Table Of ContentUNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
ALGORITMO GENÉTICO COM INTERAÇÃO SOCIAL NEBULOSA
OTÁVIO NOURA TEIXEIRA
TD: 06/2012
UFPA / ITEC / PPGEE
Campus Universitário do Guamá
Belém – Pará – Brasil
2012
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
OTÁVIO NOURA TEIXEIRA
ALGORITMO GENÉTICO COM INTERAÇÃO SOCIAL NEBULOSA
TD: 06/2012
UFPA / ITEC / PPGEE
Campus Universitário do Guamá
Belém – Pará – Brasil
2012
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
OTÁVIO NOURA TEIXEIRA
ALGORITMO GENÉTICO COM INTERAÇÃO SOCIAL NEBULOSA
Tese submetida à Banca Examinadora do
Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Elétrica da UFPA como parte
dos requisitos necessários para a obtenção
do Título de Doutor em Engenharia Elétrica
na área de Computação Aplicada.
UFPA / ITEC / PPGEE
Campus Universitário do Guamá
Belém – Pará – Brasil
2012
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
ALGORITMO GENÉTICO COM INTERAÇÃO SOCIAL NEBULOSA
AUTOR: OTÁVIO NOURA TEIXEIRA
TESE DE DOUTORADO SUBMETIDA À AVALIAÇÃO DA BANCA EXAMINADORA APROVADA
PELO COLEGIADO DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ E JULGADA ADEQUADA PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO
DE DOUTOR EM ENGENHARIA ELÉTRICCA NA ÁREA DE COMPUTAÇÃO APLICADA.
APROVADA EM: 19/04/2012
BANCA EXAMINADORA:
___________________________________ ___________________________________
Prof. Roberto Célio Limão de Oliveira, Dr. Prof. Gustavo Augusto Lima de Campos, Dr.
(Orientador – PPGEE-UFPA) (Membro Externo – MACC-UECE)
___________________________________ ___________________________________
Profa. Adriana Rosa Garcez Castro, Dra. Prof. João Viana da Fonseca Neto, Dr.
(Membro– PPGEE-UFPA) (Membro Externo – PPGEE-UFMA)
___________________________________ ___________________________________
Prof. Elói Luiz Favero, Dr. Prof. Ronaldo de Freitas Zampolo, Dr.
(Membro – PPGCC-UFPA) (Membro – FCT-UFPA)
Visto
_____________________________________
Prof. Marcos Vinícius Alves Nunes, Dr.
(Coordenador do PPGEE-UFPA)
iv
“Aprenda olhando para a Natureza, use-a como mentora”.
Leonardo da Vinci
v
Às minhas meninas, Gabriela e Rafaela.
vi
AGRADECIMENTOS
À Deus e a todos os Seres de Luz, por sempre estarem comigo em todos os momentos, os
bons e os não bons. A força, a energia e o cuidado de vocês me ajudaram e muito a ser
persistente, resiliente e jamais parar de seguir em frente rumo ao sonho de concluir mais
essa etapa em minha vida. Gratidão!
Aos meus pais, Artur e Maria do Carmo, por terem sido os meus primeiros mestres nesta
vida, desempenhando brilhantemente suas funções nos cargos de pai e mãe, e que em todas
as circunstâncias estiveram ao meu lado, orientando-me em todas as decisões da minha
vida, dando-me tanto o suporte material, quanto, e principalmente, suporte emocional e
afetivo. Eu escolhi vocês como pais e a decisão foi mais que acertada. Amo demais vocês!
À Universidade Federal do Pará, ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Elétrica (PPGEE), e em especial ao meu amigo e orientador Roberto Célio Limão de
Oliveira, pela parceria, amizade, crença e paciência. Muito obrigado por tudo!
Ao Centro Universitário do Estado do Pará (CESUPA), minha segunda casa há 18
anos, e onde tive o suporte dos meus amigos professores e alunos; da reitoria, e que
agradeço em nome dos professores João Paulo do Vale Mendes, Sérgio Fiuza de Melo
Mendes, e da minha segunda mãe, a professora Conceição Rangel Fiuza de Melo.
Obrigado por compartilharem o sonho de um projeto educacional focado na liberdade dos
indivíduos através do conhecimento. Sou filho dessa casa e sempre o serei!
