Metodi euristici per il problema dei trasporti con costi fissi

In questa tesi viene considerato il problema dei trasporti con costi fissi (FCTP) che, assieme al Traveling Salesman Problem (TSP), è uno dei problemi nobili dell’ottimizzazione combinatoria. Esso generalizza il ben noto problema dei trasporti (TP) imponendo che il costo per spedire prodotti da un’origine ad una destinazione sia composto da un costo fisso ed un costo proporzionale alla quantità spedita. Il FCTP è stato formulato per la prima volta in un articolo di Hirsch e Dantzig (1968) ed è stato da allora oggetto di studio per la ricerca di nuovi e sempre migliori algoritmi di risoluzione. Nessuno dei metodi esatti fin ora pubblicati è in grado di risolvere istanze con più di 15 origini e 15 destinazioni. Solo recentemente, Roberti et al. (2013), in un paper in corso di pubblicazione, hanno presentato un metodo esatto basato su una nuova formulazione matematica del problema, il quale è in grado di risolvere istanze di FCTP con 70 origini e 70 destinazioni. La crescita esponenziale dello sforzo computazionale richiesto dai metodi esatti ne ha confinato l’applicazione a problemi di dimensioni ridotte. Tali limitazioni hanno portato allo studio e alla ricerca di approcci approssimativi, euristici e metaeuristici i quali sfruttano varie strategie di local search. Fra i molteplici metodi euristici presentati in letteratura, meritano particolare attenzione quelli di Sun et al. (1998) e Glover et al. (2005). Recentemente, Buson et al. (2013) hanno presentato un nuovo euristico che domina tutti i precedenti sui problemi test proposti in letteratura. In questa tesi viene presentato un approccio Tabu Search che migliora il metodo originalmente proposto da Sun et al. (1998). I risultati computazionali ottenuti con un codice prototipale indicano che l’algoritmo sviluppato è migliore del metodo originario di Sun et al. (1998) e competitivo con il più recente metodo proposto da Buson et al. (2013).

Algoritmi di ottimizzazione per il bus touring problem.

Nel campo della Ricerca Operativa e dei problemi di ottimizzazione viene presentato un problema, denominato Bus Touring Problem (BTP), che modella una problematica riguardante il carico e l’instradamento di veicoli nella presenza di di vincoli temporali e topologici sui percorsi. Nel BTP, ci si pone il problema di stabilire una serie di rotte per la visita di punti di interesse dislocati geograficamente da parte di un insieme di comitive turistiche, ciascuna delle quali stabilisce preferenze riguardo le visite. Per gli spostamenti sono disponibili un numero limitato di mezzi di trasporto, in generale eterogenei, e di capacitá limitata. Le visite devono essere effettuate rispettando finestre temporali che indicano i periodi di apertura dei punti di interesse; per questi, inoltre, é specificato un numero massimo di visite ammesse. L’obiettivo é di organizzare il carico dei mezzi di trasporto e le rotte intraprese in modo da massimizzare la soddisfazione complessiva dei gruppi di turisti nel rispetto dei vincoli imposti. Viene presentato un algoritmo euristico basato su Tabu Search appositamente ideato e progettato per la risoluzione del BTP. Vengono presentati gli esperimenti effettuati riguardo la messa appunto dei parametri dell'algoritmo su un insieme di problemi di benchmark. Vengono presentati risultati estesi riguardo le soluzioni dei problemi. Infine, vengono presentate considerazioni ed indicazioni di sviluppo futuro in materia.

Hierarchical Approach for Survivable Network Design

A central design challenge facing network planners is how to select a cost-effective network configuration that can provide uninterrupted service despite edge failures. In this paper, we study the Survivable Network Design (SND) problem, a core model underlying the design of such resilient networks that incorporates complex cost and connectivity trade-offs. Given an undirected graph with specified edge costs and (integer) connectivity requirements between pairs of nodes, the SND problem seeks the minimum cost set of edges that interconnects each node pair with at least as many edge-disjoint paths as the connectivity requirement of the nodes. We develop a hierarchical approach for solving the problem that integrates ideas from decomposition, tabu search, randomization, and optimization. The approach decomposes the SND problem into two subproblems, Backbone design and Access design, and uses an iterative multi-stage method for solving the SND problem in a hierarchical fashion. Since both subproblems are NP-hard, we develop effective optimization-based tabu search strategies that balance intensification and diversification to identify near-optimal solutions. To initiate this method, we develop two heuristic procedures that can yield good starting points. We test the combined approach on large-scale SND instances, and empirically assess the quality of the solutions vis-à-vis optimal values or lower bounds. On average, our hierarchical solution approach generates solutions within 2.7% of optimality even for very large problems (that cannot be solved using exact methods), and our results demonstrate that the performance of the method is robust for a variety of problems with different size and connectivity characteristics.

