Uma abordagem de otimização utilizando Algoritmo Genético com estratégias de busca local e melhoramento genético para minimização do makespan no problema de programação da produção job shop

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Viana, Monique Simplicio
Orientador(a): Morandin Júnior, Orides lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15915
Resumo: Many works nowadays use metaheuristics to deal with the class of problems known in the literature as Job Shop Scheduling Problem (JSSP) due to its complexity since it consists of combinatorial problems and belongs to the set of NP-Hard computational problems. In this type of problem, one of the most discussed objectives in the literature is to minimize the makespan, which consists of the maximum production time of a series of jobs. As this is a resource allocation situation, to solve JSSP instances, metaheuristics such as the Genetic Algorithm (GA) are widely used. Although GAs present good results in the literature, it is very common that they present certain deficiencies, such as: stagnation in solutions that are local minimums; difficulty in exploring the search space satisfactorily; premature convergence; among others. To overcome these situations, the use of local search and genetic improvement strategies in GA is proposed in this work. Being the first strategy defined in the form of generalization and improvement of local search techniques existing in the literature. In detail, the concept of massive local search operator was generalized; the use of a local search strategy in the traditional mutation operator has been improved; and a new multi-crossover operator was developed. The second strategy is defined in the form of an operator specialized in directing the population to good regions in the search space. This operator makes it possible to manipulate the genetic material of individuals, adding characteristics that are frequent in well-regarded individuals, with the proposal of directing some individuals in the population who are lost in the search space for a more favorable solution without harming the diversity of the population. In this work, the joining of these strategies is proposed in order to define a framework of GA techniques that have the objective of minimizing the makespan in JSSP instances. The developed material was evaluated in well-established benchmarks in the specialized literature and is competitive and versatile compared to the methods that represent the state of the art.
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In this type of problem, one of the most discussed objectives in the literature is to minimize the makespan, which consists of the maximum production time of a series of jobs. As this is a resource allocation situation, to solve JSSP instances, metaheuristics such as the Genetic Algorithm (GA) are widely used. Although GAs present good results in the literature, it is very common that they present certain deficiencies, such as: stagnation in solutions that are local minimums; difficulty in exploring the search space satisfactorily; premature convergence; among others. To overcome these situations, the use of local search and genetic improvement strategies in GA is proposed in this work. Being the first strategy defined in the form of generalization and improvement of local search techniques existing in the literature. In detail, the concept of massive local search operator was generalized; the use of a local search strategy in the traditional mutation operator has been improved; and a new multi-crossover operator was developed. The second strategy is defined in the form of an operator specialized in directing the population to good regions in the search space. This operator makes it possible to manipulate the genetic material of individuals, adding characteristics that are frequent in well-regarded individuals, with the proposal of directing some individuals in the population who are lost in the search space for a more favorable solution without harming the diversity of the population. In this work, the joining of these strategies is proposed in order to define a framework of GA techniques that have the objective of minimizing the makespan in JSSP instances. The developed material was evaluated in well-established benchmarks in the specialized literature and is competitive and versatile compared to the methods that represent the state of the art.Muitos trabalhos da atualidade estão utilizando metaheurísticas para tratar a classe de problemas conhecida na literatura como Job Shop Scheduling Problem (JSSP) devido a sua complexidade, uma vez que a mesma consiste de problemas combinatórios e é pertencente ao conjunto dos problemas computacionais NP-Hard. Neste tipo de problema, um dos objetivos mais abordados na literatura é o de minimizar o makespan, o qual consiste no tempo máximo de produção de uma série de produtos (jobs). Tratando-se de uma situação de alocação de recursos, para solucionar instâncias de JSSP, é amplamente utilizado metaheurísticas, tais como o Algoritmo Genético (GA). Apesar dos GAs apresentarem bons resultados na literatura, é muito comum que os mesmos apresentem certas deficiências como: estagnação em soluções que são mínimos locais; dificuldade em explorar o espaço de busca de maneira satisfatória; convergência prematura; entre outras. Para contornar estas situações, é proposto neste trabalho o uso de estratégias de busca local e de melhoramento genético no GA. Sendo a primeira estratégia definida na forma da generalização e do aprimoramento de técnicas de busca local existentes na literatura. Em detalhes, o conceito de operador de busca local massiva foi generalizado; o uso de uma estratégia de busca local no operador de mutação tradicional foi aprimorado; e um novo operador de multi-crossover foi desenvolvido. A segunda estratégia é definida na forma de um operador especializado em direcionar a população a boas regiões no espaço de busca. Este operador possibilita manipular o material genético dos indivíduos, adicionando características que são frequentes em indivíduos bem avaliados, com a proposta de direcionar alguns indivíduos da população que se encontram perdidos no espaço de busca para uma solução mais favorável sem prejudicar a diversidade da população. Neste trabalho, é proposto a junção destas estratégias com a finalidade de definir um framework de técnicas do tipo GA que possui o objetivo de minimizar o makespan em instâncias de JSSP. O ferramental desenvolvido foi avaliado em benchmarks bem estabelecidos da literatura especializada e se mostra competitivo e versátil em comparação aos métodos que representam o estado da arte.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAlgoritmo genéticoBusca localOperador de melhoramento genéticoProgramação da produçãoJob shop scheduling problemMakespanGenetic AlgorithmLocal searchGenetic improvement operatorProduction schedulingCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOUma abordagem de otimização utilizando Algoritmo Genético com estratégias de busca local e melhoramento genético para minimização do makespan no problema de programação da produção job shopAn optimization approach using Genetic Algorithm with local search strategies and genetic improvement to minimize the makespan in the job shop scheduling probleminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis600600699c22db-73af-4a67-a1af-0c10448ea48breponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_MoniqueSViana.pdfTese_MoniqueSViana.pdfTexto da Teseapplication/pdf3256061https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4a213ab9-235e-4d6e-8cba-24350661e5ef/download5c649a17c74058e516da0cb053d20285MD51trueAnonymousREADAutorização_para_publicação.pdfAutorização_para_publicação.pdfAutorização para publicaçãoapplication/pdf105883https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8bf73cce-90bc-4905-85e8-850d2a190971/download0d683412efa83798b602a977b156ff11MD52falseCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6dfae463-7bfa-45e7-9c7c-e035b62dd52f/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53falseAnonymousREADTEXTTese_MoniqueSViana.pdf.txtTese_MoniqueSViana.pdf.txtExtracted texttext/plain329426https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/da81ed41-deb3-484b-92f5-4d136cea841a/downloadac788cfa98ae108bf71e1eeb22132a2dMD58falseAnonymousREADAutorização_para_publicação.pdf.txtAutorização_para_publicação.pdf.txtExtracted texttext/plain1679https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2a414745-29a2-450e-a594-d0cd16792624/download845ac77956db21a34069c1af0fd11b81MD510falseTHUMBNAILTese_MoniqueSViana.pdf.jpgTese_MoniqueSViana.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10488https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5e293956-a19a-4746-b676-a83fd1d1033c/download3a3d49b964fd04de3095b49f57df9d5eMD59falseAnonymousREADAutorização_para_publicação.pdf.jpgAutorização_para_publicação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10660https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f9efe9ea-1071-4769-b03d-d075b7471245/download9d332ac2392de4e8b85b4cefb95d29c0MD511false20.500.14289/159152025-02-05 21:09:58.705http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/15915https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T00:09:58Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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