A study on the deployment of GA in a grid computing framework

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015Os algoritmos genéticos (AG) desempenham um papel importante na resolução de muitos problemas de otimização, incluindo científicos, económicos e socialmente relevantes. Os AGs, conjuntamente com a programação genética (PG), a programação evolutiva (PE), e as estratégias de evolução, são as principais classes de algoritmos evolutivos (AEs), ou seja, algoritmos que simulam a evolução natural. Em aplicações do mundo real o tempo de execução dos AGs pode ser computacionalmente exigente, devido, principalmente, aos requerimentos relacionados com o tamanho da população. Este problema pode ser atenuado através da paralelização, que pode levar a GAs mais rápidos e com melhor desempenho. Embora a maioria das implementações existentes de Algoritmos Genéticos Paralelos (AGPs) utilize clusters ou processamento massivamente paralelo (PMP), a computação em grid é economicamente relevante (uma grid pode ser construída utilizando computadores obsoletos) e tem algumas vantagens sobre os clusters, como por exemplo a não existência de controlo centralizado, segurança e acesso a recursos heterogéneos distribuídos em organizações virtuais dinâmicas em todo o mundo. Esta investigação utiliza o problema do mundo real denominado de Problema do Caixeiro Viajante (PCV) como referência (benchmark) para a paralelização de AGs numa infraestrutura de computação em grid. O PCV é um problema NP-difícil de otimização combinatória, bem conhecido, que pode ser formalmente descrito como o problema de encontrar, num grafo, o ciclo hamiltoniano mais curto. De facto, muitos problemas de roteamento, produção e escalonamento encontrados na engenharia, na indústria e outros tipos de negócio, podem ser equiparados ao PCV, daí a sua importância. Informalmente, o problema pode ser descrito da seguinte forma: Um vendedor tem um grande número de cidades para visitar e precisa encontrar o caminho mais curto para visitar todas as cidades, sem revisitar nenhuma delas. A principal dificuldade em encontrar as melhores soluções para o PCV é o grande número de caminhos possíveis; (n-1)! / 2 para um caminho de n cidades simétricas. À medida que o número de cidades aumenta, o número de caminhos possíveis também aumenta de uma forma fatorial. O PCV é, portanto, computacionalmente intratável, justificando plenamente a utilização de um método de otimização estocástica, como os AGs. No entanto, mesmo um algoritmo de otimização estocástica pode demorar demasiado tempo para calcular, à medida que o tamanho do problema aumenta. Num AG para grandes populações, o tempo necessário para resolver o problema pode até ser excessivamente longo. Uma forma de acelerar tais algoritmos é usar recursos adicionais, tais como elementos adicionais de processamento funcionando em paralelo e colaborando para encontrar a solução. Isto leva a implementações simultâneas de AGs, adequadas para a implementação em recursos colaborando em paralelo e/ou de forma distribuída. Os Algoritmos evolutivos paralelos (AEPs) destinam-se a implementar algoritmos mais rápidos e com melhor desempenho, usando populações estruturadas, ou seja, distribuições espaciais dos indivíduos. Uma das maneiras possíveis de descentralizar a população é distribuí-la por um conjunto de nós de processamento (ilhas) que trocam periodicamente (migram) potenciais soluções; o chamado modelo de ilhas. O modelo de ilhas permite um número considerável de topologias de migração e, pela Informação que foi possível apurar, há uma carência de trabalhos de investigação sobre a comparação dessas topologias de migração, ao implementar AEPs em infraestruturas de computação em grid. De facto, a comparação de topologias de migração, utilizando uma infraestrutura de computação em grid, como proposto neste trabalho, parece não estar disponível na literatura. Esta comparação tem como objetivo fornecer uma resposta tecnicamente sólida para a questão de investigação: Qual é a topologia, de modelo de ilhas, mais rápida para resolver instâncias do PCV usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo? Uma hipótese para responder à questão de investigação pode ser expressa da seguinte forma: Para resolver instâncias TSP, usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo, escolha qualquer uma das topologias coordenadas do modelo de ilhas, de entre as topologias testadas (estrela, roda, árvore, matriz totalmente conectada, árvore-anel, anel) com o maior número de nós possível (mesmo os mais lentos) e selecione a frequência de migração g que otimiza o tempo de execução para a topologia escolhida. A metodologia de investigação é essencialmente experimental, observando e analisando o comportamento do algoritmo ao alterar as propriedades do modelo de ilhas. Os resultados mostram que o AG é acelerado quando implementado num ambiente grid, mantendo a qualidade dos resultados obtidos na versão sequencial. Além disso, mesmo os computadores obsoletos podem ser usados como nós contribuindo para acelerar o tempo de execução do algoritmo. Este trabalho também discute a adequação de uma abordagem assíncrona para a implementação do AG num ambiente de computação em grid

