Quantum-inspired method of neural modeling of the day-ahead market of the Polish electricity exchange

• Autorzy: Tchórzewski Jerzy , Ruciński Dariusz
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents selected elements of a modelling methodology involving quantization, quantum calculations and dequantization on the example of the neural model of the Day-Ahead Market of the Polish Electricity Exchange. Based on the fundamental assumptions of quantum computing, a new method has been proposed here of converting the real numbers in decimal notation into quantum mixed numbers using the probability modules of quantum mixed number and the principle of superposition, along with a new method of quantum calculations using linear algebra and vectormatrix calculus, and the Artificial Neural Network was taught accordingly. Dequantization of quantum mixed numbers to real numbers in decimal notation using the new method of dequantization has been proposed as well. The operation of the methods introduced was shown on numerical examples.

Słowa kluczowe

EN

artificial neural networks; day-ahead market; dequantization with ANN; neural modeling; quantum inspired method; quantum computing; Polish Electricity Exchange; system quantization

• Wydawca: Systems Research Institute, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Control and Cybernetics
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 50, No. 3
• Strony: 383--399
• Opis fizyczny: Bibliogr 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Tchórzewski Jerzy

• University of Natural Sciences and Humanities, Computer Science Institute, 3-Maja 54, 08-110 Siedlce, Poland

autor

Ruciński Dariusz

• University of Natural Sciences and Humanities, PhD Student at Comupter Science Institute, 3-Maja 54, 08-110 Siedlce, Poland

Bibliografia

• Adamowski, J. (2019) Podstawy obliczeń kwantowych [Foundations of quantum calculations; in Polish]. Wykłady na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, Kraków, http://www.ftj.agh.edu.pl [accessed: 14 September 2019].
• Arabas, J. (2016) Wykłady z algorytmów ewolucyjnych [Lectures in evolutionary algorithms; in Polish]. WNT, Warszawa.
• Bernhardt, C. (2020) Obliczenia kwantowe dla każdego [Quantum calculations for everyone; in Polish]. PWN, Warszawa.
• Chudy, M. (2011) Wprowadzenie do informatyki kwantowej [Introduction into quantum informatics; in Polish]. OW EXIT, Warszawa.
• Ciechulski, T. and Osowski, S. (2014) Badanie jakości predykcji obciążeń elektroenergetycznych za pomocą sieci neuronowych SVM, RBF i MLP [Analysis of quality of prediction of electric power loads with neural networks; in Polish]. Przegląd Elektrotechniczny, 90, 8, 148-151.
• Feynman, R. P., Leughton, R. B. and Sands M. (2014) Feynmana wykłady z fizyki [Feynman’s lectures in physics; in Polish]. Tom 3. Mechanika kwantowa [Volume 3: Quantum mechanics]. PWN, Warszawa.
• Giaro, K. and Kamiński, M. (2003) Wprowadzenie do algorytmów kwantowych [Introduction into quantum algorithms; in Polish]. AOW EXIT, Warszawa.
• Heller, M. (2016) Elementy mechaniki kwantowej dla filozofów [Elements of quantum mechanics for philosophers; in Polish]. Copernicus Center Press, Kraków.
• Hirvensalo, M. (2004) Algorytmy kwantowe [Quantum algorithms; in Polish]. WSiP, Warszawa.
• Le Belac, M. (2018) Wstęp do informatyki kwantowej [Introduction into quantum informatics in Polish]. WN PWN, Warszawa.
• Kaczorek T. (1998) Wektory i macierze w automatyce i elektronice [Vectors and matrices in control and electronics; in Polish]. WNT, Warszawa.
• Kaczorek, T., Dzieliński, A., Dąbrowski, W. and Łopatka R. (2020) Podstawy teorii sterowania [Foundations of control theory; in Polish]. WNT, Warszawa.
• Michalewicz, Z. (2003) Algorytmy genetyczne + struktury danych = programy ewolucyjne [Genetic algorithms + data structures = evolutionary programs in Polish]. WNT. Warszawa.
• Mielczarski, W. (2000) Rynki energii elektrycznej. Wybrane aspekty techniczne i ekonomiczne [Electric power markets. Selected technical and economic aspects; in Polish]. ARE S.A. and Energoprojekt-Consulting S.A., Warszawa.
• Miller, A. and Bućko, P. (2014) Zastosowanie Sztucznych Sieci Neuronowych do Prognozowania Cen na Gie ldzie Energii [Applying Artificial Neural Networks in Forecasting of Prices on Power Exchange; in Polish]. Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. 40.
• Mulawka J. J. (1996). Systemy ekspertowe [Expert systems; in Polish]. WNT, Warszawa.
• Obuchowicz, A. (2013) Algorytmy ewolucyjne z mutacją stabilną [Evolutionary algorithms with stable mutation; in Polish]. OW EXIT, Warszawa.
• Osowski, S. (2020) Sztuczne sieci neuronowe do przetwarzania informacji [Artificial neural networks for information processing; in Polish]. OW PW, Warszawa.
• Ruciński, D. (2018) Modelowanie neuronalne cen na Towarowej Giełdzie Energii Elektrycznej wspomagane algorytmem ewolucyjnym oraz inspirowane obliczeniami kwantowymi [Neural modeling of prices on Electric Power Exchange assisted by an evolutionary algorithm and inspired by quantum calculations; in Polish]. Doctoral dissertation under supervision of Prof. Jerzy Tchórzewski. IBS PAN, Warszawa.
• Sussking, L and Friedeman, A. (2016) Mechanika kwantowa. Teoretyczne minimum [Quantum mechanics. Theoretical minimum; in Polish]. Prószyński i S-ka, Warszawa.
• Sawerwain M. and Wiśniewska J. (2015) Informatyka kwantowa. Wybrane obwody i algorytmy [in Polish]. PWN, Warszawa.
• Tadeusiewicz, R. and Szaleniec M. (2015) Leksykon sieci neuronowych [Lexicon of neural networks; in Polish]. Wydawnictwo Fundacji Projekt-Nauka, Wrocław.
• Tchórzewski, J. (1992) Cybernetyka życia i rozwoju systemów [Cybernetics of life and development of systems; in Polish]. Monografie 22. Wydawnictwo WSRP, Siedlce.
• Tchórzewski, J. (2013) Rozwój systemu elektroenergetycznego w ujęciu teorii sterowania i systemów [Development of the electric power system in the perspective of control and systems theory; in Polish]. OWPWr.,Wrocław.
• Tchórzewski, J. and Ruciński D. (2020) Design Methodology for the Quantum-Inspired Artificial Intelligence Methods on the Example of Price Determination at the Polish Electric Power Exchange. Konferencja PAEE, Warszawa.
• Tchórzewski, J. and Ruciński, D. (2018) Quantum-inspired Artificial Neural Networks and Evolutionary Algorithms Methods Applied to Modeling of the Polish Electric Power Exchange Using the Day-ahead Market Data. Information Systems in Management, 7, 3, 201–212.
• Tchórzewski, J. and Ruciński, D. (2016) Quantum inspired evolutionary algorithm to improve parameters of neural models on example of Polish electricity power exchange. IEEE Digital Library, Proceedings of Electric Power Networks (EPNet), 1-8.
• Wright, J. and Jordanov I. (2017) Quantum inspired evolutionary algorithms with improved rotation gates for real-coded synthetic and real world optimization problems. Integrated Computer-Aided Engineering, 24, 3, 203-223.