Sherali-Adams Relaxations and Indistinguishability in Counting Logics

Two graphs with adjacency matrices $\mathbf{A}$ and $\mathbf{B}$ are isomorphic if there exists a permutation matrix $\mathbf{P}$ for which the identity $\mathbf{P}^{\mathrm{T}} \mathbf{A} \mathbf{P} = \mathbf{B}$ holds. Multiplying through by $\mathbf{P}$ and relaxing the permutation matrix to a doubly stochastic matrix leads to the linear programming relaxation known as fractional isomorphism. We show that the levels of the Sherali--Adams (SA) hierarchy of linear programming relaxations applied to fractional isomorphism interleave in power with the levels of a well-known color-refinement heuristic for graph isomorphism called the Weisfeiler--Lehman algorithm, or, equivalently, with the levels of indistinguishability in a logic with counting quantifiers and a bounded number of variables. This tight connection has quite striking consequences. For example, it follows immediately from a deep result of Grohe in the context of logics with counting quantifiers that a fixed number of levels of SA suffice to determine isomorphism of planar and minor-free graphs. We also offer applications in both finite model theory and polyhedral combinatorics. First, we show that certain properties of graphs, such as that of having a flow circulation of a prescribed value, are definable in the infinitary logic with counting with a bounded number of variables. Second, we exploit a lower bound construction due to Cai, Fürer, and Immerman in the context of counting logics to give simple explicit instances that show that the SA relaxations of the vertex-cover and cut polytopes do not reach their integer hulls for up to $\Omega(n)$ levels, where $n$ is the number of vertices in the graph.

Lagrangian-informed mixed integer programming reformulations

La programmation linéaire en nombres entiers est une approche robuste qui permet de résoudre rapidement de grandes instances de problèmes d'optimisation discrète. Toutefois, les problèmes gagnent constamment en complexité et imposent parfois de fortes limites sur le temps de calcul. Il devient alors nécessaire de développer des méthodes spécialisées afin de résoudre approximativement ces problèmes, tout en calculant des bornes sur leurs valeurs optimales afin de prouver la qualité des solutions obtenues. Nous proposons d'explorer une approche de reformulation en nombres entiers guidée par la relaxation lagrangienne. Après l'identification d'une forte relaxation lagrangienne, un processus systématique permet d'obtenir une seconde formulation en nombres entiers. Cette reformulation, plus compacte que celle de Dantzig et Wolfe, comporte exactement les mêmes solutions entières que la formulation initiale, mais en améliore la borne linéaire: elle devient égale à la borne lagrangienne. L'approche de reformulation permet d'unifier et de généraliser des formulations et des méthodes de borne connues. De plus, elle offre une manière simple d'obtenir des reformulations de moins grandes tailles en contrepartie de bornes plus faibles. Ces reformulations demeurent de grandes tailles. C'est pourquoi nous décrivons aussi des méthodes spécialisées pour en résoudre les relaxations linéaires. Finalement, nous appliquons l'approche de reformulation à deux problèmes de localisation. Cela nous mène à de nouvelles formulations pour ces problèmes; certaines sont de très grandes tailles, mais nos méthodes de résolution spécialisées les rendent pratiques.

Modeling small-scale dairy farms in central Mexico using multi-criteria programming

Milk supply from Mexican dairy farms does not meet demand and small-scale farms can contribute toward closing the gap. Two multi-criteria programming techniques, goal programming and compromise programming, were used in a study of small-scale dairy farms in central Mexico. To build the goal and compromise programming models, 4 ordinary linear programming models were also developed, which had objective functions to maximize metabolizable energy for milk production, to maximize margin of income over feed costs, to maximize metabolizable protein for milk production, and to minimize purchased feedstuffs. Neither multicriteria approach was significantly better than the other; however, by applying both models it was possible to perform a more comprehensive analysis of these small-scale dairy systems. The multi-criteria programming models affirm findings from previous work and suggest that a forage strategy based on alfalfa, rye-grass, and corn silage would meet nutrient requirements of the herd. Both models suggested that there is an economic advantage in rescheduling the calving season to the second and third calendar quarters to better synchronize higher demand for nutrients with the period of high forage availability.

Joint dynamic probabilistic constraints with projected linear decision rules

We consider multistage stochastic linear optimization problems combining joint dynamic probabilistic constraints with hard constraints. We develop a method for projecting decision rules onto hard constraints of wait-and-see type. We establish the relation between the original (in nite dimensional) problem and approximating problems working with projections from di erent subclasses of decision policies. Considering the subclass of linear decision rules and a generalized linear model for the underlying stochastic process with noises that are Gaussian or truncated Gaussian, we show that the value and gradient of the objective and constraint functions of the approximating problems can be computed analytically.

