Relatórios
| 2. Principais resultados alcançados |
A apresentação dos resultados no período está dividida em três itens:
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Problemas de Localização de Facilidades e relacionados A relaxação Lagrangeana/surrogate foi aplicada com sucesso aos seguintes problemas de localização de facilidades: p-medianas, p-medianas capacitado, p-medianas com restrição de distância máxima, localização de máxima cobertura e a um problema de localização com competição, em uma cooperação entre os pesquisadores Luiz A. N. Lorena e Edson L. F. Senne, e o bolsista Marcos A. Pereira. Um trabalho foi publicado como capítulo de livro com circulação internacional e outros dois foram submetidos para publicação em revistas de circulação internacional. Os resultados de trabalhos anteriores sobre p-medianas foram sensivelmente melhorados, com a introdução de um algoritmo de localização-alocação alternada, usado para viabilizar soluções duais no processo de otimização por subgradientes. Como nova área de pesquisa está sendo proposto o uso da relaxação Lagrangean/surrogate 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 Edson L. F. Senne e Luiz A. N. Lorena). Os resultados foram muito bons e o artigo será apresentado no congresso EURO 2001 a ser realizado na Holanda. Também foi submetido para publicação em revista de circulação internacional. Estamos iniciando aplicação ao problema de p-medianas capacitado. Os resultados da aplicação do Algoritmo Genético Construtivo (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 um trabalho conjunto de L. A. N. Lorena, Marcelo G. Narciso e J. C. Furtado. O aluno de doutorado Reinaldo G. Arakaki abordou os problemas de p-medianas capacitado e de máxima cobertura. Um trabalho foi submetido para publicação em revista internacional. Trabalhos foram apresentados em congressos internacional e nacional. O problema de localização capacitado foi considerado como aplicação na localização de silos em cooperativas agrícolas, numa tentativa de identificar e propor soluções para problemas de redes no ambiente agrícola. O AGC foi aplicado ao problema e os resultados serão apresentados em congresso nacional. Novos problemas estão sendo identificados. O problema de localização de facilidades é um problema conhecido na literatura como de carga fixa. Um outro problema de carga fixa está sendo estudado pelo aluno Marcelo Saraiva Limeira (orientação de Horacio Hideki Yanasse). O problema focalizado é o de redução do número de padrões em problemas de corte para o caso unidimensional. Cabe lembrar que para o caso unidimensional é possível modelar o problema de corte como um problema de minimização de fluxo em grafos. Foi desenvolvido uma heurística que procura gerar alguns bons padrões de corte que permitem completar a demanda de mais de um item e, desta forma, reduzir o número total de padrões distintos. Limitantes inferiores foram pesquisados mas apenas um bem simples foi identificado e que apresenta qualidade limitada. A heurística proposta e resultados parciais foram apresentados no INFORMS Annual Meeting - San Antonio, Fall 2000, realizado na cidade de San Antonio, Texas, EUA. A heurística proposta utiliza numa segunda fase métodos de redução já sugeridos na literatura. A implementação e testes destes métodos ainda está sendo conduzida e a dificuldade encontra-se na implementação e reprodução dos resultados dos métodos sugeridos na literatura para a segunda fase, particularmente dos tempos computacionais que estão demasiadamente longos. Alguns testes computacionais parciais já foram conduzidos mostrando desempenho superior a outros procedimentos propostos anteriormente na literatura. A realização de testes computacionais mais extensos deverá ser conduzida neste período e um artigo para submissão em uma revista especializada descrevendo a heurística completa e relatando os resultados deverá ser preparado.
O problema de roteamento de veículos com janelas de tempo vem sendo estudado pelo bolsista Marcos A. Pereira (orientação de Luiz A. N. Lorena), visando a aplicação da relaxação lagrangeana/surrogatete com métodos subgradientes e com o processo de geração de colunas. Problemas relacionados, como o de programação de horários para empregados (crews) estão sendo pesquisados. Um problema clássico, relacionado ao roteamento de veículos, usado na fase de clustering é o Problema Generalizado de Atribuição (PGA). A aplicação da relaxação Lagrangeana/surrogate ao PGA resultou em resultados excelentes com grande economia de tempo computacional, principalmente para a decomposição Lagrangeana. A aluna de doutorado Silvely N. Salomão (orientação de Luiz A. N. Lorena) iniciou a implementação de relaxação Lagrangeana/surrogate no processo de geração de colunas, visando estabilizar a solução do modelo de particionamento. Estamos pensando em resolver o problema de forma exata usando o método branch-and-price combinado com a relaxação Lagrangeana/surrogate. Está sendo desenvolvida em cooperação entre os pesquisadores Luiz A N. Lorena, Marcelo G. Narciso e John Beasley (Imperial College) uma aplicação do AGC para o PGA. Os resultados obtidos são muito bons quando comparados a aplicação de Algoritmos Genéticos clássicos. Um artigo foi submetido para publicação em revista internacional. Foi aceito para publicação 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.
