Capítulo 2 Algoritmos Genéticos

484 Pages·2013·39.55 MB·English

Heitor Silv´erio Lopes
Luiz Carlos de Abreu Rodrigues
Maria Teresinha Arns Steiner
(Editores)
Meta-Heur´ısticas em
Pesquisa Operacional
2013
Copyright (cid:13)c 2013 Omnipax Editora Ltda
Caixa Postal 16532 – 81520-980 Curitiba, PR
A editora disponibiliza por acesso livre a vers˜ao eletroˆnica deste livro no site:
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Digital Object Identifier (DOI): 10.7436/2013.mhpo.0
Capa:
S´ergio Alexandre Prokofiev
Projeto gr´afico e editora¸c˜ao:
Omnipax Editora Ltda
Ficha catalogr´afica:
Adriano Lopes (CRB9/1429)
Dados Internacionais de Cataloga¸c˜ao na Publica¸c˜ao
M587 Meta-heur´ısticas em pesquisa operacional / editores:
Heitor Silv´erio Lopes, Luiz Carlos de Abreu Rodri-
gues,MariaTeresinhaArnsSteiner. —Curitiba,PR:
Omnipax, 2013
472 p. : il.; 30 cm
V´arios autores
Inclui bibliografias
ISBN: 978-85-64619-10-4
eISBN: 978-85-64619-11-1
1. Pesquisa operacional. 2. Algoritmos computa-
cionais. 3. Algoritmos heur´ısticos. I. Lopes, Heitor
Silv´erioII.Rodrigues, LuizCarlosdeAbreuIII.Stei-
ner, Maria Teresinha Arns IV. T´ıtulo.
CDD (22. ed.) 003
.
Dedicatória
Para todos aqueles que, com seu esforc¸o direto, colabora¸ca˜o, ou apenas paciˆencia, foram im-
prescind´ıveis para a conclusa˜o deste trabalho, em especial, Gisele e Maria Clara
H.S.L.
`
A minha esposa, Regina, aos meus filhos, Sarahe Gabriel, e aos meus pais, Delmo e Teresinha,
fontes de apoio e incentivo!
L.C.A.R.
Ao meu marido, Pedro; aos meus filhos, Alexandre e Patr´ıcia; `a minha nora e ao meu genro,
Danielle e Davi; ao meu netinho, Joa˜o Guilherme e in memorian aos meus pais, Osvaldo e
Therezinha Arns, com todo o meu amor!
M.T.A.S.
.
Prefácio
A Pesquisa Operacional ´e uma a´rea do conhecimento fortemente interdisciplinar voltada ao
desenvolvimento de modelos matema´ticos e algor´ıtmicos para a resolu¸ca˜o de problemas reais
complexos. M´etodos de Pesquisa Operacional tˆem sido utilizados com sucesso para a obten-
¸ca˜o de solu¸c˜oes otimizadas nos mais variados contextos de problemas reais. Os problemas
tratados pela Pesquisa Operacional requerem, em geral, grande esfor¸co computacional, sendo,
muitas vezes, de complexidade na˜o-polinomial. Como alternativa `as modelagens puramente
matem´aticas, tˆem surgido, ao longo das u´ltimas d´ecadas, soluc¸˜oes atrav´es de procedimentos
heur´ısticos e meta-heur´ısticos. Considerando-se o grande desenvolvimento de m´etodos com-
putacionais na ´area, surge a necessidade de dissemina¸c˜ao do conhecimento cient´ıfico sobre
o assunto. Desta forma, o objetivo deste livro foi agrupar trabalhos de pesquisa, com foco
multidisciplinar, em dois grupos: os que destacam m´etodos utilizados em problemas de otimi-
za¸ca˜o/aplica¸ca˜o e os que destacam aplica¸co˜es que podem ser abordadas atrav´es de m´etodos de
otimiza¸c˜ao. A coletˆanea de cap´ıtulos possui cara´ter did´atico e mostra, tamb´em, um panorama
atual da pesquisa no Brasil, de maneira a suprir a falta de material de referˆencia em l´ıngua
portuguesa sobre o assunto. O livro ´e composto por 29 cap´ıtulos, dos quais 11 foram enqua-
drados como “m´etodos” e 18 como “aplica¸co˜es”. Na parte de m´etodos, as meta-heur´ısticas
utilizadas, em um total de 18, foram (listados em ordem decrescente de aparecimento no
texto): Algoritmos Gen´eticos – AG (abordado em 11 cap´ıtulos), Iterated Local Search – ILS
