Algoritmo tabu search especializado para o problema de planejamento da expansao de sistemas de transmissão

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Reconfiguration of radial electric power distribution system via a scatter search algorithm

In this paper, to solve the reconfiguration problem of radial distribution systems a scatter search, which is a metaheuristic-based algorithm, is proposed. In the codification process of this algorithm a structure called node-depth representation is used. It then, via the operators and from the electrical power system point of view, results finding only radial topologies. In order to show the effectiveness, usefulness, and the efficiency of the proposed method, a commonly used test system, 135-bus, and a practical system, a part of Sao Paulo state's distribution network, 7052 bus, are conducted. Results confirm the efficiency of the proposed algorithm that can find high quality solutions satisfying all the physical and operational constraints of the problem.

Generating unconstrained two-dimensional non-guillotine cutting patterns by a Recursive Partitioning Algorithm

In this study, a dynamic programming approach to deal with the unconstrained two-dimensional non-guillotine cutting problem is presented. The method extends the recently introduced recursive partitioning approach for the manufacturer's pallet loading problem. The approach involves two phases and uses bounds based on unconstrained two-staged and non-staged guillotine cutting. The method is able to find the optimal cutting pattern of a large number of pro blem instances of moderate sizes known in the literature and a counterexample for which the approach fails to find known optimal solutions was not found. For the instances that the required computer runtime is excessive, the approach is combined with simple heuristics to reduce its running time. Detailed numerical experiments show the reliability of the method. Journal of the Operational Research Society (2012) 63, 183-200. doi: 10.1057/jors.2011.6 Published online 17 August 2011

Testing an alternative search algorithm for compound identification with the 'Wiley Registry of Tandem Mass Spectral Data. MSforID'

A tandem mass spectral database system consists of a library of reference spectra and a search program. State-of-the-art search programs show a high tolerance for variability in compound-specific fragmentation patterns produced by collision-induced decomposition and enable sensitive and specific 'identity search'. In this communication, performance characteristics of two search algorithms combined with the 'Wiley Registry of Tandem Mass Spectral Data, MSforID' (Wiley Registry MSMS, John Wiley and Sons, Hoboken, NJ, USA) were evaluated. The search algorithms tested were the MSMS search algorithm implemented in the NIST MS Search program 2.0g (NIST, Gaithersburg, MD, USA) and the MSforID algorithm (John Wiley and Sons, Hoboken, NJ, USA). Sample spectra were acquired on different instruments and, thus, covered a broad range of possible experimental conditions or were generated in silico. For each algorithm, more than 30,000 matches were performed. Statistical evaluation of the library search results revealed that principally both search algorithms can be combined with the Wiley Registry MSMS to create a reliable identification tool. It appears, however, that a higher degree of spectral similarity is necessary to obtain a correct match with the NIST MS Search program. This characteristic of the NIST MS Search program has a positive effect on specificity as it helps to avoid false positive matches (type I errors), but reduces sensitivity. Thus, particularly with sample spectra acquired on instruments differing in their Setup from tandem-in-space type fragmentation, a comparably higher number of false negative matches (type II errors) were observed by searching the Wiley Registry MSMS.

Detecting outlying studies in meta-regression models using a forward search algorithm.

When considering data from many trials, it is likely that some of them present a markedly different intervention effect or exert an undue influence on the summary results. We develop a forward search algorithm for identifying outlying and influential studies in meta-analysis models. The forward search algorithm starts by fitting the hypothesized model to a small subset of likely outlier-free studies and proceeds by adding studies into the set one-by-one that are determined to be closest to the fitted model of the existing set. As each study is added to the set, plots of estimated parameters and measures of fit are monitored to identify outliers by sharp changes in the forward plots. We apply the proposed outlier detection method to two real data sets; a meta-analysis of 26 studies that examines the effect of writing-to-learn interventions on academic achievement adjusting for three possible effect modifiers, and a meta-analysis of 70 studies that compares a fluoride toothpaste treatment to placebo for preventing dental caries in children. A simple simulated example is used to illustrate the steps of the proposed methodology, and a small-scale simulation study is conducted to evaluate the performance of the proposed method. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.