Inzest - das Drama in der Familie (Interview von Nathalie Bursac´ und Ruth Brüderlin)

Der Bundesrat will das Inzestverbot aufheben. Das sorgt für Kontroversen. Der Berner Ethnologe Heinzpeter Znoj erklärt, warum Blutschande überall auf der Welt ein Tabu ist – und weshalb das auch gut so ist.

Objekte auf Kulturreise: Wie das @ in unsere Mailbox kam (Ausstellung)

Wie kam das polynesische Wort «Tabu» nach Europa, die Kalaschnikow auf die Flagge Mosambiks? Finden Sie unterhaltsame Antworten im Projekt «KulturTransfer».

SOP: Parallel surrogate global optimization with Pareto center selection for computationally expensive single objective problems

This paper presents a parallel surrogate-based global optimization method for computationally expensive objective functions that is more effective for larger numbers of processors. To reach this goal, we integrated concepts from multi-objective optimization and tabu search into, single objective, surrogate optimization. Our proposed derivative-free algorithm, called SOP, uses non-dominated sorting of points for which the expensive function has been previously evaluated. The two objectives are the expensive function value of the point and the minimum distance of the point to previously evaluated points. Based on the results of non-dominated sorting, P points from the sorted fronts are selected as centers from which many candidate points are generated by random perturbations. Based on surrogate approximation, the best candidate point is subsequently selected for expensive evaluation for each of the P centers, with simultaneous computation on P processors. Centers that previously did not generate good solutions are tabu with a given tenure. We show almost sure convergence of this algorithm under some conditions. The performance of SOP is compared with two RBF based methods. The test results show that SOP is an efficient method that can reduce time required to find a good near optimal solution. In a number of cases the efficiency of SOP is so good that SOP with 8 processors found an accurate answer in less wall-clock time than the other algorithms did with 32 processors.

Modeling Techniques for the High-Resolution Interpretation of Cryo-Electron Microscopy Reconstructions

