https://repositorio.ufba.br/handle/ri/41549
Tipo: | Dissertação |
Título: | Sistema de recomendação de estados para dispositivos atuadores em casas inteligentes: uma abordagem com integração de aprendizado por reforço e feedback implícito. |
Título(s) alternativo(s): | State recommendation system for actuator devices in smart homes: an approach integrating reinforcement learning and implicit feedback. |
Autor(es): | Boaventura, Denis Robson Dantas |
Primeiro Orientador: | Durão, Frederico Araujo |
metadata.dc.contributor.referee1: | Durão, Frederico Araujo |
metadata.dc.contributor.referee2: | Oliveira Neto, Rosalvo Ferreira de |
metadata.dc.contributor.referee3: | Santos, Bruno Pereira dos |
Resumo: | O desenvolvimento das pesquisas em casas inteligentes e Internet das Coisas expandiu o uso de dispositivos inteligentes, criando novas possibilidades de personalização e adaptação das residências às necessidades dos moradores. Com o tempo, esses dispositivos passaram a oferecer serviços que melhoram a eficiência energética, segurança e conforto doméstico. Contudo, essa evolução também trouxe desafios, aumentando a complexidade de gerenciamento dos múltiplos estados dos dispositivos, como ajustes de cor, temperatura e intensidade em lâmpadas inteligentes. Uma alternativa para solucionar alguns desses desafios é a aplicação de sistemas de recomendação de estados ou ações a este tipo de ambiente. Neste trabalho, propomos um sistema de recomendação que busca otimizar a orquestração de dispositivos inteligentes dentro de uma casa, antecipando as necessidades dos usuários e adaptando-se a rotinas que podem mudar. Por meio da aplicação de algoritmos de aprendizado por reforço integrado ao uso de feedback implícito, da codificação de estados compostos e da cooperação entre múltiplos agentes para controle dos dispositivos atuadores, este estudo explora novas abordagens para aprimorar a eficiência e a adaptatividade dos sistemas de recomendação em ambientes residenciais inteligentes. Através do uso de um simulador de ambientes inteligentes, geramos dois conjuntos de dados diferentes, baseados em três rotinas distintas e realizamos experimentos utilizando dois algoritmos de aprendizado por reforço diferentes: Deep Q-Learning e Differential Semi-gradient n-step SARSA . Além disso, ambos os algoritmos foram testados em duas abordagens diferentes: estados simples e estados compostos. Enquanto a abordagem de estado simples considera apenas o estado primário de cada dispositivo, a abordagem de estado composto leva todos os estados em consideração. Os resultados deste estudo demonstram uma capacidade promissora do sistema de antecipar as necessidades dos moradores e se adaptar às mudanças em suas rotinas em ambas as abordagens. Em todos os testes conduzidos, ao utilizar agentes de Deep Q-Learning , o sistema atingiu métricas de Hamming Score superiores a 94%, enquanto com agentes de Differential Semi-gradient n-step SARSA, esta métrica ficou acima de 95% em todos os casos. |
Abstract: | The development of research in smart homes and the Internet of Things has expanded the use of smart devices, creating new possibilities for personalizing and adapting homes to residents' needs. Over time, these devices have begun to offer services that improve energy efficiency, security, and home comfort. However, this evolution has also brought challenges, increasing the complexity of managing the multiple states of devices, such as color, temperature, and intensity adjustments in smart lights. One alternative to address some of these challenges is the application of state or action recommendation systems in this type of environment. In this study, we propose a recommendation system that seeks to optimize the orchestration of smart devices within a home, anticipating users’ needs and adapting to routines that may change. Through the application of reinforcement learning algorithms integrated with the use of implicit feedback, the encoding of composite states, and cooperation between multiple agents to control actuator devices, this study explores new approaches to enhance the efficiency and adaptability of recommendation systems in smart residential environments. Using a smart environment simulator, we generated two different datasets based on three distinct routines and conducted experiments using two different reinforcement learning algorithms: Deep Q-Learning and Differential Semi-gradient n-step SARSA. Furthermore, both algorithms were tested in two different approaches: simple states and composite states. While the simple state approach considers only the primary state of each device, the composite state approach takes all states into consideration. The results of this study demonstrate a promising capacity of the system to anticipate residents’ needs and adapt to changes in their routines in both approaches. In all tests conducted, using Deep Q-Learning agents, the system achieved Hamming Score metrics above 94%, while with Differential Semi-gradient n-step SARSA agents, this metric was above 95% in all cases. |
Palavras-chave: | Casas inteligentes Sistemas de recomendação Aprendizado por reforço Feedback implícito Otimizar Eficiência Adaptabilidade Dispositivos inteligentes |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
Sigla da Instituição: | UFBA |
metadata.dc.publisher.department: | Instituto de Computação - IC |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação (PGCOMP) |
Citação: | BOAVENTURA, Denis Robson Dantas. Sistema de recomendação de estados para dispositivos atuadores em casas inteligentes: uma abordagem com integração de aprendizado por reforço e feedback implícito. 2024. 125 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Instituto de Computação, Universidade Federal da Bahia, Salvador (Bahia), 2024. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/41549 |
Data do documento: | 23-Set-2024 |
Aparece nas coleções: | Dissertação (PGCOMP) |
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Sistema_de_Recomendação_de_Estados_para_Dispositivos_Atuadores_em_Casas_Inteligentes.pdf | 15,68 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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