Finding the Relationship between a Search Algorithm and a Class of Functions on Discrete Space by Exhaustive Search

* The work is supported by RFBR, grant 04-01-00858-a.

Enhanced skip -list search algorithm in 3-layer mediator framework

The Three-Layer distributed mediation architecture, designed by Secure System Architecture laboratory, employed a layered framework of presence, integration, and homogenization mediators. The architecture does not have any central component that may affect the system reliability. A distributed search technique was adapted in the system to increase its reliability. An Enhanced Chord-like algorithm (E-Chord) was designed and deployed in the integration layer. The E-Chord is a skip-list algorithm based on Distributed Hash Table (DHT) which is a distributed but structured architecture. DHT is distributed in the sense that no central unit is required to maintain indexes, and it is structured in the sense that indexes are distributed over the nodes in a systematic manner. Each node maintains three kind of routing information: a frequency list, a successor/predecessor list, and a finger table. None of the nodes in the system maintains all indexes, and each node knows about some other nodes in the system. These nodes, also called composer mediators, were connected in a P2P fashion. ^ A special composer mediator called a global mediator initiates the keyword-based matching decomposition of the request using the E-Chord. It generates an Integrated Data Structure Graph (IDSG) on the fly, creates association and dependency relations between nodes in the IDSG, and then generates a Global IDSG (GIDSG). The GIDSG graph is a plan which guides the global mediator how to integrate data. It is also used to stream data from the mediators in the homogenization layer which connected to the data sources. The connectors start sending the data to the global mediator just after the global mediator creates the GIDSG and just before the global mediator sends the answer to the presence mediator. Using the E-Chord and GIDSG made the mediation system more scalable than using a central global schema repository since all the composers in the integration layer are capable of handling and routing requests. Also, when a composer fails, it would only minimally affect the entire mediation system. ^

An adaptive neighborhood search algorithm for optimizing stochastic mining complexes

Les métaheuristiques sont très utilisées dans le domaine de l'optimisation discrète. Elles permettent d’obtenir une solution de bonne qualité en un temps raisonnable, pour des problèmes qui sont de grande taille, complexes, et difficiles à résoudre. Souvent, les métaheuristiques ont beaucoup de paramètres que l’utilisateur doit ajuster manuellement pour un problème donné. L'objectif d'une métaheuristique adaptative est de permettre l'ajustement automatique de certains paramètres par la méthode, en se basant sur l’instance à résoudre. La métaheuristique adaptative, en utilisant les connaissances préalables dans la compréhension du problème, des notions de l'apprentissage machine et des domaines associés, crée une méthode plus générale et automatique pour résoudre des problèmes. L’optimisation globale des complexes miniers vise à établir les mouvements des matériaux dans les mines et les flux de traitement afin de maximiser la valeur économique du système. Souvent, en raison du grand nombre de variables entières dans le modèle, de la présence de contraintes complexes et de contraintes non-linéaires, il devient prohibitif de résoudre ces modèles en utilisant les optimiseurs disponibles dans l’industrie. Par conséquent, les métaheuristiques sont souvent utilisées pour l’optimisation de complexes miniers. Ce mémoire améliore un procédé de recuit simulé développé par Goodfellow & Dimitrakopoulos (2016) pour l’optimisation stochastique des complexes miniers stochastiques. La méthode développée par les auteurs nécessite beaucoup de paramètres pour fonctionner. Un de ceux-ci est de savoir comment la méthode de recuit simulé cherche dans le voisinage local de solutions. Ce mémoire implémente une méthode adaptative de recherche dans le voisinage pour améliorer la qualité d'une solution. Les résultats numériques montrent une augmentation jusqu'à 10% de la valeur de la fonction économique.

