Metaheurística simulated annealing para solução de problemas de planejamento florestal com restrições de integridade

Abstract

Os objetivos deste trabalho foram desenvolver e testar a metaheurística SA para solução de problemas de gerenciamento florestal com restrições de integridade. O algoritmo SA desenvolvido foi testado em quatro problemas, contendo entre 93 e 423 variáveis de decisão, sujeitos às restrições de singularidade, produção mínima e produção máxima, periodicamente. Todos os problemas tiveram como objetivo a maximização do valor presente líquido. O algoritmo SA foi codificado em liguagem delphi 5.0 e os testes foram efetuados em um microcomputador AMD K6II 500 MHZ, com memória RAM de 64 MB e disco rígido de 15GB. O desempenho da SA foi avaliado de acordo com as medidas de eficácia e eficiência. Os diferentes valores ou categorias dos parâmetros da SA foram testados e comparados quanto aos seus efeitos na eficácia do algoritmo. A seleção da melhor configuração de parâmetros foi feita com o teste L&O, a 1% de probabilidade, e as análises foram realizadas através de estatísticas descritivas. A melhor configuração de parâmetros propiciou à SA eficácia média de 95,36%, valor mínimo de 83,66%, valor máximo de 100% e coeficiente de variação igual a 3,18% do ótimo matemático obtido pelo algoritmo exato branch and bound. Para o problema de maior porte, a eficiência da SA foi dez vezes superior à eficiência do algoritmo exato branch and bound. O bom desempenho desta heurística reforçou as conclusões, tiradas em outros trabalhos, do seu enorme potencial para resolver importantes problemas de gerenciamento florestal de difícil solução pelos instrumentos computacionais da atualidade.

The objectives of this work was to develop and test an algorithm based on Simulated Annealing (SA) metaheuristic to solve problems of forest management with integer constraints. The algorithm SA developed was tested in five problems containing between 93 and 423 decision variables, periodically subject to singularity constraints, minimum and maximum production.The problems had the objective of maximizing the net present value. SA was codified into delphi 5.0 language and the tests were performed in a microcomputer AMD K6II 500 MHZ, with RAM memory of 64 MB and hard disk of 15GB. The SA performance was evaluated according to the efficacy and efficiency measures. The different values or categories for the SA parameters were tested and compared in relation to their effects on the algorithm efficacy. The selection of the parameters’ best configuration was performed by using the L&O test at 1% probability and analyses via descriptive statistics. The parameters’ best configuration provided for SA average efficacy of 95.36%, minimum value equal to 83.66%, maximum value equal to 100%, with coefficient of variation of 3.18% of the mathematical optimum, obtained by the exact algorithm branch and bound. As for the larger problem, the efficiency of SA was ten times superior to the efficiency of the exact algorithm branch and bound. SA came out as a quite attractive new approach in forest management for solving important problems of difficult solution through the use of the current computational instruments.