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GRASP
Aplicado ao problema de aterrissagem de avi˜es
                                           o


                  Bruno Fiss
                 Kauˆ Silveira
                    e

          Instituto de Inform´tica - UFRGS
                             a


             23 de junho de 2010
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP   Experimentos




 1 Defini¸˜o do problema
        ca
         Formaliza¸˜o
                  ca
         Descri¸˜o como programa inteiro
               ca
         Representa¸˜o de uma solu¸˜o
                   ca             ca

 2 GRASP
         Algoritmo
         Gera¸˜o de solu¸˜es
             ca         co
         Busca local

 3 Experimentos
         Resultados
         An´lise
           a


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                               GRASP                       Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca
        O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um
                                         o
        momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P
                                                           a
        o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados:
                         o            a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
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Defini¸˜o do problema
     ca                               GRASP                       Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca
        O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um
                                         o
        momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P
                                                           a
        o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados:
                         o            a
        Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                  a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
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     ca                               GRASP                       Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca
        O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um
                                         o
        momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P
                                                           a
        o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados:
                         o            a
        Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                  a
        Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i.
                                            a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
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Defini¸˜o do problema
     ca                               GRASP                       Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca
        O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um
                                         o
        momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P
                                                           a
        o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados:
                         o            a
        Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                  a
        Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i.
                                            a
        Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                              a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                               GRASP                       Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca
        O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um
                                          o
        momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P
                                                           a
        o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados:
                          o            a
        Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                   a
        Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i.
                                             a
        Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                               a
        gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o
                                                       c
        tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal.
                             a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                               GRASP                       Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca
        O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um
                                          o
        momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P
                                                           a
        o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados:
                          o            a
        Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                   a
        Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i.
                                             a
        Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                               a
        gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o
                                                       c
        tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal.
                             a
        hi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o
                                                       c
        tempo ideal se o avi˜o chegar mais tarde do que o ideal.
                             a



Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
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Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                        Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca
        O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um
                                           o
        momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P
                                                           a
        o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados:
                           o           a
        Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                   a
        Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i.
                                              a
        Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                a
        gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o
                                                       c
        tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal.
                             a
        hi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o
                                                       c
        tempo ideal se o avi˜o chegar mais tarde do que o ideal.
                             a
        Sij : Distˆncia de tempo requerida ap´s o pouso do avi˜o i para que o
                  a                          o                a
        avi˜o j possa pousar.
            a
Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                           UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                         Experimentos



Formaliza¸˜o
         ca


Descri¸˜o
      ca

        O objetivo ´ encontrar uma solu¸˜o com somat´rio de todas as
                   e                     ca         o
        penalidades mais baixo poss´
                                   ıvel.
        Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                                a
        Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i.
                                            a
        Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso.
                                             a
        gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o
                                                       c
        tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal.
                             a
        hi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o
                                                       c
        tempo ideal se o avi˜o chegar mais tarde do que o ideal.
                             a
        Sij : Distˆncia de tempo requerida ap´s o pouso do avi˜o i para que o
                  a                          o                a
        avi˜o j possa pousar.
            a
Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                            UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                        Experimentos



Descri¸˜o como programa inteiro
      ca


Vari´veis
    a

        Vari´veis xi representam o momento de aterrissagem do avi˜o i.
            a                                                    a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                          UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                  Experimentos



Descri¸˜o como programa inteiro
      ca


Vari´veis
    a

        Vari´veis xi representam o momento de aterrissagem do avi˜o i.
            a                                                    a
        Vari´veis αi e βi representam o qu˜o adiantado ou atrasado,
            a                             a
        respectivamente, o avi˜o i chega em rela¸˜o ao seu tempo ideal.
                               a                ca



                            Ei                  Ti       βi   xi   Li
                                  Figura: Exemplo da vari´vel βi
                                                         a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                              UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                   Experimentos



Descri¸˜o como programa inteiro
      ca


Vari´veis
    a

        Vari´veis xi representam o momento de aterrissagem do avi˜o i.
            a                                                    a
        Vari´veis αi e βi representam o qu˜o adiantado ou atrasado,
            a                             a
        respectivamente, o avi˜o i chega em rela¸˜o ao seu tempo ideal.
                               a                ca



                            Ei                  Ti       βi   xi   Li
                                  Figura: Exemplo da vari´vel βi
                                                         a


        Vari´veis bin´rias δij indicam se o avi˜o i aterrissa antes do avi˜o j.
            a        a                         a                          a


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                               UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                                 GRASP                   Experimentos



Descri¸˜o como programa inteiro
      ca


Restri¸oes
      c˜

             minimiza                   gi αi + hi βi
                                  i∈P
              sujeito a           xi = −αi + βi + Ti ,                    ∀i ∈ P
                                  Ei ≤ xi ≤ Li ,                          ∀i ∈ P
                                  xj − xi ≥ Sij δij + (Ej − Li )δji ,   ∀i, j ∈ P
                                  δij + δji = 1,                        ∀i, j ∈ P
                                  xi ≥ 0, xi ∈ R,                         ∀i ∈ P
                                  αi ≥ 0, αi ∈ R,                         ∀i ∈ P
                                  βi ≥ 0, βi ∈ R,                         ∀i ∈ P
                                  δij ∈ B,                              ∀i, j ∈ P
Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                      UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                                         GRASP               Experimentos



