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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.55.2012.tde-19022013-084858
Document
Author
Full name
Claudia Fink
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2012
Supervisor
Committee
Yanasse, Horacio Hideki (President)
Araujo, Silvio Alexandre de
Carravilla, Maria Antónia da Silva Lopes de
Costa, Alysson Machado
Soma, Nei Yoshihiro
Title in Portuguese
O problema de minimização de pilhas abertas - novas contribuições
Keywords in Portuguese
Heurística
Otimização combinatória
Abstract in Portuguese
O Problema de Minimização do Número Máximo de Pilhas Abertas (MOSP, do inglês minimization of open stacks problem) é um problema de otimização combinatória da família NP-Difícil que vem recebendo grande atenção na literatura especializada. Este trabalho apresenta novas contribuições em termos de modelos e técnicas de resolução para o problema. A primeira parte deste trabalho lidou com modelos matemáticos, sendo analisados os modelos existentes que se baseiam em programação inteira mista. Variações de um modelo da literatura foram propostas, com o objetivo de tentar diminuir o tempo de execução necessário para se obter uma solução exata com a utilização de pacotes comerciais. Os resultados mostraram que as propostas são capazes de acelerar a solução de algumas classes de instâncias mas, que de maneira geral, métodos baseados em relaxação linear encontram dificuldade em provar a otimalidade devido à baixa qualidade dos limitantes inferiores. Uma outra contribuição deste trabalho foi o desenvolvimento de um modelo conjunto para o problema MOSP e para o problema de minimização da duração de pedidos (MORP, do inglês minimization of order spread problem). Este modelo propõe um framework unificado em que os dois problemas podem ser resolvidos ao mesmo tempo, tendo suas funções objetivo individuais ponderadas através de pesos definidos pelo usuário. A segunda parte do trabalho voltou-se para o desenvolvimento de métodos heurísticos para o MOSP. Duas estratégias de solução foram desenvolvidas. O primeiro método propõe uma transformação heurística entre o problema MOSP e o clássico problema do caixeiro viajente (TSP, do inglês traveling salesman problem). A partir de uma representação em grafo do MOSP, o TSP é definido por meio de uma regra de atribuição de distâncias baseadas nos graus dos nós. Nos testes computacionais, a estratégia proposta mostrou-se eficiente em relação às heurísticas específicas para o MOSP, obtendo a solução ótima do MOSP em 80,42% das instâncias testadas e sendo competitiva em termos de tempo computacional com algumas das melhores heurísticas da literatura. O segundo método heurístico proposto utilizou a ideia de decomposição. De fato, neste método, um corte no grafo associado ao problema original divide-o em problemas menores, que são resolvidos. A solução global é obtida através da junção das soluções dos subproblemas e, em alguns casos, é possível demonstrar a otimalidade da solução obtida. Testes computacionais indicam a validade da proposta e apontam caminhos para pesquisas futuras
Title in English
The minization of open stacks problem - new contribuctions
Keywords in English
Combinatorial optimization
Heuristic
Abstract in English
The minimization of open stacks problem (MOSP) is a well known NP-hard combinatorial optimization problem that has been extensively discussed in the specialized literature. This study presents some new contributions in terms of models and solution methods for this problem. The first part of this thesis dealt with mathematical models. The existing mixedinteger models have been analyzed and variants of a well known model have been proposed, with the goal of reducing the time needed by commercial packages to obtain proved-optimal solutions. The results of computational tests on a widely used set of instances have indicated that the modifications proposed are able to reduce the time needed to obtain optimal solutions for some classes of instances. Nevertheless, a conclusion has been the fact that mixed-integer programming models have difficulty in obtaining convergence due to the low quality linear relaxation bounds. Another contribution of this thesis is the proposal of a single model that is able to deal with both the MOSP and with the Minimization of Order Spread Problem (MORP). This unified framework allows both problems to be jointly solved, by using a weighted objective function that included both original objectives. The second part of this thesis dealt with the development of heuristic strategies. Two solution strategies have been proposed. The first method proposes a heuristic conversion between MOSP and Traveling Salesman Problem (TSP) instances. This conversion relies the assignment distances to the TSP instance based on the degree of the vertices of the associated MOSP graph. Computational tests have shown that the proposed methodology is efficient, both in terms of solution quality (optimal solutions were obtained for 80.42% of the tested instances) and computational effort. The second method uses a decomposition idea. A cut is made in the graph associated with the original MOSP problem, yielding two smaller problems, which are solved. In some cases, the obtained combined solution can be prover optimal. Computational tests have shown the validity of the proposal and indicate new research opportunities
 
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TeseRevisada.pdf (1.13 Mbytes)
Publishing Date
2013-02-19
 
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