Algorithms for two-dimensional cutting stock and strip packing problems using dynamic programming and column generation

We investigate several two-dimensional guillotine cutting stock problems and their variants in which orthogonal rotations are allowed. We first present two dynamic programming based algorithms for the Rectangular Knapsack (RK) problem and its variants in which the patterns must be staged. The first algorithm solves the recurrence formula proposed by Beasley; the second algorithm - for staged patterns - also uses a recurrence formula. We show that if the items are not so small compared to the dimensions of the bin, then these algorithms require polynomial time. Using these algorithms we solved all instances of the RK problem found at the OR-LIBRARY, including one for which no optimal solution was known. We also consider the Two-dimensional Cutting Stock problem. We present a column generation based algorithm for this problem that uses the first algorithm above mentioned to generate the columns. We propose two strategies to tackle the residual instances. We also investigate a variant of this problem where the bins have different sizes. At last, we study the Two-dimensional Strip Packing problem. We also present a column generation based algorithm for this problem that uses the second algorithm above mentioned where staged patterns are imposed. In this case we solve instances for two-, three- and four-staged patterns. We report on some computational experiments with the various algorithms we propose in this paper. The results indicate that these algorithms seem to be suitable for solving real-world instances. We give a detailed description (a pseudo-code) of all the algorithms presented here, so that the reader may easily implement these algorithms. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Context-Oriented Programming

Context-dependent behavior is becoming increasingly important for a wide range of application domains, from pervasive computing to common business applications. Unfortunately, mainstream programming languages do not provide mechanisms that enable software entities to adapt their behavior dynamically to the current execution context. This leads developers to adopt convoluted designs to achieve the necessary runtime flexibility. We propose a new programming technique called Context-oriented Programming (COP) which addresses this problem. COP treats context explicitly, and provides mechanisms to dynamically adapt behavior in reaction to changes in context, even after system deployment at runtime. In this paper we lay the foundations of COP, show how dynamic layer activation enables multi-dimensional dispatch, illustrate the application of COP by examples in several language extensions, and demonstrate that COP is largely independent of other commitments to programming style.

The concept of time in programming languages.

Thesis (M.S.)--University of Illinois at Urbana-Champaign.

Type System for the ComponentJ Programming Language

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática.

Analysis of support for modularity in object teams based on design patterns

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Extending the learning object definition to represent programming problems

The present generation of eLearning platforms values the interchange of learning objects standards. Nevertheless, for specialized domains these standards are insufficient to fully describe all the assets, especially when they are used as input for other eLearning services. To address this issue we extended an existing learning objects standard to the particular requirements of a specialized domain, namely the automatic evaluation of programming problems. The focus of this paper is the definition of programming problems as learning objects. We introduce a new schema to represent metadata related to automatic evaluation that cannot be conveniently represented using existing standards, such as: the type of automatic evaluation; the requirements of the evaluation engine; or the roles of different assets - tests cases, program solutions, etc. This new schema is being used in an interoperable repository of learning objects, called crimsonHex.

Modelling an e-learning environment for learning programming languages

It is widely accepted that solving programming exercises is fundamental to learn how to program. Nevertheless, solving exercises is only effective if students receive an assessment on their work. An exercise solved wrong will consolidate a false belief, and without feedback many students will not be able to overcome their difficulties. However, creating, managing and accessing a large number of exercises, covering all the points in the curricula of a programming course, in classes with large number of students, can be a daunting task without the appropriated tools working in unison. This involves a diversity of tools, from the environments where programs are coded, to automatic program evaluators providing feedback on the attempts of students, passing through the authoring, management and sequencing of programming exercises as learning objects. We believe that the integration of these tools will have a great impact in acquiring programming skills. Our research objective is to manage and coordinate a network of eLearning systems where students can solve computer programming exercises. Networks of this kind include systems such as learning management systems (LMS), evaluation engines (EE), learning objects repositories (LOR) and exercise resolution environments (ERE). Our strategy to achieve the interoperability among these tools is based on a shared definition of programming exercise as a Learning Object (LO).

