Implementação de meta-heurísticas para o problema da coloração de vértices e da alocação de registradores

• Autor(a) principal: Duarte, Bruno
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29132
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO; Grafos de ligação; Programação heurística; Heurística; Bond graphs; Heuristic programming; Heuristic

O Problema da Coloração de Grafos é um dos principais desafios da computação, tendo origem no século XIX, e sendo um dos grandes alicerces da teoria dos grafos. Este consiste em colorir regiões de um grafo, de modo que áreas vizinhas não recebam a mesma cor. Diversos outros problemas podem ser encarados através de uma abordagem via Coloração de Grafos, como a Alocação de Registradores no processo de compilação de programas. Neste, variáveis cujas faixas vivas – tempo entre declaração e último uso – interferem entre si, não podem ser alocadas ao mesmo registrador, e ao menos uma delas deve ser armazenada na memória. Ambos os problemas mencionados pertencem a classe dos NP-Completos, e lidam com gestão de poucos recursos, cores e registradores, sendo necessário trabalhar com inteligência em sua utilização. A resolução exata deste tipo de problema demanda tempo de computação exponencial, sendo as meta-heurísticas alternativas extremamente viáveis para encontrar soluções de qualidade em tempo polinomial. Este trabalho propôs a implementação das meta-heurísticas Busca Tabu e Simulated Annealing, para o Problema da Coloração de Grafos, e para o problema derivado deste, a Alocação de Registradores, com o objetivo de investigar o comportamento destes métodos e compará-los entre si. Após uma série de experimentos com casos de teste do DIMACS, foi possível verificar que a Busca Tabu implementada é capaz de produzir soluções de melhor qualidade para a Coloração de Grafos, enquanto o Simulated Annealing teve menores tempos de execução. Para a Alocação de Registradores, a Busca Tabu demonstrou-se capaz de alcançar melhores soluções, com menor tempo de execução.