Algorithms that involve both forecasting and optimization are at the core of solutions to many difficult real-world problems, such as in supply chains (inventory optimization), traffic, and in the transition towards carbon-free energy generation in battery/load/production scheduling in sustainable energy systems. Typically, in these scenarios we want to solve an optimization problem that depends on unknown future values, which therefore need to be forecast. As both forecasting and optimization are difficult problems in their own right, relatively few research has been done in this area. This paper presents the findings of the ``IEEE-CIS Technical Challenge on Predict+Optimize for Renewable Energy Scheduling," held in 2021. We present a comparison and evaluation of the seven highest-ranked solutions in the competition, to provide researchers with a benchmark problem and to establish the state of the art for this benchmark, with the aim to foster and facilitate research in this area. The competition used data from the Monash Microgrid, as well as weather data and energy market data. It then focused on two main challenges: forecasting renewable energy production and demand, and obtaining an optimal schedule for the activities (lectures) and on-site batteries that lead to the lowest cost of energy. The most accurate forecasts were obtained by gradient-boosted tree and random forest models, and optimization was mostly performed using mixed integer linear and quadratic programming. The winning method predicted different scenarios and optimized over all scenarios jointly using a sample average approximation method.

在本文中，我们描述了我们提出的方法来接近IEEE CIS第3技术挑战中引入的预测+优化挑战。预测模型采用了LightGBM模型的集合，并且规定性分析采用数学优化来有效地规定最小化多种情况下的平均成本的解决方案。我们的解决方案在竞争的预测挑战中排名第一。

评估能源转型和能源市场自由化对资源充足性的影响是一种越来越重要和苛刻的任务。能量系统的上升复杂性需要足够的能量系统建模方法，从而提高计算要求。此外，随着复杂性，同样调用概率评估和场景分析同样增加不确定性。为了充分和高效地解决这些各种要求，需要来自数据科学领域的新方法来加速当前方法。通过我们的系统文献综述，我们希望缩小三个学科之间的差距（1）电力供应安全性评估，（2）人工智能和（3）实验设计。为此，我们对所选应用领域进行大规模的定量审查，并制作彼此不同学科的合成。在其他发现之外，我们使用基于AI的方法和应用程序的AI方法和应用来确定电力供应模型的复杂安全性的元素，并作为未充分涵盖的应用领域的储存调度和（非）可用性。我们结束了推出了一种新的方法管道，以便在评估电力供应安全评估时充分有效地解决当前和即将到来的挑战。

Energy consumption in buildings, both residential and commercial, accounts for approximately 40% of all energy usage in the U.S., and similar numbers are being reported from countries around the world. This significant amount of energy is used to maintain a comfortable, secure, and productive environment for the occupants. So, it is crucial that the energy consumption in buildings must be optimized, all the while maintaining satisfactory levels of occupant comfort, health, and safety. Recently, Machine Learning has been proven to be an invaluable tool in deriving important insights from data and optimizing various systems. In this work, we review the ways in which machine learning has been leveraged to make buildings smart and energy-efficient. For the convenience of readers, we provide a brief introduction of several machine learning paradigms and the components and functioning of each smart building system we cover. Finally, we discuss challenges faced while implementing machine learning algorithms in smart buildings and provide future avenues for research at the intersection of smart buildings and machine learning.

Using data from cardiovascular surgery patients with long and highly variable post-surgical lengths of stay (LOS), we develop a modeling framework to reduce recovery unit congestion. We estimate the LOS and its probability distribution using machine learning models, schedule procedures on a rolling basis using a variety of optimization models, and estimate performance with simulation. The machine learning models achieved only modest LOS prediction accuracy, despite access to a very rich set of patient characteristics. Compared to the current paper-based system used in the hospital, most optimization models failed to reduce congestion without increasing wait times for surgery. A conservative stochastic optimization with sufficient sampling to capture the long tail of the LOS distribution outperformed the current manual process and other stochastic and robust optimization approaches. These results highlight the perils of using oversimplified distributional models of LOS for scheduling procedures and the importance of using optimization methods well-suited to dealing with long-tailed behavior.