Service-oriented mobility of java code in web services-based architectures

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Towards the design and implementation of aspect-oriented programming for spreadsheets

A spreadsheet usually starts as a simple and singleuser software artifact, but, as frequent as in other software systems, quickly evolves into a complex system developed by many actors. Often, different users work on different aspects of the same spreadsheet: while a secretary may be only involved in adding plain data to the spreadsheet, an accountant may define new business rules, while an engineer may need to adapt the spreadsheet content so it can be used by other software systems.Unfortunately,spreadsheetsystemsdonotoffermodular mechanisms, and as a consequence, some of the previous tasks may be defined by adding intrusive “code” to the spreadsheet. In this paper we go through the design and implementation of an aspect-oriented language for spreadsheets so that users can work on different aspects of a spreadsheet in a modular way. For example, aspects can be defined in order to introduce new business rules to an existing spreadsheet, or to manipulate the spreadsheet data to be ported to another system. Aspects are defined as aspect-oriented program specifications that are dynamically woven into the underlying spreadsheet by an aspect weaver. In this aspect-oriented style of spreadsheet development, differentusers develop,orreuse,aspects withoutaddingintrusive code to the original spreadsheet. Such code is added/executed by the spreadsheet weaving mechanism proposed in this paper.

Physical layer development in third generation protocol software architecture

Diplomityön tavoitteena oli kehittää kolmannen sukupolven fyysistä protokollakerrosta matkapuhelimen ohjelmistoarkkitehtuurille. Kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmät ovat aikaisempia järjestelmiä monimutkaisempia. Ohjelmiston koon ja monimutkaisuuden sekä aikataulujen kiireellisyyden vuoksi on tullut tarve ottaa käyttöön formaaleja menetelmiä ohjelmiston kehitystyöhön. Formaalit kuvauskielet mahdollistavat tarkan, yksiselitteisen ja simuloitavissa olevan järjestelmäkuvauksen muodostamisen. Fyysinen protokollakerros tarjoaa tiedon siirtoa ylemmille protokollakerroksille. Tämän tiedonsiirron hallinta vaatii protokollakerrosten välistä viestinvälitystä. Formaaleja kuvauskieliä käyttämällä voidaan viestinvälityksen toteutusta automatisoida ja siinä tarvittavaa logiikkaa havainnollistaa. Työssä suunniteltiin, toteutettiin ja testattiin ylempien protokollakerrosten kanssa kommunikoivaa osaa fyysisestä protokollakerroksesta. Tuloksena saatiin solunvalintatoiminnallisuuden vaatiman kommunikoinnin ja tilakoneen toteutus ohjelmistoarkkitehtuurissa. Ohjelmistonkehityksen alkuvaiheiden havaittiin olevan fyysisen kerroksen suorituskyvyn kannalta merkittävässä asemassa, koska tällöin viestinvälityksen optimointi on helpointa. Formaalit kuvauskielet eivät ole sellaisenaan täysin soveltuvia tarkoin määritellyn ohjelmistoarkkitehtuurin osien kehitykseen.

Automatic Structure Generation using Genetic Programming and Fractal Geometry

Three dimensional model design is a well-known and studied field, with numerous real-world applications. However, the manual construction of these models can often be time-consuming to the average user, despite the advantages o ffered through computational advances. This thesis presents an approach to the design of 3D structures using evolutionary computation and L-systems, which involves the automated production of such designs using a strict set of fitness functions. These functions focus on the geometric properties of the models produced, as well as their quantifiable aesthetic value - a topic which has not been widely investigated with respect to 3D models. New extensions to existing aesthetic measures are discussed and implemented in the presented system in order to produce designs which are visually pleasing. The system itself facilitates the construction of models requiring minimal user initialization and no user-based feedback throughout the evolutionary cycle. The genetic programming evolved models are shown to satisfy multiple criteria, conveying a relationship between their assigned aesthetic value and their perceived aesthetic value. Exploration into the applicability and e ffectiveness of a multi-objective approach to the problem is also presented, with a focus on both performance and visual results. Although subjective, these results o er insight into future applications and study in the fi eld of computational aesthetics and automated structure design.