Descri¸˜o como programa inteiro
      ca


Restri¸oes
      c˜
As vari´veis δij e as restri¸˜es xj − xi ≥ Sij δij + (Ej − Li )δji , ∀i, j ∈ P
       a                    co
podem ser desnecess´rias de acordo com as rela¸˜es entre os avi˜es i e j.
                      a                              co                    o
                                                    Sij

                  Ei                 Ti        Li                    Ej   Tj   Lj
                                                               Sij

                  Ei                Ti                    Li         Ej   Tj   Lj

                                                               Sij

                  Ei                Ti    Ej              Li              Tj   Lj

                                  Figura: Diferentes situa¸˜es entre avi˜es
                                                          co            o

Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                          UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                        Experimentos



Representa¸˜o de uma solu¸˜o
          ca             ca


Vari´veis inteiras
    a



        A parte mais complicada do problema est´ na defini¸˜o das vari´veis
                                               a         ca          a
        inteiras, δij .




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                          UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                           Experimentos



Representa¸˜o de uma solu¸˜o
          ca             ca


Vari´veis inteiras
    a



        A parte mais complicada do problema est´ na defini¸˜o das vari´veis
                                               a         ca          a
        inteiras, δij .
        A solu¸˜o do problema ser´ considerada a instancia¸˜o dessas
               ca                  a                       ca
        vari´veis, pois com essa podemos resolver o problema linear
            a
        resultante, de forma eficiente, com o m´todo Simplex.
                                               e




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                             UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                         Experimentos



Representa¸˜o de uma solu¸˜o
          ca             ca


Sequˆncia de avi˜es
    e           o


        Para representar a solu¸˜o, decidimos utilizar uma representa¸˜o de
                               ca                                    ca
        sequˆncia de avi˜es, na qual a ordem dos avi˜es diz a ordem de
            e           o                             o
        chegada desses ao aeroporto.




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                            UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                Experimentos



Representa¸˜o de uma solu¸˜o
          ca             ca


Sequˆncia de avi˜es
    e           o


        Para representar a solu¸˜o, decidimos utilizar uma representa¸˜o de
                               ca                                    ca
        sequˆncia de avi˜es, na qual a ordem dos avi˜es diz a ordem de
            e           o                             o
        chegada desses ao aeroporto.
                                1     4      5       2   6       3

                               Figura: Uma sequˆncia de avi˜es
                                               e           o




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                            UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                     Experimentos



Representa¸˜o de uma solu¸˜o
          ca             ca


Sequˆncia de avi˜es
    e           o


        Para representar a solu¸˜o, decidimos utilizar uma representa¸˜o de
                               ca                                    ca
        sequˆncia de avi˜es, na qual a ordem dos avi˜es diz a ordem de
            e           o                             o
        chegada desses ao aeroporto.
                                1     4      5       2   6       3

                               Figura: Uma sequˆncia de avi˜es
                                               e           o

        A partir dessa representa¸˜o podemos definir as vari´veis δij , e
                                 ca                        a
        vice-versa.


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                 UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                        Experimentos




Id´ia geral
  e


        A id´ia principal da meta-heur´
             e                        ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es
                                                    e              co
        iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria.
                                         e      o




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                           UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                        Experimentos




Id´ia geral
  e


        A id´ia principal da meta-heur´
             e                        ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es
                                                    e              co
        iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria.
                                         e      o
        Em vez de selecionar-se o melhor elemento a ser inserido numa
        solu¸˜o, escolhe-se um entre alguns dos melhores de forma aleat´ria.
            ca                                                         o




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                           UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                         Experimentos




Id´ia geral
  e


        A id´ia principal da meta-heur´
             e                        ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es
                                                    e              co
        iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria.
                                         e      o
        Em vez de selecionar-se o melhor elemento a ser inserido numa
        solu¸˜o, escolhe-se um entre alguns dos melhores de forma aleat´ria.
            ca                                                         o
        Ap´s isso se faz uma busca local em torno da solu¸˜o inicial gerada.
          o                                              ca




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                            UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                         Experimentos




Id´ia geral
  e


        A id´ia principal da meta-heur´
             e                        ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es
                                                    e              co
        iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria.
                                         e      o
        Em vez de selecionar-se o melhor elemento a ser inserido numa
        solu¸˜o, escolhe-se um entre alguns dos melhores de forma aleat´ria.
            ca                                                         o
        Ap´s isso se faz uma busca local em torno da solu¸˜o inicial gerada.
          o                                              ca
        A melhor solu¸˜o encontrada durante a execu¸˜o do algoritmo ´
                     ca                            ca               e
        retornada como resultado.