Essential biological processes are governed by organized, dynamic interactions between multiple biomolecular systems. Complexes are thus formed to enable the biological function and get dissembled as the process is completed. Examples of such processes include the translation of the messenger RNA into protein by the ribosome, the folding of proteins by chaperonins or the entry of viruses in host cells. Understanding these fundamental processes by characterizing the molecular mechanisms that enable then, would allow the (better) design of therapies and drugs. Such molecular mechanisms may be revealed trough the structural elucidation of the biomolecular assemblies at the core of these processes. Various experimental techniques may be applied to investigate the molecular architecture of biomolecular assemblies. High-resolution techniques, such as X-ray crystallography, may solve the atomic structure of the system, but are typically constrained to biomolecules of reduced flexibility and dimensions. In particular, X-ray crystallography requires the sample to form a three dimensional (3D) crystal lattice which is technically di‑cult, if not impossible, to obtain, especially for large, dynamic systems. Often these techniques solve the structure of the different constituent components within the assembly, but encounter difficulties when investigating the entire system. On the other hand, imaging techniques, such as cryo-electron microscopy (cryo-EM), are able to depict large systems in near-native environment, without requiring the formation of crystals. The structures solved by cryo-EM cover a wide range of resolutions, from very low level of detail where only the overall shape of the system is visible, to high-resolution that approach, but not yet reach, atomic level of detail. In this dissertation, several modeling methods are introduced to either integrate cryo-EM datasets with structural data from X-ray crystallography, or to directly interpret the cryo-EM reconstruction. Such computational techniques were developed with the goal of creating an atomic model for the cryo-EM data. The low-resolution reconstructions lack the level of detail to permit a direct atomic interpretation, i.e. one cannot reliably locate the atoms or amino-acid residues within the structure obtained by cryo-EM. Thereby one needs to consider additional information, for example, structural data from other sources such as X-ray crystallography, in order to enable such a high-resolution interpretation. Modeling techniques are thus developed to integrate the structural data from the different biophysical sources, examples including the work described in the manuscript I and II of this dissertation. At intermediate and high-resolution, cryo-EM reconstructions depict consistent 3D folds such as tubular features which in general correspond to alpha-helices. Such features can be annotated and later on used to build the atomic model of the system, see manuscript III as alternative. Three manuscripts are presented as part of the PhD dissertation, each introducing a computational technique that facilitates the interpretation of cryo-EM reconstructions. The first manuscript is an application paper that describes a heuristics to generate the atomic model for the protein envelope of the Rift Valley fever virus. The second manuscript introduces the evolutionary tabu search strategies to enable the integration of multiple component atomic structures with the cryo-EM map of their assembly. Finally, the third manuscript develops further the latter technique and apply it to annotate consistent 3D patterns in intermediate-resolution cryo-EM reconstructions. The first manuscript, titled An assembly model for Rift Valley fever virus, was submitted for publication in the Journal of Molecular Biology. The cryo-EM structure of the Rift Valley fever virus was previously solved at 27Å-resolution by Dr. Freiberg and collaborators. Such reconstruction shows the overall shape of the virus envelope, yet the reduced level of detail prevents the direct atomic interpretation. High-resolution structures are not yet available for the entire virus nor for the two different component glycoproteins that form its envelope. However, homology models may be generated for these glycoproteins based on similar structures that are available at atomic resolutions. The manuscript presents the steps required to identify an atomic model of the entire virus envelope, based on the low-resolution cryo-EM map of the envelope and the homology models of the two glycoproteins. Starting with the results of the exhaustive search to place the two glycoproteins, the model is built iterative by running multiple multi-body refinements to hierarchically generate models for the different regions of the envelope. The generated atomic model is supported by prior knowledge regarding virus biology and contains valuable information about the molecular architecture of the system. It provides the basis for further investigations seeking to reveal different processes in which the virus is involved such as assembly or fusion. The second manuscript was recently published in the of Journal of Structural Biology (doi:10.1016/j.jsb.2009.12.028) under the title Evolutionary tabu search strategies for the simultaneous registration of multiple atomic structures in cryo-EM reconstructions. This manuscript introduces the evolutionary tabu search strategies applied to enable a multi-body registration. This technique is a hybrid approach that combines a genetic algorithm with a tabu search strategy to promote the proper exploration of the high-dimensional search space. Similar to the Rift Valley fever virus, it is common that the structure of a large multi-component assembly is available at low-resolution from cryo-EM, while high-resolution structures are solved for the different components but lack for the entire system. Evolutionary tabu search strategies enable the building of an atomic model for the entire system by considering simultaneously the different components. Such registration indirectly introduces spatial constrains as all components need to be placed within the assembly, enabling the proper docked in the low-resolution map of the entire assembly. Along with the method description, the manuscript covers the validation, presenting the benefit of the technique in both synthetic and experimental test cases. Such approach successfully docked multiple components up to resolutions of 40Å. The third manuscript is entitled Evolutionary Bidirectional Expansion for the Annotation of Alpha Helices in Electron Cryo-Microscopy Reconstructions and was submitted for publication in the Journal of Structural Biology. The modeling approach described in this manuscript applies the evolutionary tabu search strategies in combination with the bidirectional expansion to annotate secondary structure elements in intermediate resolution cryo-EM reconstructions. In particular, secondary structure elements such as alpha helices show consistent patterns in cryo-EM data, and are visible as rod-like patterns of high density. The evolutionary tabu search strategy is applied to identify the placement of the different alpha helices, while the bidirectional expansion characterizes their length and curvature. The manuscript presents the validation of the approach at resolutions ranging between 6 and 14Å, a level of detail where alpha helices are visible. Up to resolution of 12 Å, the method measures sensitivities between 70-100% as estimated in experimental test cases, i.e. 70-100% of the alpha-helices were correctly predicted in an automatic manner in the experimental data. The three manuscripts presented in this PhD dissertation cover different computation methods for the integration and interpretation of cryo-EM reconstructions. The methods were developed in the molecular modeling software Sculptor (http://sculptor.biomachina.org) and are available for the scientific community interested in the multi-resolution modeling of cryo-EM data. The work spans a wide range of resolution covering multi-body refinement and registration at low-resolution along with annotation of consistent patterns at high-resolution. Such methods are essential for the modeling of cryo-EM data, and may be applied in other fields where similar spatial problems are encountered, such as medical imaging.