Simulateur compilé d’une description multi-langage des systèmes hétérogènes

La conception de systèmes hétérogènes exige deux étapes importantes, à savoir : la modélisation et la simulation. Habituellement, des simulateurs sont reliés et synchronisés en employant un bus de co-simulation. Les approches courantes ont beaucoup d’inconvénients : elles ne sont pas toujours adaptées aux environnements distribués, le temps d’exécution de simulation peut être très décevant, et chaque simulateur a son propre noyau de simulation. Nous proposons une nouvelle approche qui consiste au développement d’un simulateur compilé multi-langage où chaque modèle peut être décrit en employant différents langages de modélisation tel que SystemC, ESyS.Net ou autres. Chaque modèle contient généralement des modules et des moyens de communications entre eux. Les modules décrivent des fonctionnalités propres à un système souhaité. Leur description est réalisée en utilisant la programmation orientée objet et peut être décrite en utilisant une syntaxe que l’utilisateur aura choisie. Nous proposons ainsi une séparation entre le langage de modélisation et la simulation. Les modèles sont transformés en une même représentation interne qui pourrait être vue comme ensemble d’objets. Notre environnement compile les objets internes en produisant un code unifié au lieu d’utiliser plusieurs langages de modélisation qui ajoutent beaucoup de mécanismes de communications et des informations supplémentaires. Les optimisations peuvent inclure différents mécanismes tels que le regroupement des processus en un seul processus séquentiel tout en respectant la sémantique des modèles. Nous utiliserons deux niveaux d’abstraction soit le « register transfer level » (RTL) et le « transaction level modeling » (TLM). Le RTL permet une modélisation à bas niveau d’abstraction et la communication entre les modules se fait à l’aide de signaux et des signalisations. Le TLM est une modélisation d’une communication transactionnelle à un plus haut niveau d’abstraction. Notre objectif est de supporter ces deux types de simulation, mais en laissant à l’usager le choix du langage de modélisation. De même, nous proposons d’utiliser un seul noyau au lieu de plusieurs et d’enlever le bus de co-simulation pour accélérer le temps de simulation.