A study on the deployment of GA in a grid computing framework

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015Os algoritmos genéticos (AG) desempenham um papel importante na resolução de muitos problemas de otimização, incluindo científicos, económicos e socialmente relevantes. Os AGs, conjuntamente com a programação genética (PG), a programação evolutiva (PE), e as estratégias de evolução, são as principais classes de algoritmos evolutivos (AEs), ou seja, algoritmos que simulam a evolução natural. Em aplicações do mundo real o tempo de execução dos AGs pode ser computacionalmente exigente, devido, principalmente, aos requerimentos relacionados com o tamanho da população. Este problema pode ser atenuado através da paralelização, que pode levar a GAs mais rápidos e com melhor desempenho. Embora a maioria das implementações existentes de Algoritmos Genéticos Paralelos (AGPs) utilize clusters ou processamento massivamente paralelo (PMP), a computação em grid é economicamente relevante (uma grid pode ser construída utilizando computadores obsoletos) e tem algumas vantagens sobre os clusters, como por exemplo a não existência de controlo centralizado, segurança e acesso a recursos heterogéneos distribuídos em organizações virtuais dinâmicas em todo o mundo. Esta investigação utiliza o problema do mundo real denominado de Problema do Caixeiro Viajante (PCV) como referência (benchmark) para a paralelização de AGs numa infraestrutura de computação em grid. O PCV é um problema NP-difícil de otimização combinatória, bem conhecido, que pode ser formalmente descrito como o problema de encontrar, num grafo, o ciclo hamiltoniano mais curto. De facto, muitos problemas de roteamento, produção e escalonamento encontrados na engenharia, na indústria e outros tipos de negócio, podem ser equiparados ao PCV, daí a sua importância. Informalmente, o problema pode ser descrito da seguinte forma: Um vendedor tem um grande número de cidades para visitar e precisa encontrar o caminho mais curto para visitar todas as cidades, sem revisitar nenhuma delas. A principal dificuldade em encontrar as melhores soluções para o PCV é o grande número de caminhos possíveis; (n-1)! / 2 para um caminho de n cidades simétricas. À medida que o número de cidades aumenta, o número de caminhos possíveis também aumenta de uma forma fatorial. O PCV é, portanto, computacionalmente intratável, justificando plenamente a utilização de um método de otimização estocástica, como os AGs. No entanto, mesmo um algoritmo de otimização estocástica pode demorar demasiado tempo para calcular, à medida que o tamanho do problema aumenta. Num AG para grandes populações, o tempo necessário para resolver o problema pode até ser excessivamente longo. Uma forma de acelerar tais algoritmos é usar recursos adicionais, tais como elementos adicionais de processamento funcionando em paralelo e colaborando para encontrar a solução. Isto leva a implementações simultâneas de AGs, adequadas para a implementação em recursos colaborando em paralelo e/ou de forma distribuída. Os Algoritmos evolutivos paralelos (AEPs) destinam-se a implementar algoritmos mais rápidos e com melhor desempenho, usando populações estruturadas, ou seja, distribuições espaciais dos indivíduos. Uma das maneiras possíveis de descentralizar a população é distribuí-la por um conjunto de nós de processamento (ilhas) que trocam periodicamente (migram) potenciais soluções; o chamado modelo de ilhas. O modelo de ilhas permite um número considerável de topologias de migração e, pela Informação que foi possível apurar, há uma carência de trabalhos de investigação sobre a comparação dessas topologias de migração, ao implementar AEPs em infraestruturas de computação em grid. De facto, a comparação de topologias de migração, utilizando uma infraestrutura de computação em grid, como proposto neste trabalho, parece não estar disponível na literatura. Esta comparação tem como objetivo fornecer uma resposta tecnicamente sólida para a questão de investigação: Qual é a topologia, de modelo de ilhas, mais rápida para resolver instâncias do PCV usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo? Uma hipótese para responder à questão de investigação pode ser expressa da seguinte forma: Para resolver instâncias TSP, usando um algoritmo genético baseado em ordem, num ambiente de computação em grid, heterogéneo e distribuído, sem uma perda significativa de fitness, comparativamente com a implementação sequencial e panmítica do mesmo algoritmo, escolha qualquer uma das topologias coordenadas do modelo de ilhas, de entre as topologias testadas (estrela, roda, árvore, matriz totalmente conectada, árvore-anel, anel) com o maior número de nós possível (mesmo os mais lentos) e selecione a frequência de migração g que otimiza o tempo de execução para a topologia escolhida. A metodologia de investigação é essencialmente experimental, observando e analisando o comportamento do algoritmo ao alterar as propriedades do modelo de ilhas. Os resultados mostram que o AG é acelerado quando implementado num ambiente grid, mantendo a qualidade dos resultados obtidos na versão sequencial. Além disso, mesmo os computadores obsoletos podem ser usados como nós contribuindo para acelerar o tempo de execução do algoritmo. Este trabalho também discute a adequação de uma abordagem assíncrona para a implementação do AG num ambiente de computação em grid