Improved solutions to dynamic and stochastic maritime pick-up and delivery problems using local search.

Heuristics for stochastic and dynamic vehicle routing problems are often kept relatively simple, in part due to the high computational burden resulting from having to consider stochastic information in some form. In this work, three existing heuristics are extended by three different local search variations: a first improvement descent using stochastic information, a tabu search using stochastic information when updating the incumbent solution, and a tabu search using stochastic information when selecting moves based on a list of moves determined through a proxy evaluation. In particular, the three local search variations are designed to utilize stochastic information in the form of sampled scenarios. The results indicate that adding local search using stochastic information to the existing heuristics can further reduce operating costs for shipping companies by 0.5–2 %. While the existing heuristics could produce structurally different solutions even when using similar stochastic information in the search, the appended local search methods seem able to make the final solutions more similar in structure.

An application of fuzzy logic for hardware/software partitioning in embedded systems

Hardware/Software partitioning (HSP) is a key task for embedded system co-design. The main goal of this task is to decide which components of an application are to be executed in a general purpose processor (software) and which ones, on a specific hardware, taking into account a set of restrictions expressed by metrics. In last years, several approaches have been proposed for solving the HSP problem, directed by metaheuristic algorithms. However, due to diversity of models and metrics used, the choice of the best suited algorithm is an open problem yet. This article presents the results of applying a fuzzy approach to the HSP problem. This approach is more flexible than many others due to the fact that it is possible to accept quite good solutions or to reject other ones which do not seem good. In this work we compare six metaheuristic algorithms: Random Search, Tabu Search, Simulated Annealing, Hill Climbing, Genetic Algorithm and Evolutionary Strategy. The presented model is aimed to simultaneously minimize the hardware area and the execution time. The obtained results show that Restart Hill Climbing is the best performing algorithm in most cases.

Algoritmos metaheurísticos en el problema del particionado hardware/software de sistemas embebidos

El particionado hardware/software es una tarea fundamental en el co-diseño de sistemas embebidos. En ella se decide, teniendo en cuenta las métricas de diseño, qué componentes se ejecutarán en un procesador de propósito general (software) y cuáles en un hardware específico. En los últimos años se han propuesto diversas soluciones al problema del particionado dirigidas por algoritmos metaheurísticos. Sin embargo, debido a la diversidad de modelos y métricas utilizadas, la elección del algoritmo más apropiado sigue siendo un problema abierto. En este trabajo se presenta una comparación de seis algoritmos metaheurísticos: Búsqueda aleatoria (Random search), Búsqueda tabú (Tabu search), Recocido simulado (Simulated annealing), Escalador de colinas estocástico (Stochastic hill climbing), Algoritmo genético (Genetic algorithm) y Estrategia evolutiva (Evolution strategy). El modelo utilizado en la comparación está dirigido a minimizar el área ocupada y el tiempo de ejecución, las restricciones del modelo son consideradas como penalizaciones para incluir en el espacio de búsqueda otras soluciones. Los resultados muestran que los algoritmos Escalador de colinas estocástico y Estrategia evolutiva son los que mejores resultados obtienen en general, seguidos por el Algoritmo genético.

