O processo de escolha de portfólios é um problema clássico da área financeira. Neste problema, o investidor busca aplicar seu dinheiro em um mercado de ações de forma a obter um bom compromisso entre o retorno esperado e o risco. Em geral, quanto maior o retorno esperado da carteira, maior o risco a ela associado. Neste trabalho foram estudadas modelagens para o problema de escolha de portfólio ótimo e suas aplicações ao mercado brasileiro. Do ponto de vista de modelagem foi proposta a inclusão do risco diversificável e não-diversificável ao modelo linear estudado. O risco diversificável foi incluído através de uma restrição que impõe um número mínimo de ativos na composição do portfólio ótimo, enquanto o risco não-diversificável foi adicionado considerando o beta da carteira. Do ponto de vista de aplicação, foi considerada a atribuição de valores de probabilidade para os retornos históricos dos ativos utilizados na análise do problema, visando incorporar informações do comportamento apresentado pelo mercado nos resultados. Na geração dos resultados, foram desenvolvidos em CPLEX um método ótimo de solução para o problema e um método para geração de uma curva de soluções Pareto ótimas / The process of selecting a portfolio is a classical problem in finance, where the investor intends to invest money in the stock market in such way that a reasonable trade-off between expected return and risk is obtained. In general, the higher the expected return of the portfolio is, the higher his risk will be. In this work the single period portfolio optimization problem is studied in terms of modeling and application for the Brazilian stock market. Referring to the model, changes are proposed to include the diversifiable and nondiversifiable risk. The diversifiable risk is included by imposing a minimum number of assets on the portfolio, while the nondiversifiable risk is controlled by restricting the portfolios beta. On the applications side, a method to estimate the probability of the assets historical returns is proposed, so more information about the market behavior is considered on the problem. The results were obtained by a optimal method to find the best solution and another one to generate the Pareto-optimal solutions, both developed using CPLEX

Distribution system plays a significant role in the overall electrical power system due to its impact on electricity costs, reliability as well as security of supplied energy. Optimal development planning of modern distribution system is mainly required to satisfy continuous change in customer demands and generations in a cost-effective manner, utilizing the available smart solutions. All these aspects need to be addressed in modern distribution planning methodology that can be applied today in real-life. Review has shown that there are no distributions planning models that adequately model security of supply of radially operated networks. Moreover, the optimal development planning models still do not consider multiple operating regimes, which has become a necessity due to connection of low carbon technologies. Numerous techniques published on this subject tend to ignore the regulations and planning standards that must be complied during system development, resulting in methodology that is not in-tuned with business practices. Furthermore, a comprehensive model that integrates all major components of today’s real-life distribution planning is still lacking, even though many of them have been addressed individually. In this thesis, integrated planning methodology for development of distribution system is proposed, incorporating utility practices in the UK. The overall methodology built on two independent stages, investment stage and operation stage. The operation stage is further cast into two sub-stages, quality of supply planning and minimization of operation costs planning. The overall planning methodology incorporates the novel probabilistic decision tree concept for distribution system planning to consider probable network uncertainties. The first model which is the investment stage determines the new construction and reinforcement of circuits and switchgear, along with circuit decommissioning. Multiple operating regimes due to fluctuation in generation and load profiles are considered, in addition to explicit modelling of N-1 security constraint according to P2/6 planning standards. The quality of supply planning determines the allocation of switchgear and its automation to maximise the reliability benefits from the regulatory incentive regime. Finally, the operation model determines the optimal network configuration that minimises the total operation costs of distribution system. The final outputs are list of cables and switchgear for construction, reinforcement, and decommission, benefits harvested due to quality of supply investments on switchgear, optimal network running arrangement, etc. These studies have proven to be important in formulating effective strategies for development of distribution system, in compliance to the planning standards and resulted in higher network operation capabilities.

