Heurística para sintonização de metaheurísticas aplicada ao Problema de FlowShop Permutacional.
| Ano de defesa: | 2018 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Maranhão
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| Programa de Pós-Graduação: |
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO/CCET
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| Departamento: |
DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA/CCET
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| País: |
Brasil
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Palavras-chave em Inglês: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/2286 |
Resumo: | Many combinatorial optimization problems are considered NP-Hard and therefore require a high computational cost to be solved by exact algorithms. A promising alternative is the use of metaheuristics, generic algorithmic models capable of finding great solutions to complex optimization problems in a reasonable time. However, for metaheuristics to obtain quality solutions, parameters of various types must be calibrated. The problem of finding the best setting for these parameters is called Tuning. Usually, the process of finding optimal settings in a parameter search space has difficulty equal to or greater than the search for optimal solutions in the solution space of the problem, such an obstacle makes the study of tuning unattractive to researchers, who prefer cheaper approaches based in trial and error or expert experience. As there is no standard in the tuning, researchers use to set parameters by following their own approaches that influence in different ways the effectiveness of their algorithms, making it difficult to compare and improve them due to aspects that are not very measurable. This work presents a cross-validated Racing (CVR) heuristic tuning method that adds crossvalidation to the tuning process by racing to achieve a generalization perspective by Machine Learning, thus obtaining quality solutions for unknown instances . For CVR validation, a hybrid biased random-key genetic algorithm (BRKeCS) was designed and applied to solve Permutational FlowShop Problems with random and realistic instances. The computational results demonstrated that the CVR is robust to find an effective parameter configuration with an average residual error of less than 2:3% when compared to other metaheuristics specially developed for the problem since it requires training process in only half of the set total number of instances. We also verified the stability of the quality of CVR solutions when the search space topology is modified by changing from random to realistic instances. |
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The problem of finding the best setting for these parameters is called Tuning. Usually, the process of finding optimal settings in a parameter search space has difficulty equal to or greater than the search for optimal solutions in the solution space of the problem, such an obstacle makes the study of tuning unattractive to researchers, who prefer cheaper approaches based in trial and error or expert experience. As there is no standard in the tuning, researchers use to set parameters by following their own approaches that influence in different ways the effectiveness of their algorithms, making it difficult to compare and improve them due to aspects that are not very measurable. This work presents a cross-validated Racing (CVR) heuristic tuning method that adds crossvalidation to the tuning process by racing to achieve a generalization perspective by Machine Learning, thus obtaining quality solutions for unknown instances . For CVR validation, a hybrid biased random-key genetic algorithm (BRKeCS) was designed and applied to solve Permutational FlowShop Problems with random and realistic instances. The computational results demonstrated that the CVR is robust to find an effective parameter configuration with an average residual error of less than 2:3% when compared to other metaheuristics specially developed for the problem since it requires training process in only half of the set total number of instances. We also verified the stability of the quality of CVR solutions when the search space topology is modified by changing from random to realistic instances.Muitos problemas de Otimização Combinatória são considerados NP-Difíceis e portanto requerem um alto custo computacional para serem resolvidos por algoritmos exatos. Uma alternativa promissora é a utilização de metaheurísticas, modelos algorítmicos genéricos capazes de encontrar boas soluções para problemas de otimização complexos em tempo razoável. Contudo, para que as metaheurísticas obtenham soluções de qualidade, parâmetros de diversos tipos devem ser calibrados. Ao problema de encontrar o melhor ajuste para esses parâmetros dá-se o nome de Sintonização. Usualmente, o processo de encontrar configurações ótimas em um espaço de busca de parâmetros possui dificuldade igual ou superior à busca de soluções ótimas no espaço de soluções do problema, tal obstáculo torna o estudo da sintonização pouco atrativo aos pesquisadores, que preferem abordagens mais baratas baseadas em tentativa e erro ou experiência de especialistas. Como não existe um padrão na sintonização, pesquisadores tendem a ajustar parâmetros seguindo abordagens próprias que influenciam de diferentes modos a eficácia de seus algoritmos, dificultando a comparação e aperfeiçoamento dos mesmos devido a aspectos pouco mensuráveis. Este trabalho apresenta um método de sintonização heurístico denominado Cross-Validated Racing (CVR) que agrega validação cruzada ao processo de sintonização por corrida buscando alcançar uma perspectiva de generalização por Aprendizagem de Máquina, obtendo assim soluções de qualidade para instâncias desconhecidas. Para a validação do CVR, um algoritmo genético de chaves aleatórias e viciadas híbrido (BRKeCS) foi projetado e aplicado para resolver problemas do tipo FlowShop Permutacional com instâncias randômicas e realistas. Os resultados computacionais demonstraram que a CVR é robusto ao encontrar uma configuração de parâmetros efetiva com um erro residual médio de menos de 2:3% quando comparado com outras metaheurísticas desenvolvidas especialmente para o problema uma vez que requer processo de treinamento em apenas metade do conjunto total de instâncias. Também verificou-se a estabilidade da qualidade de soluções do CVR quando a topologia do espaço de busca é modificada pela alteração de instâncias aleatórias para as realísticas.Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2018-06-18T13:16:20Z No. of bitstreams: 1 Thiago Henrique Lemos Fonseca.pdf: 1127055 bytes, checksum: 45a444fa2f509f83109333769264ad27 (MD5)Made available in DSpace on 2018-06-18T13:16:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thiago Henrique Lemos Fonseca.pdf: 1127055 bytes, checksum: 45a444fa2f509f83109333769264ad27 (MD5) Previous issue date: 2018-04-25application/pdfporUniversidade Federal do MaranhãoPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO/CCETUFMABrasilDEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA/CCETBRKGA; Clustering Search; Algoritmos de Corrida; Metaheurísticas; Otimização; SintonizaçãoBRKGA; Clustering Search; Racing Algorithms; Metaheuristics; Otimization; TuningAnálise de Algoritmos e Complexidade de Computação.Heurística para sintonização de metaheurísticas aplicada ao Problema de FlowShop Permutacional.Heuristic for tuning metaheuristics applied to Permutational Flow Shop Problem.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMAinstname:Universidade Federal do Maranhão (UFMA)instacron:UFMAORIGINALThiago Henrique Lemos Fonseca.pdfThiago Henrique Lemos Fonseca.pdfapplication/pdf1127055http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/2286/2/Thiago+Henrique+Lemos+Fonseca.pdf45a444fa2f509f83109333769264ad27MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82255http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/2286/1/license.txt97eeade1fce43278e63fe063657f8083MD51tede/22862018-06-18 10:16:20.13oai:tede2: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tedebc.ufma.br/jspui/PUBhttp://tedebc.ufma.br:8080/oai/requestrepositorio@ufma.br||repositorio@ufma.bropendoar:21312018-06-18T13:16:20Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA - Universidade Federal do Maranhão (UFMA)false |
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