Uma nova metodologia para avaliação do desempenho de sistemas de transporte foi desenvolvida por Edgard Dias Batista Jr. e Edson L.F. Senne. O trabalho "TRANSIS: Um Novo Método para Avaliar o Desempenho de Sistemas de Transporte Urbano de Passageiros" foi apresentado no 21º Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes, Gramado, RS, nov. 2000, tendo recebido o Prêmio CNT Produção Acadêmica, conferido pela Confederação Nacional de Transporte. A implementação desta metodologia tem resultado em vários sistemas de apoio à decisão, como os relacionados a seguir. TranSIG - Sistema de apoio à decisão para planejamento de transporte urbano de passageiros. Vem sendo desenvolvido, por meio de projetos de Iniciação Científica. Este sistema irá dispor das funcionalidades de SIG proporcionadas pela biblioteca MapObjects e deverá utilizar algoritmos (já desenvolvidos por Edgard Dias Batista Jr. e Edson L.F. Senne) para a determinação do itinerário de linhas viáveis, o levantamento do conjunto de possíveis trajetos entre as diferentes regiões da área em estudo e para a determinação dos intervalos entre partidas, nos horários de pico e entre-picos, de uma rede de linhas de transporte público. Foi concluída no período a orientação ao aluno André Segismundo (orientador Edson L. F. Senne), que iniciou o desenvolvimento do sistema. O sistema TranSIG continua a ser desenvolvido pelo aluno Renan Kirihata (orientador Edson L. F. Senne). Trabalhos relativos ao sistema TranSIG foram submetidos para apresentação no ENEGEP 2001. Dimensionamento de rede de linhas de transporte urbano de passageiros - Estão sendo implementadas rotinas computacionais para o processamento de métodos de expansão e de distribuição considerando diferentes matrizes origem-destino. Foram implementadas rotinas computacionais que, a partir dos resultados de uma pesquisa Origem-Destino, possibilitam conhecer a distribuição das viagens entre as diferentes regiões de uma cidade, isto é, possibilitam a determinação das matrizes origem-destino. Para tanto, implementou-se métodos de expansão que, partindo de uma amostra coletada através da pesquisa Origem-Destino, expande seus resultados para o total da população no ano-base. Foram implementados também métodos de distribuição que permitem determinar as previsões de deslocamento entre as diferentes regiões da cidade, para um dado ano-meta a partir de dados do ano-base. Estas rotinas fazem parte do sistema TranSIG, para o qual as matrizes origem-destino geradas pelos diferentes métodos são consideradas dados de entrada. A implementação das rotinas computacionais foi executada pelos bolsistas de Iniciação Científica Marcelo Maciel Amaral e Carlos Kazuo Missão, sob a orientação de Edgard Dias Batista Jr. SIGPOP - Sistema de apoio à decisão para gerenciamento de pontos de parada. Vem sendo desenvolvido por meio de projeto de Iniciação Científica PIBIC/CNPq da aluna Ana Paula Teixeira (orientador Edgard Dias Batista Jr.). A adequada gestão de pontos de parada de um sistema de transporte coletivo constitui um fator chave para o bom desempenho, principalmente pelo fato de constituírem a porta de entrada de tal sistema. O sistema utiliza recursos de SIG e pretende disponibilizar aos planejadores de transporte, as informações necessárias e as condições propícias para a tomada de decisões como: o melhor local para instalar um ponto de parada, a melhor distância entre determinados pontos de parada, os pontos de parada que necessitam de manutenção ou de ampliação. A base de dados geo-referenciada do SIGPOP contém informações pertinentes aos pontos de parada e às linhas de transporte coletivo, tais como: localização dos pontos de parada; situação da estrutura e dos equipamentos existentes no ponto de parada; micro-acessibilidade: tempo médio gasto pelos usuários para se deslocarem da origem até o ponto de parada para embarque ou do ponto de parada de desembarque até o destino; linhas de transporte coletivo: pontos de parada atendidos, horários, extensão, etc. Das informações disponibilizadas pelo SIGPOP, destacam-se as seguintes: densidade de pontos de parada; índice de acessibilidade aos pontos de parada; índice de alcance da rede de transporte coletivo; índice de cobertura da rede; índice de acessibilidade à rede de transporte coletivo; espaçamento médio entre pontos de parada; índice de oferta da rede de transporte coletivo. Trabalho relacionado com o SIGPOP foi aceito para ser apresentado no XI Congresso Latinoamericano de Transporte Público Urbano, a ser realizado de 17 a 21 de setembro de 2001 em Cuba.
Problema de rotulação de pontos: A aluna Missae Yamamoto está continuando o trabalho iniciado em sua dissertação de mestrado como tese de doutorado (orientação de Luiz A N. Lorena). O problema estudado surge na confecção automática de mapas usando 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 está sendo modelado e resolvido como um problema em grafos (encontrar um conjunto independente máximo). Uma heurística simples foi proposta e estuda-se ainda a aplicação do Algoritmo Genético Construtivo. Também será proposta uma alternativa para a rotulação em tela visando aplicações em Internet e/ou mapas para consulta automática em veículos. Os resultados de sua dissertação de mestrado serão apresentados ainda este ano em revista de circulação internacional.