A popularização dos contêineres no transporte de cargas gerais por volta dos anos 60 provocou significativa mudança no tráfego de mercadorias ao redor do mundo. A utilização deste equipamento simplifica e agiliza o processo de transporte e manuseio de cargas, uma vez que permite a movimentação entre diferentes modais com rapidez e segurança nas operações de carga e descarga. Neste contexto, esta pesquisa trata do problema que integra decisões de escolha de cargas a serem transportadas pelo modal marítimo com decisões de reposicionamento de contêineres vazios de modo a maximizar a receita total. O modelo baseia-se em um problema de fluxo em rede multiproduto, a partir da qual é proposta uma modelagem matemática inédita, que permite levar em consideração as principais restrições encontradas na prática tais como: horizonte de planejamento de longo prazo; diferentes tipos e tamanhos de contêineres; múltiplos navios, rotas e suas respectivas programações; rotas que permitem que um porto seja visitado mais de uma vez; capacidades dos navios em termos de número máximo de contêineres cheios e vazios por tipo e peso máximo total; para cada rota e trecho entre dois portos consecutivos; etc. O modelo proposto foi implementado em C++ e utiliza o software de otimização GUROBI, lançado recentemente, assim como uma planilha eletrônica para os dados de entrada. O mesmo foi comparado a um modelo da literatura que utiliza método heurístico para resolução de problema semelhante. O modelo também foi aplicado a problemas de diversos portes evidenciando que é capaz de resolver problemas até à otimização de maneira eficiente e em tempos de processamento reduzidos. / The popularization of containers in transporting general cargo caused a significant change in freight traffic around the world. The use of this mechanism simplifies and streamlines the process of shipping and handling charges, allowing you to move it between different transport modes, with speed and safety in loading and unloading process. In this context, this research deals the problem that incorporates decisions of cargo selection to be transported by sea with decisions involving reposition empty containers in order to maximize total revenue. The problem is modeled as a multi-product network flow problem and is proposed a novel mathematical model, which takes into account the main constraints encountered in practice, such as planning horizon of long-term; different types and sizes of containers, multiple ships and routes and their schedules, routes that allow a port to be visited more than once, and capacity of vessels in terms of maximum number of full and empty containers by type, and maximum weight for each route and the segment between two consecutive ports, etc. The proposed model was implemented in C++ and uses for its solution, the optimization software recently launched, GUROBI, as well as a spreadsheet for data entry. The same was applied to a problem of literature that uses a heuristic method to solve it. The model also was applied to several size of problems showing the model able to solve problem to optimality of efficient way and in processing time reduced.

Neste trabalho estudamos aspectos algorítmicos do Problema da Cobertura por Sensores. Em linhas gerais, este problema a entrada consiste em uma região a ser monitorada por um conjunto de sensores previamente posicionados, cada qual dotado de bateria com duração limitada, e o objetivo é atribuir a cada sensor um tempo de início, de modo que toda a região seja coberta o maior tempo possível. Focamos nosso estudo no caso unidimensional do problema, chamado Problema da Cobertura de Faixa Restrita, no qual a região a ser monitorada é um intervalo (da reta real). Estudamos diversas variantes, de acordo com os subintervalos que os sensores cobrem (se de tamanhos fixos ou variados), e de acordo com a duração das baterias (se uniformes ou não). Estudamos também o caso preemptivo: quando os sensores podem ser ligados mais de uma vez. Para este último caso, projetamos um algoritmo polinomial bem simples. O Problema da Cobertura de Faixa Restrita é NP-difícil no caso não-preemptivo em que os sensores têm bateria de duração variável. Para este caso, em 2009 Gibson e Varadarajan apresentaram um algoritmo polinomial que provaram ser uma 5-aproximação. Provamos que este algoritmo tem fator de aproximação 4, e mostramos que este fator é justo. Apresentamos também formulações lineares inteiras para este caso, e os resultados computacionais obtidos. / We study the algorithmic aspects of the Sensor Cover Problem. Broadly speaking, in this problem the input consists of a region to be covered by a set of sensors previously positioned, each one powered with a battery of limited duration, and the objective is to assign to each sensor an initial time, so as to cover the given region for as long as possible. We focus our study on the one-dimensional case of the problem, called Restricted Strip Cover Problem, in which the region to be covered is an interval (of the real line). We study several variants, according to the type of the subintervals the sensors cover (if they have fixed length or not), to the duration of the batteries (if uniform or not). We also study the preemptive case: when the sensors can be turned on and off more than once. For this case, we designed a simple polynomial-time algorithm. The Restricted Strip Cover Problem is NP-hard in the non-preemptive case in which the sensors have non-uniform duration batteries. For this case, in 2009 Gibson and Varadarajan designed a polynomial-time algorithm which they proved to be a 5-aproximation. We prove that this algorithm has approximation ratio 4, and show that this ratio is tight. We also present two integer linear formulations for this case, and report on the computational results obtained with this approach.

O problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes vem sendo extensivamente estudado por pesquisadores da área de Pesquisa Operacional e há uma tendência de que tais trabalhos passem a cada vez mais integrar aspectos reais dos processos produtivos. Entretanto, percebe-se que os estudos conduzidos em alguns setores industriais negligenciam importantes restrições tecnológicos dos processos de produção e isso afasta esses trabalhos de Pesquisa Operacional de uma aplicação efetiva, como é o caso da indústria de embalagens de vidro. Neste contexto, propõe-se um modelo de programação inteira mista e um método de solução para o problema de dimensionamento e sequenciamentos de lotes na indústria de embalagens de vidro, sendo que este trabalho diferencia-se dos demais existentes na literatura por agregar restrições tecnológicas específicas desse processo produtivo. O modelo proposto, denominado CLSD-GCST, foi amplamente validado com base em um conjunto de testes com 40 instâncias de um problema real de uma grande empresa do setor no pacote comercial IBM ILOG CPLEX Optimization Studio Versão 12.5. A validação do modelo incluiu ainda uma análise de ganhos potenciais para o negócio de baseada no modelo SCOR. Já o método de solução proposto consiste em uma metaheurística de Busca em Vizinhança Variável (VNS) e se mostrou promissor para a solução do problema estudado, proporcionando resultados de qualidade em um baixo tempo computacional. Além disso, o VNS superou o Branch-and-Cut do CPLEX para grandes instâncias, nas quais o pacote comercial encontrou dificuldades. Por fim, o VNS proposto também foi validado por meio da análise de testes computacionais e suas principais características foram avaliadas sistematicamente, gerando um conjunto de informações que pode direcionar a utilização e, até mesmo, a evolução desse método em pesquisas futuras. / Lot sizing and scheduling problem has been extensively studied by Operations Research scientists and there is a tendency of incorporating more production processes real aspects in these researches. However, it can be noticed that studies conducted in some industrial sectors neglect important production process technological constraints and it keeps the Operations Research works away from an effective application, as happens with the glass containers industry. In this context, a mixed integer programming model and a solution method were proposed for glass containers industry lot sizing and scheduling problem, the main difference between this work and the others in literature is the inclusion of process specific technological constraints. The proposed model, named CLSD-GCST, was widely validated by a set of tests performed with 40 instances from a large company real problem using the commercial package IBM ILOG CPLEX Optimization Studio Version 12.5. The model validation also included a potential business earnings analysis based on SCOR framework. About the proposed solution method, it consists of a Variable Neighborhood Search (VNS) metaheuristic and it proved to be promising for the studied problem solution, providing good quality results in low computational time. Moreover, VNS overcame the CPLEX Branch-and-Cut for large instances, in which the commercial package found difficulties. Lastly, the proposed VNS was validated by means of computational tests analysis and its main characteristics were systematically evaluated, generating an information set that may direct this method application and even its evolution in future researches.

A complexidade de alguns sistemas biotecnológicos impossibilita seu estudo sem o uso de técnicas de programação matemática avançadas. A quantificação de fluxos metabólicos e a síntese e projeto ótimos de plantas multiproduto são problemas com esta característica, abordados na presente tese. A quantificação de fluxos metabólicos empregando balanços de marcações é representada como um problema de otimização não-linear, o qual se resolve através da minimização da diferença entre as medidas experimentais e as predições do modelo da rede metabólica. Este problema surge da necessidade de se caracterizar o metabolismo mediante a estimação das velocidades das reações bioquímicas. O modelo matemático para problemas deste tipo é composto basicamente por balanços de metabólitos e de isótopos; os primeiros são lineares, enquanto os segundos introduzem não-linearidades ao problema e, neste trabalho, são modelados mediante uma modificação da técnica de matrizes de mapeamento de átomos. Para quantificar os fluxos metabólicos considerando a existência de ótimos locais, desenvolveu-se um algoritmo branch & bound espacial, no qual a busca global é feita mediante a divisão da região de busca (branching) e a geração de seqüências de limites (bounding) que convergem para a solução global. Como estudo de caso, estimaram-se os fluxos no metabolismo central de Saccharomyces cerevisiae. Os resultados confirmam a existência de soluções locais e a necessidade de desenvolver uma estratégia de busca global; a solução global obtida apresenta semelhanças, nos