预测组合在预测社区中蓬勃发展，近年来，已经成为预测研究和活动主流的一部分。现在，由单个（目标）系列产生的多个预测组合通过整合来自不同来源收集的信息，从而提高准确性，从而减轻了识别单个“最佳”预测的风险。组合方案已从没有估计的简单组合方法演变为涉及时间变化的权重，非线性组合，组件之间的相关性和交叉学习的复杂方法。它们包括结合点预测和结合概率预测。本文提供了有关预测组合的广泛文献的最新评论，并参考可用的开源软件实施。我们讨论了各种方法的潜在和局限性，并突出了这些思想如何随着时间的推移而发展。还调查了有关预测组合实用性的一些重要问题。最后，我们以当前的研究差距和未来研究的潜在见解得出结论。

电力行业正在大力实施智能网格技术，以提高可靠性，可用性，安全性和效率。该实施需要技术进步，标准和法规的发展以及测试和计划。智能电网载荷预测和管理对于降低需求波动和改善连接发电机，分销商和零售商的市场机制至关重要。在政策实施或外部干预措施中，有必要分析其对电力需求的影响的不确定性，以使系统对需求的波动更加准确。本文分析了外部干预的不确定性对电力需求的影响。它实现了一种结合概率和全局预测模型的框架，使用深度学习方法来估计干预措施的因果影响分布。通过预测受影响实例的反事实分布结果，然后将其与实际结果进行对比来评估因果效应。我们将COVID-19锁定对能源使用的影响视为评估这种干预对电力需求分布的不均匀影响的案例研究。我们可以证明，在澳大利亚和某些欧洲国家的最初封锁期间，槽通常比峰值更大的下降，而平均值几乎不受影响。

A well-performing prediction model is vital for a recommendation system suggesting actions for energy-efficient consumer behavior. However, reliable and accurate predictions depend on informative features and a suitable model design to perform well and robustly across different households and appliances. Moreover, customers' unjustifiably high expectations of accurate predictions may discourage them from using the system in the long term. In this paper, we design a three-step forecasting framework to assess predictability, engineering features, and deep learning architectures to forecast 24 hourly load values. First, our predictability analysis provides a tool for expectation management to cushion customers' anticipations. Second, we design several new weather-, time- and appliance-related parameters for the modeling procedure and test their contribution to the model's prediction performance. Third, we examine six deep learning techniques and compare them to tree- and support vector regression benchmarks. We develop a robust and accurate model for the appliance-level load prediction based on four datasets from four different regions (US, UK, Austria, and Canada) with an equal set of appliances. The empirical results show that cyclical encoding of time features and weather indicators alongside a long-short term memory (LSTM) model offer the optimal performance.

电力公用事业公司依靠短期需求预测，以期待重大变化的预期调整生产和分配。该系统审查分析了2000年至2019年之间的学术期刊上发布的240份作品，专注于将人工智能（AI），统计和混合模型应用于短期负荷预测（STLF）。这项工作代表了迄今为止对该主题的最全面的审查。进行了对文献的完整分析，以确定最流行和最准确的技术以及现有的空隙。研究结果表明，尽管人工神经网络（ANN）继续成为最常用的独立技术，但研究人员已经超出了不同技术的混合组合，以利用各种方法的组合优势。审查表明，这些混合组合通常可以实现超过99％的预测精度。短期预测最成功的持续时间已被识别为每小时间隔的一天的预测。审查已确定访问培训模型所需的数据集的不足。在亚洲，欧洲，北美和澳大利亚以外的研究区域中已经确定了一个显着差距。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

算法配置（AC）与对参数化算法最合适的参数配置的自动搜索有关。目前，文献中提出了各种各样的交流问题变体和方法。现有评论没有考虑到AC问题的所有衍生物，也没有提供完整的分类计划。为此，我们引入分类法以分别描述配置方法的交流问题和特征。我们回顾了分类法的镜头中现有的AC文献，概述相关的配置方法的设计选择，对比方法和问题变体相互对立，并描述行业中的AC状态。最后，我们的评论为研究人员和从业人员提供了AC领域的未来研究方向。

