An Ant Colony based Hyper-Heuristic Approach for the Set Covering Problem

The Set Covering Problem (SCP) is a NP-hard combinatorial optimization problem that is challenging for meta-heuristic algorithms. In the optimization literature, several approaches using meta-heuristics have been developed to tackle the SCP and the quality of the results provided by these approaches highly depends on customized operators that demands high effort from researchers and practitioners. In order to alleviate the complexity of designing metaheuristics, a methodology called hyper-heuristic has emerged as a possible solution. A hyper-heuristic is capable of dynamically selecting simple low-level heuristics accordingly to their performance, alleviating the design complexity of the problem solver and obtaining satisfactory results at the same time. In a previous study, we proposed a hyper-heuristic approach based on Ant Colony Optimization (ACO-HH) for solving the SCP. This paper extends our previous efforts, presenting better results and a deeper analysis of ACO-HH parameters and behavior, specially about the selection of low-level heuristics. The paper also presents a comparison with an ACO meta-heuristic customized for the SCP

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Nos últimos anos o interesse por robôs, em especial por robôs móveis, tem crescido muito. Grandes avanços foram obtidos nessa área. Contudo a tarefa de programar um robô móvel ainda se mostra uma tarefa extrema,mente árdua tanto em termos da complexidade quanto do tempo desprendido. Algumas novas linguagens próprias para a programação de robôs têm sido propostas pelo meio académico, tais como a CES desenvolvida pelo Institute of Robotics da CMU-USA. Outra tarefa essencial para que os robôs móveis tenham um futuro ainda mais promissor é a criação de hardware dedicado para acelerar a execução dos algoritmos que controlam o robô de forma que ele possa tomar decisões mais complexas de maneira mais rápida. Essa tarefa envolve o conhecimento profundo dos algoritmos utilizados pelos mesmos além de conhecimentos sólidos no projeto e desenvolvimento de hardware especializado. Na tentativa de amenizar essas dificuldades, será proposta neste trabalho uma ferramenta para o desenvolvimento de robôs móveis reconfiguráveis, denominada ARCHITECT-R. O objetivo do ARCHITECT-R é a geração automática de hardware especializado para robôs móveis através de algoritmos descritos na linguagem CES. A proposta do ARCHITECT-R é bastante arrojada e praticamente impossível de ser desenvolvida por uma só pessoa em um programa de mestrado. Por isso o trabalho que será realizado no decorrer desse mestrado será apenas a criação de uma parte dessa ferramenta. Mais especificamente, serão tratados a criação de blocos arquiteturais (hardwares reconfiguráveis) para redes neurais artificiais utilizados pela linguagem CES e a especificação do sistema.In the last few years, the interest in robotics (specially in mobile robots) has grown up and many advances have been obtained in this area. But the task of programming a mobile robot still a very difficult task, both in terms of complexity and time spent. Some new languages specially designed for programming robots have been proposed by researchers. The CES language is a example of such a language. It was developed in the Institute of Robotics, CMU-USA, and will be used as the basic robot programming language for this work. Another important, task for the future of mobile robots is the design of dedicated hardware to accelerate the execution of robot\'s algorithms. This way, the robot will be able to take better and faster decisions. This task involves deep knowledge of the algorithms used and the design of dedicated hardware. An attempt to diminish this difficulties is proposed in this work. This attempt is the development of a reconfigurable robot hardware design tool. This tool is called ARCHITECT-R. The objective of the ARCHITECT-R is the automatic design of dedicated hardware for mobile robots using algorithms\' descriptions in the CES language. This is a very ambitious purpose and would be impossible to be achieved by a researcher alone. This way, just a very small part of the tool is treated in this work. Specifically, the generation of dedicated reconfigurable hardware for neural networks and the UML specification of the tool. Many future works, which will have to be done for the complete development of this tool, is proposed in the last chapter of this dissertation