Soroprevalência e fatores de risco associados ao herpesvírus bovino tipo 1 e ocorrência da infecção pelo vírus da diarreia viral bovina em vacas leiteiras no estado de Pernambuco

Objetivou-se, com este estudo, determinar a soroprevalência para a infecção pelo herpesvírus bovino tipo 1 (HVB-1) e vírus da diarreia viral bovina (VDVB-1) e identificar os fatores de risco associados à infecção HVB-1 em vacas leiteiras na bacia leiteira do estado de Pernambuco. Foram analisadas 358 amostras de soro sanguíneo provenientes de vacas leiteiras em idade reprodutiva, não vacinados para os referidos agentes, procedentes de 18 propriedades, distribuídas em seis municípios na microrregião do Vale do Ipanema, Pernambuco. Para o diagnóstico sorológico foi utilizada a técnica de vírusneutralização. A ocorrência de anticorpos anti-HVB-1 em bovinos foi 52,8% (188/356), enquanto que para VDVB-1 foi 99,4% (355/357). Observou-se uma variação da ocorrência de anticorpos, por propriedade, de 5 a 90,9% para HVB-1 e 93,5 a 100% para VDVB-1, destacando-se que 100% das propriedades possuíam ao menos um animal positivo para as duas infecções. Os fatores de risco associados à infecção por HVB-1 foram: compartilhamento de pastos (OR = 2,9; p = 0,004); não utilização de inseminação artificial (OR = 2,3; p < 0,001); não realização de transferência de embriões (OR = 13,6; p < 0,001); aquisição de animais destinados à reprodução (OR = 4,2; p < 0,001); reposição de animais da mesma região (OR = 3,0; p = 0,001) e fetos abortados deixados no pasto (OR= 4,0; p < 0,001). É possível concluir que a infecção por ambos os agentes está distribuída nos bovinos da área do estudo, sendo necessária a implementação de medidas preventivas a partir dos fatores de risco identificados no presente estudo

On asynchronous parallelization of order-based GA over grid-enabled heterogenous commodity hardware

