Computação Evolucionária: Conceitos Básicos de Otimização

Documentos relacionados
Minicurso Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas Elétricos. Niterói, 12 de Maio de 2018

MÉTODOS DE OTIMIZAÇÃO MULTIOBJETIVO

NOTAS DE AULA 1 METAHEURÍSTICA 13/10/2016

INTRODUÇÃO À INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL. Aula 04 Prof. Vitor Hugo Ferreira

OTIMIZAÇÃO BIOINSPIRADA COM APLICAÇÕES NO SETOR ELÉTRICO

3. Resolução de problemas por meio de busca

Tópicos Especiais em Otimização

Algoritmos Genéticos e Evolucionários

4 Métodos Existentes. 4.1 Algoritmo Genético

Problemas de otimização

Inteligência Artificial

CAP 254 CAP 254. Otimização Combinatória. Professor: Dr. L.A.N. Lorena. Assunto: Metaheurísticas Antonio Augusto Chaves

Pesquisa Operacional / Programação Matemática

1º Período. Horário Início Término CAD103 ADMINISTRAÇÃO TGA ALGORITMOS E ESTRUTURAS DE DADOS III

Pesquisa Operacional aplicada ao Planejamento e Controle da Produção e de Materiais Programação Linear

BUSCA LOCAL (PARTE 4 Resolução de problemas por meio de busca) (C)Russell & Norvig, capítulo 4

Otimização Aplicada à Engenharia de Processos

Marcone Jamilson Freitas Souza

INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

Programação Linear/Inteira

Disciplina que estuda métodos analíticos para auxiliar na tomada de decisões.

Otimização Linear. Profª : Adriana Departamento de Matemática. wwwp.fc.unesp.br/~adriana

Aula 13: Branch-and-bound

Branch-and-Bound para problemas de Otimização Combinatória

Pesquisa Operacional Aplicada à Mineração

Tabela de Pré-Requisitos. Interdisciplinar 36 Não há

3. Resolução de problemas por meio de busca

CRÉDITOS DO CURSO. Carga Horária Créditos IN1030 Seminários 30 2

Inteligência Artificial

CURSO DE LOGÍSTICA INTEGRADA DE PRODUÇÃO. Ferramentas de Apoio à Decisão Prof. Dr. Fabrício Broseghini Barcelos PARTE 01

A PROCURA DAS MELHORES SOLUÇÕES. OTIMIZAÇÃO NA ENGENHARIA

Algoritmos Genéticos. Estéfane G. M. de Lacerda DCA/UFRN Outubro/2008

Pesquisa Operacional

Algoritmos Genéticos Fundamentos e Aplicações. Prof. Juan Moisés Mauricio Villanueva

1. Computação Evolutiva

1º Período 2º Período 3º Período 4º Período 5º Período 6º Período 7º Período 8º Período 9º Período 10º Período

Programação Matemática

Pós-Graduação em Engenharia de Automação Industrial SISTEMAS INTELIGENTES PARA AUTOMAÇÃO

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MINAS GERAIS IFMG

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MINAS GERAIS IFMG

Inteligência Artificial

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MINAS GERAIS IFMG

Ementário das disciplinas do curso de Engenharia de Software

Otimização Combinatória - Parte 4

Pesquisa Operacional Introdução. Profa. Alessandra Martins Coelho

1-1 PESQUISA OPERACIONAL INTRODUÇÃO

Computação Evolutiva Parte 1

Aula 10: Revisão Otimização Linear e Inteira Túlio A. M. Toffolo

método de solução aproximada

Inteligência Computacional Aplicada. O que é Inteligência Computacional? Áreas de Aplicação Algoritmos Genéticos

Marina Andretta. 02 de agosto de 2010

Abordagens para Problemas Intratáveis

Informática I. Aula 21. Aula 21-07/11/06 1

Algoritmo Genético. Inteligência Artificial. Professor: Rosalvo Ferreira de Oliveira Neto