Code-Switching Between Cultures And Languages : Creative connectivity

Problème: Ma thèse porte sur l’identité individuelle comme interrogation sur les enjeux personnels et sur ce qui constitue l’identification hybride à l’intérieur des notions concurrentielles en ce qui a trait à l’authenticité. Plus précisément, j’aborde le concept des identifications hybrides en tant que zones intermédiaires pour ce qui est de l’alternance de codes linguistiques et comme négociation des espaces continuels dans leur mouvement entre les cultures et les langues. Une telle négociation engendre des tensions et/ou apporte le lien créatif. Les tensions sont inhérentes à n’importe quelle construction d’identité où les lignes qui définissent des personnes ne sont pas spécifiques à une culture ou à une langue, où des notions de l’identité pure sont contestées et des codes communs de l’appartenance sont compromis. Le lien créatif se produit dans les exemples où l’alternance de code linguistique ou la négociation des espaces produit le mouvement ouvert et fluide entre les codes de concurrence des références et les différences à travers les discriminations raciales, la sexualité, la culture et la langue. Les travaux que j’ai sélectionnés représentent une section transversale de quelques auteurs migrants provenant de la minorité en Amérique du Nord qui alternent les codes linguistiques de cette manière. Les travaux détaillent le temps et l’espace dans leur traitement de l’identité et dans la façon dont ils cernent l’hybridité dans les textes suivants : The Woman Warrior de Maxine Hong Kingston (1975-76), Hunger of Memory de Richard Rodriguez (1982), Comment faire l’amour avec un nègre sans se fatiguer de Dany Laferrière (1985), Borderlands/La Frontera de Gloria Anzalduá (1987), Lost in Translation de Eva Hoffman (1989), Avril ou l’anti-passion de Antonio D’Alfonso (1990) et Chorus of Mushrooms de Hiromi Goto (1994). Enjeux/Questions La notion de l’identification hybride est provocante comme sujet. Elle met en question l’identité pure. C’est un sujet qui a suscité beaucoup de discussions tant en ce qui a trait à la littérature, à la politique, à la société, à la linguistique, aux communications, qu’au sein même des cercles philosophiques. Ce sujet est compliqué parce qu’il secoue la base des espaces fixes et structurés de l’identité dans sa signification culturelle et linguistique. Par exemple, la notion de patrie n’a pas les représentations exclusives du pays d’origine ou du pays d’accueil. De même, les notions de race, d’appartenance ethnique, et d’espaces sexuels sont parfois négativement acceptées si elles proviennent des codes socialement admis et normalisés de l’extérieur. De tels codes de la signification sont souvent définis par l’étiquette d’identification hétérosexuelle et blanche. Dans l’environnement généralisé d’aujourd’hui, plus que jamais, une personne doit négocier qui elle est, au sens de son appartenance à soi, en tant qu’individu et ce, face aux modèles locaux, régionaux, nationaux, voire même globaux de la subjectivité. Nous pouvons interpréter ce mouvement comme une série de couches superposées de la signification. Quand nous rencontrons une personne pour la première fois, nous ne voyons que la couche supérieure. D’ailleurs, son soi intérieur est caché par de nombreuses couches superposées (voir Joseph D. Straubhaar). Toutefois, sous cette couche supérieure, on retrouve beaucoup d’autres couches et tout comme pour un oignon, on doit les enlever une par une pour que l’individualité complète d’une personne soit révélée et comprise. Le noyau d’une personne représente un point de départ crucial pour opposer qui elle était à la façon dont elle se transforme sans cesse. Sa base, ou son noyau, dépend du moment, et comprend, mais ne s’y limite pas, ses origines, son environnement et ses expériences d’enfance, son éducation, sa notion de famille, et ses amitiés. De plus, les notions d’amour-propre et d’amour pour les autres, d’altruisme, sont aussi des points importants. Il y a une relation réciproque entre le soi et l’autre qui établit notre degré d’estime de soi. En raison de la mondialisation, notre façon de comprendre la culture, en fait, comment on consomme et définit la culture, devient rapidement un phénomène de déplacement. À l’intérieur de cette arène de culture généralisée, la façon dont les personnes sont à l’origine chinoises, mexicaines, italiennes, ou autres, et poursuivent leur évolution culturelle, se définit plus aussi facilement qu’avant. Approche Ainsi, ma thèse explore la subjectivité hybride comme position des tensions et/ou des relations créatrices entre les cultures et les langues. Quoique je ne souhaite aucunement simplifier ni le processus, ni les questions de l’auto-identification, il m’apparaît que la subjectivité hybride est aujourd’hui une réalité croissante dans l’arène généralisée de la culture. Ce processus d’échange est particulièrement complexe chez les populations migrantes en conflit avec leur désir de s’intégrer dans les nouveaux espaces adoptés, c’est-à-dire leur pays d’accueil. Ce réel désir d’appartenance peut entrer en conflit avec celui de garder les espaces originels de la culture définie par son pays d’origine. Ainsi, les références antérieures de l’identification d’une personne, les fondements de son