In real-world applications, the runtime of genetic algorithms (GAs) can be computationally demanding, an issue that can be mitigated using parallelization. The study evaluates the parallelization of order-based GAs using the island model in an asynchronous heterogeneous computing environment. The island model allows for a considerable number of migration topologies. The study offers a systematic review of the studies on migration topologies and observes that no study is available yet on the performance of these migration topologies over asynchronous heterogeneous environments. Based on a statistical analysis of a comprehensive set of experiments, using real-world TSPLIB instances, the study researches the question: What is the fastest island model topology for order-based genetic algorithm, in an asynchronous distributed heterogeneous grid-enabled commodity computing environment, without losing significant fitness comparatively to the correspondent sequential panmictic implementation of the same algorithm?. Moreover, a new speedup index, the expected root speedup, is also proposed. A diversity of topology types and characteristics are considered: the single node, star, ring, cartwheel, rooted ordered tree, rooted full binary tree, coordinated tree-ring, and feedforward fully connected layered type. Different number of nodes are also considered. While some of the types of topologies are well known, the coordinated tree-ring topology is a novelty. These types of topologies allow us to assess three notable cases: (i) no migration (isolated island), (ii) migration toward the coordinator only, and (iii) migration flows to, and from, the coordinator.FCT-The Portuguese Board of Science and Technology [UID/MULTI/00631/2013 - CEOT]info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Análise técnica e avaliação de trechos experimentais de misturas solo-lama de cal com vistas a aplicações em estradas florestais Technical analysis and evaluation of experimental field road sites of soil-whitewash mud mixtures for forest ROAD applications

Trechos rodoviários experimentais são ferramentas úteis para a avaliação da eficiência de material de construção de estradas. Neste artigo, apresenta-se uma avaliação do desempenho de trechos experimentais construídos com camadas de solos estabilizados com o resíduo sólido industrial denominado lama de cal, que é um subproduto gerado em indústrias de celulose. Com base nos resultados de ensaios de resistência mecânica de um extenso programa de laboratório, em que se realizaram ensaios de caracterização dos solos e estudos de dosagem das misturas, foram construídos três trechos experimentais na região de Alagoinhas, Bahia, Brasil. Em uma avaliação qualitativa desses trechos experimentais, o melhor desempenho de campo foi associado àquele construído com a mistura contendo 70% de solo cascalho de primeira e 30% do resíduo lama de cal.<br>Experimental field road test sites are useful technical tools for evaluating the efficiency of road engineering materials. This paper is directed to the evaluation of performance of experimental field road test sites built using mixtures of in-place soils and industrial waste from the cellulose industry named whitewash mud. Analysis of data from an extensive laboratory testing program including soils geotechnical characterization and mixtures mechanical strength tests led to the construction of three experimental field road test sites in the municipality of Alagoinhas, Bahia State, Brazil. Data from a qualitative evaluation of these sites under field traffic conditions support that best performance can be associated to the road pilot test site built using mixture contents of 70 % of first class gravel and 30 % of whitewash mud

Aplicações de misturas solo-"grits" em estradas florestais: resistência mecânica via CBR Application of soil-grits mixtures in forest roads: mechanical strength via CBR test