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                            UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                     GRASP                              Experimentos



Algoritmo


Fun¸˜o principal
   ca


 p r o c e d i m e n t o GRASP( a l p h a , s e m e n t e )
         m e l h o r S o l u c a o = INF ;
         e n q u a n t o nao c r i t e r i o −de−p a r a d a f a c a
                 s o l = g e r a r S o l u c a o I n i c i a l ( alpha , semente ) ;
                 res = buscaLocal ( sol ) ;
                 se r e s < melhorSolucao entao
                        melhorSolucao = res ;
                 fim−s e ;
         fim−e n q u a n t o ;
         r e t o r n a r melhorSolucao ;
 fim−p r o c e d i m e n t o ;

Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                        Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Sequˆncia ideal
    e


        De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi
                                 co
        necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal.
              a                             e




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                          UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                        Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Sequˆncia ideal
    e


        De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi
                                 co
        necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal.
              a                             e
        Essa sequˆncia serve de base para a determina¸˜o de quais s˜o os
                 e                                   ca            a
        melhores elementos a serem inseridos em um dado passo do algoritmo.




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                          UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                        Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Sequˆncia ideal
    e


        De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi
                                 co
        necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal.
              a                             e
        Essa sequˆncia serve de base para a determina¸˜o de quais s˜o os
                 e                                   ca            a
        melhores elementos a serem inseridos em um dado passo do algoritmo.
        Essa sequˆncia ´ incialmente definida como a ordem em que os avi˜es
                 e     e                                               o
        chegariam caso todos aterrissassem no seu momento ideal.




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                          UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                        Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Sequˆncia ideal
    e


        De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi
                                 co
        necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal.
              a                             e
        Essa sequˆncia serve de base para a determina¸˜o de quais s˜o os
                 e                                   ca            a
        melhores elementos a serem inseridos em um dado passo do algoritmo.
        Essa sequˆncia ´ incialmente definida como a ordem em que os avi˜es
                 e     e                                               o
        chegariam caso todos aterrissassem no seu momento ideal.
        Cada vez que uma solu¸˜o melhor do que a atual ´ encontrada,
                              ca                         e
        durante a execu¸˜o do algoritmo, a sequˆncia ideal ´ atualizada para
                       ca                      e           e
        a sequˆncia que gerou a nova solu¸˜o.
              e                          ca


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                           UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                             GRASP                     Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Parˆmetro α
   a



        Parˆmetro do m´todo GRASP que define o qu˜o ”ruim”um elemento
           a            e                       a
        pode ser e ainda assim ser selecionado.




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                    UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                  GRASP                         Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Parˆmetro α
   a



        Parˆmetro do m´todo GRASP que define o qu˜o ”ruim”um elemento
           a            e                       a
        pode ser e ainda assim ser selecionado.
        Na nossa implementa¸˜o, esse parˆmetro equivale ` m´xima distˆncia
                              ca           a               a a           a
        aceit´vel entre a posi¸˜o do avi˜o na sequˆncia ideal e a posi¸˜o a ser
             a                ca        a         e                   ca
        preenchida na solu¸˜o parcial.
                           ca




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                             UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                      Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Varia¸˜o: Reactive GRASP
     ca



        A meta-heur´ıstica GRASP original mantinha o parˆmetro α fixo
                                                        a
        durante todas as itera¸˜es do algoritmo.
                              co




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                        Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Varia¸˜o: Reactive GRASP
     ca



        A meta-heur´ıstica GRASP original mantinha o parˆmetro α fixo
                                                        a
        durante todas as itera¸˜es do algoritmo.
                              co
        Com base no Reactive GRASP, nosso algoritmo escolhe
        aleatoriamente, a cada itera¸˜o, um valor para α entre 0 e αmax , um
                                    ca
        novo parˆmetro do nosso m´todo.
                 a                  e




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                           UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                GRASP                         Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


Fun¸˜o geradora de solu¸oes
   ca                  c˜


 procedimento g e r a r S o l u c a o I n i c i a l ( alpha , semente )
     solucao = vazio ;
     enquanto naoPronta ( s o l u c a o ) f a c a
             RCL = gerarRCL ( a l p h a ) ;
             e l e m e n t o = s o r t e a r ( RCL , s e m e n t e ) ;
             adicionarElemento ( solucao , elemento ) ;
     fim−e n q u a n t o ;
     retornar solucao ;
 fim−p r o c e d i m e n t o ;


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                           UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                         Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


RCL



        RCL (Resctricted candidate list) ´ a lista de todos os elementos
                                         e
        (nesse caso avi˜es) que podem ser inseridos em um determinado
                       o
        passo da constru¸˜o da solu¸˜o.
                         ca        ca




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                            UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                 GRASP                         Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


RCL



        RCL (Resctricted candidate list) ´ a lista de todos os elementos
                                         e
        (nesse caso avi˜es) que podem ser inseridos em um determinado
                       o
        passo da constru¸˜o da solu¸˜o.
                         ca        ca
        Todos os elementos dessa lista satisfazem `s restri¸˜es citadas na
                                                  a        co
        descri¸˜o do parˆmetro α, e tamb´m atendem ao crit´rio de que, se
              ca        a                 e                   e
        forem adicionados ` solu¸˜o, mantˆ-la-˜o vi´vel.
                          a     ca         e a      a




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                            UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                     GRASP               Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


RCL - Exemplo
Nas figuras abaixo podemos ver um exemplo de sequˆncia ideal e de uma
                                                    e
solu¸˜o parcial. Nesse exemplo, se α fosse 2, a RCL seria .
    ca

                           1     4      5     2     6      3

                           Figura: Exemplo de sequˆncia ideal
                                                  e



                           4     2

                           Figura: Exemplo de solu¸˜o parcial
                                                  ca


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                      UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                     GRASP               Experimentos



Gera¸˜o de solu¸oes
    ca         c˜


RCL - Exemplo
Nas figuras abaixo podemos ver um exemplo de sequˆncia ideal e de uma
                                                    e
solu¸˜o parcial. Nesse exemplo, se α fosse 2, a RCL seria {1, 5, 6}.
    ca

                           1     4      5     2     6      3

                           Figura: Exemplo de sequˆncia ideal
                                                  e



                           4     2

                           Figura: Exemplo de solu¸˜o parcial
                                                  ca


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                      UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                               GRASP                      Experimentos



Busca local


Vizinhan¸a e busca local
        c

        A segunda parte de cada itera¸˜o do m´todo GRASP consiste em
                                      ca       e
        realizar uma busca local ao redor da solu¸˜o gerada gulosa e
                                                 ca
        aleatoriamente.




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                        UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                  GRASP                          Experimentos



Busca local


Vizinhan¸a e busca local
        c

        A segunda parte de cada itera¸˜o do m´todo GRASP consiste em
                                      ca       e
        realizar uma busca local ao redor da solu¸˜o gerada gulosa e
                                                 ca
        aleatoriamente.
        A defini¸˜o de um vizinho de uma sequˆncia ´: uma sequˆncia ´
                ca                               e    e           e      e
        vizinha de outra se for resultante da troca de posi¸˜o entre dois
                                                           ca
        avi˜es adjacentes e de mais nenhuma altera¸˜o.
           o                                         ca




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                              UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                  GRASP                          Experimentos



Busca local


Vizinhan¸a e busca local
        c

        A segunda parte de cada itera¸˜o do m´todo GRASP consiste em
                                      ca       e
        realizar uma busca local ao redor da solu¸˜o gerada gulosa e
                                                 ca
        aleatoriamente.
        A defini¸˜o de um vizinho de uma sequˆncia ´: uma sequˆncia ´
                ca                               e    e           e      e
        vizinha de outra se for resultante da troca de posi¸˜o entre dois
                                                           ca
        avi˜es adjacentes e de mais nenhuma altera¸˜o.
           o                                         ca
        O tipo de busca local escolhido foi o de primeiro incremento, isto ´,
                                                                           e
        pesquisa-se na vizinhan¸a por uma solu¸˜o melhor e, quando
                               c                ca
        encontra-se a primeira solu¸˜o melhor, passa-se a considerar essa
                                   ca
        nova solu¸˜o como a solu¸˜o atual, reiniciando a pesquisa nos
                  ca              ca
        vizinhos dessa.

Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                              UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados I

Testamos, para todos os casos de entrada, o parˆmetro αmax com valores
                                                 a
entre 1 e 5, sempre utilizando sementes aleat´rias diferentes.
                                             o


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland1            1      14766        700         1              0
        airland1            2      20024        700         2              0
        airland1            3      19673        700         1              0
        airland1            4      23915        700         2              0
        airland1            5       710         700         2              0


Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados II


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland2            1      22574       1.480        5               0
        airland2            2      26494       1.480        9               0
        airland2            3      11040       1.480        8               0
        airland2            4      27382       1.480        9               0
        airland2            5      11503       1.500        10            1.33




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados III


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland3            1      15751        820         18             0
        airland3            2      14185        820         21             0
        airland3            3      31028        820         21             0
        airland3            4      20012        820         21             0
        airland3            5      17962        820         21             0




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados IV


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland4            1      26543       2.520        18             0
        airland4            2      23571       2.520        21             0
        airland4            3      21435       2.520        21             0
        airland4            4       3896       2.520        21             0
        airland4            5      21136       2.520        21             0




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados V


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland5            1      20362       3.100        21             0
        airland5            2      19016       3.100        21             0
        airland5            3      28928       3.100        21             0
        airland5            4      13363       3.100        21             0
        airland5            5       4087       3.100        21             0




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados VI


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland6            1      27207      24.442        1              0
        airland6            2      14705      24.442        1              0
        airland6            3      31960      24.442        2              0
        airland6            4      32355      24.442        1              0
        airland6            5      15148      24.442        1              0




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados VII


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland7            1       4734       1.550        12             0
        airland7            2      11699       1.550        13             0
        airland7            3      23048       1.550        13             0
        airland7            4      30431       1.550        14             0
        airland7            5      10183       1.550        14             0




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                          GRASP                         Experimentos



Resultados


Resultados VIII


                           Tabela: Tabela de resultados dos experimentos
          Caso             αmax   Semente     Solu¸˜o
                                                  ca     Tempo (s)     Desvio (%)
        airland8            1      30714       1.950        21             0
        airland8            2      13072       1.950        33             0
        airland8            3      16746       1.950        40             0
        airland8            4      20341       1.950        21             0
        airland8            5      21053       1.950        28             0




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                                     UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                   GRASP                          Experimentos



An´lise
  a


An´lise e conclus˜es
  a              o


          A escolha dos parˆmetros e fun¸˜es envolvidas na constru¸˜o
                            a             co                       ca
          gulosa-aleat´ria de solu¸˜es ´ fundamental para o sucesso do
                      o           co e
          algoritmo.