fluxos centrais, com a melhor solução obtida por um algoritmo evolucionário. Quanto aos problemas de síntese e projeto de sistemas biotecnológicos multiproduto, As abordagens mais empregadas para resolve-los são a definição e dimensionamento seqüencial das operações unitárias, e a fixação dos parâmetros de dimensionamento e de estimação do tempo de operação (com valores obtidos em laboratório ou planta piloto); porém ambas abordagens fornecem soluções subótimas. Por outro lado, a solução simultânea da síntese e projeto de sistemas biotecnológicos multiproduto gera modelos misto-inteiros não-lineares (MINLP) de grande porte, devido à combinação das decisões, ligadas à existência de alternativas no processo, com as restrições não-lineares geradas dos modelos das operações. Como estudo de caso considera-se uma planta para produção de insulina, vacina para hepatite B, ativador de plasminogênio tecidual (tissue plasminogen activator) e superóxido dismutase, mediante três hospedeiros diferentes: levedura (S. cerevisiae) com expressão extra ou intracelular, Escherichia coli e células de mamíferos. O projeto deve satisfazer a meta de produção para cada produto, minimizando os custos de capital e selecionando os hospedeiros, as operações e o arranjo dos equipamentos em cada estágio. Os resultados obtidos mostram que a formulação das decisões por abordagem big-M permite resolver o modelo MINLP gerado e que a consideração de múltiplos produtos com seqüências e condições de processamento diferentes gera grande ociosidade nos equipamentos e aumenta o custo total do projeto. Para o estudo de caso observou-se que a alocação de tanques intermediários tem um efeito limitado na diminuição do custo do projeto, porém a implementação simultânea da flexibilização do scheduling, do projeto de equipamentos auxiliares e tanques intermediários permite obter projetos satisfatórios. / The complexity of biotechnological systems does not allow their study without the use of advanced mathematical programming techniques. Metabolic flux quantification and optimal synthesis and design of multiproduct plants are problems with this characteristic, and are addressed in this thesis. The metabolic flux quantification employing labeling balances is formulated as a nonlinear optimization problem that is solved by the minimization of the difference between experimental measurements and predictions of the metabolic network model. This problem is generated by the necessity of estimating the rates of biochemical reactions that characterize the metabolism. The mathematical model for this class of problems is composed by balances of metabolites and isotopes; the former are linear whereas the latter are nonlinear and, in this work, are modeled by a modification of the atom mapping matrix technique. A spatial branch & bound algorithm was developed to quantify the metabolic fluxes, that considers the existence of local optima; in this algorithm, the global search is developed by the division of the searching region (branching) and the generation of sequences of bounds (bounding) that converge to the global solution. As a case study, fluxes in central metabolism of Saccharomyces cerevisiae were estimated. The results confirm the existence of local solutions and the necessity of develop a global search strategy; the central fluxes in the obtained global solution are similar to those ones obtained by an evolutionary algorithm. To solve problems of synthesis and design of multiproduct biotechnological systems, the most employed approaches are the sequential selection and sizing of the unit operations, and the fixing of sizing and time parameters (employing values from laboratory or pilot plants); nevertheless, both approaches generate suboptimal solutions. On the other hand, the simultaneous solution of the synthesis and design of multiproduct biotechnological systems generates large size mixed-integer nonlinear models (MINLP), due to the combination of options into the processing with nonlinear constraints from the operation models. As case study, a plant for production of insulin, hepatitis B vaccine, tissue plasminogen activator and superoxide dismutase was considered, by three hosts: yeast (S. cerevisiae) with extra or intracellular expression, Escherichia coli and mammalian cells. The design must satisfy the production target for each product, minimizing the capital cost and considering the selection of hosts, the operations and the number of parallel units in each stage. The obtained results show that the formulation of decisions by the big-M approach allows the solution of the generated MINLP model and that consideration of several products with different processing sequences and conditions generates large idleness at the equipment and increases the total cost of the design. In the case study it was observed that the allocation of storage tanks has a limited effect on cost reduction, but the simultaneous implementation of flexible scheduling, design of auxiliary equipments and intermediate storage tanks allow the generation of satisfactory designs.