Analisaram-se as potencialidades de emprego do resíduo sólido industrial "grits", oriundo da indústria de celulose, como agente estabilizante de dois solos da Zona da Mata Norte de Minas Gerais, Brasil, para fins de emprego em estradas florestais. Os solos estudados englobaram um residual maduro, de textura argilo-areno-siltosa, e um residual jovem, de textura areno-silto-argilosa. Para tanto, prepararam-se misturas envolvendo solos e o resíduo nos quantitativos de 4, 8, 12, 16, 20, 24 e 28% em relação às massas de solo seco. Fez-se uso do ensaio CBR para avaliar as características de resistência e expansão das misturas. A avaliação dos resultados do estudo permite concluir que o resíduo "grits" apresentou potencial significativo como estabilizante dos solos, observando-se que: (i) a adição de "grits" aos solos foi responsável por ganhos nas suas resistências mecânicas, obtendo-se melhores resultados com o solo de textura areno-silto-argilosa; (ii) com relação à expansão medida no ensaio CBR, observaram-se pequenos acréscimos para o solo de textura argilo-areno-siltosa e decréscimos para o solo de textura areno-silto-argilosa, com aumentos no teor de "grits"; e (iii) as misturas solo-"grits" não responderam bem ao aumento da energia de compactação, quanto aos parâmetros CBR e expansãoCBR.<br>This paper is directed to forest road engineering applications, and address the potentialities of using an industrial solid waste from the cellulose industry, named grits, in the stabilization process of two soils from Zona da Mata Norte of Minas Gerais States, Brazil. Soil types tested comprised a mature residual silty-sandy-clay and a young residual clayey-silty-sand. Soil-grits mixtures were prepared at 4, 8, 12, 16, 20, 24 and 28 % stabilizer contents referred to soil dry masses. Mechanical strength and swelling parameters were determined by CBR (California Bearing Ratio) tests. The laboratory testing program data supported that addition of grits to soils led to: (i) significant mechanical strength gains that could be better associated with the clayey-silty-sandy soil; (ii) increases and decreases in swelling with increases in grits contents referred to the silty-sandy-clayey and the clayey-silty-sandy soils respectively, and (iii) increase in compaction effort did not lead to better mechanical responses of the mixtures regarding CBR and swellingCBR

Planning and implementation of a countrywide campaign to deliver over 16 million long-lasting insecticidal nets in Mozambique

Abstract Background In 2016/2017, Mozambique conducted a countrywide long-lasting insecticidal nets (LLINs) universal coverage campaign (UCC). This paper aims to describe the planning and implementation process of the campaign in Mozambique. Methods A cross-sectional and descriptive design was used for reporting the planning and implementation process of the UCC. The UCC used a collaborative approach, involving institutional and non-institutional actors, namely: National Malaria Control Programme (NMCP), provincial and district health authorities, community members and civil society partners. A new household registration strategy based on coupons, stickers, and one LLIN per two persons as allocation criterion was implemented. The campaign was implemented in phases, allowing for continuous improvement of implementation quality by applying lessons learnt from each phase. Results A total of 7,049,894 households were registered corresponding to a total of 31,972,626 registered persons. A total of 16,557,818 LLINs were distributed between November 2016 and December 2017, corresponding to 97% of LLINs needs based on household registration, and covering 95% of the registered households (6,708,585 households), resulting in an estimated 85% of the total Mozambican population with LLIN access. Conclusions The collaborative planning process and strong coordination of campaign actors allowed Mozambique’s NMCP and partners to successfully carry out the first countrywide LLINs UCC in the country. The increased access to LLINs in households will likely result in increased LLIN use and a reduction of the malaria burden in the country, therefore contributing to the achievement of the 2016–2030 Global Technical Strategy for Malaria goals

Occurrence of Bovine Viral Diarrhea (BVDV) and Bovine Infectious Rhinotracheitis (IBR) Virus Infections in Buffaloes in Pernambuco state - Brazil