O luto como o vivemos : educar para a perda

Este Projeto pretende levar ao reconhecimento da morte como facto natural e comum a todos os seres vivos, proporcionando à comunidade escolar formas de intervir adequadas na temática do luto. O objetivo primordial é dotar as crianças de um maior grau de resiliência, face à problemática da morte e do luto, após a intervenção delineada. É, também, objetivo a elaboração de um Manual que apoie os educadores. Considera-se que o estudo é pertinente pois existe uma necessidade atual de discutir e refletir sobre o assunto, resultando no desenvolvimento da cidadania e da promoção de saúde, a partir da abertura de espaços que possibilitem a inserção da educação para a morte e o cuidado de si e do outro, no contexto da educação para a saúde. Da intervenção realizada, salientam-se alguns dos resultados. As técnicas lúdicas utilizadas com as crianças na escola da Solum, em Coimbra, como forma de promoção da educação para a perda, constituíram uma estratégia eficaz e de efeito positivo na partilha de sentimentos e emoções e possibilitaram à amostra participante aumentar o seu grau de resiliência face à problemática da morte e do luto. A existência de um manual para educadores também se verificou uma mais valia, no sentido de permitir a partilha da comunicação na área do luto infantil, promovendo um maior enriquecimento. Decorrendo do último tabu social da cultura ocidental, a morte e o luto têm sido escassamente estudados ao nível científico. As suas efetivas implicações, nomeadamente ao nível da educação para a saúde, estão longe de ser devidamente equacionadas. Estudos detalhados e interdisciplinares sobre o educar para a perda são sugeridos para investigações futuras.

A morte dos avós na literatura infantil: análise de álbuns ilustrados

No respeito pela inteligência e pela sensibilidade da criança, cada vez mais a literatura infantil contemporânea declina temas tradicionalmente considerados tabu, como é o caso da morte, através da criação de universos efabulatórios e pictóricos de grande qualidade estético-literária, onde o tema é sujeito a abordagens multifacetadas. Nesse sentido, pretende-se, neste artigo, perceber de que forma se aborda o tema da morte em três álbuns para crianças, dando particular atenção à articulação intersemiótica entre texto e imagens.

Vicissitudes e Semelhanças nas Práticas de Capelães e Psicólogos hospitalares junto às pessoas em situações de perda por morte

Este trabalho traz como tema central às práticas de capelães e psicólogos hospitalares junto às pessoas em situação de perda por morte. Os objetivos desse trabalho foi compreender os processos de acolhimento, cuidado e aconselhamento que são realizados por psicólogos e capelães nas situações de luto; e investigar as semelhanças e diferenças nas práticas de acolhimento, cuidado e aconselhamento entre esses profissionais nas situações de luto por morte. Foram sujeitos desta pesquisa 1 Capelã protestante, 1 Capelão Padre Camiliano, e 2 Psicólogas, que trabalhavam com acolhimento, cuidado, aconselhamento pastoral e psicológico em hospitais. O método de investigação qualitativo utilizado nesta pesquisa foi a Grounded Teory , que categoriza dados e cuja interpretação é realizada considerando todo o conteúdo verbal, respeitando-se cada palavra dada pelo sujeito. A Capelã foi entrevistada em sua sala de atendimento na universidade onde trabalha e os demais sujeitos foram entrevistados nas próprias dependências dos hospitais, ocasião em que solicitamos que falassem sobre suas práticas de trabalho no contexto hospitalar. Pelos resultados obtidos foi possível verificar que existe ainda hoje uma dificuldade para lidar com o termo morte e para definir o conceito de morte, tanto no âmbito religioso, como no psicológico. Existe uma cultura muito forte, que cerca as relações humanas e que dificulta a nossa compreensão e que nos impede de mencionar a palavra morte. Foi possível identificar divergências na prática diária tanto dos capelães, quanto das psicólogas, em relação aos seus Métodos e Técnicas, pois eles se confundem na hora do acolhimento, do aconselhamento, do apoio dado às pessoas que estão passando pela perda por morte. Tanto os capelães, como as psicólogas disseram que a espiritualidade é um recurso utilizado para o enfrentamento dessa perda por morte e as sugestões e sentimentos dos entrevistados em relação as suas práticas foram que os profissionais necessitam de um espaço de expressão, para o desenvolvimento de um trabalho integrado, para um suporte aos cuidadores, para a necessidade de se desmistificar o trabalho do capelão e da necessidade do trabalho das psicólogas se estender aos funcionários do hospital. Concluímos que através da pesquisa realizada apresenta-se confusão nos papéis ou funções entre Capelão e Psicólogo. Esta confusão coloca em dúvida a própria profissão, atuação ou técnicas de intervenção. Isto sugere que há necessidade, na formação destes profissionais, de esclarecimentos ou conhecimentos sobre sua atuação diante da perda por morte