Problema do Caixeiro Viajante

Otimização: O melhor

Pesquisa Operacional / Programação Matemática

3 Métodos de Otimização

GA Conceitos Básicos. Capítulo 3 Prof. Ricardo Linden

Professor: Rodrigo A. Scarpel

A Matemática como Serviço a Ciência da Computação. Prof. Dr. Carlos Eduardo de Barros Paes Coordenador do Curso de Ciência da Computação

Inteligência Artificial

Algoritmos Combinatórios: Introdução

UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO. Currículo Pleno

DISTRIBUIÇÃO DE SALAS 2º SEMESTRE DE 2016

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Naturais e Exatas Departamento de Física Laboratório de Teoria da Matéria Condensada

Métodos de pesquisa e Optimização

Unemat Campus de Sinop Curso de Engenharia Elétrica 8º semestre. Disciplina: Introdução à Otimização Linear de Sistemas

Métodos Exatos para PI - Parte 1: Branch-and-Bound

Modelos Evolucionários e Tratamento de Incertezas

Modelagem Matemática I

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MINAS GERAIS IFMG

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

Genótipo e Fenótipo. Dogma Central da Biologia. Genótipo e Fenótipo. Como a Vida é Estruturada

ANNY GETULIO LUCAS ROSA VITOR LUCAS VINICIUS ARRUDA MAICK

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MINAS GERAIS IFMG

PEA 2522 MÉTODOS DE OTIMIZAÇÃO. Otimização

FO - FERRAMENTAS DE OPTIMIZAÇÃO Opção do 2 o ano, 1 o semestre Mestrado em Engenharia de Sistemas

1 Introdução 1.1 Motivação

Inteligência Artificial. Algoritmos Genéticos. Aula I Introdução

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DO NORTE DE MINAS GERAIS CAMPUS MONTES CLAROS 1 PERÍODO

Sumário I PROGRAMAÇÃO LINEAR, 1

ALGORITMOS EVOLUCIONÁRIOS APLICADOS AO PROBLEMA DO CAIXEIRO VIAJANTE MULTIOBJETIVO

Inteligência Artificial. Resolução de problemas por meio de algoritmos de busca. Aula I - Introdução

Computação Evolucionária

DISCIPLINAS OPTATIVAS PERFIL TEÓRICO

Matemática aplicada na busca do ótimo (1).

Programação Linear. (1ª parte) Informática de Gestão Maria do Rosário Matos Bernardo 2016

CÓD CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO MATRIZ CURRICULAR Currículo nº1

Redes Neurais Artificial. Inteligência Artificial. Professor: Rosalvo Ferreira de Oliveira Neto

COMPARAÇÃO ENTRE FROTA HOMOGÊNEA E HETEROGÊNEA EM PROBLEMAS DE ROTEAMENTO DE VEÍCULOS CAPACITADOS

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS CAMPUS GOIÂNIA PRÓ-REITORIA DE ENSINO Matrizes Curriculares

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS CAMPUS GOIÂNIA PRÓ-REITORIA DE ENSINO Matrizes Curriculares

2 Algoritmos Genéticos Heurística Premissa: Localidade Fraca Conclusões Estrutura de um Algoritmo Genético 26

Computação Bioinspirada. Prof. Eduardo R. Hruschka (Slides baseados nos originais do Prof. André C. P. L. F. de Carvalho)

Linear para o Problema de Escalonamento de Workflows em Múltiplos Provedores de Nuvem

Exemplo do jogo dos fósforos Terça-feira, 9 de maio. Exemplo para o Problema do Corpo de Bombeiros. Exemplo: Localidade do Corpo de Bombeiros

Resolução de Problemas. Hugo Barros

Orientações de Inscrição nas Unidades Curriculares. da Licenciatura em Informática

Transcrição:

Computação Evolucionária: Conceitos Básicos de Otimização Prof. Dr. Rafael Stubs Parpinelli E-mail: rafael.parpinelli@udesc.br

Otimização Min ou Max Sujeito a

Otimização Função objetivo A qual se quer maximizar ou minimizar Ex: max(lucro), min(custo) Pode não existir ou ser múltipla Conjunto de variáveis Que afetam o valor da função objetivo Em problemas complexos este conjunto pode ser muito grande Conjunto de restrições Não permite que o conjunto de variáveis assuma determinados valores

Otimização Definição de Otimização Processo de melhoramento iterativo/interativo de uma solução para um problema, com respeito a uma função objetiva específica Problemas típicos da área de otimização Maximização (minimização) de funções algébricas Problemas combinatoriais (caixeiro viajante, problema da mochila, escalonamento de tarefas...) Projetos de engenharia (maximização de desempenho, minimização de custo...)