Background: Buffaloes are susceptible to viral infections, often associated with pathologies of importance in cattle breeding. Among the numerous infectious diseases, Bovine Viral Diarrhea (BVDV) and Bovine Infectious Rhinotracheitis (IBR) have a negative impact on buffalo creations.  This study aimed to detect the occurrence of bovine viral diarrhea virus (BVDV) and infectious bovine rhinotracheitis (IBR) virus infections in buffaloes in Pernambuco state, Brazil.Materials, Methods & Results: For this purpose, serum samples were obtained from 244 buffaloes on eight properties distributed in six municipalities. The search for anti-BVDV and -bovine herpesvirus type-1 (BoHV-1) antibodies was performed using the virus neutralization technique. To analyze the association between the serological status of BoHV-1 infection and aspects of hygienic-sanitary and reproductive management, an investigative questionnaire with objective questions was used. In total, 97.9% (239/244) of buffaloes had anti-BVDV antibodies and 56.1% (137/244) had anti-BoHV-1 antibodies. Co-infection was observed in 55.3% (135/244) of buffaloes. The distribution of antibody occurrence in buffaloes by properties ranged from 90.5% to 100.0% for BVDV and from 4.8% to 100% for BoHV-1. It was not possible to perform an association analysis for BVDV infection; however, in that for BoHV-1 infection, the following variables exhibited a significant association: an extensive breeding system (P < 0.001), open herd (P = 0.029), lack of reproductive rest (P = 0.029), natural mating in females with reproductive disorders (P < 0.001), exploration type (P = 0.0014), presence of wild animals (P < 0.001), and lack of cleaning facilities (P = 0.008).Discussion: The occurrence of anti-BVDV antibodies in this study was 97.9% this was higher than those reported in other country’s regions. The results of the present study demonstrate a high occurrence of anti-BVDV antibodies in each of the properties in Pernambuco state, demonstrating that the animals have contact with infection sources, due to the large number of positive animals. Indeed, it is likely that there is at least one PI animal in every herd. It was observed that 100% of the properties possessed at least one positive animal. The high number of positive animal properties may be related to the absence of biosecurity measures; a subclinical BVDV infection can occur which the owners cannot identify it, as it is not common the adoption of a reproductive program in the region. The occurrence of the anti-BoHV-1 antibody in this study was 56.1%. In other states, both lower and higher prevalences were reported compared to this study. The high number of properties with positive animals may be related to several factors, including the ability of the virus to remain latent, thus introducing a single animal infected with BoHV-1 sufficient for infection spread and perpetuation in buffaloes.  It is believed that the introduction of infected animals and the lack of disease knowledge by the producers may have been responsible for the agent’s introduction and maintenance in the herds. In conclusion, BVDV and IBR virus infections occur in buffaloes in Pernambuco state. Thus, it is suggested that prophylactic measures, including routine diagnosis, reproductive animal control, and strict health care, such as employing cleaning facilities, avoiding contact with neighboring herds, acquiring animals with a negative diagnosis and using an artificial insemination program should be implemented at each property to reduce the reproductive losses caused by these infections

PrOgnosis in Pulmonary Embolism (PoPE): 30-Day mortality risk score based on five admission parameters

Introduction and objective: Several scoring systems have been developed for risk stratification in patients with acute pulmonary embolism (PE). The Pulmonary Embolism Severity Index (PESI) and its simplified version (sPESI) are among the most used, however the high number of variables hinder its application. Our aim was to derive an easy-to-perform score based on simple parameters obtained at admission to predict 30-day mortality in acute PE patients. Methods: Retrospective study in 1115 patients with acute PE from two institutions (derivation cohort n=835, validation cohort n=280). The primary endpoint was all-cause mortality at 30 days. Statistically and clinically relevant variables were selected for multivariable Cox regression analysis. We derived and validated a multivariable risk score model and compared to other established scores. Results: The primary endpoint occurred in 207 patients (18.6%). Our model included five variables weighted as follows: modified shock index ≥1.1 (hazard ratio [HR] 2.57, 1.68–3.92, p1,1 (HR 2,57, 1,68-3,92, p<0,001), neoplasia ativa (HR 2,27, 1,45-3,56, p<0,001), alteração do estado de consciência (HR 3,82, 2,50-5,83, p<0,001), concentração de lactato sérica ≥2,50 mmol/L (HR 5,01, 3,25-7,72, p<0,001) e idade ≥80 anos (HR 1,95, 1,26-3,03, p=0,003). O desempenho prognóstico foi superior a outros scores (AUC 0,83 [0,79-0,87] versus 0,72 [0,67-0,79] no PESI e (0,70 [0,62-0,75]) no sPESI, p<0,001) e a sua performance na cohort de validação foi boa (73 eventos em 280 doentes, 26,1%, AUC 0,76, 0,71-0,82, p<0,0001) e superior aos outros scores (p<0,05). Conclusões: O score PoPE (https://tinyurl.com/ybsnka8s) é um instrumento fácil com performance superior para prever mortalidade precoce em doentes admitidos com EP de baixo risco