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Development of a PSO metaheuristic for the menu planning problem with DCE preferences analysis
La planeación del menú es un problema de optimización que busca minimizar el costo de los insumos
alimentarios para su preparación a la vez que se satisfacen las necesidades nutricionales. Este
proyecto se aplicará en el Colegio Mayor de San Bartolomé, la cual es una escuela subsidiada con
recursos limitados; por lo tanto, es pertinente mejorar su eficiencia en sus gastos, lo que se puede
lograr minimizando sus costos. Para abordar este problema y comprender la compensación en las
preferencias alimentarias que enfrentan los estudiantes de sexto a undécimo grado inscritos en la
institución, asà como el efecto que tiene sobre ellos el suministro de información nutricional, se
diseña un DCE ( Discrete Choice Experiment ). Luego, se propone un modelo matemático de
optimización lineal como una aproximación para resolver el problema de la planeación del menú, sin
embargo, se muestra que este caso particular expone caracterÃsticas de un problema NP-hard ; por
tanto, una metaheurÃstica como PSO ( Particle swarm optimization ) es muy conveniente. Esta
metaheurÃstica tiene como objetivo minimizar tanto la desviación nutricional en cuanto al
requerimiento como el costo de los suministros alimentarios y generar una solución de menú variada,
contemplando un horizonte temporal de 15 dÃas. Por lo tanto, se desarrolla un algoritmo considerando
el PSO, las preferencias estimadas y las restricciones especificadas por la escuela, generando
soluciones para los rangos de edad previamente estipulados de acuerdo con el resultado de un
clustering jerárquico. Finalmente, una aplicación diseñada bajo la norma ISO/IEC 25010 facilita la
entrada de datos y la visualización de los resultados.Menu planning is an optimization problem that seeks to minimize the cost of food inputs for its
preparation while satisfying nutritional needs. This project will be applied in Colegio Mayor de San
Bartolomé, which is a subsidized school with limited resources; therefore, it is pertinent to improve
their efficiency in their expenditures, which can be achieved by optimally minimizing their costs. In
order to address this problem and understand the tradeoff in food preferences faced by sixth to
eleven grade students enrolled in the institution, as well as the effect that the provision of nutritional
information has on them, a DCE (Discrete Choice Experiment) is designed. Then, a linear optimization
mathematical model is proposed as an approximation to solve the menu planning problem however,
it is shown that this particular case exposes characteristics of an NP-hard problem; thus, a
metaheuristic such as PSO (Particle Swarm Optimization) is highly convenient. This metaheuristic aims
to minimize both the nutritional deviation concerning the requirement and the cost of food supplies
and generate a varied menu solution, contemplating a time horizon of 15 days. Therefore, an
algorithm considering the PSO, the estimated preferences, and the restrictions specified by the
school, is developed, generating solutions for the previously stipulated age ranges according to the
result of hierarchical clustering. Finally, an application designed under the ISO / IEC 25010 standard
facilitates the entry of data and the visualization of the results.Ingeniero (a) IndustrialPregrad