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Nos últimos anos o interesse por robôs, em especial por robôs móveis, tem crescido muito. Grandes avanços foram obtidos nessa área. Contudo a tarefa de programar um robô móvel ainda se mostra uma tarefa extrema,mente árdua tanto em termos da complexidade quanto do tempo desprendido. Algumas novas linguagens próprias para a programação de robôs têm sido propostas pelo meio académico, tais como a CES desenvolvida pelo Institute of Robotics da CMU-USA. Outra tarefa essencial para que os robôs móveis tenham um futuro ainda mais promissor é a criação de hardware dedicado para acelerar a execução dos algoritmos que controlam o robô de forma que ele possa tomar decisões mais complexas de maneira mais rápida. Essa tarefa envolve o conhecimento profundo dos algoritmos utilizados pelos mesmos além de conhecimentos sólidos no projeto e desenvolvimento de hardware especializado. Na tentativa de amenizar essas dificuldades, será proposta neste trabalho uma ferramenta para o desenvolvimento de robôs móveis reconfiguráveis, denominada ARCHITECT-R. O objetivo do ARCHITECT-R é a geração automática de hardware especializado para robôs móveis através de algoritmos descritos na linguagem CES. A proposta do ARCHITECT-R é bastante arrojada e praticamente impossível de ser desenvolvida por uma só pessoa em um programa de mestrado. Por isso o trabalho que será realizado no decorrer desse mestrado será apenas a criação de uma parte dessa ferramenta. Mais especificamente, serão tratados a criação de blocos arquiteturais (hardwares reconfiguráveis) para redes neurais artificiais utilizados pela linguagem CES e a especificação do sistema.In the last few years, the interest in robotics (specially in mobile robots) has grown up and many advances have been obtained in this area. But the task of programming a mobile robot still a very difficult task, both in terms of complexity and time spent. Some new languages specially designed for programming robots have been proposed by researchers. The CES language is a example of such a language. It was developed in the Institute of Robotics, CMU-USA, and will be used as the basic robot programming language for this work. Another important, task for the future of mobile robots is the design of dedicated hardware to accelerate the execution of robot\'s algorithms. This way, the robot will be able to take better and faster decisions. This task involves deep knowledge of the algorithms used and the design of dedicated hardware. An attempt to diminish this difficulties is proposed in this work. This attempt is the development of a reconfigurable robot hardware design tool. This tool is called ARCHITECT-R. The objective of the ARCHITECT-R is the automatic design of dedicated hardware for mobile robots using algorithms\' descriptions in the CES language. This is a very ambitious purpose and would be impossible to be achieved by a researcher alone. This way, just a very small part of the tool is treated in this work. Specifically, the generation of dedicated reconfigurable hardware for neural networks and the UML specification of the tool. Many future works, which will have to be done for the complete development of this tool, is proposed in the last chapter of this dissertation