O aluno Geraldo Ribeiro Filho defendeu sua tese de doutorado (orientação de Luiz A. N. Lorena) com a aplicação do AGC ao problema da coloração de grafos. Trata-se de um problema clássico de grande importância. O problema apresenta várias aplicações que podem estar relacionadas as áreas do projeto (pode ser visto como um problema de clustering). Outro problema de clustering relacionado ao projeto é o problema de programação de horários (timetabling) em escolas públicas. Um trabalho que descreve a aplicação do AGC ao timetabling foi publicado na coleção Lecture Notes in Computer Science (abril 2001 - autores Geraldo R. Filho e Luiz A. N. Lorena). Um outro trabalho derivado da tese (coloração) foi submetido para publicação em revista de circulação internacional.
Na tese do aluno Geraldo Ribeiro Filho também foi estudada a aplicação do AGC ao problema da formação de células de manufatura em ambientes de produção. Máquinas que processam tarefas são agrupadas em células com o objetivo de tornar a produção mais eficiente. Trata-se também de um problema clássico com grande aplicação prática. Na formulação do AGC usa-se a relação com o problema das p-medianas, com uma medida de distância apropriada. Um trabalho foi publicado como capítulo de livro com circulação internacional.
Encontra-se em desenvolvimento um modelo de simulação do comportamento de uma bacia hidrográfica após a ocorrência de chuva. O trabalho vem sendo desenvolvido pelo aluno Marcus Eduardo Gonçalves, estagiário do Departamento de Produção da FEG/UNESP (com orientação dos professores José Celso Freire Jr. e Edgard Dias Batista Jr.) utilizando a linguagem C++ Builder e os recursos de SIG disponíveis na biblioteca de classes MapObjects. A estrutura de dados de uma versão do modelo básico já existente vem sendo alterada de modo que o sistema possa vir a ser usado para diversas bacias hidrográficas. A base de dados geo-referenciada irá possibilitar a criação de um ambiente amigável para a utilização do modelo, especialmente quanto às facilidades de tratamento das características geográficas da bacia hidrográfica: relevo, vegetação, tipo de solo, etc. A vantagem da utilização da tecnologia SIG fica evidente, considerando que, para a operacionalização do modelo, a bacia hidrográfica é dividida em células consideradas homogêneas quanto às principais características: declividade, cobertura vegetal, infiltração, etc. Para a validação do modelo em desenvolvimento serão utilizados dados do ribeirão dos Motas, próximo de Guaratinguetá, cuja bacia hidrográfica está sendo instrumentalizada pelo Departamento de Engenharia Civil da UNESP - Campus de Guaratinguetá, com recursos do projeto RECOPE/FINEP.
O aluno Alexandre Linhares defendeu sua tese de doutorado (orientação do Dr. Horácio Hideki Yanasse) apresentando diversos resultados de sua pesquisa no estudo do problema de seqüenciamento de padrões, com foco particular no problema de minimização do número máximo de pilhas abertas (MOSP) em torno de uma serra. Como já observado anteriormente, o MOSP pode ser visto como um problema de percorrimento de arcos em um grafo. Ele está também relacionado com o problema de espalhamento de ordem e o problema de minimização de descontinuidades na produção (que é equivalente a um problema do caixeiro viajante) e que também se relaciona com o problema de minimização de troca de ferramentas em uma máquina flexível de manufatura. Todos estes problemas, em sua essência, são problemas de clustering, diferindo apenas nos objetivos para a realização dos agrupamentos. A equivalência do MOSP com o problema do Gate Matrix Layout, que surge no projeto de circuitos VLSI, foi um dos primeiros resultados obtidos na tese do aluno Alexandre em um período anterior ao início deste projeto. Os resultados de complexidade computacional do problema de sequenciamento de padrões, da clarificação de conjecturas feitas na literatura, da não existência de algoritmos de aproximação absoluta para o problema de sequenciamento de padrões e outros problemas correlatos desenvolvidos em período anterior foram descritos em um artigo que foi submetido para publicação em uma revista especializada. O artigo já foi analisado pelos revisores da revista e tivemos duas opiniões conflitantes. Um dos revisores é favorável a sua publicação e o outro manifestou sua preocupação com relação ao foco mais teórico do trabalho, dizendo que a revista teria um caráter mais prático. Uma versão revisada do artigo foi preparada apresentando aplicações práticas dos resultados alcançados e rebatendo a objeção do segundo revisor. Neste período alguns avanços foram alcançados no que diz respeito à pesquisa sobre o caminho mínimo entre duas sequências pré-estabelecidas, levando-se em conta algumas vizinhanças definidas na literatura. Pode-se levantar o perfil das distâncias entre uma seqüência gerada aleatoriamente e a seqüência natural indicando que algumas vizinhanças possuem um caminho mínimo mais curto. Este resultado sugere que em métodos que utilizam busca local, algumas vizinhanças devem ser preferíveis a outras e talvez valha