ABSTRACT In this work we propose a multicriteria evaluation scheme for heuristic algorithms based on the classic Condorcet ranking technique. Weights are associated to the ranking of an algorithm among a set being object of comparison. We used five criteria and a function on the set of natural numbers to create a ranking. The discussed comparison involves three well-known problems of combinatorial optimization - Traveling Salesperson Problem (TSP), Capacitated Vehicle Routing Problem (CVRP) and Quadratic Assignment Problem (QAP). The tested instances came from public libraries. Each algorithm was used with essentially the same structure, the same local search was applied and the initial solutions were similarly built. It is important to note that the work does not make proposals involving algorithms: the results for the three problems are shown only to illustrate the operation of the evaluation technique. Four metaheuristics - GRASP, Tabu Search, ILS and VNS - are therefore only used for the comparisons.

ResumenEste artículo presenta un análisis de las medidas de irregularidad de grafos que se encuentran en la literatura. Desde su discusión dos puntos importantes aparecen: primero, la ausencia de relación entre todos ellos, sino una sola excepción - con las estructuras de los grafos correspondientes y, además, sus valores extremales conocidos corresponden a grafos que tienen secuencias de grados con pocos valores diferentes. Se proponen dos nuevas medidas, tratando de cumplir con estos puntos. Sus valores se calculan para grafos extremales asociados con otras medidas y para grafos antiregulares. Por último, se determinan los gráficos de quartiles o boxplots de todas estas medidas, para algunos conjuntos de grafos de la literatura y para cuatro conjuntos donde las secuencias ordenadas de grados son constantes. Todas las medidas estudiadas tienen complejidad polinómica.

AbstractThis paper presents some measures of graph irregularity found in the literature. From their discussion two important points appear: first, the absence of relationship between all of them, but a single exception, with the structures of the corresponding graphs and, moreover, their known extremal values correspond to graphs having degree sequences with few different values. Two new measures are proposed, seeking to meet these points. Their values are calculated for extremal graphs associated with other measures and for antiregular graphs. Finally, we calculate the boxplots of all these measures for some sets of graphs taken from the literature and also for four sets where the ordered degree sequences are constant. All measures involved have polynomial complexity.

To each instance of the Quadratic Assignment Problem (QAP) a relaxed instance can be associated. Both variances of their solution values can be calculated in polynomial time. The graph isomorphism problem (GIP) can be modeled as a QAP, associating its pair of data matrices with a pair of graphs of the same order and size. We look for invariant edge weight functions for the graphs composing the instances in order to try to find quantitative differences between variances that could be associated with the absence of isomorphism. This technique is sensitive enough to show the effect of a single edge exchange between two regular graphs of up to 3,000 vertices and 300,000 edges with degrees up to 200. Planar graph pairs from a dense family up to 300,000 vertices were also discriminated. We conjecture the existence of functions able to discriminate non-isomorphic pairs for every instance of the problem.

Um resultado baseado em um teorema clássico da teoria dos grafos é aqui generalizado para grafos valorados, permitindo a determinação do valor total das arborescências parciais com raiz dada que contenham um arco dado, em um grafo orientado valorado. Um resultado correspondente para grafos não orientados valorados é também apresentado. Em ambos os casos, a técnica descrita permite uma hierarquização por importância das ligações do grafo, sob este critério. Esta hierarquização é proposta como uma ferramenta para determinar a importância relativa das ligações de um grafo em estudos sobre vulnerabilidade de redes. Alguns exemplos aplicados são apresentados.

A result based on a classic theorem of graph theory is generalized for edge-valued graphs, allowing determination of the total value of the spanning arborescences with a given root and containing a given arc in a directed valued graph. A corresponding result for undirected valued graphs is also presented. In both cases, the technique allows for a ranking of the graph edges by importance under this criterion. This ranking is proposed as a tool to determine the relative importance of the edges of a graph in network vulnerability studies. Some examples of application are presented.

