00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC
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Tipo: Dissertação
Título: Uma meta-heurística para o problema da mochila com penalidades
Autor(es): Vieira, Matheus Machado
Primeiro Orientador: Pinheiro, Rian Gabriel Santos
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Nogueira, Bruno Costa e Silva
metadata.dc.contributor.referee1: Nascimento Filho, Dimas Cassimiro do
metadata.dc.contributor.referee2: Barboza, Erick de Andrade
Resumo: O problema da mochila está entre um dos problemas combinatórios mais conhecidos. Seu potencial de aplicação e as inúmeras variações que existem fazem dele um bom modelo para diversos problemas práticos da vida real. Mais especificamente, este trabalho aborda uma variante do problema, o Problema da Mochila com Penalidades (PMP, ou, em inglês, KPF). Nesta variante, é fornecido um conjunto de itens e um grafo de conflitos, e o objetivo é identificar uma coleção de itens que respeite a capacidade da mochila enquanto maximiza o valor total dos itens menos as penalidades pelos itens conflitantes. O PMP tem tido algum engajamento tanto por sua proximidade com outros problemas famosos, como o do conjunto independente de peso máximo, e suas aplicações. Alguns exemplos compreendem desde a organização da força de trabalho em chão de fábrica até problemas de decisão em investimentos. Este trabalho apresenta um novo método para o problema utilizando-se de ferramentas já bem estabelecidas, baseado na hibridização de Iterated Local Search (ILS), Variable Neighborhood Descent (VND), e elementos de Tabu Search. Nosso método leva em consideração quatro estruturas de vizinhança, introduzidas com estruturas de dados eficientes para explorá-las. Resultados experimentais demonstram que a abordagem proposta supera os algoritmos de ponta na literatura. Em particular, o método proposto fornece soluções superiores em tempos de computação significativamente mais curtos em todas as instâncias de referência. Também foi incluída uma análise de como as estruturas de dados propostas influenciaram tanto a qualidade das soluções quanto o tempo de execução do método.
Abstract: The knapsack problem is among one of the most well-known combinatorial problems. Its potential for application and the numerous variations that exist make it a good model for various practical real-life problems. More specifically, this work addresses a variant of the problem, the Knapsack Problem with Forfeits (KPF). In this variant, a set of items and a conflict graph are provided, and the goal is to identify a collection of items that respects the knapsack’s capacity while maximizing the total value of the items minus the penalties for conflicting items. The KPF has garnered some attention both due to its proximity to other famous problems, such as the maximum weight independent set, and its applications. Some examples range from workforce organization on the factory floor to decision problems in investments. This work presents a new method for the problem using well-established tools, based on the hybridization of Iterated Local Search (ILS), Variable Neighborhood Descent (VND), and elements of Tabu Search. Our method takes into account four neighborhood structures, introduced with efficient data structures to explore them. Experimental results demonstrate that the proposed approach outperforms state-of-the-art algorithms in the literature. In particular, the proposed method provides superior solutions in significantly shorter computation times on all reference instances. An analysis of how the proposed data structures influenced both the quality of the solutions and the method’s execution time is also included.
Palavras-chave: Otimização combinatória
Problema da mochila
Meta-heurísticas
Busca local iterada
Descida em vizinhança variável
Combinatorial optimization
Knapsack problem
Metaheuristics
Iterated Local Search
Variable Neighborhood Descent
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Informática
Citação: VIEIRA, Matheus Machado. Uma meta-heurística para o problema da mochila com penalidades. 2024. 45 f. Dissertação (Mestrado em Informática) – Instituto de Computação, Programa de Pós-Graduação em Informática, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/14877
Data do documento: 31-jan-2024
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