Tipos de Problemas Função Objetivo SIM NÃO SIM COP CSP Restrições NÃO FOP COP: Problema de Otimização com Restrições (Constrained Optimization Problem) CSP: Problema de Satisfação de Restrições (Constraint Satisfaction Problem) FOP: Problema Livre de Restrições (Free Optimziation Problem) Problemas de Otimização: Dentre as soluções viáveis, qual é a melhor?

Otimização Otimização Contínua: variáveis assumem valores reais (ou contínuos) Otimização Combinatória ou Discreta: variáveis com valores discretos (ou inteiros) Otimização Mista: variáveis inteiras e contínuas

Otimização multiobjetivos O conceito de ótimo não é óbvio e deve respeitar a individualidade de cada critério Otimalidade de Pareto: Conjunto de soluções P-ótimas e não um único ponto Minimizar Custo e Número de Acidentes Dominância: Neste caso: P-ótimo: {A, B, C}

Características do Espaço do Problema

Métodos de soluções de problemas Métodos fortes Para problemas genéricos em um mundo específico (linearidade e estacionariedade). Podem garantir uma solução ótima. Métodos específicos Métodos fracos Para problemas específicos em mundos específicos. Para problemas genéricos em mundos genéricos (pode haver não-linearidade e não estacionariedade). Não garantem uma solução ótima, eventualmente uma solução satisfatória.

Métodos de otimização Enumerativos Numéricos Busca exaustiva Analíticos: derivadas parciais Diretos: técnicas de gradiente (steepest descent ou hill-climbing) Probabilísticos (Heurísticas e Meta-heurísticas) Busca aleatória Simulated Annealing Computação Evolucionária Inteligência de Enxame

Métodos enumerativos Excelentes para um grande número de problemas, entretanto: Aplicável somente a problemas de dimensões pequenas Aceitável quando envolve tempos computacionais razoáveis Tendem a ser cada vez mais utilizados a medida que a capacidade computacional disponível aumenta.

Quando utilizar IC para otimização? Quando a aplicação de métodos fortes ou específicos são inviáveis Quando a complexidade do problema torna inviável sua formulação matemática Quando o número de possíveis soluções a serem examinadas leva a uma explosão combinatória intratável Quando o problema é fortemente não estacionário Quando não existe outra alternativa viável

Necessidade de métodos heurísticos e meta-heurísticos Problemas complexos: problemas do mundo real Problemas que demandam tempos de processamento muito grandes Métodos heurísticos são executados em tempos aceitáveis, porém não garantem a obtenção da solução ótima, nem mesmo garantem encontrarse uma solução factível Entretanto, o objetivo de um método heurístico é tentar encontrar uma solução aceitável de maneira simples e rápida

Natureza como Inspiração O conceito de otimização pode ser abstraído de diferentes processos naturais Evolução das espécies Comportamento de grupos sociais Sinapses de neurônios Dinâmica do sistema imunológico Estratégias de busca por alimento Relações ecológicas Sonar de morcego Teias de aranha

Aplicações Funções benchmark Mineração de Dados Robótica: planejamento de trajetórias Processamento de imagens Projeto de circuitos Pesquisa operacional: empacotamento 1D, 2D, 3D,..., alocação de recursos alocação de facilidades,... Econometria Planejamento, previsão e despacho de carga Bioinformática (filogenia, predição de estruturas) Problemas de engenharia estrutural Controle preditivo inteligente Redes de computadores Alocação de navios em portos Treinamento de redes neurais Arte e música, etc...