O Problema Quadrático de Alocação, PQA, um dos mais difíceis da classe NP-hard, modela diversas aplicações em diferentes áreas como pesquisa operacional, computação paralela e análise estatística de dados discretos. Além disso, problemas conhecidos como o do caixeiro viajante, o da clique maximal, o de particionamento e o de isomorfismo de grafos podem ser formulados como um PQA. Na tentativa de identificar novas propriedades estruturais para este problema, diversas formulações aparecem na literatura. Reunimos tais formulações, destacando suas principais características para classificá-las segundo as técnicas matemáticas nelas adotadas. Finalizamos o artigo avaliando a extensão das contribuições dadas ao problema, quer na elaboração de algoritmos, quer no cálculo de limites inferiores ou na caracterização de classes de exemplares polinomiais ou não, oriundas das diferentes abordagens aqui estudadas.

The Quadratic Assignment Problem, QAP, one of the most difficult problems in NP-hard class, models many applications in several areas such as operational research, parallel and distributed computing, and combinatorial data analysis. Besides, other optimization combinatorial problems such as the traveling salesman problem, maximal clique, isomorphism and graph partitioning can be formulated as a QAP. In this paper, we survey some of the most important formulations available, in order to classify them according to their mathematical resources. Finally, we analyze the extension of the contributions brought by the studies of different approaches.

Este trabalho discute o uso de uma estrutura de vizinhança em heurísticas específicas para o Problema Quadrático de Alocação (PQA). Esta estrutura envolve os ciclos de comprimento 4 e 6 adjacentes a um vértice do diagrama de Hasse do reticulado das permutações e pode ser particionada em subconjuntos de cardinalidade linear e quadrática em relação à ordem da instância, o que permite frequentemente uma economia de tempo de processamento. Propõem-se ainda uma estratégia de repartida e um mecanismo de geração de soluções iniciais, que constituem, ao lado da estrutura de vizinhança, uma proposta de heurística específica para o PQA. Na construção desses instrumentos foi utilizada a noção de conjunto relaxado ordenado das soluções do PQA.

This work discusses the use of a neighbouring structure in the design of specific heuristics for the Quadratic Assignment Problem (QAP). This structure is formed by the 4- and 6-cycles adjacent to a vertex in the Hasse diagram of the permutation lattice and it can be adequately partitioned in subsets of linear and quadratic cardinalities, a characteristics which frequently allows an economy in the processing time. We propose also a restart strategy and a mechanism for generating initial solutions which constitute, together with the neighbouring structure, a possible QAP-specific heuristic proposal. For the construction of these instruments we used the relaxed ordered set of QAP solutions.

O trabalho discute o projeto de uma rede metroviária através de um modelo de grafos, no qual os vértices são estações unidas por trechos de linhas representados por arestas. Define-se um grafo-suporte planar triangulado como o universo das alternativas de ligações entre estações e se procuram coberturas do conjunto de vértices por conjuntos de percursos elementares unindo pares de vértices periféricos. Uma restrição de grau máximo 4 para o grafo parcial assim obtido é adotada num primeiro momento. O grafo é valorado por dados de custo de construção e de demanda de passageiros. Apresenta-se uma heurística interativa, apoiada nessa base teórica, desenvolvida com o propósito de contribuir para o projeto e a crítica de redes metroviárias. Um exemplo, baseado no metrô do Rio de Janeiro, é discutido no trabalho.

The work discusses the design of a metro network through a graph-theoretical model where the vertices correspond to stations and the edges to line sections between stations. A triangulated planar support graph is the universe of possible connection alternatives between the stations and we will look for vertex-set coverings by sets of elementary paths between pairs of peripherical vertices. In a first moment we adopt a constraint of maximum degree 4 for the spanning subgraph thus obtained. The graph is valued by building and passenger demands. An interactive heuristic supported by this theoretical basis is designed to aid metro project developing and criticism. An example based on Rio de Janeiro metro is discussed.

