Melhorando o desempenho de um algoritmo genético paralelizado com OpenMP

• Autor(a) principal: Rosa, Mateus Fontoura Gomes da
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIPAMPA
• Texto Completo: http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/1871
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA; Algoritmos genéticos; Problema de roteamento de veículos; Paralelização; OpenMP; Genetic algorithms; Vehicle routing problem; Parallelization

Este trabalho propôs a implementação de duas versões de um Algoritmo Genético (AG) utilizando o Modelo de Ilhas. A diferença entre essas duas versões consiste no número de evoluções que cada ilha desempenhou. Cada versão foi então aplicada ao Problema de Roteamento de Veículos (PRV) e paralelizado com OpenMP. O PRV consiste de um problema combinatório, onde um veículo com capacidade limitada precisa atender um número de bairros ou cidades, necessitando retornar a um depósito para reabastecer quando esgotar sua capacidade. A solução do problema consiste em uma trajetória que atenda todas as cidades ou bairros e possua a menor distância total possível. Para solucionar este problema, é utilizado um AG, que consiste em um tipo de Meta-heurística que simula o comportamento evolutivo das espécies. O Modelo de Ilhas consiste de uma variação de AG que utiliza múltiplas populações (ilhas), onde em cada uma dessas populações foi simulado o comportamento evolutivo das espécies. Este AG foi paralelizado utilizando a API (Application Programming Interface) OpenMP. Para analisar o desempenho do AG aplicado ao modelo de ilhas, foram feitas execuções do AG, onde estes testes foram divididos em três momentos. O primeiro verifica o desempenho geral do AG e compara a nova versão, que utiliza a abordagem de ilhas, com a versão convencional do AG. O segundo momento compara a eficiência das execuções realizadas na arquitetura utilizada, verificando quais das duas versões do AG aplicado ao Modelo de Ilhas obteve melhor eficiência computacional. O terceiro momento realiza uma comparação entre as soluções obtidas com o AG com o objetivo de verificar qual das duas versões possui uma melhor qualidade de solução. Após os testes, realizados com as instâncias c50, c100, c120 e c150, obteve-se um ganho de speedup acima de 5 utilizando-se 6 threads em uma arquitetura com 6 núcleos de processamento (cores), obtendo assim um desempenho melhor que os observados nos trabalhos passados, comprovando assim a eficácia do Modelo de Ilhas como uma alternativa para melhorar o desempenho de AG. Também foi verificado que o Modelo de Ilhas permite que o AG encontre soluções de boa qualidade quando comparado as soluções encontradas em trabalhos prévios. Ao comparar as duas Versões da implementação com o Modelo de Ilhas foi possível observar que embora a Versão 2 possua maiores speedups em média e melhores soluções, ela sofre de um aumento significativo em seu tempo de execução, favorecendo assim o uso da Versão 1 da implementação com o Modelo de Ilhas em função da diferença entre ambos em speedup e qualidade de solução não ser tão significativa.