Ant Colony Optimization

Apresentação em tema: "Ant Colony Optimization"— Transcrição da apresentação:

1 Ant Colony Optimization
DESENVOLVIMENTO DE INTERFACE GRÁFICA PARA PROGRAMA DE DIMENSIONAMENTO ECONÔMICO DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO ÁGUA UTILIZANDO SIMULATED ANNEALING Lígia Yuri Ono Rodrigues, Edevar Luvizotto Junior, Bruno Melo Brentan Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo – FEC PIBIC/CNPQ Palavras-chave: Redes de distribuição de água, Interface Gráfica, Simulated Annealing. INTRODUÇÃO As redes de distribuição de água tem papel fundamental dentro dos sistemas de abastecimento de água urbanos. Com o crescimento urbano atual, é de suma importância que, ao projetar ou expandir alguma rede de distribuição, a demanda de água seja atendida, a operação futura da rede projetada esteja de acordo com as normas e sua implementação seja feita com o menor custo possível. Determinar os diâmetros dos tubos de uma rede de distribuição de água com custo mínimo torna-se difícil problema de engenharia por tratar-se de relações não-lineares com diversas variáveis, além de possuir um número de soluções muito amplo. A fim de criar um algoritmo para dimensionar as redes de abastecimento dentro das especificações citadas anteriormente, em projeto de iniciação científica anterior, foi empregado o método de otimização Simulated Annealing, algoritmo obtido a partir da analogia a um processo térmico de resfriamento de um material aquecido conhecido como recozimento, acoplado ao simulador hidráulico EPANET toolkit, utilizado para avaliar se a solução encontrada pelo otimizador atendiam as normas de pressão. No entanto, apesar de prestar-se ao propósito investigativo inicial, este é pouco eficiente ao tratamento geral, uma vez que são necessárias mudanças no código fonte para modificar a topologia da rede e os parâmetros utilizados na otimização. Assim, este projeto desenvolveu uma interface gráfica de usuário, capaz de coletar as informações de maneira amigável, rápida e eficaz para que quaisquer usuários possam dimensionar a rede a sua escolha, tendo acesso a relatórios, gráficos e tabelas necessários para uma análise mais detalhada. Figura 2: Escolha da rede a ser dimensionada. Ao clicar em “File+“Run”, o algoritmo é acionado e o conjunto dos diâmetros ótimos encontrados, assim como as pressões nos nós e o custo final total aparecem ao lado no campo “Solução”. As iterações e seus respectivos custos encontrados podem ser consultados no campo “Arquivo da Solução” e também através do gráfico “Convergência do modelo”, sendo possível a visualização do custo em função do número de iterações, como mostra a Figura 3. METODOLOGIA Simulated Annealing A utilização do algoritmo Simulated Annealing na resolução de um problema de otimização foi proposta por Kirkpatrick et al. (1983) e Cerny (1985), que utilizaram este algoritmo no problema clássico de otimização combinatória do Caixeiro Viajante. Este algoritmo é baseado na analogia a um processo térmico de recozimento em que é preciso aumentar a temperatura para dar mobilidade às moléculas e depois resfriá-las lentamente, formando uma estrutura cristalina. A alta mobilidade das moléculas na temperatura inicial permite que elas alcancem diferentes estados. Se resfriadas corretamente, elas irão alcançar o estado de energia mínima, que corresponde a uma configuração cristalina ordenada. Interface Gráfica de Usuário Interface gráfica é a utilização de técnicas de design com o objetivo de intermediar a comunicação entre humano e máquina. Nas interfaces estão contidos os tipos de mensagens compreensíveis pelos humanos e pelo programa, os dispositivos de entrada e saída de dados (teclado, mouse, tela, microfone) e, ainda, as zonas de comunicação habilitadas em cada dispositivo (teclado, menus, barras de tarefas, áreas de trabalho). Figura 3: Soluções dadas pela interface. As redes escolhidas para teste foram as redes Hanoi e Two-Loop, que são “benchmarks” na literatura. Os resultados obtidos em comparação com os encontrados na literatura estão listados na Tabela 1. Tabela 1: Soluções encontradas para rede Hanoi de acordo com o método de otimização RESULTADOS A interface gráfica de usuário final é mostrada na Figura 1. O primeiro campo “Arquivo da topologia” é preenchido através da escolha do usuário por um arquivo *.inp do seu computador com as informações da rede a ser dimensionada, como mostrado na Figura 2. Já nos campos “Temperatura Inicial”, “Temperatura Final”, “Fator” e “Penalidade”, o usuário apenas tem de digitar os valores desejados. Para os custos unitários dos diâmetros comerciais,, o usuário tem a opção de montar uma tabela ou usar uma tabela já existente. Algoritmo Rede Hanoi Rede Two Loop Genetic Algorithm Harmony Search Ant Colony Optimization Simulated Annealing CONCLUSÕES Com a interface, foi possível a otimização de diferentes redes de distribuição, além da mudança dos parâmetros utilizados no Simulated Annealing e dos diâmetros comerciais disponíveis, sem ser necessário qualquer tipo de mudança no código fonte. Assim, a interface facilitou a utilização do programa desenvolvido anteriormente, uma vez que permitiu o dimensionamento econômico de redes de distribuição de água de forma rápida e amigável, de modo que quaisquer usuários possam utilizá-lo. Além disso, os testes mostraram que os resultados obtidos pela interface foram eficazes, pois foram próximos aos encontrados na literatura obtidos por modelos de otimização diversos. BIBLIOGRAFIA 1. KIRKPATRICK, S.; GELATT, C.D.; VECCHI, M.P.; “Optimization by Simulated Annealing”; Science, New Series. Vol. 220, No. 4598, pp ; 1983. 2. CERNY, V.; “Thermodynamical approach to the traveling salesman problem: An efficient simulation algorithm”; Journal of Optimization Theory and Applications, vol 45; 1985. Figura 1: Interface Gráfica