a pena uma pesquisa preliminar onde se verifica qual seria a vizinhança mais promissora. Uma outra potencial aplicação desta informação de distância foi sugerida no sentido de tentar melhorar a diversificação em métodos de busca atualmente sugeridos na literatura. Com esta noção de distância seria possível procurar por pontos iniciais mais "distantes" na população, garantindo uma diversificação das soluções e com isso procurar assegurar que uma busca mais "abrangente" na população de soluções esteja sendo conduzida. Discussão a respeito desta potencial aplicação foi apresentada no INFORMS Annual Meeting - San Antonio, Fall 2000, realizado na cidade de San Antonio, Texas, EUA. Baseado nestas idéias, sugestão de algumas estratégias para diversificação foram propostas. Uma dessas estratégias foi testada em uma metaheurística (variação de um simulated annealing) para resolução do MOSP e os resultados alcançados foram bastante bons, embora pode-se constatar que para este problema, a preocupação com diversificação era desnecessária pois ela ocorre de forma natural. Resultados relativos a esta pesquisa foram também submetidos para um congresso em 2001. Estudos foram recentemente iniciados pela aluna Maria José Pinto (orientação de Horácio Hideki Yanasse) no problema integrado de corte e minimização de pilhas abertas. Com relação ao MOSP, foi abordada uma variante onde as pilhas acabadas poderiam ser retiradas antes do término completo do corte do padrão. Elaborou-se uma heurística simples que apresentou soluções de boa qualidade quando comparadas com outras sugeridas na literatura para o MOSP regular. Não foram encontradas na literatura trabalhos que focalizassem esta variante considerada. Um trabalho descrevendo esta heurística e os resultados computacionais obtidos foi apresentado no XXXII Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, realizado em Viçosa, MG. Um modelo matemático inédito foi sugerido para o problema integrado de cortes e de seqüencialmento de padrões com limitação no número de pilhas abertas e sua resolução está sendo pesquisada. A pesquisa sendo conduzida pretende utilizar métodos de decomposição uma vez que cada um dos problemas isoladamente são, per si, de difícil resolução. Atualmente a resolução isolada de cada um desses problemas está sendo pesquisada, inicialmente com o problema de seqüenciamento com limitações no número de pilhas abertas. Variações de modelos para este problema foram propostos onde relaxações nas variáveis inteiras foram sugeridas. Resultados computacionais realizados mostraram que para o pacote CPLEX utilizado, a relaxação destas variáveis, ao contrário do que se esperava, não causou nenhum efeito no tempo computacional necessário para sua resolução, ao contrário, em vários casos, houve uma deterioração deste tempo. Tampouco, o uso de relaxação Lagrangeana e método subgradiente para obtenção de bons limitantes para o problema não apresentou resultados satisfatórios. A pesquisa agora está concentrada no uso da decomposição de Benders para resolução deste problema de seqüenciamento. Para o problema de corte, estaremos defrontando com um problema de programação linear com geração de colunas onde teremos também interesse na aceleração de sua resolução. Pesquisas neste sentido deverão ser conduzidas. Esperamos que para o próximo período tenhamos alguns resultados concretos mais positivos a apresentar sobre esta pesquisa. Estudos foram também recentemente iniciados pelo aluno Daniel Merli Lamosa (orientação de Horácio Hideki Yanasse e Airam Jônatas Preto) na paralelização de algoritmos para resolução do MOSP. Esperamos que para o próximo período, este aluno já tenha realizado uma implementação paralela do algoritmo seqüencial sugerido anteriormente em nossas pesquisas e tenha conduzido diversos testes computacionais. O desenvolvimento de novos algoritmos paralelos para o MOSP deverá ocorrer numa etapa posterior. O algoritmo seqüencial que deverá ser paralelizado é baseado naquele descrito em um artigo revisado, submetido para publicação em uma revista internacional, onde se propõe um aperfeiçoamento do método "branch-and-bound" para o caso onde o grafo do problema apresenta componentes que são árvores. Este artigo não foi ainda aceito devido a opiniões conflitantes dos revisores. Um dos revisores aceitou o trabalho da forma como apresentado e ou outro manifestou opinião de que o trabalho apresenta contribuição original marginal, estando muito longo e necessitando ser reduzido. Estamos atualmente avaliando se devemos preparar uma resposta questionando a opinião do segundo revisor, preparar uma versão mais sucinta do trabalho ou seria mais apropriado submetê-lo para uma outra revista na presente forma em que ele se encontra. 