Aumentando a eficiência de um algoritmo genético através da paralelização com OpenMP

• Autor(a) principal: Gressler, Henrique de Oliveira
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIPAMPA
• Texto Completo: http://dspace.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/1568
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA; Computer science; Genetic algorithms; Parallelization; OpenMP; Meta-heuristic; Ciência da computação; Algoritmos genéticos; Paralelização; OpenMP; Meta-heurística

Este trabalho propõe a implementação e paralelização de um Algoritmo Genético (AG) para resolver o Problema do Roteamento de Veículos (PRV). O PRV é um problema combinatório pertencente à classe dos NP-Completos. Em sua forma canônica, consiste em rotear veículos que possuem uma capacidade de transporte para determinado produto. Os veículos devem atender as cidades distribuídas em um mapa, que possuem certa demanda para o produto transportado. A solução do problema passa pela determinação de rotas que minimizem a distância total percorrida e, que atenda todas as demandas das cidades do mapa, sendo que cada cidade deve ser visitada apenas uma vez. Resolver problemas combinatórios deste tipo traz avanços em várias áreas do conhecimento, como a concepção de circuitos integrados e a realização de testes combinatórios aplicados aos protocolos de redes de computadores. O objetivo geral deste trabalho é implementar um AG capaz de encontrar bons resultados para o PRV em um tempo de computação razoável e, através da paralelização com OpenMP, obter resultados compatíveis com os encontrados pela versão sequencial e, melhores se executado pelo tempo da versão sequencial. Nesse sentido, foram testados os diversos parâmetros de um AG, com objetivo de determinar qual combinação dos mesmos conduz a melhores resultados. Nesta busca ficou evidenciado que a variação do tamanho da população e do número de evoluções influencia significativamente no tempo necessário para encontrar uma solução e também na qualidade desta solução. Baseado na implementação sequencial, foi desenvolvida uma versão paralela usando a Application Program Interface (API) OpenMP. A paralelização consistiu em encontrar regiões que pudessem ser executadas em paralelo e eleger as diretivas de paralelização baseado nas características de cada região. Também foram testadas várias combinações de políticas de escalonamento e granularidade, para determinar quais as mais eficientes. Os melhores speedups foram obtidos pela versão com 4 threads, mantendo a qualidade das soluções compatível com o encontrado pela versão sequencial. Executar a versão paralela com 4 threads pelo tempo da versão sequencial, permitiu avaliar um número de indivíduos aproximadamente 100% maior, possibilitando encontrar melhores soluções.