individualité, son noyau, peuvent toujours ne pas correspondre à, ou bien fonctionner harmonieusement avec, les références extérieures et les couches d’identification changeantes, celles qu’elle s’approprie du pays d’accueil. Puisque nos politiques, nos religions et nos établissements d’enseignement proviennent des représentations nationales de la culture et de la communauté, le processus d’identification et la création de son individualité extérieure sont formées par le contact avec ces établissements. La façon dont une personne va chercher l’identification entre les espaces personnels et les espaces publics détermine ainsi le degré de conflit et/ou de lien créatif éprouvé entre les modes et les codes des espaces culturels et linguistiques. Par conséquent, l’identification des populations migrantes suggère que la « community and culture will represent both a hybridization of home and host cultures » (Straubhaar 27). Il y a beaucoup d’écrits au sujet de l’hybridité et des questions de l’identité et de la patrie, toutefois cette thèse aborde la valeur créative de l’alternance de codes culturels et linguistiques. Ce que la littérature indiquera Par conséquent, la plate-forme à partir de laquelle j’explore mon sujet de l’hybridité flotte entre l’interprétation postcoloniale de Homi Bhabha concernant le troisième espace hybride; le modèle d’hétéroglossie de Mikhail Bakhtine qui englobent plusieurs de mes exemples; la représentation de Roland Barthes sur l’identité comme espace transgressif qui est un modèle de référence et la contribution de Chantal Zabus sur le palimpseste et l’alternance de codes africains. J’utilise aussi le modèle de Sherry Simon portant sur l’espace urbain hybride de Montréal qui établit un lien important avec la valeur des échanges culturels et linguistiques, et les analyses de Janet Paterson. En effet, la façon dont elle traite la figure de l’Autre dans les modèles littéraires au Québec fournisse un aperçu régional et national de l’identification hybride. Enfin, l’exploration du bilinguisme de Doris Sommer comme espace esthétique et même humoristique d’identification situe l’hybridité dans une espace de rencontre créative. Conséquence Mon approche dans cette thèse ne prétend pas résoudre les problèmes qui peuvent résulter des plates-formes de la subjectivité hybride. Pour cette raison, j’évite d’aborder toute approche politique ou nationaliste de l’identité qui réfute l’identification hybride. De la même façon, je n’amène pas de discussion approfondie sur les questions postcoloniales. Le but de cette thèse est de démontrer à quel point la subjectivité hybride peut être une zone de relation créatrice lorsque l’alternance de codes permet des échanges de communication plus intimes entre les cultures et les langues. C’est un espace qui devient créateur parce qu’il favorise une attitude plus ouverte vis-à-vis les différents champs qui passent par la culture, aussi bien la langue, que la sexualité, la politique ou la religion. Les zones hybrides de l’identification nous permettent de contester les traditions dépassées, les coutumes, les modes de communication et la non-acceptation, toutes choses dépassées qui emprisonnent le désir et empêchent d’explorer et d’adopter des codes en dehors des normes et des modèles de la culture contenus dans le discours blanc, dominant, de l’appartenance culturelle et linguistique mondialisée. Ainsi, il appert que ces zones des relations multi-ethniques exigent plus d’attention des cercles scolaires puisque la population des centres urbains à travers l’Amérique du Nord devient de plus en plus nourrie par d’autres types de populations. Donc, il existe un besoin réel d’établir une communication sincère qui permettrait à la population de bien comprendre les populations adoptées. C’est une invitation à stimuler une relation plus intime de l’un avec l’autre. Toutefois, il est évident qu’une communication efficace à travers les frontières des codes linguistiques, culturels, sexuels, religieux et politiques exige une négociation continuelle. Mais une telle négociation peut stimuler la compréhension plus juste des différences (culturelle ou linguistique) si des institutions académiques offrent des programmes d’études intégrant davantage les littératures migrantes. Ma thèse vise à illustrer (par son choix littéraire) l’identification hybride comme une réalité importante dans les cultures généralisées qui croissent toujours aujourd’hui. Les espaces géographiques nous gardent éloignés les uns des autres, mais notre consommation de produits exotiques, qu’ils soient culturels ou non, et même notre consommation de l’autre, s’est rétrécie sensiblement depuis les deux dernières décennies et les indicateurs suggèrent que ce processus n’est pas une tendance, mais plutôt une nouvelle manière d’éprouver la vie et de connaître les autres. Ainsi les marqueurs qui forment nos frontières externes, aussi bien que ces marqueurs qui nous définissent de l’intérieur, exigent un examen minutieux de ces enjeux inter(trans)culturels, surtout si nous souhaitons nous en tenir avec succès à des langues et des codes culturels présents, tout en favorisant la diversité culturelle et linguistique. MOTS-CLÉS : identification hybride, mouvement ouvert, alternance de code linguistique, négociation des espaces, tensions, connectivité créative