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, onde os melhores resultados foram reproduzidos com maior freqüência que os obtidos por outras abordagens heurísticas, e com tempos computacionais competitivos. O trabalho foi aceito para apresentação nos congressos GECCO'2001 (poster) e no ENIA'2001 (trabalho completo). Foi ainda submetido para publicação em revista de circulação internacional. Problema da Mochila/Soma de Subconjuntos: O aluno Carlos Alberto Alonso Sanchez (orientação do Prof. Nei Yoshihiro Soma e do Dr. Horácio Hideki Yanasse) iniciou estudos no sentido de paralelizar algoritmos para resolução de problemas combinatórios. O problema focado no período foi o da soma de subconjuntos/problema da mochila que aparece em aplicações diversas, por exemplo em problemas de agrupamento com restrições, como é o caso de problemas de roteamento de veículos com limitações de carga. Foram estudados alguns artigos e identificou-se falhas no cálculo dos requisitos de memória e tempo computacional de dois algoritmos paralelos para resolução do problema da soma de subconjuntos publicados na literatura e que invalidam o mérito principal destes algoritmos, ou seja, o de serem melhores que os algoritmos propostos anteriormente na literatura. Este erro foi descrito em um artigo encaminhado para a revista onde o artigo original foi publicado. A partir do estudo realizado foi também possível adaptar algumas idéias apresentadas na literatura e desenvolver um novo algoritmo paralelo adaptativo ótimo para o problema unidimensional da mochila. Este resultado foi também submetido para publicação em uma revista e deverá ser apresentado em um congresso em 2001. Faz algum tempo que temos realizado pesquisas no desenvolvimento de algoritmos seriais para o problema da mochila e, tivemos no período a publicação de um artigo sobre a determinação das k-melhores soluções para o problema da mochila unidimensional. Uma das aplicações realizadas com este algoritmo foi no estudo de padrões de corte que permitem uma produtividade maior do equipamento (denominados padrões tabuleiro) e, também, o corte de padrões com uma produtividade menor (no caso, padrões 2 estágios). Esta pesquisa foi realizada pelo aluno Daniel Massaru Katsurayama (orientação de Horacio Hideki Yanasse). A revisão bibliográfica realizada indicou a existência de heurísticas apenas, para a geração deste tipo de padrão. Com a utilização do algoritmo desenvolvido para a resolução de problemas da mochila unidimensional foi proposto um algoritmo exato para geração destes padrões. Este algoritmo foi apresentado no X CLAIO - Congreso Latino-ibero-americano de Investigación de Operaciones y Sistemas, realizado na cidade do México, México. Neste algoritmo é realizada uma enumeração implícita das combinações das dimensões dos itens do problema que é bastante custosa. Desta forma, na implementação deste algoritmo procurou-se introduzir aperfeiçoamentos na implementação deste algoritmo introduzindo limitantes que permitiram tornar mais eficiente a busca do melhor padrão tabuleiro. Estas melhorias estão descritas em um artigo apresentado no XXXII Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, realizado em Viçosa, MG. Desenvolveu-se também uma função simplificada de custo que tenta levar em consideração o custo do tempo despendido pela máquina de corte para cortar um padrão. Esta função procura ser mais fiel que a anterior que foi sugerida na literatura onde apenas um custo fixo era utilizado diferenciando o corte de padrões regulares e os padrões tabuleiro. Com esta nova função foi repetida a análise de trade-off entre produzir padrões de corte com baixa perda e padrões de corte com maior produtividade do equipamento. Todo este trabalho resultou na dissertação de mestrado do aluno Katsurayama, recentemente aprovada. |
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A integração de algoritmos para problemas de localização foi iniciada no projeto temático ARSIG (FAPESP - Proc. nº 96/4585-6), encerrado em junho de 1999. Neste projeto os seguintes problemas foram integrados ao ArcView e SPRING:
Neste primeiro ano do projeto ARSIG2, o bolsista Marcos A. Pereira realizou as seguintes integrações ao ArcView:
O problema de p-medianas capacitado foi também integrado ao SPRING por João Argemiro C. Paiva, e faz parte da nova versão do SPRING (versão 3.5) que foi liberada em maio de 2001 durante a realização do GisBrasil em Curitiba. A homepage do ARSIG foi reformulada e integrada com a nova página do ARSIG2. O endereço entretanto continuou o mesmo (http://www.lac.inpe.br/~lorena/ArsigIndex.html) devido à grande divulgação que já havia sido realizada no projeto anterior. Nossa página já conta com links em diversas outras que usam e divulgam aplicações de SIGs. Divulgações do projeto foram feitas através da palestra proferida por Luiz A. N. Lorena no departamento de Engenharia de Produção da Universidade Federal de São Carlos, e também por sua participação como convidado para mesa redonda sobre aplicações de SIGs em Pesquisa Operacional, promovida no XXXII SBPO - Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, realizado em Viçosa - 2000. No mesmo evento Marcelo G. Narciso participou como convidado na seção Fórum de Agronegócios. Nesta seção, foram apresentados softwares para resolução de problemas no domínio agropecuário que fizessem uso de técnicas de Pesquisa Operacional para a modelagem e solução de problemas. O projeto foi Apresentado por Luiz A. N. Lorena, enfocando o domínio Urbano e por Marcelo G. Narciso, enfocando o domínio Rural. Outra divulgação do projeto foi feita por Edson L. F. Senne em palestra no 16º Seminário de Matemática Aplicada e Computacional. realizado na UNESP - Campus de Guaratinguetá em outubro de 2000. |