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                               UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                   GRASP                          Experimentos



An´lise
  a


An´lise e conclus˜es
  a              o


          A escolha dos parˆmetros e fun¸˜es envolvidas na constru¸˜o
                            a             co                       ca
          gulosa-aleat´ria de solu¸˜es ´ fundamental para o sucesso do
                      o           co e
          algoritmo.
          Aparentemente, a escolha de solu¸˜es iniciais pr´ximas de uma
                                           co             o
          sequˆncia ideal pr´-definida ´ eficaz para a solu¸˜o desse problema.
              e             e         e                  ca




Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                               UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                                   GRASP                          Experimentos



An´lise
  a


An´lise e conclus˜es
  a              o


          A escolha dos parˆmetros e fun¸˜es envolvidas na constru¸˜o
                            a             co                       ca
          gulosa-aleat´ria de solu¸˜es ´ fundamental para o sucesso do
                      o           co e
          algoritmo.
          Aparentemente, a escolha de solu¸˜es iniciais pr´ximas de uma
                                           co             o
          sequˆncia ideal pr´-definida ´ eficaz para a solu¸˜o desse problema.
              e             e         e                  ca
          A varia¸˜o do parˆmetro α, como proposto na meta-heur´
                 ca        a                                   ıstica
          Reactive GRASP, tamb´m parece ter sido importante para o sucesso
                                e
          da abordagem.



Bruno Fiss Kauˆ Silveira
              e                                                               UFRGS
GRASP
Defini¸˜o do problema
     ca                    GRASP   Experimentos




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              e                         UFRGS
GRASP

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GRASP aplicado ao problema de aterrissagem de aviões