The berth allocation problem at port terminals : a column generation framework

Le problème d'allocation de postes d'amarrage (PAPA) est l'un des principaux problèmes de décision aux terminaux portuaires qui a été largement étudié. Dans des recherches antérieures, le PAPA a été reformulé comme étant un problème de partitionnement généralisé (PPG) et résolu en utilisant un solveur standard. Les affectations (colonnes) ont été générées a priori de manière statique et fournies comme entrée au modèle %d'optimisation. Cette méthode est capable de fournir une solution optimale au problème pour des instances de tailles moyennes. Cependant, son inconvénient principal est l'explosion du nombre d'affectations avec l'augmentation de la taille du problème, qui fait en sorte que le solveur d'optimisation se trouve à court de mémoire. Dans ce mémoire, nous nous intéressons aux limites de la reformulation PPG. Nous présentons un cadre de génération de colonnes où les affectations sont générées de manière dynamique pour résoudre les grandes instances du PAPA. Nous proposons un algorithme de génération de colonnes qui peut être facilement adapté pour résoudre toutes les variantes du PAPA en se basant sur différents attributs spatiaux et temporels. Nous avons testé notre méthode sur un modèle d'allocation dans lequel les postes d'amarrage sont considérés discrets, l'arrivée des navires est dynamique et finalement les temps de manutention dépendent des postes d'amarrage où les bateaux vont être amarrés. Les résultats expérimentaux des tests sur un ensemble d'instances artificielles indiquent que la méthode proposée permet de fournir une solution optimale ou proche de l'optimalité même pour des problème de très grandes tailles en seulement quelques minutes.

An Error-Localization, Validation and Optimization Tool for Embedded Code Augmentation: an Architecture Oriented Approach

Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.Embedded systems are usually designed for a single or a specified set of tasks. This specificity means the system design as well as its hardware/software development can be highly optimized. Embedded software must meet the requirements such as high reliability operation on resource-constrained platforms, real time constraints and rapid development. This necessitates the adoption of static machine codes analysis tools running on a host machine for the validation and optimization of embedded system codes, which can help meet all of these goals. This could significantly augment the software quality and is still a challenging field.This dissertation contributes to an architecture oriented code validation, error localization and optimization technique assisting the embedded system designer in software debugging, to make it more effective at early detection of software bugs that are otherwise hard to detect, using the static analysis of machine codes. The focus of this work is to develop methods that automatically localize faults as well as optimize the code and thus improve the debugging process as well as quality of the code.Validation is done with the help of rules of inferences formulated for the target processor. The rules govern the occurrence of illegitimate/out of place instructions and code sequences for executing the computational and integrated peripheral functions. The stipulated rules are encoded in propositional logic formulae and their compliance is tested individually in all possible execution paths of the application programs. An incorrect sequence of machine code pattern is identified using slicing techniques on the control flow graph generated from the machine code.An algorithm to assist the compiler to eliminate the redundant bank switching codes and decide on optimum data allocation to banked memory resulting in minimum number of bank switching codes in embedded system software is proposed. A relation matrix and a state transition diagram formed for the active memory bank state transition corresponding to each bank selection instruction is used for the detection of redundant codes. Instances of code redundancy based on the stipulated rules for the target processor are identified.This validation and optimization tool can be integrated to the system development environment. It is a novel approach independent of compiler/assembler, applicable to a wide range of processors once appropriate rules are formulated. Program states are identified mainly with machine code pattern, which drastically reduces the state space creation contributing to an improved state-of-the-art model checking. Though the technique described is general, the implementation is architecture oriented, and hence the feasibility study is conducted on PIC16F87X microcontrollers. The proposed tool will be very useful in steering novices towards correct use of difficult microcontroller features in developing embedded systems.