Neste trabalho, estudamos o problema a recoloração convexa de grafos, denotado por RC. Dizemos que uma coloração dos vértices de um grafo G é convexa se, para cada cor tribuída d, os vértices de G com a cor d induzem um subgrafo conexo. No problema RC, é dado um grafo G e uma coloração de seus vértices, e o objetivo é recolorir o menor número possível de vértices de G tal que a coloração resultante seja convexa. A motivação para o estudo deste problema surgiu em contexto de árvores filogenéticas. Sabe-se que este problema é NP-difícil mesmo quando G é um caminho. Mostramos que o problema RC parametrizado pelo número de mudanças de cor é W[2]-difícil mesmo se a coloração inicial usa apenas duas cores. Além disso, provamos alguns resultados sobre a inaproximabilidade deste problema. Apresentamos uma formulação inteira para a versão com pesos do problema RC em grafos arbitrários, e então a especializamos para o caso de árvores. Estudamos a estrutura facial do politopo definido como a envoltória convexa dos pontos inteiros que satisfazem as restrições da formulação proposta, apresentamos várias classes de desigualdades que definem facetas e descrevemos os correspondentes algoritmos de separação. Implementamos um algoritmo branch-and-cut para o problema RC em árvores e mostramos os resultados computacionais obtidos com uma grande quantidade de instâncias que representam árvores filogenéticas reais. Os experimentos mostram que essa abordagem pode ser usada para resolver instâncias da ordem de 1500 vértices em 40 minutos, um desempenho muito superior ao alcançado por outros algoritmos propostos na literatura. / In this work we study the convex recoloring problem of graphs, denoted by CR. We say that a vertex coloring of a graph G is convex if, for each assigned color d, the vertices of G with color d induce a connected subgraph. In the CR problem, given a graph G and a coloring of its vertices, we want to find a recoloring that is convex and minimizes the number of recolored vertices. The motivation for investigating this problem has its roots in the study of phylogenetic trees. It is known that this problem is NP-hard even when G is a path. We show that the problem CR parameterized by the number of color changes is W[2]-hard even if the initial coloring uses only two colors. Moreover, we prove some inapproximation results for this problem. We also show an integer programming formulation for the weighted version of this problem on arbitrary graphs, and then specialize it for trees. We study the facial structure of the polytope defined as the convex hull of the integer points satisfying the restrictions of the proposed ILP formulation, present several classes of facet-defining inequalities and the corresponding separation algorithms. We also present a branch-and-cut algorithm that we have implemented for the special case of trees, and show the computational results obtained with a large number of instances. We considered instances which are real phylogenetic trees. The experiments show that this approach can be used to solve instances up to 1500 vertices in 40 minutes, comparing favorably to other approaches that have been proposed in the literature.

A presente pesquisa considera o problema de programação de uma frota de embarcações de lançamentos de dutos, conhecidas como Pipe Layer Support Vessel (PLSVs), as quais fazem parte da frota de apoio marítimo de uma operação offshore. As embarcações do tipo PLSVs são responsáveis pelas tarefas de lançamento de dutos submarinos, que escoam a produção dos poços de petróleo, e pela interligação destes dutos à infraestrutura submarina. A programação da frota deve atender uma demanda de serviço conhecida, em um horizonte de médio prazo, respeitando restrições operacionais, visando minimizar o atraso ponderado total das tarefas ou evitar que existam atrasos. Foi desenvolvido um método para estimar o valor da solução ótima do problema, baseado na técnica de relaxação Lagrangiana, e um conjunto de heurísticas para gerar soluções viáveis para o problema. / This research considers the problem of scheduling a fleet of specialized vessels used for launching pipes and connecting them to the subsea infrastructure, in an offshore oil production environment. The Pipe Layer Support Vessels (PLSV) must be scheduled such that the demand is fully attended within the planning horizon, observing other operational constraints, with the purpose of minimizing the total weighted tardiness. The solution method is based on constructive and local search heuristics. Bounds on the optimal solution were derived by a Lagrangean relaxation algorithm.