Algoritmos culturais para o problema do despacho de energia elétrica

In this thesis, Artificial Immune Systems are applied to solve different instances of the economic and environmental/economic load dispatch problems. The immune systems considered here are based on the clonal selection principle and use a real coded representation with pure aging operator and hypermutation operators utilizing Gaussian and Cauchy distributions. Cultural Algorithms using normative, situational, historical and topographical knowledge sources are incorporated to improve the global optimization capability of immune systems. All the proposed approaches have several points of self-adaptation and most of them use a local search operator that is based on a quasi-simplex technique. A chaotic sequence is also considered as a potential source of improvement to the cultural variation. Repair procedures represent another contribution of this work and are applied to avoid dealing with infeasible solutions in all the considered problems. In the first part of the experiments, four instances of the economic load dispatch problem are considered. In all the cases, a non-smooth fuel cost function which takes into account the valve-point loading effects is utilized. One of instances also considers energy transmission losses. In the experiments conducted to compare the proposed approaches, the immune-cultural based approaches outperformed the pure immune version. The proposed cultural method which presents the best performance is chosen to be compared with other modern optimization techniques reported in the recent literature. In all the mono-objective cases considered, the proposed approach is capable of finding the minimum fuel cost value. The second part of the experiments deals with the environmental/economic load dispatch problem. This is a multi-objective version of the economic load dispatch where pollution emission is added as an objective, it is formulated as a non-linear constrained multi-objective optimization problem. Cultural immune algorithms based on scalarizing factors and Pareto-dominance are proposed for this case. Several instances of the problem are considered, some dealing with energy transmission losses. The proposed algorithms are favorably compared with a state-of-art algorithm for multi-objective optimization (the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II - NSGA - II). The best proposed algorithm is also compared with methods reported in recent literature. The comparisons demonstrate the good performance of the best proposed approach and confirm its potential to solve the environmental/economic load dispatch problem.CNPqNesta tese, os Sistemas Imunológicos Artificiais são aplicados a diferentes instâncias do despacho econômico e econômico/ambiental de energia elétrica. Os sistemas imunes considerados são baseados no princípio da seleção clonal e usam uma representação real com operador de \emph{aging} puro e operadores de hipermutação utilizando distribuições de probabilidade Gaussianas e de Cauchy. Algoritmos Culturais utilizando fontes de conhecimento normativo, situacional, histórico e topográfico são incorporados para melhorar a capacidade de otimização global dos sistemas imunes. Todas as abordagens propostas possuem vários pontos de auto-adaptação e a maioria utiliza um operador de busca local baseado na técnica quase-simplex. Uma sequência caótica também é considerada como uma potencial fonte de melhoria na variação cultural do algoritmo. Procedimentos de reparação constituem outra contribuição do trabalho e são aplicados para evitar lidar com soluções infactíveis em todos os problemas abordados. Na primeira parte dos experimentos, quatro instâncias do problema do despacho econômico de energia são consideradas. Em todos os casos, foi utilizada uma função não suave de custo de combustível levando em consideração os efeitos de ponto de válvula. Uma das instâncias também considera as perdas na transmissão de energia. Nos experimentos de comparação entre as abordagens propostas, as versões imuno-culturais superam a versão puramente imune. O método cultural proposto que apresenta melhor resultado é escolhido para ser comparado a outras técnicas modernas de otimização reportadas na literatura recente. Em todos os casos mono-objetivo considerados, a abordagem proposta é capaz de encontrar o menor custo de combustível. A segunda parte dos experimentos trata do problema do despacho econômico/ambiental. Esta é uma versão do problema do despacho econômico de energia onde a emissão de poluentes é adicionada como um novo objetivo, tornando este um problema de otimização multiobjetivo não-linear com restrições. Algoritmos imuno-culturais baseados em fatores de escalarização e dominância de Pareto são propostos para este caso. Várias instâncias do problema são utilizadas nos experimentos, algumas das quais consideram perdas na transmissão de energia. Os algoritmos propostos são favoravelmente comparados com um algoritmo do estado-da-arte para otimização multiobjetivo. O melhor algoritmo proposto também é comparado com métodos reportados na literatura recente. As comparações mostram o bom desempenho da melhor abordagem proposta e confirmam seu potencial para resolver o problema do despacho econômico/ambiental de energia

Dihydroisocoumarins and phthalide from wood samples infested by fungi

Wood samples, infested by fungi during storage, were shown to contain, besides the known 5-methyl-mellein, additional (3R)-8-hydroxy-3-methyl-3,4-dihydroisocoumarins substituted by 7-methyl, 5-formyl, 5-carboxy, 5-hydroxy, 5-methoxy, 6-methoxy-5-methyl and 6,7-dimethoxy-5-methyl groups, as well as 6-formyl-7-hydroxy-5-methoxy-4-methylphthalide. Several 2-methylchromanones were synthesized in order to show that this class of compounds can be distinguished from 3-methyl-3,4-dihydroisocoumarins by MS. © 1978