O Problema Quadrático de Alocação (PQA) pertence à classe dos problemas NP-Hard e desafia os pesquisadores tanto em sua teoria quanto em sua parte computacional. Pela sua alta complexidade muitos métodos heurísticos têm sido desenvolvidos para tentar resolvê-lo aproximadamente. A metaheurística GRASP (greedy randomized adaptive search procedures) se mostrou bastante eficiente. Neste trabalho, uma proposta para descartar soluções iniciais supostamente ruins é apresentada com base na normalização de custos calculadas num intervalo entre limites de solução. Para este GRASP restrito, foi observada uma redução do tempo computacional para encontrar as soluções ótimas ou soluções viáveis de boa qualidade quando comparado ao GRASP original.

The Quadratic Assignment Problem (QAP) is an NP-hard problem which has been defying researchers both in theoretical aspects and in what concerns computational results. Owing to its high complexity, several heuristics have been developed trying to approximate its solution. The GRASP metaheuristic (greedy randomized adaptive search procedures) shows a good efficiency with it. In this work a proposal to discard initial supposedly bad initial solutionsis based on cost normalization is presented. A reduction of computational time to find optimal or near-optimal solutions was observed with this GRASP, when compared with the original version.

O Problema Quadrático de Alocação (PQA) pertence à classe dos problemas NP-hard. Apesar de muitos métodos heurísticos terem sido desenvolvidos visando a resolução de suas instâncias, ainda não é possível encontrar soluções ótimas para instâncias de ordem acima de 25- Uma versão do GRASP, desenvolvida por Li, Pardalos e Resende [LPR94], se mostrou bastante eficiente para o PQA, o que motivou os autores a elaborar uma proposta de modificação na sua busca local, na tentativa de diminuir o número de iterações necessário à obtenção da melhor solução conhecida.

The Quadratic Assignment Problem (QAP) is an NP-hard problem. Despite the continuous effort in the formulation of new heuristics, optimal solutions are not generally known yet, for instances of order n > 25. A GRASP-type heuristic developed by Li, Pardalos and Resende [LPR94] showed itself to be very efficient and this fact motivated the authors to propose a perfectioning in its local search reducing the number of iterations.

O problema da programação musical de uma estação FM é aqui estudado como o da especificação de um certo número de seqüências de quatro músicas em uma ordem de classificação dada, como: Música instrumental brasileira; Música vocal brasileira; Música instrumental estrangeira; Música vocal estrangeira. A seleção de seqüências utilizáveis deve levar em conta dois tipos de restrições. O primeiro tipo é objetivo e diz respeito ao tempo utilizado por uma seqüência, que deve estar entre limites mínimo e máximo dados. O segundo tipo é subjetivo e depende das preferências do programador(a), em relação ao tipo de música, ou intérprete, que ele considera "bom" para ser executado antes ou depois de algum outro. O problema pode ser modelado por um grafo no qual cada música corresponde a um vértice, sendo o conjunto de vértices particionado pelas diferentes classes de músicas. Cada seqüência será, então, associada a um caminho no grifo. Um algoritmo destinado a produzir um conjunto de seqüências que atenda às restrições é descrito.

The problem of music programming in a FM-rádio station can be structured as that of producing a certain number of 4-music sequences with a given ordering by given classes, such as Brazilian instrumental music; Brazilian vocal music; Foreign instrumental music; Foreign vocal music. To select suitable sequences, one has to take account of two types of constraints. The first type is an objective one and deals with the time consumed by a sequence, which has to be between given maximum and minimum limits. The second type is subjective and depends on the programmer's preferences in what he/she thinks it is, or not, "good " to play a given type of recording before or after another one. The problem can be modelled by a graph where each music is a vertex, the vertex set being partitioned among the specified classes. Each 4-music sequence will then be associated to a path in the graph. An algorithm is described to find a set of sequences according to the given constraints.