Relatório final

 

Novos algoritmos para sistemas de produção, localização e transportes

Sigla: NASPLOT

Processo CNPq no. 472310/01-1

Coordenador:

Luiz Antonio Nogueira Lorena

lorena@lac.inpe.br

http://www.lac.inpe.br/~lorena

 

 

 

 

Resumo do projeto

 

Este projeto visa contribuir com o desenvolvimento de novos algoritmos eficientes para problemas de Otimização Combinatória. Serão enfocados especialmente os problemas que aparecem nos sistemas de produção, localização e transportes. Serão desenvolvidos algoritmos usando os conceitos de relaxação Lagrangeana/surrogate combinada com o processo de geração de colunas. Também serão exploradas aplicações do Algoritmo Genético Construtivo. Espera-se produzir trabalhos de qualidade que poderão ser divulgados internacionalmente.

 

Principais resultados obtidos

Os resultados obtidos com a pesquisa foram:

 

  1. Estudou-se o uso da relaxação Lagrangean/surrogate (lagsur) no processo de geração de colunas, visando estabilizar e acelerar o método tradicional de geração de colunas. Um trabalho inicial foi produzido, aplicando o processo ao problema de p-medianas (trabalho conjunto de Luiz A. N. Lorena e Edson L. F. Senne). A aplicação ao problema de p-medianas capacitado foi apresentada em congresso internacional específico da área de localização, o IX ISOLDE, realizado no Canadá em junho/2002. A estabilização lagsur foi ainda testada com sucesso para o problema de p-medians não capacitado, sendo integrada pela primeira vez a um método exato tipo branch-and-price. Um trabalho em congresso internacional foi apresentado no EURO/INFORMS - Istambul (julho/2003). Um artigo foi publicado na revista Computers and Operations Research e outro foi aceito para publicação na mesma revista.
  2. O bolsista Marcos A. Pereira (orientação conjunta de Luiz A. N. Lorena e Édson L. F. Senne) está aplicando o método de estabilização lagsur para resolver problemas de máxima cobertura por geração de colunas. Os resultados da aplicação da estabilização lagsur com o método subgradientes saíram publicados em revista internacional em 2002. A aluna de doutorado Silvely N. Salomão (orientação conjunta de Luiz A. N. Lorena e Édson Luiz F. Senne) iniciou a implementação da estabilização lagsur para o Problema Generalizado de Atribuição (PGA). Os dois alunos desenvolverão algoritmos branch-and-price estabilizados pela relaxação lagsur. Um artigo conjunto divulgando e colocando de forma geral a estabilização lagsur, foi publicado em 2003 na revista Pesquisa Operacional (edição especial de aniversário do Prof. Nelson Maculan). Outros problemas relacionados, como os que envolvem a programação de horários para empregados (crews), estão sendo pesquisados por outros alunos (mestrado e doutorado).
  3. O trabalho "School Location Methodology in Urban Areas of Developing Countries" realizado em conjunto com Nélio Pizzolato (PUC – Rio de Janeiro) e Fabrício Barcelos foi premiado com a terceira colocação no concurso OR for Development Prize Competition realizado durante o congresso IFORS2002 - The sixteenth triennial conference of the International Federation of Operational Research Societies, em julho 2002. Uma publicação internacional e uma ncional devem sair como resultados de divulgação.
  4. Foi publicado no European Journal of Operational Research (autores Luiz A. N. Lorena e Marcelo G. Narciso) o trabalho desenvolvido na tese de doutorado de Marcelo G. Narciso: "Uma aplicação da relaxação Lagrangeana/surrogate ao problema simétrico do Caixeiro Viajante". Neste trabalho o método usual de subgradientes é melhorado usando as informações locais da relaxação surrogate. Na mesma linha foi publicada em revista internacional pesquisa sobre a estabilização lagsur combinada a algoritmos de busca local para problemas de p-medianas com capacidades (autores Luiz A. N. Lorena e Edson L. F. Senne).
  5. A aluna Missae Yamamoto defendeu sua tese de doutorado (em setembro de 2003) em uma linha de pesquisa iniciada em sua dissertação de mestrado (orientação de Luiz A. N. Lorena). O problema estudado surge na confecção automática de mapas usando Sistemas de Informações Geográficas (SIGs), e é conhecido como rotulação de pontos. Basicamente o problema é o de escrever rótulos em pontos (nomes de cidades) de forma clara e evitando conflitos entre rótulos (não podem ocupar o mesmo espaço). O problema foi modelado e resolvido de forma aproximada como uma aplicação do Algoritmo Genético Construtivo (AGC). Também foi aplicado para problemas pequenos um algoritmo exato do tipo branch and bound. Os resultados de sua dissertação de mestrado foram publicados em 2003 em revista de circulação internacional, e os novos resultados da tese de doutorado foram apresentados em congresso internacional (MIC΄2003) e nacional, e submetidos para publicação em revista internacional.
  6. Os resultados da aplicação do AGC a problemas de localização foram melhorados com a introdução do algoritmo de localização-alocação alternada como heurística de mutação no processo evolutivo. O problema das p-medianas foi focalizado em trabalhos conjuntos de L. A. N. Lorena, M. G. Narciso para aplicações em agricultura. O aluno Reinaldo G. Arakaki (orientação de Luiz A. N. Lorena) defendeu sua tese de doutorado (em abril de 2002) onde foram abordados os problemas de p-medianas capacitado e de máxima cobertura como aplicações do AGC. Trabalhos foram apresentados em congressos internacional e nacional.
  7. Um trabalho foi desenvolvido com o aluno de doutorado Alexandre César M. Oliveira (orientação de Luiz A. N. Lorena), aplicando o AGC ao problema de Gate Matrix Layout (para VLSI), onde os melhores resultados foram reproduzidos com maior freqüência que os obtidos por outras abordagens heurísticas, e com tempos computacionais competitivos. O trabalho foi publicado em revista de circulação internacional. Recentemente um problema relacionado (o problema MOSP que visa a minimização do número máximo de pilhas abertas no processo de cortes de padrões em estoque) foi analisado usando o AGC com resultados muito bons. O AGC realizou um treinamento populacional com a heurística 2-opt, a mesma usada para o problema de VLSI. Um trabalho apresentado no congresso SBIA foi publicado na série Lecture Notes in Artificial Intelligence. Um trabalho em congresso internacional foi apresentado no EURO/INFORMS - Istambul (julho/2003).