(em 5 cap´ıtulos), Ant Colony Optimization – ACO (4), Greedy Randomized Adaptative Search
Procedure –GRASP(3), Simulated Annealing –SA(3), BuscaTabu–BT(3), Particle Swarm
Optimization – PSO (3), M´etodo de Pesquisa em Vizinhan¸ca Vari´avel – VNS (2), Algoritmos
Transgen´eticos – AT (2), Programa¸ca˜o Gen´etica – PG, Dinˆamica de Sistemas – DS, Beam
Search – BS, Sistemas Imunol´ogicos Artificiais – SIA, Reconex˜ao de Caminhos – RC, Very
Fast Local Search – VFLS, Evolu¸ca˜o Diferencial – ED, Coloˆnia Artificial de Abelhas – CAA,
e Algoritmo do Morcego – AM. Na parte de aplica¸c˜oes, em um total de 13, foram tratados
(listados em ordem decrescente de aparecimento no texto): Problemas de Roteamento de
Ve´ıculos – PRV (2), Planejamento Florestal (2), Fundos de Investimentos, Programa¸ca˜o de
Tarefas, Carregamento e Descarregamento 3D em Navios, Planejamento de Opera¸c˜oes de Sis-
temas Hidrel´etricos, Planejamento de Redes de Telecomunica¸co˜es, Aloca¸ca˜o de Registradores,
Cadeias de Suprimentos Sustenta´vel, Coleta Seletiva, Aloca¸ca˜o de Salas de Aulas, Sequencia-
mento de Linhas de Montagem Automotivas, Alocac¸˜ao de C´elulas de Telefonia Celular. Estes
cap´ıtulos foram contribui¸co˜es de 81 pesquisadores de 37 institui¸c˜oes diferentes.
Heitor Silv´erio Lopes – UTFPR
Luiz Carlos de Abreu Rodrigues – UTFPR
Maria Teresinha Arns Steiner – PUCPR
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Sumário
Parte 1: M´etodos
1 GRASP: Procedimentos de Busca Gulosos, Aleato´rios e Adaptativos.............. 1
Mauricio Guilherme de Carvalho Resende e Ricardo Martins de Abreu Silva
2 Algoritmos Gen´eticos: Fundamentos e Aplicac¸˜oes................................. 21
Alexandre Ferreira de Pinho, Jos´e Arnaldo Barra Montevechi,
Fernando Augusto Silva Marins e Rafael de Carvalho Miranda
3 Uma Introdu¸ca˜o a` Busca Tabu................................................... 33
Vin´ıcius Amaral Armentano e Rodrigo Moretti Branchini
4 Otimiza¸c˜ao por Colˆonia de Formigas............................................. 53
Mauro Henrique Mulati, Ademir Aparecido Constantino e Anderson Faustino da Silva
5 Programa¸c˜ao Gen´etica........................................................... 69
Douglas Adriano Augusto, Heder Soares Bernardino e Helio Jos´e Corrˆea Barbosa
6 Compara¸ca˜o de M´etodos de Computa¸ca˜o Evolucion´aria para o Problema da
Mochila Multidimensional........................................................ 87
Jonas Krause, Jelson Andr´e Cordeiro e Heitor Silv´erio Lopes
7 Transgen´etica Computacional.................................................... 99
Marco C´esar Goldbarg e Elizabeth Ferreira Gouvˆea Goldbarg
8 Introduc¸˜ao aos Sistemas Imunolo´gicos Artificiais.................................. 113
Grazziela Patrocinio Figueredo, Heder Soares Bernardino e Helio Jos´e Corrˆea Barbosa
9 Times Ass´ıncronos............................................................... 129
Jesmmer da Silveira Alves e Humberto Jos´e Longo
10 M´etodos Penalizados e Na˜o-penalizados para o Problema do Caixeiro Viajante
com Grupamento ................................................................ 145
M´ario Mestria
11 Um Algoritmo Heur´ıstico Baseado em Iterated Local Search para Problemas
de Roteamento de Ve´ıculos....................................................... 165
Anand Subramanian, Puca Huachi Vaz Penna, Luiz Satoru Ochi e
Marcone Jamilson Freitas Souza
.
