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Type: Dissertação
Title: Modelo de paridade e heurísticas para o problema do caminho positivo mínimo
Title in English: A parity model and heuristics for the shortest positive path problem
Authors: Sombra, João Victor Fonseca
Advisor: Andrade, Rafael Castro de
Keywords in Brazilian Portuguese : Caminho mínimo;Grafos;Grafo de sinais;Caminho em grafos de sinais
Keywords in English : Shortest path;Graphs;Signed Graphs;Shortest path in signed graph
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Issue Date: 2026
Citation: SOMBRA, João Victor Fonseca. Modelo de paridade e heurísticas para o problema do caminho positivo mínimo. 2026. 56 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Abstract in Brazilian Portuguese: Dado um digrafo G = (V,A) de arcos ponderados e rotulados com sinal positivo ou negativo, o problema do Caminho Positivo Mínimo (do inglês Shortest Positive Path (SPP)) busca o caminho de custo mínimo entre um par de vértices em G, sujeito à restrição de que o caminho contenha um número par de arcos negativos. Frequentemente aplicado em redes sociais para estabelecer conexões entre indivíduos ou avaliar sua compatibilidade, o problema também aparece em estudos de relações e influências entre entidades biológicas. Este trabalho propõe novas formulações de Programação Linear Inteira, aprimora as existentes por meio de desigualdades válidas, restrições derivadas de relaxações lineares e introduz duas heurísticas para o problema. As novas abordagens de resolução foram avaliadas em instâncias sintéticas de pequeno, médio e grande porte, bem como em instâncias do mundo real. Para instâncias com pesos reais arbitrários, a formulação (SP+) supera os modelos da literatura em tempo de execução e possibilita a obtenção de soluções ótimas em digrafos de maior escala, especialmente quando combinada com a heurística bucket. Para instâncias com pesos estritamente positivos, o novo modelo de paridade (SPxor), baseado em um digrafo expandido, apresentou o melhor desempenho computacional em todos os experimentos realizados, sendo em média 94% mais rápido que os modelos presentes na literatura para as instâncias sintéticas consideradas. Além disso, a incorporação das heurísticas propostas em formulações preexistentes resultou em melhoras relevantes no tempo de resolução, reforçando sua robustez e aplicabilidade geral. Os resultados obtidos permitem tratar instâncias do SPP de grande escala com tempos computacionais significativamente menores do que os reportados na literatura.
Abstract: Given a digraph G = (V,A) with weighted arcs labeled with positive or negative signs, the Minimum Positive Path problem (Shortest Positive Path, SPP) seeks the minimum-cost path between a pair of vertices in G, subject to the constraint that the path contains an even number of negative arcs. Frequently applied in social networks to establish connections between individuals or assess their compatibility, the problem also appears in studies of relationships and influences among biological entities. This work proposes new Integer Linear Programming formulations, improves existing ones through valid inequalities and constraints derived from linear relaxations, and introduces two heuristics for the problem. The new solution approaches were evaluated on synthetic instances of small, medium, and large scale, as well as on real-world instances. For instances with arbitrary real weights, the (SP+) formulation outperforms the models in the literature in terms of running time and enables obtaining optimal solutions on larger-scale digraphs, especially when combined with the bucket heuristic. For instances with strictly positive weights, the new parity model (SPxor), based on an expanded digraph, achieved the best computational performance across all experiments conducted, being on average 94% faster than the models in the literature for the synthetic instances considered. Furthermore, incorporating the proposed heuristics into preexisting formulations consistently reduced solving times, reinforcing their robustness and general applicability. The results obtained allow large-scale SPP instances to be handled with significantly shorter computational times than those reported in the literature.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87189
Author's ORCID: https://orcid.org/0009-0004-5866-0850
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/4992164235281808
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2562-412X
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7026313596468626
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DCOMP - Dissertações defendidas na UFC

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