Computational methods and parallel strategies in dynamic decision making

Cada uno de estos objetivos han sido tratados en un capítulo independiente de esta tesis. En el segundo capítulo, un modelo de programación estocástica es presentado para un problema práctico de planificación de producción de un producto perecedero en un horizonte de tiempo finito. Una política estática es estudiada para el modelo. Tal política ha demostrado ser óptima asumiendo una estrategia de incertidumbre estática, que es considerada para instancias con un tiempo de espera largo. El tercer capítulo trata el uso de computación paralela para los algoritmos desarrollados en el capítulo previo. Dos implementaciones fueron desarrolladas para plataformas heterogéneas: una versión multi-GPU usando CUDA y una versión multinúcleo usando Pthreads y MPI. Para la primera implementación la simulación de Monte Carlo (la tarea más costosa) es paralelizada. La versión multinúcleo mostró una buena escalabilidad, una vez tratada la carga no balanceada entre los procesadores. El cuarto capítulo trata la efectividad de heurísticas para un problemas de tamaño de lote de productos perecederos similar. La clásica heurística de Silver es extendida para productos perecederos y se presentan variantes del procedimiento: una analítica y una basada en simulación. Los resultados de la heurística son comparados con las soluciones óptimas dadas por un modelo SDP generado para el problema, mostrando que los costes de las heurísticas son se presentan, de media, un 5% sobre el coste óptimo para la estrategia basada en simulación y un 6% para la aproximación analítica. En el quinto capítulo, se presenta un modelo MILP para seleccionar la flota de embarcaciones óptima para el mantenimiento de un parque eólico marino. El modelo se presenta como un problema de dos niveles, seleccionando la flota optima en el primer nivel y optimizando la programación de las operaciones, usando dicha flota, en el segundo. Dado que el modelo es determinístico, como otros en la literatura que aspiran a resolver problemas con un horizonte temporal largo usando periodos cortos, el sexto capítulo trata la cuestión de cómo la anticipación de los eventos estocásticos como los fallos en las turbinas o las condiciones meteorológicas afectan la decisión de la flota de embarcaciones óptima. Este capítulo presenta una heurística que ilustra este efecto.Esta tesis analiza aplicaciones de toma de decisiones dinámica para un conjunto de problemas. Pueden diferenciarse dos líneas principales. La primera trata problemas de gestión de la cadena de suministro para productos perecederos, mientras que la segunda estudia el diseño de flotas de embarcaciones para realizar labores de mantenimiento en parques eólicos marinos. Los modelos de inventario para productos perecederos estudiados en esta tesis consideran un único producto, única localización de suministro y una planificación de producción sobre un horizonte de tiempo finito. El problema de toma de decisiones para programar las operaciones de mantenimiento en parques eólicos marinos es tratado como un problema de cadena de suministro: la instalación requiere programar operaciones de mantenimiento y atender los fallos en turbinas durante el horizonte planificado. Una flota de embarcaciones tiene que ser seleccionada para realizar estas operaciones. Para este conjunto de problemas, las decisiones no son solo dinámicas, sino que además se realizan bajo incertidumbre. Los principales objetivos de esta tesis son los siguientes: (1) estudiar que políticas de pedido son las más apropiadas para los problemas de tamaño de lote? ¿En qué casos una política de pedido da una solución óptima?; (2) analizar el efecto del uso de computación paralela para mejorar el rendimiento de los algoritmos derivados para diseñar políticas para problemas de tamaño de lote de productos perecederos; (3) explorar como de efectivas pueden ser las heurísticas para problemas de toma de decisiones dinámica sobre tamaño de lote de productos perecederos; (4) elaborar un modelo MILP para seleccionar una flota de embarcaciones para realizar las operaciones de mantenimiento en parques eólicos marinos; y (5), diseñar una heurística para programar las operaciones de mantenimiento en parques eólicos marinos considerando fallos en turbinas e incertidumbre meteorológica

Modelling vessel fleet composition for maintenance operations at offshore wind farms

Chartering a vessel fleet to support maintenance operations at offshore wind farms (OWF's) constitutes one of the major costs of maintaining this type of installations. Literature describes deterministic optimization models based on complete information within scenarios to schedule the maintenance and support decisions on the vessel fleet composition. The operations to be carried out can be classified as preventive and corrective tasks. The first type aims at reducing the likelihood of breakdowns and to prolong the life of turbine components. Corrective tasks are needed to repair breakdowns in turbines when they occur. Our research question is how to generate a vessel fleet composition, where the evaluation is based on scheduling without complete information. Such a model is a bi-level decision problem. On the first (tactical) level, decisions are made on the fleet composition for a certain time horizon. On the second (operational) level, the fleet is used to schedule the operations needed at the OWF, given random events of failures and weather conditions. A scenario based approach allows evaluation by parallel operational scheduling for each scenario..Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech. Spanish Ministry (TIN2015-66680

Implementaciones paralelas para un problema de control de inventarios de productos perecederos