Parte 2: Aplica¸co˜es
12 Problema de Roteamento de Ve´ıculos Multiobjetivo com Coleta Seletiva.......... 181
Luciana Pereira de Assis, Andr´e Luiz Maravilha Silva, Felipe Campelo Franca Pinto,
Alessandro Vivas Andrade e Jaime Arturo Ram´ırez
13 Metodologia para o PRV: um Estudo de Caso para a Distribui¸ca˜o
´
de Agua Mineral................................................................. 203
Sheila Margot Gon¸calves, Maria Teresinha Arns Steiner e Luzia Vidal de Souza
14 Roteamento de Ve´ıculos Utilizando Otimiza¸ca˜o por Coloˆnia de Formigas
e Algoritmo Gen´etico ............................................................ 219
Silvely Salom˜ao N´eia, Almir Olivette Artero, Luiza Amalia Pinto Cant˜ao e
Cl´audio Barbieri da Cunha
15 Modelagem Matema´tica para Coleta Seletiva no Munic´ıpio de Passo Fundo-RS... 237
F´abio Roberto Bar˜ao, Moacir Kripka e Rosana Maria Luvezute Kripka
16 Resolu¸ca˜o de um Problema de Projeto de Cadeia de Suprimentos de
Remanufatura Usando Algoritmos Evolutivos..................................... 253
Ernesto Del Rosario Santiban˜ez Gonzalez, Henrique Pacca Loureiro Luna e
Geraldo Robson Mateus
17 Compara¸ca˜o de Heur´ısticas para a Solu¸c˜ao do Problema de Carregamento e
Descarregamento 3D de Navios via Representa¸ca˜o por Regras .................... 271
Anibal Tavares de Azevedo, Cassilda Maria Ribeiro, Galeno Jos´e de Sena,
Antˆonio Augusto Chaves, Luiz Leduino de Salles Neto e Antˆonio Carlos Moretti
18 Heur´ısticas para Otimiza¸ca˜o do Sequenciamento de Linhas de
Montagem Automotivas.......................................................... 289
Daniel Brasil, Thiago Ferreira de Noronha e Caroline Rocha
19 Algoritmo Gen´etico e Evolu¸c˜ao Diferencial para a Resolu¸ca˜o do Problema
de Planejamento Hidrel´etrico..................................................... 307
Priscila Cristina Berbert Rampazzo, Akebo Yamakami e Fabr´ıcio Olivetti de Fran¸ca
20 Simulated Annealing Aplicado ao Problema de Aloca¸ca˜o de Salas
com Deslocamentos M´ınimos..................................................... 325
Rosana Maria Luvezute Kripka e Moacir Kripka
21 Solu¸ca˜o de Problemas de Planejamento Florestal com
Varia´veis Inteiras com o Emprego de Meta-heur´ısticas............................ 339
Gilson Fernandes da Silva, Antonio Almeida de Barros Junior,
Gustavo Willam Pereira e Adriano Ribeiro de Mendon¸ca
.
22 Meta-heur´ıstica Otimiza¸ca˜o por Enxame de Part´ıculas Aplicada ao
Planejamento Florestal........................................................... 355
Fla´vio Augusto Ferreira do Nascimento, Julio Eduardo Arce, Andrea Nogueira Dias,
Afonso Figueiredo Filho, Gabriel de Magalh˜aes Miranda e Celso Carnieri
23 Busca Tabu: Implementac¸˜ao de Estrat´egias de Memo´rias de Curto
e Longo Prazo ................................................................... 367
Vin´ıciusAmaralArmentano,D´eboraPrettiRonconi,CintiaRig˜aoScricheAndr´eLu´ısShiguemoto
24 Um Estudo Comparativo de Algoritmos Gen´eticos e Beam Search
para o Problema de Aloca¸ca˜o de C´elulas de Telefonia Celular..................... 385
Anibal Tavares de Azevedo e Cassilda Maria Ribeiro
25 Sistema de Apoio a` Decisa˜o MILP-Fuzzy para o Planejamento Estrat´egico de
Redes de Acesso em Telecomunicac¸˜oes............................................ 401
Marcos Antˆonio de Sousa, Fl´avio Henrique Teles Vieira, Carlos Magnus Carlson Filho,
Bruno Henrique Pereira Gonc¸alves e Victor Hugo Teles Costa
26 Algoritmo Transgen´etico para o Passeio do Pistoneio Peri´odico com
Realimenta¸ca˜o Cont´ınua nos Po¸cos............................................... 419
Marco C´esar Goldbarg, Elizabeth Ferreira Gouvˆea Goldbarg e Herbert de M´elo Duarte
27 Problema de Forma¸ca˜o de C´elulas de Manufatura com Roteiros Alternativos
e Considera¸co˜es de Capacidade................................................... 429
Luiz Carlos de Abreu Rodrigues, Adriano Pereira Balau e Tiago Rodrigues Weller
28 Uma Solu¸c˜ao para o Problema de Aloca¸c˜ao de Registradores
Baseada em Meta-heur´ısticas..................................................... 445
Carla N´egri Lintzmayer, Mauro Henrique Mulati e Anderson Faustino da Silva
29 Meta-heur´ısticas Aplicadas ao Desenvolvimento de Novos Fundos
de Investimento.................................................................. 459
Eder Oliveira Abensur