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Tipo: TCC
Título: Meta-Heurísticas e programação linear inteira para o problema da dominação romana tripla em grafos
Autor(es): Ferreira, Israel Souza
Orientador: Luiz, Atílio Gomes
Palavras-chave em português: teoria dos grafos;Ciência da computação;otimização combinatória
CNPq: CNPQ: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Data do documento: 2025
Citação: FERREIRA, Israel Souza. Meta-Heurísticas e programação linear inteira para o problema da dominação romana tripla em grafos. 2025. 93 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Ciência da Computação) - Campus de Quixadá, Universidade Federal do Ceará, Quixadá, 2025.
Resumo: O problema de Dominação Romana Tripla é um problema de otimização combinatória definido como a seguir. Dado um grafo G e uma função h : V(G) → {0,1,2,3,4}, dizemos que v ∈ V(G) é ativo se h(v) > 0. A vizinhança ativa de v é o conjunto dos vizinhos ativos de v e é denotada por AN(v). Uma função de dominação romana tripla (FDRT) de um grafo G é uma função h : V(G) → {0,1,2,3,4} tal que, para todo vértice v ∈V(G) tem-se que ∑u∈N[v] h(u) ≥ 3+|AN(v)|. O peso da função h é o valor ∑v∈V(G) h(v). Dado um grafo G, o número de dominação romana tripla de G, γ3R(G), é o menor peso possível de uma FDRT de G. O objetivo do problema de dominação romana tripla é encontrar γ3R(G). Esse problema já foi provado NP-completo e possui aplicações em contextos militares, alocação de recursos e servidores. Este trabalho propõe as duas primeiras meta-heurísticas para o problema, baseadas em Algoritmos Genéticos e Otimização por Colônia de Formigas, além de apresentar a primeira formulação correta de Programação Linear Inteira para o problema na literatura. Além disso, discutimos a falha de uma formulação já existente. A comparação entre os algoritmos foi realizada com base em três critérios principais: (i) tempo de execução, medido em segundos, avaliando a eficiência computacional de cada abordagem; (ii) qualidade das soluções, analisada por meio do valor de aptidão (fitness), comparando os resultados das meta-heurísticas com as soluções ótimas obtidas pelo PLI; e (iii) gap relativo, métrica que mensura a proximidade das soluções heurísticas em relação ao ótimo global fornecido pelo PLI, sendo calculado com base na melhor solução encontrada por alguma meta-heurística. Esses critérios garantem uma avaliação confiável da eficácia e eficiência das abordagens propostas.
Abstract: The Triple Roman Domination Problem is a combinatorial optimization problem defined as follows. Given a graph G and a function h :V(G) → {0,1,2,3,4}, we say that v ∈V(G) is active if h(v) > 0. The active neighborhood of v is the set of active neighbors of v and is denoted by AN(v). A triple Roman domination function (TRDF) of a graph G is a function h : V(G) → {0,1,2,3,4} such that, for every vertex v ∈ V(G), it holds that ∑u∈N[v] h(u) ≥ 3+|AN(v)|. The weight of h is the value ∑v∈V(G) h(v). Given a graph G, the triple Roman domination number of G, γ3R(G), is the smallest possible weight of a TRDF of G. The goal of the triple Roman domination problem is to find γ3R(G). This problem has already been proven to be NP-complete and has applications in military contexts, resource allocation, and server placement. This work proposes the first two metaheuristics for the problem, based on Genetic Algorithms and Ant Colony Optimization, and presents the first correct Integer Linear Programming formulation for the problem in the literature. Additionally, we discuss the flaws of an existing formulation. The comparison between the algorithms was conducted based on three main criteria: (i) execution time, measured in seconds, to evaluate the computational efficiency of each approach; (ii) solution quality, analyzed through the fitness value, comparing the results of the metaheuristics with the optimal solutions obtained by ILP; and (iii) relative gap, a metric that measures the proximity of the heuristic solutions to the global optimum provided by ILP, calculated based on the best solution found by any metaheuristic. These criteria ensure a reliable evaluation of the effectiveness and efficiency of the proposed approaches.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81277
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-6177-403X
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/7364915463901013
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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