 

 

Trabalhos publicados:

 

Lorena, L.A.N.; Pereira M.A.

A Lagrangean/surrogate heuristic for the maximal covering location problem using Hillsman's edition.

International Journal of Industrial Engineering 9(1), 57-67, 2002

Lorena, L.A.N.; Narciso, M.G.

Using logical surrogate information in Lagrangean relaxation: an application to symmetric traveling salesman problems.

European Journal of Operational Research, 138 (3): 473-483, 2002.

Yamamoto, M.; Camara, G.; Lorena, L.A.N.

Tabu search heuristic for point-feature cartographic label placement.

GeoInformatica - An International Journal on Advances of Computer Science for Geographic Information Systems, 6 (1): 77-90, 2002.

Oliveira A. C. M. and Lorena, L. A. N.
A Constructive Genetic Algorithm for Gate Matrix Layout Problems.
IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. Vol. 21, no. 8, pp 969-974, 2002

Oliveira A. C. M. and Lorena, L. A. N.
2-opt population training for minimization of open stack problem
In: Advances in Artificial Intelligence, G. Bittencourt and G. L. Ramalho (eds.), Springer Lecture Notes in Artificial Intelligence Series – Vol. 2507 , pp. 313-323, 2002

Narciso, M. G. ; Lorena, L.A.N.
Uso de algoritmos genéticos em sistemas de apoio a decisão para alocação de recursos no campo e na cidade
Revista Brasileira de AgroInformatica, vol. 4 , n. 2, p. 90-101, 2002