An adaptive neighborhood search algorithm for optimizing stochastic mining complexes

Les métaheuristiques sont très utilisées dans le domaine de l'optimisation discrète. Elles permettent d’obtenir une solution de bonne qualité en un temps raisonnable, pour des problèmes qui sont de grande taille, complexes, et difficiles à résoudre. Souvent, les métaheuristiques ont beaucoup de paramètres que l’utilisateur doit ajuster manuellement pour un problème donné. L'objectif d'une métaheuristique adaptative est de permettre l'ajustement automatique de certains paramètres par la méthode, en se basant sur l’instance à résoudre. La métaheuristique adaptative, en utilisant les connaissances préalables dans la compréhension du problème, des notions de l'apprentissage machine et des domaines associés, crée une méthode plus générale et automatique pour résoudre des problèmes. L’optimisation globale des complexes miniers vise à établir les mouvements des matériaux dans les mines et les flux de traitement afin de maximiser la valeur économique du système. Souvent, en raison du grand nombre de variables entières dans le modèle, de la présence de contraintes complexes et de contraintes non-linéaires, il devient prohibitif de résoudre ces modèles en utilisant les optimiseurs disponibles dans l’industrie. Par conséquent, les métaheuristiques sont souvent utilisées pour l’optimisation de complexes miniers. Ce mémoire améliore un procédé de recuit simulé développé par Goodfellow & Dimitrakopoulos (2016) pour l’optimisation stochastique des complexes miniers stochastiques. La méthode développée par les auteurs nécessite beaucoup de paramètres pour fonctionner. Un de ceux-ci est de savoir comment la méthode de recuit simulé cherche dans le voisinage local de solutions. Ce mémoire implémente une méthode adaptative de recherche dans le voisinage pour améliorer la qualité d'une solution. Les résultats numériques montrent une augmentation jusqu'à 10% de la valeur de la fonction économique.

Application of operations research techniques to improve efficiency in the emergency department

The main aim of this thesis is to analyse and optimise a public hospital Emergency Department. The Emergency Department (ED) is a complex system with limited resources and a high demand for these resources. Adding to the complexity is the stochastic nature of almost every element and characteristic in the ED. The interaction with other functional areas also complicates the system as these areas have a huge impact on the ED and the ED is powerless to change them. Therefore it is imperative that OR be applied to the ED to improve the performance within the constraints of the system. The main characteristics of the system to optimise included tardiness, adherence to waiting time targets, access block and length of stay. A validated and verified simulation model was built to model the real life system. This enabled detailed analysis of resources and flow without disruption to the actual ED. A wide range of different policies for the ED and a variety of resources were able to be investigated. Of particular interest was the number and type of beds in the ED and also the shift times of physicians. One point worth noting was that neither of these resources work in isolation and for optimisation of the system both resources need to be investigated in tandem. The ED was likened to a flow shop scheduling problem with the patients and beds being synonymous with the jobs and machines typically found in manufacturing problems. This enabled an analytic scheduling approach. Constructive heuristics were developed to reactively schedule the system in real time and these were able to improve the performance of the system. Metaheuristics that optimised the system were also developed and analysed. An innovative hybrid Simulated Annealing and Tabu Search algorithm was developed that out-performed both simulated annealing and tabu search algorithms by combining some of their features. The new algorithm achieves a more optimal solution and does so in a shorter time.

Computational engineering design for micro-scale combustion devices: A thermally improved configuration

A multi-objective design optimisation study has been carried out with the objectives to improve the overall efficiency of the device and to reduce the fuel consumption for the proposed micro-scale combustor design configuration. In a previous study we identified the topology of the combustion chamber that produced improved behaviour of the device in terms of the above design criteria. We now extend our design approach, and we propose a new configuration by the addition of a micro-cooling channel that will improve the thermal behaviour of the design as previously suggested in literature. Our initial numerical results revealed an improvement of 2.6% in the combustion efficiency when we applied the micro-cooling channel to an optimum design configuration we identified from our earlier multi-objective optimisation study, and under the same operating conditions. The computational modelling of the combustion process is implemented in the commercial computational fluid dynamics package ANSYS-CFX using Finite Rate Chemistry and a single step hydrogen-air reaction. With this model we try to balance good accuracy of the combustion solution and at the same time practicality within the context of an optimisation process. The whole design system comprises also the ANSYS-ICEM CFD package for the automatic geometry and mesh generation and the Multi-Objective Tabu Search algorithm for the design space exploration. We model the design problem with 5 geometrical parameters and 3 operational parameters subject to 5 design constraints that secure practicality and feasibility of the new optimum design configurations. The final results demonstrate the reliability and efficiency of the developed computational design system and most importantly we assess the practicality and manufacturability of the revealed optimum design configurations of micro-combustor devices. Copyright © 2013 by ASME.