  • 1. GRASP Aplicado ao problema de aterrissagem de avi˜es o Bruno Fiss Kauˆ Silveira e Instituto de Inform´tica - UFRGS a 23 de junho de 2010
  • 2. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos 1 Defini¸˜o do problema ca Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o como programa inteiro ca Representa¸˜o de uma solu¸˜o ca ca 2 GRASP Algoritmo Gera¸˜o de solu¸˜es ca co Busca local 3 Experimentos Resultados An´lise a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 3. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um o momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P a o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados: o a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 4. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um o momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P a o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados: o a Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 5. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um o momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P a o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados: o a Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i. a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 6. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um o momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P a o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados: o a Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i. a Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 7. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um o momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P a o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados: o a Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i. a Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso. a gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o c tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal. a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 8. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um o momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P a o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados: o a Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i. a Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso. a gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o c tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal. a hi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o c tempo ideal se o avi˜o chegar mais tarde do que o ideal. a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 9. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O problema de aterrissagem de avi˜es consiste em definir um o momento no tempo para a aterrissagem de cada avi˜o i ∈ P, sendo P a o conjunto de avi˜es. Cada avi˜o possui os seguintes dados: o a Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i. a Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso. a gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o c tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal. a hi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o c tempo ideal se o avi˜o chegar mais tarde do que o ideal. a Sij : Distˆncia de tempo requerida ap´s o pouso do avi˜o i para que o a o a avi˜o j possa pousar. a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 10. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Formaliza¸˜o ca Descri¸˜o ca O objetivo ´ encontrar uma solu¸˜o com somat´rio de todas as e ca o penalidades mais baixo poss´ ıvel. Ei : Momento mais prematuro em que o avi˜o i pode realizar pouso. a Ti : Momento ideal para pouso do avi˜o i. a Li : Momento mais tardio em que o avi˜o i pode realizar pouso. a gi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o c tempo ideal se o avi˜o chegar mais cedo do que o ideal. a hi : Penalidade por unidade de tempo da diferen¸a do pouso para o c tempo ideal se o avi˜o chegar mais tarde do que o ideal. a Sij : Distˆncia de tempo requerida ap´s o pouso do avi˜o i para que o a o a avi˜o j possa pousar. a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 11. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Descri¸˜o como programa inteiro ca Vari´veis a Vari´veis xi representam o momento de aterrissagem do avi˜o i. a a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 12. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Descri¸˜o como programa inteiro ca Vari´veis a Vari´veis xi representam o momento de aterrissagem do avi˜o i. a a Vari´veis αi e βi representam o qu˜o adiantado ou atrasado, a a respectivamente, o avi˜o i chega em rela¸˜o ao seu tempo ideal. a ca Ei Ti βi xi Li Figura: Exemplo da vari´vel βi a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 13. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Descri¸˜o como programa inteiro ca Vari´veis a Vari´veis xi representam o momento de aterrissagem do avi˜o i. a a Vari´veis αi e βi representam o qu˜o adiantado ou atrasado, a a respectivamente, o avi˜o i chega em rela¸˜o ao seu tempo ideal. a ca Ei Ti βi xi Li Figura: Exemplo da vari´vel βi a Vari´veis bin´rias δij indicam se o avi˜o i aterrissa antes do avi˜o j. a a a a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 14. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Descri¸˜o como programa inteiro ca Restri¸oes c˜ minimiza gi αi + hi βi i∈P sujeito a xi = −αi + βi + Ti , ∀i ∈ P Ei ≤ xi ≤ Li , ∀i ∈ P xj − xi ≥ Sij δij + (Ej − Li )δji , ∀i, j ∈ P δij + δji = 1, ∀i, j ∈ P xi ≥ 0, xi ∈ R, ∀i ∈ P αi ≥ 0, αi ∈ R, ∀i ∈ P βi ≥ 0, βi ∈ R, ∀i ∈ P δij ∈ B, ∀i, j ∈ P Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 15. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Descri¸˜o como programa inteiro ca Restri¸oes c˜ As vari´veis δij e as restri¸˜es xj − xi ≥ Sij δij + (Ej − Li )δji , ∀i, j ∈ P a co podem ser desnecess´rias de acordo com as rela¸˜es entre os avi˜es i e j. a co o Sij Ei Ti Li Ej Tj Lj Sij Ei Ti Li Ej Tj Lj Sij Ei Ti Ej Li Tj Lj Figura: Diferentes situa¸˜es entre avi˜es co o Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 16. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Representa¸˜o de uma solu¸˜o ca ca Vari´veis inteiras a A parte mais complicada do problema est´ na defini¸˜o das vari´veis a ca a inteiras, δij . Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 17. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Representa¸˜o de uma solu¸˜o ca ca Vari´veis inteiras a A parte mais complicada do problema est´ na defini¸˜o das vari´veis a ca a inteiras, δij . A solu¸˜o do problema ser´ considerada a instancia¸˜o dessas ca a ca vari´veis, pois com essa podemos resolver o problema linear a resultante, de forma eficiente, com o m´todo Simplex. e Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 18. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Representa¸˜o de uma solu¸˜o ca ca Sequˆncia de avi˜es e o Para representar a solu¸˜o, decidimos utilizar uma representa¸˜o de ca ca sequˆncia de avi˜es, na qual a ordem dos avi˜es diz a ordem de e o o chegada desses ao aeroporto. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 19. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Representa¸˜o de uma solu¸˜o ca ca Sequˆncia de avi˜es e o Para representar a solu¸˜o, decidimos utilizar uma representa¸˜o de ca ca sequˆncia de avi˜es, na qual a ordem dos avi˜es diz a ordem de e o o chegada desses ao aeroporto. 1 4 5 2 6 3 Figura: Uma sequˆncia de avi˜es e o Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 20. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Representa¸˜o de uma solu¸˜o ca ca Sequˆncia de avi˜es e o Para representar a solu¸˜o, decidimos utilizar uma representa¸˜o de ca ca sequˆncia de avi˜es, na qual a ordem dos avi˜es diz a ordem de e o o chegada desses ao aeroporto. 1 4 5 2 6 3 Figura: Uma sequˆncia de avi˜es e o A partir dessa representa¸˜o podemos definir as vari´veis δij , e ca a vice-versa. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 21. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Id´ia geral e A id´ia principal da meta-heur´ e ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es e co iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria. e o Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 22. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Id´ia geral e A id´ia principal da meta-heur´ e ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es e co iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria. e o Em vez de selecionar-se o melhor elemento a ser inserido numa solu¸˜o, escolhe-se um entre alguns dos melhores de forma aleat´ria. ca o Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 23. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Id´ia geral e A id´ia principal da meta-heur´ e ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es e co iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria. e o Em vez de selecionar-se o melhor elemento a ser inserido numa solu¸˜o, escolhe-se um entre alguns dos melhores de forma aleat´ria. ca o Ap´s isso se faz uma busca local em torno da solu¸˜o inicial gerada. o ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 24. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Id´ia geral e A id´ia principal da meta-heur´ e ıstica GRASP ´ construir solu¸˜es e co iniciais de uma forma gulosa por´m aleat´ria. e o Em vez de selecionar-se o melhor elemento a ser inserido numa solu¸˜o, escolhe-se um entre alguns dos melhores de forma aleat´ria. ca o Ap´s isso se faz uma busca local em torno da solu¸˜o inicial gerada. o ca A melhor solu¸˜o encontrada durante a execu¸˜o do algoritmo ´ ca ca e retornada como resultado. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 25. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Algoritmo Fun¸˜o principal ca p r o c e d i m e n t o GRASP( a l p h a , s e m e n t e ) m e l h o r S o l u c a o = INF ; e n q u a n t o nao c r i t e r i o −de−p a r a d a f a c a s o l = g e r a r S o l u c a o I n i c i a l ( alpha , semente ) ; res = buscaLocal ( sol ) ; se r e s < melhorSolucao entao melhorSolucao = res ; fim−s e ; fim−e n q u a n t o ; r e t o r n a r melhorSolucao ; fim−p r o c e d i m e n t o ; Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 26. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Sequˆncia ideal e De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi co necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal. a e Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 27. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Sequˆncia ideal e De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi co necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal. a e Essa sequˆncia serve de base para a determina¸˜o de quais s˜o os e ca a melhores elementos a serem inseridos em um dado passo do algoritmo. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 28. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Sequˆncia ideal e De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi co necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal. a e Essa sequˆncia serve de base para a determina¸˜o de quais s˜o os e ca a melhores elementos a serem inseridos em um dado passo do algoritmo. Essa sequˆncia ´ incialmente definida como a ordem em que os avi˜es e e o chegariam caso todos aterrissassem no seu momento ideal. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 29. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Sequˆncia ideal e De forma a construir solu¸˜es com um algoritmo semi-guloso foi co necess´rio definir o conceito de sequˆncia ideal. a e Essa sequˆncia serve de base para a determina¸˜o de quais s˜o os e ca a melhores elementos a serem inseridos em um dado passo do algoritmo. Essa sequˆncia ´ incialmente definida como a ordem em que os avi˜es e e o chegariam caso todos aterrissassem no seu momento ideal. Cada vez que uma solu¸˜o melhor do que a atual ´ encontrada, ca e durante a execu¸˜o do algoritmo, a sequˆncia ideal ´ atualizada para ca e e a sequˆncia que gerou a nova solu¸˜o. e ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 30. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Parˆmetro α a Parˆmetro do m´todo GRASP que define o qu˜o ”ruim”um elemento a e a pode ser e ainda assim ser selecionado. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 31. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Parˆmetro α a Parˆmetro do m´todo GRASP que define o qu˜o ”ruim”um elemento a e a pode ser e ainda assim ser selecionado. Na nossa implementa¸˜o, esse parˆmetro equivale ` m´xima distˆncia ca a a a a aceit´vel entre a posi¸˜o do avi˜o na sequˆncia ideal e a posi¸˜o a ser a ca a e ca preenchida na solu¸˜o parcial. ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 32. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Varia¸˜o: Reactive GRASP ca A meta-heur´ıstica GRASP original mantinha o parˆmetro α fixo a durante todas as itera¸˜es do algoritmo. co Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 33. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Varia¸˜o: Reactive GRASP ca A meta-heur´ıstica GRASP original mantinha o parˆmetro α fixo a durante todas as itera¸˜es do algoritmo. co Com base no Reactive GRASP, nosso algoritmo escolhe aleatoriamente, a cada itera¸˜o, um valor para α entre 0 e αmax , um ca novo parˆmetro do nosso m´todo. a e Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 34. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ Fun¸˜o geradora de solu¸oes ca c˜ procedimento g e r a r S o l u c a o I n i c i a l ( alpha , semente ) solucao = vazio ; enquanto naoPronta ( s o l u c a o ) f a c a RCL = gerarRCL ( a l p h a ) ; e l e m e n t o = s o r t e a r ( RCL , s e m e n t e ) ; adicionarElemento ( solucao , elemento ) ; fim−e n q u a n t o ; retornar solucao ; fim−p r o c e d i m e n t o ; Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 35. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ RCL RCL (Resctricted candidate list) ´ a lista de todos os elementos e (nesse caso avi˜es) que podem ser inseridos em um determinado o passo da constru¸˜o da solu¸˜o. ca ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 36. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ RCL RCL (Resctricted candidate list) ´ a lista de todos os elementos e (nesse caso avi˜es) que podem ser inseridos em um determinado o passo da constru¸˜o da solu¸˜o. ca ca Todos os elementos dessa lista satisfazem `s restri¸˜es citadas na a co descri¸˜o do parˆmetro α, e tamb´m atendem ao crit´rio de que, se ca a e e forem adicionados ` solu¸˜o, mantˆ-la-˜o vi´vel. a ca e a a Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 37. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ RCL - Exemplo Nas figuras abaixo podemos ver um exemplo de sequˆncia ideal e de uma e solu¸˜o parcial. Nesse exemplo, se α fosse 2, a RCL seria . ca 1 4 5 2 6 3 Figura: Exemplo de sequˆncia ideal e 4 2 Figura: Exemplo de solu¸˜o parcial ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 38. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Gera¸˜o de solu¸oes ca c˜ RCL - Exemplo Nas figuras abaixo podemos ver um exemplo de sequˆncia ideal e de uma e solu¸˜o parcial. Nesse exemplo, se α fosse 2, a RCL seria {1, 5, 6}. ca 1 4 5 2 6 3 Figura: Exemplo de sequˆncia ideal e 4 2 Figura: Exemplo de solu¸˜o parcial ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 39. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Busca local Vizinhan¸a e busca local c A segunda parte de cada itera¸˜o do m´todo GRASP consiste em ca e realizar uma busca local ao redor da solu¸˜o gerada gulosa e ca aleatoriamente. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 40. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Busca local Vizinhan¸a e busca local c A segunda parte de cada itera¸˜o do m´todo GRASP consiste em ca e realizar uma busca local ao redor da solu¸˜o gerada gulosa e ca aleatoriamente. A defini¸˜o de um vizinho de uma sequˆncia ´: uma sequˆncia ´ ca e e e e vizinha de outra se for resultante da troca de posi¸˜o entre dois ca avi˜es adjacentes e de mais nenhuma altera¸˜o. o ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 41. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Busca local Vizinhan¸a e busca local c A segunda parte de cada itera¸˜o do m´todo GRASP consiste em ca e realizar uma busca local ao redor da solu¸˜o gerada gulosa e ca aleatoriamente. A defini¸˜o de um vizinho de uma sequˆncia ´: uma sequˆncia ´ ca e e e e vizinha de outra se for resultante da troca de posi¸˜o entre dois ca avi˜es adjacentes e de mais nenhuma altera¸˜o. o ca O tipo de busca local escolhido foi o de primeiro incremento, isto ´, e pesquisa-se na vizinhan¸a por uma solu¸˜o melhor e, quando c ca encontra-se a primeira solu¸˜o melhor, passa-se a considerar essa ca nova solu¸˜o como a solu¸˜o atual, reiniciando a pesquisa nos ca ca vizinhos dessa. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 42. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados I Testamos, para todos os casos de entrada, o parˆmetro αmax com valores a entre 1 e 5, sempre utilizando sementes aleat´rias diferentes. o Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland1 1 14766 700 1 0 airland1 2 20024 700 2 0 airland1 3 19673 700 1 0 airland1 4 23915 700 2 0 airland1 5 710 700 2 0 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 43. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados II Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland2 1 22574 1.480 5 0 airland2 2 26494 1.480 9 0 airland2 3 11040 1.480 8 0 airland2 4 27382 1.480 9 0 airland2 5 11503 1.500 10 1.33 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 44. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados III Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland3 1 15751 820 18 0 airland3 2 14185 820 21 0 airland3 3 31028 820 21 0 airland3 4 20012 820 21 0 airland3 5 17962 820 21 0 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 45. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados IV Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland4 1 26543 2.520 18 0 airland4 2 23571 2.520 21 0 airland4 3 21435 2.520 21 0 airland4 4 3896 2.520 21 0 airland4 5 21136 2.520 21 0 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 46. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados V Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland5 1 20362 3.100 21 0 airland5 2 19016 3.100 21 0 airland5 3 28928 3.100 21 0 airland5 4 13363 3.100 21 0 airland5 5 4087 3.100 21 0 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 47. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados VI Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland6 1 27207 24.442 1 0 airland6 2 14705 24.442 1 0 airland6 3 31960 24.442 2 0 airland6 4 32355 24.442 1 0 airland6 5 15148 24.442 1 0 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 48. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados VII Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland7 1 4734 1.550 12 0 airland7 2 11699 1.550 13 0 airland7 3 23048 1.550 13 0 airland7 4 30431 1.550 14 0 airland7 5 10183 1.550 14 0 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 49. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Resultados Resultados VIII Tabela: Tabela de resultados dos experimentos Caso αmax Semente Solu¸˜o ca Tempo (s) Desvio (%) airland8 1 30714 1.950 21 0 airland8 2 13072 1.950 33 0 airland8 3 16746 1.950 40 0 airland8 4 20341 1.950 21 0 airland8 5 21053 1.950 28 0 Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 50. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos An´lise a An´lise e conclus˜es a o A escolha dos parˆmetros e fun¸˜es envolvidas na constru¸˜o a co ca gulosa-aleat´ria de solu¸˜es ´ fundamental para o sucesso do o co e algoritmo. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 51. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos An´lise a An´lise e conclus˜es a o A escolha dos parˆmetros e fun¸˜es envolvidas na constru¸˜o a co ca gulosa-aleat´ria de solu¸˜es ´ fundamental para o sucesso do o co e algoritmo. Aparentemente, a escolha de solu¸˜es iniciais pr´ximas de uma co o sequˆncia ideal pr´-definida ´ eficaz para a solu¸˜o desse problema. e e e ca Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 52. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos An´lise a An´lise e conclus˜es a o A escolha dos parˆmetros e fun¸˜es envolvidas na constru¸˜o a co ca gulosa-aleat´ria de solu¸˜es ´ fundamental para o sucesso do o co e algoritmo. Aparentemente, a escolha de solu¸˜es iniciais pr´ximas de uma co o sequˆncia ideal pr´-definida ´ eficaz para a solu¸˜o desse problema. e e e ca A varia¸˜o do parˆmetro α, como proposto na meta-heur´ ca a ıstica Reactive GRASP, tamb´m parece ter sido importante para o sucesso e da abordagem. Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP
  • 53. Defini¸˜o do problema ca GRASP Experimentos Obrigado! Perguntas? Bruno Fiss Kauˆ Silveira e UFRGS GRASP