Este trabalho trata do problema de configuração de redes logísticas, em que são consideradas como principais decisões a quantidade e a localização de instalações logísticas e a definição da alocação de clientes às instalações. Mais especificamente, o trabalho considera um processo típico de configuração de redes logísticas que se vale de modelos discretos de otimização e a tomada de decisão com base nos resultados. O objetivo da tese é propor modelos e métodos capazes de dar suporte às etapas fundamentais deste tipo de estudo. Inicialmente são propostos métodos para a seleção de locais candidatos considerados nos modelos de localização. Os métodos se valem de informações sobre a distribuição dos pontos de demanda ao longo da rede para a obtenção dos candidatos a instalação e são avaliados por meio de sua aplicação a dois conjuntos de instâncias da literatura científica e comparação de tempos de resolução e de valores da função objetivo. Os resultados mostram que o tempo de resolução foi reduzido, na média, em 57% e os gaps das funções objetivo resultantes vale menos que 0,16% em comparação com os modelos que consideram todos os pontos de demanda como candidatos. Adicionalmente, também foram propostos métodos capazes de obter soluções alternativas de qualidade para problemas de localização que podem ser comparadas a fim de fornecer mais subsídio para a tomada de decisão. Os métodos são capazes de obter as K melhores soluções de problemas de localização e são avaliados por meio de sua aplicação a 215 instâncias da literatura científica. Além disso, a abordagem proposta permitiu a análise de resultados nunca antes obtidos para um problema muito estudado: as K melhores soluções do problema de localização de instalações capacitadas com custo fixo. Duas características principais foram identificadas: a quantidade de instalações é estável - em 99% das instâncias testadas o desvio padrão da quantidade de instalações nas 20 melhores soluções de cada instância é menor que um - e grande parte das instalações que fazem parte da solução ótima de cada instância também faz parte da maior parte das 20 melhores soluções. A partir de tais conclusões, o trabalho investiga algumas propriedades gerais de problemas de localização e apresenta uma análise topológica das 215 instâncias utilizadas, com base em indicadores propostos. Por fim, três tipos de modelos de redes neurais capazes de identificar relações entre os valores dos indicadores das instâncias e os valores das variáveis resposta associadas às melhores soluções são aplicados e avaliados. A abordagem consiste em comparar o tempo de resolução e o valor da função objetivo de modelos cujos espaços de soluções viáveis são reduzidos com base nos resultados obtidos pelas redes neurais. Os resultados mostram que é possível utilizar tal abordagem para melhorar o processo de configuração de redes logísticas, seja na etapa de construção dos modelos seja proporcionando mais subsídios para a tomada de decisão. / This thesis deals with the supply chain network design problem (SCND) that aims to find the optimal location of facilities and the allocation of customers to each facility. The work considers a typical process of SCND in which discrete optimization models are run and its results are used in the decision making. The goal of the thesis is to propose models and methods to support the stages of this type of planning process. Initially, methods for the selection of candidates considered in the localization models are proposed. The methods consider the distribution of the demand points throughout the network to obtain the candidates and are evaluated by their application to two sets of scientific literature instances and comparison of computational times and objective function values. The results show that the average computational time has been reduced by 57% and the resulting objective function gaps are less than 0,16% compared to the solutions obtained by the models that consider all the demand points as candidates. In addition, the thesis present methods capable of obtaining high-quality alternative solutions to location problems that can be compared in order to provide better support for decision making. The methods obtain the K-best solutions of location problems and are evaluated by their application to 215 instances of the scientific literature. In addition, the proposed approach allowed the analysis of results never before obtained for a well-studied problem: the best solutions of the capacitated fixed cost facility location problem. Two main insights were identified: the number of facilities is stable - in 99% of the tested instances the standard deviation of the number of facilities in the 20 best solutions of each instance is less than one - and most of the selected facilities in the optimal solution of each instance is selected in most of the 20 best solutions as well. Based on these conclusions, the work investigates some general properties of localization problems and presents a topological analysis of the 215 instances, based on proposed indicators. Finally, three types of neural network models capable of identifying relations between the instances indicators and the values of the variables of the best solutions are applied and evaluated. The approach consists in comparing the computational time and the objective function value of models whose feasible solution spaces are reduced based on the results obtained by the neural networks. The results show that it is possible to use such approach to improve the SCND process, either at the construction stage of the models or by providing more information for the decision making.

This thesis is composed of two essays that investigate whole farm planning and crop marketing in western Kentucky. In the first essay, contracting decisions between food corn producers and a mill are analyzed to observe factors affecting the bushel amount farmers contract. Unbalanced panel data containing seven years’ worth of pricing and contract information are used with a fixed-effects model to generate parameter estimates and quantify their effect on bushels contracted. It was found that contract attributes, market condition, and relationship-specific assets had a significant effect on producers’ food corn contracting decisions. The second essay utilizes mixed-integer programming to optimize resource allocation and marketing strategy for a hypothetical farm. Post-optimal analysis is performed to determine non-binding capacities for drying and storage equipment. The model is re-run with these non-binding capacities to observe changes in net returns as well as planting, harvesting, and marketing strategies. New equipment and associated costs are identified, and the change in net returns from the base case is used as net cash flow in a net present value investment analysis. Results of the investment analysis indicate increasing drying and storage capacity is a wise investment given the scenario modeled.