Lorena, L. A. N.; Pereira. M. A. e S. N. A. Salomão
A relaxação Lagrangeana/surrogate e o método de geração de colunas: novos limitantes e novas colunas
Pesquisa Operacional 23 (1): 29-47 - 2003

Edição Especial - 60 anos Prof. Nelson Maculan

Lorena, L.A.N.
Analise espacial de redes com aplicações em sistemas de informações geográficas
Revista Produção (on-line) – 2003

Senne. E.L.F. and Lorena, L.A.N.
Abordagens Complementares para problemas de p-medianas
Revista Produção 13(3) - 2003

Lorena, L. A. N. and Senne, E. L. F.
Local search heuristics for capacitated p-median problems
Networks and Spatial Economics 3: 407-419, 2003

Lorena, L.A.N. and Senne, E. L. F.
A Column Generation Approach to Capacitated p-median Problems
Computers & Operations Research 31: 863-876, 2004

 

 

Trabalhos aceitos para publicação:

 

Lorena, L.A.N.; Narciso, M.G.; Beasley J.E.

A constructive genetic algorithm for the generalized assignment problem.

Evolutionary Optimization.

Senne. E.L.F. ; Lorena, L.A.N. and Pereira, M. A.
A branch-and-price approach to p-median location problems
Computers & Operations Research - 2003

Pizzolato, N.D.; Barcelos, F.B.; Lorena, L.A.N.

School Location Methodology in Urban Areas of Developing Countries

International Transactions in Operational Research – 2002.

Barcelos, F. B.; Pizzolato, N. D. and Lorena, L. A. N.
Localização de escolas do ensino fundamental com modelos capacitado e não-capacitado: caso de Vitoria/ES
Pesquisa Operacional - 2003

Edição Especial - 60 anos Prof. Roberto Galvão

 

Trabalhos submetidos para publicação:

 

Oliveira A. C. M. and Lorena, L. A. N.
Sequencing cutting patterns and VLSI gates by population training algorithms
INFORMS journal on Computing -2003

Yamamoto, M. and Lorena, L. A. N.
A Constructive Genetic Approach to Point-Feature Cartographic Label Placement
book "Progress as Real Problem Solvers - Kluwer - 2003

 

 

Trabalhos apresentados em congressos:

 

Lorena, L.A.N.; Pereira, M.A.; Salomão, S.N.A.

Lagrangean/surrogate relaxation and column generation: new bounds and new columns

CO2002 - International Symposium on Combinatorial Optimization, Paris, April, 2002.

Lorena, L.A.N.; Senne. E.L.F.

A column generation approach to capacitated p-median problems

ISOLDE – 9th International Symposium on Locational Decisions, Fredericton, New Brunswick, Canada, June, 2002.

Narciso, M. G.; Lorena, L.A.N.

Uso de algoritmos genéticos em sistemas de apoio a decisão para alocação de recursos no campo e na cidade.

Anais do III Congresso da SBI-Agro. Sociedade Brasileira de Informática Aplicada à Agropecuária e Agroindústria, 2002. p.172 – 176.

Pizzolato, N.D.; Barcelos, F.B.; Lorena, L.A.N.

School Location Methodology in Urban Areas of Developing Countries

IFORS2002 - The sixteenth triennial conference of the International Federation of Operational Research Societies, hosted by the UK Operational Research Society, july, 2002.

Trabalho finalista: OR for Development Prize Competition (3Ί colocado).

Oliveira A. C. M. and Lorena, L. A. N.

2-opt population training for minimization of open stack problem

SBIA'02 - XVI Brazilian Symposium on Artificial Intelligence - Porto de Galinhas/Recife - 11 a 14 de novembro de 2002

Oliveira, A.C.M; Lorena, L.A.N.

Population Training approach to unconstrained numerical optimization

II Workshop dos Cursos de Computação Aplicada do INPE (II Worcap). São José dos Campos SP. 20 e 21 de Novembro de 2002.