在这项研究中，我们提出了一个深入的学习优化框架，以解决动态的混合企业计划。具体而言，我们开发了双向长期内存（LSTM）框架，可以及时向前和向后处理信息，以学习最佳解决方案，以解决顺序决策问题。我们展示了我们在预测单项电容批号问题（CLSP）的最佳决策方面的方法，其中二进制变量表示是否在一个时期内产生。由于问题的动态性质，可以将CLSP视为序列标记任务，在该任务中，复发性神经网络可以捕获问题的时间动力学。计算结果表明，我们的LSTM优化（LSTM-OPT）框架大大减少了基准CLSP问题的解决方案时间，而没有太大的可行性和最佳性。例如，对于240,000多个测试实例，在85 \％级别的预测平均将CPLEX溶液的时间减少了9倍，最佳差距小于0.05 \％\％和0.4 \％\％\％\％\％的不可行性。此外，使用较短的计划范围训练的模型可以成功预测具有更长计划范围的实例的最佳解决方案。对于最困难的数据集，LSTM在25 \％级别的LSTM预测将70 CPU小时的溶液时间降低至小于2 CPU分钟，最佳差距为0.8 \％，而没有任何不可行。 LSTM-OPT框架在解决方案质量和精确方法方面，诸如Logistic回归和随机森林之类的经典ML算法（例如（$ \ ell $，s）和基于动态编程的不平等，解决方案时间的改进。我们的机器学习方法可能有益于解决类似于CLSP的顺序决策问题，CLSP需要重复，经常和快速地解决。

本文调查了股票回购，特别是分享回购公告。它解决了如何识别此类公告，股票回购的超额回报以及股票回购公告后的回报的预测。我们说明了两种NLP方法，用于自动检测股票回购公告。即使有少量的培训数据，我们也可以达到高达90％的准确性。该论文利用这些NLP方法生成一个由57,155个股票回购公告组成的大数据集。通过分析该数据集，本论文的目的是表明大多数宣布回购的公司的大多数公司都表现不佳。但是，少数公司的表现极大地超过了MSCI世界。当查看所有公司的平均值时，这种重要的表现过高会导致净收益。如果根据公司的规模调整了基准指数，则平均表现过高，并且大多数表现不佳。但是，发现宣布股票回购的公司至少占其市值的1％，即使使用调整后的基准，也平均交付了显着的表现。还发现，在危机时期宣布股票回购的公司比整个市场更好。此外，生成的数据集用于训练72个机器学习模型。通过此，它能够找到许多可以达到高达77％并产生大量超额回报的策略。可以在六个不同的时间范围内改善各种性能指标，并确定明显的表现。这是通过训练多个模型的不同任务和时间范围以及结合这些不同模型的方法来实现的，从而通过融合弱学习者来产生重大改进，以创造一个强大的学习者。

本文在线学习和优化框架内提出并开发了一种用于电力市场中风能交易的新算法。特别是，我们将梯度下降算法的组成部分自适应变体与功能驱动的新闻册模型的最新进展相结合。这导致了一种在线产品的方法，能够利用数据丰富的环境，同时适应能源发电和发电市场的非平稳特征，并且具有最小的计算负担。根据几个数值实验，对我们的方法的性能进行了分析，既显示了对非平稳性不确定参数的更好适应性和显着的经济增长。

作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。

石油场和地震成像的储层模拟被称为石油和天然气（O＆G）行业中高性能计算（HPC）最苛刻的工作量。模拟器数值参数的优化起着至关重要的作用，因为它可以节省大量的计算工作。最先进的优化技术基于运行大量模拟，特定于该目的，以找到良好的参数候选者。但是，在时间和计算资源方面，使用这种方法的成本高昂。这项工作提出了金枪鱼，这是一种新方法，可增强使用性能模型的储层流仿真的最佳数值参数的搜索。在O＆G行业中，通常使用不同工作流程中的模型合奏来减少与预测O＆G生产相关的不确定性。我们利用此类工作流程中这些合奏的运行来从每个模拟中提取信息，并在其后续运行中优化数值参数。为了验证该方法，我们在历史匹配（HM）过程中实现了它，该过程使用Kalman滤波器算法来调整储层模型的集合以匹配实际字段中观察到的数据。我们从许多具有不同数值配置的模拟中挖掘了过去的执行日志，并根据数据提取的功能构建机器学习模型。这些功能包括储层模型本身的属性，例如活动单元的数量，即模拟行为的统计数据，例如线性求解器的迭代次数。采样技术用于查询甲骨文以找到可以减少经过的时间的数值参数，而不会显着影响结果的质量。我们的实验表明，预测可以平均将HM工作流程运行时提高31％。