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Com o uso do MapObjects vem sendo desenvolvidos os sistemas de apoio à decisão utilizando recursos de Sistemas de Informações Geográficas: TranSIG - ferramenta para análise e planejamento de redes de linhas de transporte urbano. O sistema implementa uma nova metodologia de avaliação de sistemas de transporte desenvolvida por Edgard Dias Batista Jr. e Edson L. F. Senne. O sistema já foi utilizado em um estudo realizado sobre o sistema de transporte urbano de passageiros da cidade de Guaratinguetá, SP. SIGPOP - sistema de informação para o gerenciamento de pontos de parada, que por meio de recursos de SIG, mantém uma base de dados geo-referenciada com informações relevantes para a tomada de decisões acerca dos pontos de parada e das linhas de transporte coletivo urbano. |
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| 3. Trabalhos científicos |
Trabalhos publicados: Senne,
E. L. F. and Lorena, L. A. N. "Lagrangean/surrogate heuristics
for p-median problems". In: Computing Tools for Modeling,
Optimization and Simulation: Interfaces in Computer Science and Operations
Research, M. Laguna and J. L. Gonzalez-Velarde (eds.), Kluwer
Academic Publishers, pp. 115-130, 2000. Batista Junior, E. D.; Senne, E. L. F. "TRANSIS: Um Novo Método para Avaliar o Desempenho de Sistemas de Transporte Urbano de Passageiros." In: Panorama Nacional da Pesquisa em Transportes 2000, Setti, J.R.A.; Cybis, H.B.B. (eds.), ANPET, ISBN 85-97893-02-5, pp. 179-189, 2000. Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. "A Constructive Evolutionary Approach to School Timetabling." In: Applications of Evolutionary Computing, Boers, E.J.W., Gottlieb, J., Lanzi, P.L., Smith, R.E., Cagnoni, S., Hart, E., Raidl, G.R., Tijink, H., (eds.), Springer Lecture Notes in Computer Science vol. 2037, pp. 130-139, 2001. Yanasse, H.H.; Soma, N.Y., Maculan, N. An algorithm for determining the K-best solutions of the one-dimensional knapsack problem. Pesquisa Operacional, vol.20(1)117-134, 2000.
Yamamoto, M.; Camara, G. and Lorena, L. A. N. Tabu search heuristic for point-feature cartographic label placement. GeoInformatica - 2000. Lorena, L. A. N. and Furtado, J. C. Constructive genetic algorithm for clustering problems. Evolutionary Computation - 2000. Lorena, L.A.N. and Narciso, M. G. Using logical surrogate information in Lagrangean relaxation: an application to symmetric traveling salesman problems. European Journal of Operational Research - 2001.
Lorena, L.A.N.; Narciso, M. G. and Beasley J. E. A constructive genetic algorithm for the generalized assignment problem. Evolutionary Optimization, 1999 (2nd version). Lorena, L. A. N.; Senne, E. L. F.; Paiva, J. A. C. e Pereira M. A. Integração de modelos de localização a sistemas de informações geográficas. Gestão e Produção - 2001. Lorena, L. A. N. and Senne, E. L. F. Local search heuristics for capacitated p-median problems.Networks and Spatial Economics - 2000. Lorena,
L. A. N. and Pereira M. A. A Lagrangean/surrogate heuristic for
the maximal covering location problem using Hillsman's edition.
International Journal of Industrial Engineering Oliveira A. C. M. and Lorena, L. A. N. A Constructive Genetic Algorithm for the Linear Gate Assignment Problem. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 2001. Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. Constructive Genetic Algorithm and Column Generation: an application to graph coloring. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 2001. Senne. E.L.F. and Lorena, L.A.N. Stabilizing column generation using Lagrangean/surrogate relaxation: an application to p-median location problems. European Journal of Operational Research, 2001. Linhares, A.; Yanasse, H.H.. On the minimization of open stack problem. Computers and Operations Research, versão revisada, 2001. Sanchez,
C.A.A.; Soma, N.Y.; Yanasse, H.H. Parallel algorithms for the knapsack
problem. Sanchez, C.A.A.; Soma, N.Y.; Yanasse, H.H. An adaptative optimal parallel two-lists algorithm for the knapsack problem. Submetido para publicação, 2000. Yanasse, H.H. and Limeira, M.S. A branch and bound scheme for solving a pattern sequencing problem. European Journal of Operational Research, versão revisada, 2000. Trabalhos apresentados em congressos: Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. Constructive genetic algorithm and Column Generation: an application to graph coloring. APORS'2000 - The Fifth Conference of the Association of Asian-Pacific Operations Research Societies within IFORS, 2000. Narciso, M. G. and Lorena, L.A.N. Um método exato para multiplicadores lagrangeano/surrogate. IV Oficina Nacional de Problemas de Corte e Empacotamento, INPE, 2000. Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. Algoritmo Genético Construtivo e geração de colunas: uma aplicação para coloração de grafos. XXXII SBPO - Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, Viçosa, 2000. Narciso, M. G.; Lorena, L.A.N. and Furtado, J. C. Mutação de localização-alocação para problemas de p-medianas. XXXII SBPO - Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, Viçosa, 2000. Lorena, L. A. N. and Senne, E. L. F. Local search heuristics for capacitated p-median problems. EURO XVII - The 17th European Conference on Operational Research, Budapeste, Hungria, 16-19 de julho, 2000. Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. Constructive Genetic Algorithm application to school timetabling. EURO XVII - The 17th European Conference on Operational Research, Budapeste, Hungria, 16-19 de julho, 2000. Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. A Constructive Evolutionary Approach to the Machine-Part Cell Formation Problem. VI International Conference on Industrial Engineering and Operations Management, São Paulo, 29/10 a 01/11, 2000. Narciso, M. G.; Lorena, L.A.N. Nova proposta para a relaxação Lagrangeana/surrogate e nova proposta de algoritmo para o Problema Generalizado de Atribuição. Anais do I Congresso de Lógica Aplicada à Tecnologia LAPTEC 2000 - I Congresso de Lógica Aplicada à Tecnologia, São Paulo, 11 a 15 de setembro, 2000. Narciso, M. G.; Lorena, L.A.N. Uma nova proposta de mutação do algoritmo Genético Construtivo (AGC) aplicado ao problema das p-medianas e ao problema generalizado de atribuição. Anais do I Congresso de Lógica Aplicada à Tecnologia LAPTEC 2000 - I Congresso de Lógica Aplicada à Tecnologia, São Paulo, 11 a 15 de setembro, 2000. Narciso, M. G.; Lorena, L.A.N. Novas Propostas de Heurísticas para se Resolver o Problema Generalizado de Atribuição (PGA). CNMAC 2000. XXIII Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional, Santos, SP, 2000. Narciso, M. G.; Lorena, L.A.N. and Furtado, J. C. Uma Proposta de Mutação para Problemas de p-medianas. CNMAC 2000. XXIII Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional, Santos, SP, 2000. Batista, Jr., E. D.; Senne, E. L. F. TRANSIS: Um Novo Método para Avaliar o Desempenho de Sistemas de Transporte Urbano de Passageiros. XXI Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes, Gramado, RS, 2000. Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. A Constructive Evolutionary Approach to School Timetabling. EvoCOP2001 - First European Workshop on Evolutionary Computation in Combinatorial Optimization, Lake Como (Milan), 18 e 19 de abril, 2001. Yanasse,
H.H.; Katsurayama, D.M. An enumerative algorithm to generate 1-group
patterns. Katsurayama,
D.M.; Yanasse, H.H. Um Algoritmo Enumerativo para Determinação
de Padrões Pinto, M.J.; Yanasse, H.H. Uma variação do problema de minimização de pilhas abertas. XXXII SBPO - Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, Viçosa, MG, de 18 a 20 de outubro de 2000. Publicado em CDROM, p.383-388. Yanasse, H.H.; Limeira, M.S. Pattern reduction in cutting pattern problems. INFORMS Annual Meeting, San Antonio, Texas, EUA, de 5 a 8 de novembro, 2000. Linhares,
A.; Yanasse, H.H. Local search: are search intensity & diversity
mutually exclusive?.
Oliveira A. C. M. and Lorena, L. A. N. A Constructive Genetic Algorithm for the Linear Gate Assignment Problem. GECCO - Genetic and Evolutionary Computation COnference 2001, San Francisco, 7 a 11 de julho, 2001. Senne. E.L.F. and Lorena, L.A.N. Stabilizing column generation using Lagrangean/surrogate relaxation: an application to p-median location problems. EURO 2001 - The European Operational Research Conference, Erasmus University, Rotterdam, 9 a 11 de julho, 2001. Arakaki, R. G. I. and Lorena, L. A. N. A Constructive Genetic Algorithm for the Maximal Covering Location Problem. MIC 2001 - 4th Metaheuristics International Conference, Porto, Portugal, 16 a 20 de julho, 2001. Oliveira A. C. M. and Lorena, L. A. N. A Constructive Evolutionary Approach to Linear Gate Assignment Problems. ENIA 2001 - Encontro Nacional de Inteligência Artificial, Fortaleza, 30/07 a 03/08, 2001. Batista Junior, E. D.; Senne, E. L. F. e Teixeira, A. P. SIGPOP: Gerenciamento de Pontos de Parada com a Utilização de Sistema de Informação Geográfica. XI Congresso Latinoamericano de Transporte Publico Urbano, Cuba, 17 a 21 de setembro, 2001. Ribeiro Filho, G. and Lorena, L. A. N. DNA Fragment Assembly using the Constructive Genetic Algorithm. INFORMS Annual Meeting 2001 Miami Beach, 4 a 7 de novembro, 2001. Senne, E. L. F. and Lorena, L. A. N. A Column Generation Approach to Capacitated P-Median Problems. INFORMS Annual Meeting 2001 Miami Beach, 4 a 7 de novembro, 2001. Yanasse, H.H.; Katsurayama, D.M. Checkerboard X two-stage cutting patterns: a productivity analysis. EURO 2001, Rotterdam, Holanda, 9 a 11 de julho, 2001. Sanchez,
C.A.A.; Soma, N.Y.; Yanasse, H.H. An adaptative optimal parallel
two-lists algorithm for the knapsack problem. EURO 2001, Rotterdam,
Holanda, 9 a 11 de julho, 2001. Teses, dissertações e trabalhos de Iniciação Científica: Geraldo