En este trabajo se analizan y eval uan dos implementaciones de un algoritmo de optimizaci on para un problema de control de inventarios de productos perecederos. Las implementaciones se han llevado a cabo utilizando una arquitectura heterog enea donde cada nodo est a compuesto por varios multicores y varias GPUs. Las versiones paralelas que se han desarrollado son: (1) una versi on MPI-PTHREADS en la que se extrae el paralelismo tanto a nivel de proceso MPI como a nivel de hilo y (2) una versi on multiGPU en la que se obtiene el paralelismo a nivel de proceso MPI y a nivel de cores de GPU. Este algoritmo puede ser descompuesto f acilmente en un conjunto de tareas que no presentan ninguna dependencia entre s . Sin embargo, la carga computacional asociada a cada una de las tareas es diferente y el problema del reparto de las tareas entre los elementos de proceso se puede modelar como un problema de Bin Packing. Ello implica que la selecci on del conjunto de tareas asociadas a cada una de las unidades de computaci on requiere del dise~no de heur sticas que sean capaces de balancear la carga e cientemente y de forma est atica. En este trabajo hemos analizado y evaluado varias heur sticas. Finalmente, la mejor heur stica ha sido la utilizada en la implementaci on paralela del algoritmo de control de inventarios que ha sido evaluado en la versi on MPI-PTHREADS y en la versi on multi- GPU. Para la implementaci on MPI-PTHREADS los resultados obtenidos muestran una buena escalabilidad mientras que las versi on MultiGPU para el ejemplo que se ha evaluado deja de ser e ciente cuando se usan mas de 2 GPUs.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Clonal chromosomal mosaicism and loss of chromosome Y in elderly men increase vulnerability for SARS-CoV-2

The pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2, COVID-19) had an estimated overall case fatality ratio of 1.38% (pre-vaccination), being 53% higher in males and increasing exponentially with age. Among 9578 individuals diagnosed with COVID-19 in the SCOURGE study, we found 133 cases (1.42%) with detectable clonal mosaicism for chromosome alterations (mCA) and 226 males (5.08%) with acquired loss of chromosome Y (LOY). Individuals with clonal mosaic events (mCA and/or LOY) showed a 54% increase in the risk of COVID-19 lethality. LOY is associated with transcriptomic biomarkers of immune dysfunction, pro-coagulation activity and cardiovascular risk. Interferon-induced genes involved in the initial immune response to SARS-CoV-2 are also down-regulated in LOY. Thus, mCA and LOY underlie at least part of the sex-biased severity and mortality of COVID-19 in aging patients. Given its potential therapeutic and prognostic relevance, evaluation of clonal mosaicism should be implemented as biomarker of COVID-19 severity in elderly people. Among 9578 individuals diagnosed with COVID-19 in the SCOURGE study, individuals with clonal mosaic events (clonal mosaicism for chromosome alterations and/or loss of chromosome Y) showed an increased risk of COVID-19 lethality

The Helicobacter pylori Genome Project : insights into H. pylori population structure from analysis of a worldwide collection of complete genomes

Helicobacter pylori, a dominant member of the gastric microbiota, shares co-evolutionary history with humans. This has led to the development of genetically distinct H. pylori subpopulations associated with the geographic origin of the host and with differential gastric disease risk. Here, we provide insights into H. pylori population structure as a part of the Helicobacter pylori Genome Project (HpGP), a multi-disciplinary initiative aimed at elucidating H. pylori pathogenesis and identifying new therapeutic targets. We collected 1011 well-characterized clinical strains from 50 countries and generated high-quality genome sequences. We analysed core genome diversity and population structure of the HpGP dataset and 255 worldwide reference genomes to outline the ancestral contribution to Eurasian, African, and American populations. We found evidence of substantial contribution of population hpNorthAsia and subpopulation hspUral in Northern European H. pylori. The genomes of H. pylori isolated from northern and southern Indigenous Americans differed in that bacteria isolated in northern Indigenous communities were more similar to North Asian H. pylori while the southern had higher relatedness to hpEastAsia. Notably, we also found a highly clonal yet geographically dispersed North American subpopulation, which is negative for the cag pathogenicity island, and present in 7% of sequenced US genomes. We expect the HpGP dataset and the corresponding strains to become a major asset for H. pylori genomics

Implementaciones paralelas para un problema de control de inventarios de productos perecederos

En este trabajo se analizan y eval uan dos implementaciones de un algoritmo de optimizaci on para un problema de control de inventarios de productos perecederos. Las implementaciones se han llevado a cabo utilizando una arquitectura heterog enea donde cada nodo est a compuesto por varios multicores y varias GPUs. Las versiones paralelas que se han desarrollado son: (1) una versi on MPI-PTHREADS en la que se extrae el paralelismo tanto a nivel de proceso MPI como a nivel de hilo y (2) una versi on multiGPU en la que se obtiene el paralelismo a nivel de proceso MPI y a nivel de cores de GPU. Este algoritmo puede ser descompuesto f acilmente en un conjunto de tareas que no presentan ninguna dependencia entre s . Sin embargo, la carga computacional asociada a cada una de las tareas es diferente y el problema del reparto de las tareas entre los elementos de proceso se puede modelar como un problema de Bin Packing. Ello implica que la selecci on del conjunto de tareas asociadas a cada una de las unidades de computaci on requiere del dise~no de heur sticas que sean capaces de balancear la carga e cientemente y de forma est atica. En este trabajo hemos analizado y evaluado varias heur sticas. Finalmente, la mejor heur stica ha sido la utilizada en la implementaci on paralela del algoritmo de control de inventarios que ha sido evaluado en la versi on MPI-PTHREADS y en la versi on multi- GPU. Para la implementaci on MPI-PTHREADS los resultados obtenidos muestran una buena escalabilidad mientras que las versi on MultiGPU para el ejemplo que se ha evaluado deja de ser e ciente cuando se usan mas de 2 GPUs.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech