejszych kwadratów. Punkt dziew iąty zaw iera opis przykładowego zastosow ania elementarnego modelu biliniow ego i jeg o identyfikacji do zadania szyfrowania inform acji. Punkt dziesiąty stanowi podsum ow ania pracy. B ibliografia zawiera wykaz 57. trafnie dobranych pozycji literaturowych. C ytow ane są głów nie artykuły w czasopism ach oraz m onografie. Zbiór informacji je st ściśle ukierunkow any na wyznaczony cel pracy. W iększość pozycji literaturowych stanow ią pozycje aktualne z ostatnich 10 lat. Inform acje literaturowe ściśle dotyczą tem atyki rozpraw y. W w ykazie literatury m ożna znaleźć pozycje A utora pracy. Są to m ateriały z konferencji krajow ych i m iędzynarodow ych oraz artykuły w zeszytach naukowych.
3. Uwagi redakcyjne
N a podstaw ie lektury pracy mogę stwierdzić, że podział treści je st logiczny i uporządkowany, styl oraz poziom językow y jest wysoki, a szata graficzna je st staranna i dopracowana. Sposób przekazyw ania treści jest bardzo dobry. Pracę czyta się z przyjemnością. Inform acja je st dość dobrze wyważona. Czytając lekturę pracy odnosi się wrażenie o wysokiej kom petencji m erytorycznej Autora, który potrafi przedstawić swoje wyniki w sposób przyjazny dla czytelnika.
U w aga k rytyczn a:
W pracy w w ielu m iejscach operuje się pojęciem „stabilności” i „odw racalności”. W punkcie 2.4 podaje się kryteria, a w punkcie 4.2 przedstaw ia się relację pomiędzy zakresem stabilności a zakresem odw racalności. Brak jednak definicji tych pojęć.
Przedstaw iona pow yższa uw aga krytyczna redakcyjna nie um niejsza merytorycznej wartości pracy. Jest to oczekiw ania czytelnika pacy.
4. Oryginalne wyniki
W ykonanie założonego celu wiąże się z w ykonaniem następujących zadań szczegółowych, które uw ażam za oryginalne wyniki pracy:
1. Krytyczna analiza znanych algorytm ów identyfikacji procesów z m odelem biliniowym i zbadanie przyczyn ograniczonej stosowalności do odw racalnych modeli stabilnych.
2. Zaproponow anie oryginalnej, autorskiej procedury rekurencyjnej doboru parametru określającego ograniczenie wartości jednokrokow ego błędu predykcji w funkcji celu. Procedura ta pozw ala na przesunięcie globalnego m inim um funkcji celu do wartości zgodnej z w artością estym ow anego parametru.
3. Zastosow anie algorytm u m em etycznego do w yznaczenia estym atora parametru elem entarnego m odelu biliniow ego, z wykorzystaniem zaproponow anej przez autora operacja rew olucji, która uw zględnia zm ienność funkcji celu w czasie estym acji. 4. Przeprow adzenie badań sym ulacyjnych, które miały na celu statystyczną analizę
skuteczności opracow anego algorytm u oraz jego porów nanie z algorytm em ważonej rozszerzonej rekurencyjnej metody najm niejszych kw adratów
5. O pracow anie zastosow ania elem entarnego modelu biliniow ego i jego identyfikacji do zadania szyfrow ania informacji
5. Uwagi mery toryczne (pytania dyskusyjne)
W trakcie analizy treści pracy nasuw ają się uwagi, o których w yjaśnienie poproszę na publicznej obronie pracy:
1. Czy przedstaw iona procedura doboru wartości ograniczenia w zm odyfikowanej funkcji celu, a w szczególności operator rewolucji zapew nia zbieżność algorytmu estym acji?
2. Autor, w podsum ow aniu stw ierdza c y t: „Do słabych stron zaproponow anego algorytm u identyfikacji modeli EB należy niew ątpliw ie zaliczyć jeg o złożoność obliczeniow ą”. W pracy nie znalazłem analizy złożoności obliczeniow ej. Czy można prosić o uzasadnienie pow yższego stwierdzenia.
6. Ocena w iedzy doktoranta w zakresie dyscyplin naukow ych zw iązanych z tematyką ro zpraw y
1. Problem atyka rozpraw y obejm uje wiedzę z dziedziny nauk technicznych w zakresie dyscypliny autom atyka i robotyka, a w szczególności w zakresie identyfikacji obiektów . W iedza ta je st pogłębiona i zw iązana z zastosow aniam i. 2. D oktorant sw obodnie posługuje się aparatem m atem atycznym , właściwie
form ułuje hipotezy badaw cze i wykazuje um iejętność dokonyw ania trafnych w yborów i w łaściw ego wnioskowania. D oktorant popraw nie wykorzystał um iejętność posługiw ania się badaniami sym ulacyjnym i w badaniu algorytmów.
Form ułow ane przez doktoranta wnioski są przem yślane, logiczne i spójne.
3. W stopniu biegłym opanow ał tem atykę rozpraw y w w arstw ie nie tylko teoretycznej, ale także praktycznej, w oparciu o dobre rozeznanie problem ów zw iązanych z opracow aniem i badaniem algorytm ów identyfikacji.
4. Lektura rozpraw y upow ażnia mnie do stw ierdzenia, że doktorant swobodnie porusza się po literaturze przedm iotu, dysponuje w ym aganym do prow adzenia badań naukow ych zasobem wiedzy z zakresu autom atyki i robotyki, czyli tego obszaru nauki i techniki, którego dotyczy temat rozprawy.
7. Podsum owanie.
Na podstaw ie lektury recenzow anej rozprawy mogę stw ierdzić, że:
• doktorant podjął w ażny i aktualny problem w obszarze autom atyki i robotyki, • uzyskał oryginalne wyniki w zakresie identyfikacji obiektów,
• przedstaw ił interesujące m ożliw ości zastosow ań prezentow anych wyników,
a tym samym w niósł interesujący i znaczący wkład w rozwój dyscypliny: autom atyka i robotyka.
W podsum ow aniu mojej oceny stw ierdzam , że opiniow ana praca m gra inż. Łukasza M alińskiego pt.: „Identyfikacja param etrów biliniow ych modeli ciągów modeli ciągów czasowych w pełnym zakresie ich stabilności" je st kom pletna i nie w ym aga żadnych zmian ani uzupełnień. Spełnia ona w w ystarczającym stopniu w ym agania staw iane rozprawom doktorskim określone w „U staw ie o stopniach naukow ych i tytule naukow ym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki” z dnia 14 marca 2003 roku.
W nioskuję o przyjęcie niniejszej pracy, jako rozpraw y doktorskiej i wnoszę o dopuszczenie m gra inż. Ł ukasza M alińskiego do publicznej dyskusji nad przedłożoną pracą.