Lorena, L.A.N. and Senne. E.L.F.
Abordagens de Geração de Colunas para um Problema de p-medianas  Capacitado
XXXIV SBPO - Rio de Janeiro - 2002 

Barcelos, F. B. , Pizzolato, N. D. and Lorena, L. A. N.
Avaliação da localização de escolas com modelos capacitado e não-capacitado e uso de uma ferramenta GIS: estudo de caso de Vitória/ES
XXXIV SBPO - Rio de Janeiro - 2002 

Oliveira A. C. M.  and Lorena, L. A. N.
Algoritmo de treinamento populacional: uma aplicação ao MOSP
VI Oficina de Problemas de Cortes e Empacotamento - UNICAMP - 9-10 dez. 2002

Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N.

Montagem de fragmentos de DNA com algoritmo evolutivo

XXXIV SBPO - Rio de Janeiro – 2002

Senne. E.L.F. and Lorena, L.A.N.
A branch-and-price approach to p-median location problems
EURO/INFORMS - Istambul - 2003

Lorena, L. A. N. and Oliveira A. C. M.
A population Training Approach to Permutation Problems
EURO/INFORMS - Istambul - 2003

Yamamoto, M. and Lorena, L. A. N.
A Constructive Genetic Approach to Point-Feature Cartographic Label Placement
MIC2003 - The Fifth Metaheuristics International Conference - Kyoto, Japan, August 25-28, 2003

Narciso, M. G. and Lorena, L. A. N.
Modelos de localização na seleção de reservas para conservação de espécies
IV Congresso da SBI-Agro - Porto Seguro, 17-19 setembro 2003

Yamamoto, M. and Lorena, L. A. N.
A Constructive Genetic Approach to Point-Feature Map Labeling
XXXV - SBPO - Natal - 04 a 07/11/2003

Senne. E.L.F. ; Lorena, L.A.N. and Pereira, M. A.
Um algoritmo Branch-and-Price para problemas de localizacao de p-medianas
XXXV - SBPO - Natal - 04 a 07/11/2003

Oliveira A. C. M. ; Lorena, L. A. N. ; Stephani, S. and Preto, A. J.
An Hierarchical Fair Competition Genetic Algorithm for Numerical Optimization
III WORCAP - INPE - São José dos Campos - 2003

Figueiredo, A. P. S.; Lorena, L. A. N. and Carvalho, S. V.
Modelos de localização de ambulâncias
III WORCAP - INPE - São José dos Campos - 2003

 

 

Trabalhos aceitos para apresentação em congressos:

Oliveira, A. C. M. and Lorena, L. A. N.

Real-coded evolutionary approaches to unconstrained numerical optimization

LAPTEC2002 - Terceiro Congresso de Lógica Aplicada a Tecnologia - São Paulo - 11 a 13 de novembro de 2002

Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N.

Population Training Algorithm for Clustering on Trees.

INFORMS Annual Meeting 2002 San Jose - November 17 -20, 2002

Senne. E.L.F. and Lorena, L.A.N.

Complementary Approaches for a Clustering Problem

11o. CLAIO - Latin-American Conference on Operations Research - Concepcion - Chile - October 27 - 30, 2002

Narciso, M. G. ; Lorena, L.A.N.
Uma abordagem de geração de colunas para o problema do caixeiro viajante
XXV CNMAC - Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional - Nova Friburgo, 16 a 19 de setembro de 2002 

 

Teses e dissertações:

Reinaldo G. I. Arakaki

Heurística de Localização-alocação para problemas de localização de facilidades

Doutorado em Computação Aplicada no INPE

Orientador: Luiz Antonio Nogueira Lorena

Data da defesa: abril de 2002.

Missae Yamamoto

Novos algoritmos para o problema de rotulação cartográfica de pontos
Doutorado em Computação Aplicada no INPE

Orientador: Luiz Antonio Nogueira Lorena

Data da defesa: setembro de 2003.