Utilização de modelos de programação não-linear para sistematização de terras para irrigação em áreas regulares

Objetivou-se com este trabalho, desenvolver modelos de programação não-linear para sistematização de terras, aplicáveis para áreas com formato regular e que minimizem a movimentação de terra, utilizando o software GAMS para o cálculo. Esses modelos foram comparados com o Método dos Quadrados Mínimos Generalizado, desenvolvido por Scaloppi & Willardson (1986), sendo o parâmetro de avaliação o volume de terra movimentado. Concluiu-se que, ambos os modelos de programação não-linear desenvolvidos nesta pesquisa mostraram-se adequados para aplicação em áreas regulares e forneceram menores valores de movimentação de terra quando comparados com o método dos quadrados mínimos.

Modelo de programação linear para seleção de pulverizadores agrícolas de barras

A seleção de pulverizadores agrícolas que se adaptem às necessidades da propriedade, é um processo trabalhoso, sendo uma das etapas mais importantes dentro do processo produtivo. O objetivo do presente trabalho foi o de desenvolver e utilizar um modelo de programação linear para auxiliar na seleção de pulverizadores agrícolas de barras, baseado no menor custo horário do equipamento. Foram utilizadas as informações técnicas referentes a 20 modelos de pulverizadores disponíveis no mercado, sendo quatro autopropelidos, oito de arrasto e oito do tipo montado. A análise de sensibilidade dos componentes dos custos operacionais mostrou que as taxas de reparo e depreciação foram os fatores que mais interferiram na variação do custo horário do conjunto trator-pulverizador. O modelo matemático desenvolvido facilitou a realização da análise de sensibilidade que foi processada em um tempo muito pequeno.

Distribuição da carga hidráulica em linhas de derivação otimizadas por programação linear

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Reactive power dispatch and planning using a non-linear branch-and-bound algorithm

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Multiobjective 0-1 integer programming for the use of sugarcane residual biomass in energy cogeneration

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Programação linear por partes: revisão teórica e aplicações

Procura-se resgatar a importância de uma subárea da Programação Matemática conhecida como Programação Linear Por Partes - PLP. de fato a PLP tem inúmeras aplicações tanto na área teórica como em situações reais. Este trabalho apresenta os resultados de uma pesquisa bibliográfica, efetuada nas principais revistas técnicas e livros disponíveis relacionados com Pesquisa Operacional, que visou situar o estado da'arte da Programação Linear por Partes, bem como a abrangência de sua aplicabilidade. Particularmente, no contexto da PLP, este texto deslaca a Programação em Redes Lineares por Partes devido a sua relevância em muitas situações práticas.

Algorithms for network piecewise-linear programs: A comparative study

Piecewise-Linear Programming (PLP) is an important area of Mathematical Programming and concerns the minimisation of a convex separable piecewise-linear objective function, subject to linear constraints. In this paper a subarea of PLP called Network Piecewise-Linear Programming (NPLP) is explored. The paper presents four specialised algorithms for NPLP: (Strongly Feasible) Primal Simplex, Dual Method, Out-of-Kilter and (Strongly Polynomial) Cost-Scaling and their relative efficiency is studied. A statistically designed experiment is used to perform a computational comparison of the algorithms. The response variable observed in the experiment is the CPU time to solve randomly generated network piecewise-linear problems classified according to problem class (Transportation, Transshipment and Circulation), problem size, extent of capacitation, and number of breakpoints per arc. Results and conclusions on performance of the algorithms are reported.

Planeamiento de la expansión de sistemas de transmisión considerando contingencias y demanda incierta

This paper presents a methodology and a mathematical model to solve the expansion planning problem that takes into account the effect of contingencies in the planning stage, and considers the demand as a stochastic variable within a specified range. In this way, it is possible to find a solution that minimizes the investment costs guarantying reliability and minimizing future load shedding. The mathematical model of the expansion planning can be represented by a mixed integer nonlinear programming problem. To solve this problem a specialized Genetic Algorithm combined with Linear Programming was implemented.

Programação linear à criação de planejamentos otimizados em radioterapia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Programação linear inteira aplicada ao aproveitamento do palhiço da cana-de-açúcar

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Comparação econômica entre critérios de dimensionamento de sistemas de irrigação por microaspersão utilizando modelos de programação linear

Pós-graduação em Agronomia (Irrigação e Drenagem) - FCA