Scheduled service network design for integrated planning of rail freight transportation

Cette thèse étudie une approche intégrant la gestion de l’horaire et la conception de réseaux de services pour le transport ferroviaire de marchandises. Le transport par rail s’articule autour d’une structure à deux niveaux de consolidation où l’affectation des wagons aux blocs ainsi que des blocs aux services représentent des décisions qui complexifient grandement la gestion des opérations. Dans cette thèse, les deux processus de consolidation ainsi que l’horaire d’exploitation sont étudiés simultanément. La résolution de ce problème permet d’identifier un plan d’exploitation rentable comprenant les politiques de blocage, le routage et l’horaire des trains, de même que l’habillage ainsi que l’affectation du traffic. Afin de décrire les différentes activités ferroviaires au niveau tactique, nous étendons le réseau physique et construisons une structure de réseau espace-temps comprenant trois couches dans lequel la dimension liée au temps prend en considération les impacts temporels sur les opérations. De plus, les opérations relatives aux trains, blocs et wagons sont décrites par différentes couches. Sur la base de cette structure de réseau, nous modélisons ce problème de planification ferroviaire comme un problème de conception de réseaux de services. Le modèle proposé se formule comme un programme mathématique en variables mixtes. Ce dernie r s’avère très difficile à résoudre en raison de la grande taille des instances traitées et de sa complexité intrinsèque. Trois versions sont étudiées : le modèle simplifié (comprenant des services directs uniquement), le modèle complet (comprenant des services directs et multi-arrêts), ainsi qu’un modèle complet à très grande échelle. Plusieurs heuristiques sont développées afin d’obtenir de bonnes solutions en des temps de calcul raisonnables. Premièrement, un cas particulier avec services directs est analysé. En considérant une cara ctéristique spécifique du problème de conception de réseaux de services directs nous développons un nouvel algorithme de recherche avec tabous. Un voisinage par cycles est privilégié à cet effet. Celui-ci est basé sur la distribution du flot circulant sur les blocs selon les cycles issus du réseau résiduel. Un algorithme basé sur l’ajustement de pente est développé pour le modèle complet, et nous proposons une nouvelle méthode, appelée recherche ellipsoidale, permettant d’améliorer davantage la qualité de la solution. La recherche ellipsoidale combine les bonnes solutions admissibles générées par l’algorithme d’ajustement de pente, et regroupe les caractéristiques des bonnes solutions afin de créer un problème élite qui est résolu de facon exacte à l’aide d’un logiciel commercial. L’heuristique tire donc avantage de la vitesse de convergence de l’algorithme d’ajustement de pente et de la qualité de solution de la recherche ellipsoidale. Les tests numériques illustrent l’efficacité de l’heuristique proposée. En outre, l’algorithme représente une alternative intéressante afin de résoudre le problème simplifié. Enfin, nous étudions le modèle complet à très grande échelle. Une heuristique hybride est développée en intégrant les idées de l’algorithme précédemment décrit et la génération de colonnes. Nous proposons une nouvelle procédure d’ajustement de pente où, par rapport à l’ancienne, seule l’approximation des couts liés aux services est considérée. La nouvelle approche d’ajustement de pente sépare ainsi les décisions associées aux blocs et aux services afin de fournir une décomposition naturelle du problème. Les résultats numériques obtenus montrent que l’algorithme est en mesure d’identifier des solutions de qualité dans un contexte visant la résolution d’instances réelles.

Fast heuristics for the Steiner tree problem with revenues, budget and hop constraints

This article describes and compares three heuristics for a variant of the Steiner tree problem with revenues, which includes budget and hop constraints. First, a greedy method which obtains good approximations in short computational times is proposed. This initial solution is then improved by means of a destroy-and-repair method or a tabu search algorithm. Computational results compare the three methods in terms of accuracy and speed. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Primary power distribution systems planning taking into account reliability, operation and expansion costs

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Optimized Allocation of Control and Protective Devices in Electric Distribution Systems

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)