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Previous issue date: 2009-03-20 / Techniques of optimization known as metaheuristics have achieved success in the resolution of many problems classified as NP-Hard. These methods use non deterministic
approaches that reach very good solutions which, however, don t guarantee the determination of the global optimum. Beyond the inherent difficulties related to the complexity
that characterizes the optimization problems, the metaheuristics still face the dilemma of xploration/exploitation, which consists of choosing between a greedy search and a wider exploration of the solution space. A way to guide such algorithms during the searching of better solutions is supplying them with more knowledge of the problem through the
use of a intelligent agent, able to recognize promising regions and also identify when they should diversify the direction of the search. This way, this work proposes the use of
Reinforcement Learning technique - Q-learning Algorithm - as exploration/exploitation strategy for the metaheuristics GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) and Genetic Algorithm. The GRASP metaheuristic uses Q-learning instead of the traditional greedy-random algorithm in the construction phase. This replacement has the purpose of improving the quality of the initial solutions that are used in the local search
phase of the GRASP, and also provides for the metaheuristic an adaptive memory mechanism that allows the reuse of good previous decisions and also avoids the repetition of bad decisions. In the Genetic Algorithm, the Q-learning algorithm was used to generate an initial population of high fitness, and after a determined number of generations, where the rate of diversity of the population is less than a certain limit L, it also was applied to supply one of the parents to be used in the genetic crossover operator. Another significant change in the hybrid genetic algorithm is the proposal of a mutually interactive cooperation process between the genetic operators and the Q-learning algorithm. In this interactive/cooperative process, the Q-learning algorithm receives an additional update in the matrix of Q-values based on the current best solution of the Genetic Algorithm. The
computational experiments presented in this thesis compares the results obtained with the implementation of traditional versions of GRASP metaheuristic and Genetic Algorithm,
with those obtained using the proposed hybrid methods. Both algorithms had been applied successfully to the symmetrical Traveling Salesman Problem, which was modeled
as a Markov decision process / T?cnicas de otimiza??o conhecidas como metaheur?sticas t?m obtido sucesso na resolu??o de problemas classificados como NP - ?rduos. Estes m?todos utilizam abordagens n?o determin?sticas que geram solu??es pr?ximas do ?timo sem, no entanto, garantir a determina??o do ?timo global. Al?m das dificuldades inerentes ? complexidade que caracteriza os problemas NP-?rduos, as metaheur?sticas enfrentam ainda o dilema de explora??o/explota??o, que consiste em escolher entre intensifica??o da busca em uma regi?o espec?fica e a explora??o mais ampla do espa?o de solu??es. Uma forma de orientar tais algoritmos em busca de melhores solu??es ? supri-los de maior conhecimento do problema atrav?s da utiliza??o de um agente inteligente, capaz de reconhecer regi?es promissoras e/ou identificar em que momento dever? diversificar a dire??o de busca, isto pode ser feito atrav?s da aplica??o de Aprendizagem por Refor?o. Neste contexto, este
trabalho prop?e o uso de uma t?cnica de Aprendizagem por Refor?o - especificamente o Algoritmo Q-learning - como uma estrat?gia de explora??o/explota??o para as metaheur?sticas
GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) e Algoritmo Gen?tico. Na implementa??o da metaheur?stica GRASP proposta, utilizou-se o Q-learning em substitui??o
ao algoritmo guloso-aleat?rio tradicionalmente usado na fase de constru??o. Tal substitui??o teve como objetivo melhorar a qualidade das solu??es iniciais que ser?o utilizadas
na fase de busca local do GRASP, e, ao mesmo tempo, suprir esta metaheur?sticas de um mecanismo de mem?ria adaptativa que permita a reutiliza??o de boas decis?es tomadas em itera??es passadas e que evite a repeti??o de decis?es n?o promissoras. No Algoritmo Gen?tico, o algoritmo Q-learning foi utilizado para gerar uma popula??o inicial
de alta aptid?o, e ap?s um determinado n?mero de gera??es, caso a taxa de diversidade da popula??o seja menor do que um determinado limite L, ele ? tamb?m utilizado em uma
forma alternativa de operador de cruzamento. Outra modifica??o importante no algoritmo gen?tico h?brido ? a proposta de um processo de intera??o mutuamente cooperativa entre o os operadores gen?ticos e o Algoritmo Q-learning. Neste processo interativo/cooperativo o algoritmo Q-learning recebe uma atualiza??o adicional na matriz dos Q-valores com base na solu??o elite da popula??o corrente. Os experimentos computacionais apresentados neste trabalho consistem em comparar os resultados obtidos com a implementa??o de vers?es tradicionais das metaheur?sticas citadas, com aqueles obtidos utilizando os m?todos h?bridos propostos. Ambos os algoritmos foram aplicados com sucesso ao problema do caixeiro viajante sim?trico, que por sua vez, foi modelado como um processo de decis?o de Markov
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/15129 |
| Date | 20 March 2009 |
| Creators | Lima J?nior, Francisco Chagas de |
| Contributors | CPF:09463097449, http://lattes.cnpq.br/7325007451912598, Aloise, Dario Jos?, CPF:05163088334, http://lattes.cnpq.br/7266011798625538, Viana, Gerardo Valdisio Rodrigues, CPF:07313411391, http://lattes.cnpq.br/6262051397848744, D?ria Neto, Adri?o Duarte, Melo, Jorge Dantas de |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia El?trica, UFRN, BR, Automa??o e Sistemas; Engenharia de Computa??o; Telecomunica??es |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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