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Tipo: Dissertação
Título: Problema da árvore t-spanner de custo mínimo
Título em inglês: Minimum weight t-spanner tree problem
Autor(es): Sousa, Gabriel Hellen de
Orientador: Campêlo Neto, Manoel Bezerra
Palavras-chave: Árvore t-spanner de custo mínimo;Formulação matemática;Branch-and-bound;Programação linear inteira
Data do documento: 2021
Citação: SOUSA, Gabriel Hellen de. Problema da árvore t-spanner de custo mínimo. 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumo: No Problema da Árvore t-Spanner de Custo Mínimo, cuja entrada é uma tripla (G,w,t), onde G = (V,E) é um grafo simples, w : E → R+ é uma função de ponderação das arestas e t ≥ 1 é um parâmetro, denominado de fator de dilatação, o objetivo consiste em determinar uma árvore geradora T em G de menor custo, tal que a distância entre qualquer par de vértices i e j na árvore T é no máximo t vezes a distância entre i e j em G. A partir da definição formal do problema, apresentamos um contexto de aplicação, complexidade e trabalhos relacionados na literatura. Concentramo-nos em métodos de programação matemática para sua resolução. Propomos um algoritmo enumerativo baseado em um procedimento de branch-and-bound. Apresentamos e estudamos quatro formulações de programação linear inteira para o problema, uma exponencial e três compactas. Duas das formulações compactas são as únicas presentes na literatura do problema. Propomos desigualdades válidas com potencial para fortalecer a relaxação linear dos modelos. Implementamos e avaliamos computacionalmente as formulações, as desigualdades válidas e o algoritmo enumerativo usando a linguagem C++ e o resolvedor CPLEX. Reportamos os resultados computacionais obtidos por cada método e identificamos o que apresenta o melhor desempenho para cada grupo de instâncias.
Abstract: In the Minimum Weight t-Spanner Tree Problem, whose input is a triplet (G,w,t), where G = (V,E) is a simple graph, w : E → R+ is an edge weighting function and t ≥ 1 is a parameter, called the dilatation factor, the objective consists in determining a spanning tree T in G of minimum weight, such that the distance between any pair of vertices i and j in tree T is at most t times the distance between i and j in G. Starting from the formal definition of the problem, we present an application context, the problem complexity and related works in the literature. We focus on mathematical programming methods for its resolution. We propose an enumerative algorithm based on a branch-and-bound procedure. We present and study an exponential and three compact integer linear programming formulations for the problem. Two of the compact formulations are the only ones present in the problem literature. We propose valid inequalities with the potential to strengthen the linear relaxation of the models. We implement and computatuionally evaluate the formulations, the valid inequalities, and the enumerative algorithm using C++ Language and CPLEX solver. We report on the computational results obtained by each method, and we identify the one that presents the best performance for each group of instances.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59592
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