Projetos de pesquisa:

Temáticos

1. SISTEMAS DE APOIO À DECISÃO USANDO REDES E SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS

Sigla: ARSIG-2

Projeto temático – FAPESP

http://www.lac.inpe.br/~lorena/ArsigIndex.html

Situação atual: encerrado em julho-2002

Equipe:

Coordenador:

Dr. Luiz Antonio Nogueira Lorena

Pesquisador Titular - LAC/INPE

Participantes do INPE:

Dr. Luiz Antonio Nogueira Lorena

Dr. Horácio Hideki Yanasse

Dr. João Argemiro C. Paiva

Marcos A. Pereira – bolsista PCI – CNPq

Participantes da FEG/UNESP:

Prof. Dr. Edson Luiz França Senne

Prof. Dr. Edgard Dias Batista Júnior

Prof. Dr. José Celso Freire Júnior

Participantes do CNPTIA/EMBRAPA:

Dr. Marcelo Gonçalves Narciso

 

 

 

 

2. TEORIA E PRÁTICA DOS PROBLEMAS DE CORTE E EMPACOTAMENTO

Pesquisador participante do projeto temático aprovado pela FAPESP envolvendo pesquisadores da UFSCar, USP/SCar, UNICAMP, UNESP-Baurú, USP-Poli, ITA e INPE, 2001. (Processo FAPESP No. 2001/02972-2). Vigência: 01/09/2001 a 31/08/2004.

 

Outros projetos de pesquisa

Bolsa Pesquisa – CNPq proc. 300837/89-5

Pesquisador 1-B

2001-2004

Auxílio Pesquisa – CNPq proc. 470858/03-6

2003-2005

 

Docência e orientação:

Curso: Computação Aplicada no INPE

Docência

Otimização Combinatória - 3° período 2002

Otimização Combinatória - 3° período 2003

Orientação

Marcelo Seido Nagano

Pós-doutorado

A partir de fevereiro - 2003

Reinaldo G. I. Arakaki

Doutorado

defendeu em abril de 2002

Missae Yamamoto

Doutorado

defendeu em setembro de 2003

Alexandre César Muniz de Oliveira

Doutorado

(co-orientação com Sandra A. Sandri)

a partir de junho/1999

Silvely Nogueira de Almeida Salomão

Doutorado

(co-orientação com Edson L. F. Senne)

a partir de março/2000

Marcos A. Pereira

Doutorado

(co-orientação com Edson L. F. Senne)

A partir de setembro de 2001

Glaydston M. Ribeiro

Doutorado

A partir de junho 2003

Geraldo R. Mauri

Mestrado

A partir de março 2003

 

Assessorias

FAPESP: Assessor para pedidos de bolsas e auxílios.

CNPq: Assessor para pedidos de bolsas, cooperação internacional e auxílios.

CAPES: Assessor para pedido de auxílio.

Revisor

Revistas internacionais: European Journal of Operational Research, Networks, International Journal of Industrial Engineering, Journal of Combinatorial Optimization, Annals of Operations Research

Revistas nacionais: Produção (Membro do Conselho Científico), Pesquisa Operacional, Boletim SBMAC

Editoria

Editor Associado das Revistas Produção, Produção on-line e Pesquisa Operacional.

 

 

 

Resumo das atividades

Auxílio pesquisa – período 18-12-2001 a 18-12-2003

Luiz Antonio Nogueira Lorena

                 

Trabalhos

Internacionais

Nacionais

Total parcial

 

Orientação

Final

Em andamento

Total parcial

Publicados em revistas e/ou capítulos de livros

7

4

 

 

11

 

Doutorado

2

4

7

Aceitos para publicação

3

1

4

 

Mestrado

 

1

1

Submetidos para revistas

2

 

2

 

Pós-doutorado

 

1

1

Apresentados em congressos

7

11

18

 

Totais

2

6

9

Totais

 

19

16

35

 

 

 

 

 

 

Projetos

CNPq

FAPESP

Total parcial

 

Temáticos

 

2

2

 

 

Bolsa Pesquisa

 

1

 

 

1

 

Totais

1

 

2

3