Ribeiro Filho André
Segismundo Daniel
Massaru Katsurayama Alexandre
Linhares
Batista
Junior, E. D.; Senne, E. L. F.; Missao, C. K.; Segismundo, A. Tsuruta
J. ; Narciso M. G. J. C.
Furtado; L. A. N. Lorena; M. G. Narciso; E. L. F. Senne |
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| 4. Conclusões |
Apresentam-se
a seguir os principais resultados alcançados no primeiro ano
do projeto ARSIG2, divididos nos itens: Pesquisa e orientação O segmento de pesquisa e orientação de alunos contou com grande atividade neste período. Todas as áreas importantes para o projeto foram contempladas. Algumas outras relacionadas foram também consideradas. Os problemas de localização já contam com diversas contribuições dos participantes do projeto. A técnica de solução que combina a relaxação Lagrangeana/surrogate e geração de colunas está se mostrando promissora, e podem-se esperar várias outras contribuições de métodos eficientes para solução dos problemas de localização e roteamento. O desenvolvimento do Algoritmo Genético Construtivo continua sendo realizado com a participação de vários pesquisadores, e como conseqüência vem se firmando como uma meta-heurística competitiva para problemas de otimização combinatória. A área de transportes conta com a participação efetiva do grupo da FEG, e vários trabalhos científicos estão sendo elaborados.
Localização: As integrações de problemas de localização proporcionaram a formação de amostras de dados de diversos tamanhos que foram extraídos como pontos com coordenadas no ArcView, usando o mapa digitalizado de São José dos Campos. Esses dados formaram um conjunto de instâncias que foram utilizados para comparação dos programas integrados ao ArcView, ao SPRING e sem a integração a nenhum SIG. Essas instâncias estão disponibilizadas na página do projeto (http://www.lac.inpe.br/~lorena/ArsigIndex.html) para futuras comparações com outros algoritmos que venham a ser integrados aos SIGs. A aplicação do ArcView como banco de dados de dados geográfico e ferramenta gráfica foi estendida para a fase de validação de algoritmos. O código-fonte da heurística lagrangeana/surogate para o problema de p-medianas foi utilizado como ponto de partida para o estudo dos outros modelos de localização implementados nesta fase do projeto. Foi necessário alterar o programa original para modelagem das características e particularidades dos outros modelos. Na fase de testes foram utilizados os dados disponíveis no ArcView para a cidade de São José dos Campos, visando executar correções e melhorias no código, quando necessário. A partir de então, foram conduzidos estudos com dados disponíveis na literatura, permitindo comprovar a qualidade das soluções obtidas com o novo código. Algumas alterações foram executadas também nas scripts do ArcView, porém em menor escala. Tais alterações visam permitir ao usuário a entrada de alguns dos parâmetros específicos para cada modelo (p. ex., a distância de atendimento para o problema de máxima cobertura). A figura abaixo ilustra a solução heurística obtida para um problema de máxima cobertura, considerando 708 pontos, para instalação de 3 antenas de telecomunicações de curto alcance (800 m). Foram utilizadas as rotinas do ArcView para processar o arquivo contendo a solução de alocação do problema (linhas retas) e a área de cobertura (círculos) dos pontos escolhidos para instalação das antenas.
No caso do SPRING a figura abaixo ilustra um resultado da aplicação do algoritmo de p-medianas capacitado em uma região de São José dos Campos, onde a partir de um conjunto de pontos com suas respectivas demandas de serviço armazenadas no banco de dados, foram identificados as 4 melhores localizações. As demandas de cada ponto são obtidas selecionando-se na interface um atributo da tabela de objetos que corresponda às demandas em estudo.
Aplicações Uma das aplicações desenvolvidas neste primeiro ano do projeto refere-se a um protótipo de Sistema de Apoio à Decisão acerca das linhas de ônibus e dos pontos de paradas existentes na cidade de Guaratinguetá. Para tanto a cidade foi dividida em zonas de interesse de tráfego conforme mostra a figura abaixo.
A figura a seguir apresenta uma possível saída do SIGPOP, a qual possibilita uma análise visual do sistema de transporte público de Guaratinguetá, destacando-se os pontos de parada, representados por pequenos círculos. Pode-se, também, observar um maior destaque nas vias à medida que aumenta a oferta de linhas.
Caso o planejador de transporte esteja interessado em obter informações acerca de um ponto de parada específico ou informação sobre uma linha basta clicar sobre sua representação gráfica. Os resultados obtidos com essa aplicação real evidenciam o acerto de se desenvolver ferramentas eficazes para auxiliar o processo de tomada de decisões relacionadas com o sistema de transporte coletivo. |
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| 5. Considerações finais |
O projeto ARSIG2 em seu primeiro ano apresenta um balanço positivo. Apresenta-se abaixo uma tabela com um resumo da produção em pesquisa e orientação neste primeiro ano do projeto.
As seguintes
aplicações foram examinadas por participantes do projeto:
Roteamento
Transportes
Problemas relacionados:
E os seguintes protótipos de sistemas de apoio à decisão foram desenvolvidos: Integrações: ArcView:
SPRING:
Sistemas de apoio à decisão:
Os novos SIGs da ESRI (novas versões do ArcView, MapObjects e ArcIMS) e o TransCAD, chegaram ao final do primeiro ano do projeto, e já estão sendo examinados para futuras integrações. |
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