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Tipo: Dissertação
Título : O problema da k-Floresta Geradora Balanceada em Arestas
Título en inglés: The Edge Balanced Spanning k-Forest problem
Autor : Costa, José Robertty de Freitas
Tutor: Campêlo Neto, Manoel Bezerra
Palabras clave en portugués brasileño: k-Floresta Geradora Balanceada em Arestas;Programação Matemática;Algoritmos Heurísticos
Palabras clave en inglés: Edge-balanced Spanning k-Forest;Mathematical programming;Heuristic algorithms
Áreas de Conocimiento - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Fecha de publicación : 2024
Citación : COSTA, José Robertty de Freitas. O problema da k-Floresta Geradora Balanceada em Arestas. 2024. 57 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumen en portugués brasileño: O problema da k-Floresta Geradora Balanceada em Arestas (k-FGBA) consiste em, dados um grafo G não direcionado com pesos nas arestas e um inteiro k, encontrar uma floresta geradora de G com k árvores, de forma a minimizar o peso da árvore mais pesada. No caso particular k = 1, o problema se resume a determinar uma Árvore Geradora Mínima. O problema foi introduzido em 2017, motivado por aplicação em topologia computacional. O k-FGBA já foi demonstrado ser NP-Difícil mesmo para k = 2 ou para o caso de pesos unitários. Neste trabalho apresentamos e provamos limitantes para o problema e um algoritmo de Programação Dinâmica para o caso onde o grafo de entrada é um caminho. Desenvolvemos duas novas heurísticas para o problema. Além disso, propomos três formulações de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para o k-FGBA, junto com desigualdades válidas e um procedimento de fixação de variáveis que objetivam fortalecer os modelos. Geramos um conjunto de instâncias de forma aleatória com as quais avaliamos a qualidade dos procedimentos e formulações propostas. Os testes computacionais sugerem que as heurísticas propostas podem ser adotadas como bons limitantes superiores para o problema. Ademais, as formulações F_REP+ e F_ROT+ se destacaram, conseguindo encontrar uma solução ótima dentro do limite de tempo estabelecido em 69,05% e 73,87%, respectivamente, das instâncias avaliadas.
Abstract: The Edge Balanced Spanning k-Forest (k-EBSF) problem consists in, given an undirected edge-weighted graph G and an integer k, finding a spanning forest of G with k trees, in order to minimize the weight of the heaviest tree. In the particular case k = 1, the problem comes down to determining a Minimum Spanning Tree. The problem was introduced in 2017 motivated by applications in computational topology. The k-EBSF has already been shown to be NP-Hard even for k = 2 or for the unit weight case. In this work, we present and prove bounds for the problem and a Dynamic Programming algorithm for the case where the input graph is a path. We introduce two new heuristics for the problem. Furthermore, we propose three Mixed Integer Linear Programming (MILP) formulations for the k-EBSF together with valid inequalities and a variable fixing procedure that aim to strengthen the models. We generated a set of instances to evaluate the quality of the proposed procedures and formulations. Computational tests suggest that the proposed heuristics can be adopted as good upper bounds for the problem. In addition, the formulations F_REP+ and F_ROT+ stood out, managing to find an optimal solution within the time limit in 69.05% and 73.87%, respectively, of the evaluated instances.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77092
Lattes del autor: http://lattes.cnpq.br/5890616780717375
Lattes del tutor: http://lattes.cnpq.br/7207626266770213
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: DCOMP - Dissertações defendidas na UFC

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