PRODUÇÃO ACADÊMICA Repositório Acadêmico da Graduação (RAG) TCC Ciência da Computação
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Abordagens heurísticas, meta-heurísticas e de programação linear inteira para o Covering Salesman Problem
Autor(es): Moura, João Augusto Ferreira de
Primeiro Orientador: Ribeiro, Alexandre
metadata.dc.contributor.referee1: Ribeiro, Alexandre
metadata.dc.contributor.referee2: Dantas, Maria José Pereira
metadata.dc.contributor.referee3: Oliveira, Max Gontijo de
Resumo: Neste trabalho de conclusão de curso, foi abordada uma variação do Problema do Caixeiro Viajante, chamada The Covering Salesman Problem. Neste problema, são dados um conjunto de cidades, e uma matriz de distância entre elas. O objetivo é encontrar um ciclo de custo mínimo em um subconjunto de cidades, dentro do conjunto das n cidades dadas, de forma que cada cidade que não faça parte do ciclo esteja dentro de uma distância de cobertura S de alguma cidade que esteja no ciclo. Ao longo do trabalho foram propostos um algoritmo de aproximação baseado em programação linear inteira chamado Relaxação Lagrangiana, uma heurística Gulosa e duas meta-heurísticas chamadas Busca Tabu e Ant Colony Optimization para resolver o problema. A estratégia utilizada a partir destas abordagens foi dividir o problema em dois problemas clássicos: O Problema da Cobertura de Conjuntos e o Problema do Caixeiro Viajante. Desta forma, a Relaxação Lagrangiana, a Heurística Gulosa e a Busca Tabu foram utilizadas para resolver o Problema da Cobertura de Conjuntos primeiramente, com o objetivo de minimizar a quantidade de cidades que fazem parte do ciclo, para que então o Ant Colony Optimization resolva o Problema do Caixeiro Viajante, com as respostas dadas pelos algoritmos responsáveis por resolver a primeira parte, buscando o ciclo hamiltoniano de custo mínimo entre as cidades selecionadas. Para os experimentos computacionais, foram utilizados os resultados obtidos por um algoritmo da literatura baseado em busca local denominado LS2 para fins de comparação. Os resultados não se mostraram satisfatórios, com os algoritmos elaborados não conseguindo obter nenhuma resposta melhor do que a encontrada pelo LS2, o que mostra que a estratégia utilizada neste trabalho é ineficiente para resolver o Covering Salesman Problem. No entanto, pôde-se observar que, para praticamente todos os ciclos gerados pelos algoritmos elaborados, a quantidade de vértices presentes neles foi menor do que no algoritmo LS2, isso fez com que o problema deste trabalho fosse reelaborado, associando um custo para adicionar os vértices de cobertura ao ciclo. Com essa variação do CSP, os algoritmos que utilizaram a abordagem deste trabalho apresentaram resultados melhores que o algoritmo LS2 na maior parte dos casos em que o custo de adicionar novos vértices de cobertura ao ciclo é elevado.
Abstract: In this term paper, a variation of the Traveling Salesman Problem, called The Covering Salesman Problem, was studied. In this problem, a set of cities and a matrix of distances between them are given. The objective is to find a minimum cost cycle in a subset of cities, within the set of n given cities, such that each city that is not part of the cycle is within coverage distance S of some city that is in the cycle. Throughout the work, an approximation algorithm based on integer linear programming called Lagrangian Relaxation, a Greedy heuristic and two meta heuristics called Tabu Search and Ant Colony Optimization were proposed to solve the problem. The strategy used from these approaches was to divide the problem into two classic problems: The Set Coverage Problem and the Traveling Salesman Problem. In this way, the Lagrangian Relaxation, the Greedy Heuristic and the Tabu Search were used to solve the Set Coverage Problem firstly, with the objective of minimizing the number of cities that are part of the cycle, so that Ant Colony Optimization can solve the problem. Traveling Salesman Problem, with the answers given by the algorithms responsible for solving the first part, seeking the Hamiltonian cycle of minimum cost among the selected cities. For the computational experiments, the results obtained by an algorithm from the literature based on local search called LS2 were used for comparison purposes. The results were not satisfactory, with the developed algorithms not managing to obtain any better response than the one found by LS2, which shows that the strategy used in this work is inefficient to solve the Covering Salesman Problem. However, it was observed that, for practically all the cycles generated by the elaborated algorithms, the amount of vertices present in them was smaller than in the LS2 algorithm, this caused the problem of this work to be re-elaborated, associating a cost to add the cover vertices to the cycle. With this CSP variation, the algorithms that used the approach of this work presented better results than the LS2 algorithm in most cases where the cost of adding new coverage vertices to the cycle is high.
Palavras-chave: Covering salesman problem
Caixeiro viajante
Cobertura de conjuntos
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Pontifícia Universidade Católica de Goiás
Sigla da Instituição: PUC Goiás
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.pucgoias.edu.br/jspui/handle/123456789/6210
Data do documento: 20-Jun-2023
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