随着高级数字技术的蓬勃发展，用户以及能源分销商有可能获得有关家庭用电的详细信息。这些技术也可以用来预测家庭用电量（又称负载）。在本文中，我们研究了变分模式分解和深度学习技术的使用，以提高负载预测问题的准确性。尽管在文献中已经研究了这个问题，但选择适当的分解水平和提供更好预测性能的深度学习技术的关注较少。这项研究通过研究六个分解水平和五个不同的深度学习网络的影响来弥合这一差距。首先，使用变分模式分解将原始负载轮廓分解为固有模式函数，以减轻其非平稳方面。然后，白天，小时和过去的电力消耗数据作为三维输入序列馈送到四级小波分解网络模型。最后，将与不同固有模式函数相关的预测序列组合在一起以形成聚合预测序列。使用摩洛哥建筑物的电力消耗数据集（MORED）的五个摩洛哥家庭的负载曲线评估了该方法，并根据最新的时间序列模型和基线持久性模型进行了基准测试。

The cyber-physical convergence is opening up new business opportunities for industrial operators. The need for deep integration of the cyber and the physical worlds establishes a rich business agenda towards consolidating new system and network engineering approaches. This revolution would not be possible without the rich and heterogeneous sources of data, as well as the ability of their intelligent exploitation, mainly due to the fact that data will serve as a fundamental resource to promote Industry 4.0. One of the most fruitful research and practice areas emerging from this data-rich, cyber-physical, smart factory environment is the data-driven process monitoring field, which applies machine learning methodologies to enable predictive maintenance applications. In this paper, we examine popular time series forecasting techniques as well as supervised machine learning algorithms in the applied context of Industry 4.0, by transforming and preprocessing the historical industrial dataset of a packing machine's operational state recordings (real data coming from the production line of a manufacturing plant from the food and beverage domain). In our methodology, we use only a single signal concerning the machine's operational status to make our predictions, without considering other operational variables or fault and warning signals, hence its characterization as ``agnostic''. In this respect, the results demonstrate that the adopted methods achieve a quite promising performance on three targeted use cases.

在带有电动车队的乘车系统中，充电是一个复杂的决策过程。大多数电动汽车（EV）出租车服务要求驾驶员做出利己主义决定，从而导致分散的临时充电策略。车辆之间通常缺乏或不共享移动性系统的当前状态，因此无法做出最佳的决定。大多数现有方法都不将时间，位置和持续时间结合到全面的控制算法中，也不适合实时操作。因此，我们提出了一种实时预测性充电方法，用于使用一个名为“闲置时间开发（ITX）”的单个操作员进行乘车服务，该方法预测了车辆闲置并利用这些时期来收获能量的时期。它依靠图形卷积网络和线性分配算法来设计最佳的车辆和充电站配对，以最大程度地提高利用的空闲时间。我们通过对纽约市现实世界数据集的广泛模拟研究评估了我们的方法。结果表明，就货币奖励功能而言，ITX的表现优于所有基线方法至少提高5％（相当于6,000个车辆操作的$ 70,000），该奖励奖励功能的建模旨在复制现实世界中乘车系统的盈利能力。此外，与基线方法相比，ITX可以将延迟至少减少4.68％，并且通常通过促进顾客在整个车队中更好地传播乘客的舒适度。我们的结果还表明，ITX使车辆能够在白天收获能量，稳定电池水平，并增加需求意外激增的弹性。最后，与表现最佳的基线策略相比，峰值负载减少了17.39％，这使网格操作员受益，并为更可持续的电网使用铺平了道路。

员工分册是将可用员工分配开放班的过程。自动化它对几乎所有行业具有无处不在的实用益处，例如减少手动工作量并产生灵活，高质量的时间表。在这项工作中，我们开发了一种混合方法，将混合整数线性编程（MILP）与散点图，一种进化算法相结合，具有用作SWISSGrid的员工订购的优化，在那里是一个很大程度上是一个很大程度上的手动过程。混合方法担保遵守劳动法，最大限度地提高员工的偏好满意度，并尽可能均匀地分配工作量。最重要的是，它被证明是一种坚固且有效的算法，一致地解决了与使用最先进的商业求解器的MILP独立方法更加稳定地达到近乎最优的复杂性的逼真问题。提出了几种实际扩展和用例，该案例被纳入当前正在进行SwissGrid中的试点的软件工具中。