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SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS .....................................................................................................xi
LISTA DE TABELAS ..................................................................................................xiii
LISTA DE GRÁFICOS ...............................................................................................xvii
RESUMO.........................................................................................................................xx
ABSTRACT....................................................................................................................xxi
CAPITULO I
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1
1.1. MOTIVAÇÃO E JUSTIFICATIVA .................................................................. 1
1.2. OBJETIVOS ...................................................................................................... 10
1.2.1. Objetivo Geral ...................................................................................................................... 10
1.2.2. Objetivos Específicos ........................................................................................................... 11
1.4. PRINCÍPAIS CONTRIBUIÇÕES ................................................................... 12
1.3. ESTRUTURA DA TESE ................................................................................... 13
CAPITULO II
2. PROPOSTA DE ALGORITMOS COM INTERAÇÃO SOCIAL ...................... 15
2.1. APRESENTAÇÃO ............................................................................................ 15
2.2. ALGORITMO SIGA ......................................................................................... 18
2.3. MÉTODOS DE SELEÇÃO DILEMA DO PRISIONEIRO ........................... 22
2.3.1. Dilema do Prisioneiro Roleta (DPR) .................................................................................. 22
a. 𝐷𝑃𝑅𝑟 =1 ................................................................................................................................ 24
b. 𝐷𝑃𝑅𝑟 >1 ............................................................................................................................... 26
2.3.2. Dilema do Prisioneiro Torneio (DPT) ................................................................................ 29
a. 𝐷𝑃𝑇𝑟 =1 ................................................................................................................................ 31
b. 𝐷𝑃𝑇𝑟 >1 ................................................................................................................................ 34
2.4. ALGORITMO NPSIGA .................................................................................... 37
2.5. ALGORITMO F-SIGA ..................................................................................... 43
2.5.1. Abordagem Nebulosa do Dilema do Prisioneiro ............................................................... 44
viii
2.5.2. Função de Pagamento do Dilema do Prisioneiro Nebuloso .............................................. 45
2.5.3. Fatores de Decisão ................................................................................................................ 46
a. Fator f : Relação entre as Riquezas Acumuladas..................................................................... 47
1
b. Fator f : Últimas Iterações entre os Jogadores ........................................................................ 49
2
c. Fator f : Relação entre as Tendências Globais de Riqueza ...................................................... 50
3
2.5.4. Conjunto de Regras Nebulosas ........................................................................................... 52
2.5.5. Determinação da Ação do Jogador ..................................................................................... 53
2.5.6. Exemplificação ..................................................................................................................... 53
2.5.7. Codificação das Estratégias de Comportamento ............................................................... 59
2.6. ALGORITMO ESIA ......................................................................................... 62
2.6.1. Fator de Experiência ............................................................................................................ 64
a. Fator de experiência em relação à idade .................................................................................. 64
b. Fator de experiência em relação à quantidade de disputas ...................................................... 65
c. Função Fator Experiência (idade, disputas)............................................................................. 66
2.6.2. Função Fitness com o Fator de Experiência ...................................................................... 67
2.6.3. Possibilidades de Extensão do Uso do ESIA ...................................................................... 67
2.7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 68
CAPITULO III
3. PROBLEMAS, SIMULAÇÕES E RESULTADOS .............................................. 71
3.1. APRESENTAÇÃO ............................................................................................ 71
3.2. PROBLEMAS DE OTIMIZAÇÃO GLOBAL SEM RESTRIÇÕES ............ 73
3.2.1. Função f - Shifted Sphere Function ................................................................................... 73
1
3.2.2. Função f - Shifted Rosenbrock’s Function ......................................................................... 78
6
3.2.3. Função f - Shifted Rotated Ackley’s Function with Global Optimum on Bounds ........ 82
8
3.3. PROBLEMAS DE OTIMIZAÇÃO GLOBAL COM RESTRIÇÕES ........... 86
3.3.1. Projeto de Viga de Aço ........................................................................................................ 86
3.3.2. Projeto de Vaso de Pressão ................................................................................................. 92
3.3.3. Minimização do Peso da Tensão/Compressão sobre Mola ............................................... 96
3.3.4. Projeto de Redutor de Velocidade .................................................................................... 101
3.4. PROBLEMA DO CAIXEIRO VIAJANTE (PCV) ....................................... 107
3.4.1. Instância: br26 .................................................................................................................... 109
3.4.2. Instância: kro100 ................................................................................................................ 112
3.4.3. Instância: att532 ................................................................................................................. 115
3.4.4. Instância: pcp1173 .............................................................................................................. 119
3.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................... 123
ix
CAPITULO IV
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 124
4.1. SUMARIZAÇÃO E CONCLUSÕES ............................................................. 124
4.2. LIMITAÇÕES DA TESE E TRABALHOS FUTUROS .............................. 127
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 130
ANEXOS
ANEXO A – ALGORTIMOS GENÉTICOS: UMA VISÃO GERAL .................. 145
A.1. APRESENTAÇÃO ......................................................................................... 145
A.2. ESTRUTURA BÁSICA .................................................................................. 146
A.3. COMO IMPLEMENTAR UM ALGORITMO GENÉTICO...................... 147
ANEXO B – FUNDAMENTOS DA TEORIA DOS JOGOS ................................. 151
B.1. APRESENTAÇÃO .......................................................................................... 151
B.2. COMPONENTES DE UM JOGO ESTRATÉGICO ................................... 152
B.3. TIPOS DE JOGOS .......................................................................................... 153
B.4. O PARADIGMA DO DILEMA DO PRISIONEIRO ................................... 154
ANEXO C – CONJUNTOS E SISTEMAS NEBULOSOS ..................................... 159
C.1. APRESENTAÇÃO ......................................................................................... 159
C.2. CONJUNTOS NEBULOSOS ......................................................................... 160
C.3. OPERAÇÕES E RELAÇÕES SOBRE CONJUNTOS NEBULOSOS ...... 162
C.4. VARIÁVEIS LINGUÍSTICAS ...................................................................... 167
C.5. LÓGICA NEBULOSA ................................................................................... 170
C.6. SISTEMAS NEBULOSOS ............................................................................. 172
ANEXO D – ESTRATÉGIAS DE COMPORTAMENTO ..................................... 175
D.1. ESTRATÉGIAS UTILIZADAS NO ALGORITMO SIGA ........................ 175
D.2. ESTRATÉGIAS UTILIZADAS NO ALGORITMO F-SIGA ..................... 175
ANEXO E – CONFIGURAÇÕES DAS SIMULAÇÕES ........................................ 184
Description:Gráfico 3.11 – Gráfico de distribuição dos algoritmos vitoriosos para os 20% melhores resultados das . practical results of applying them to global optimization problems with and without constraints; and the algoritmo PSO (Particle Swarm Optimization), que possui mecanismos de memória para.
