Representa um estado num problema artificial. More...

#include <ProblemaArtificial.h>

Inheritance diagram for CProblemaArtificial:

Collaboration diagram for CProblemaArtificial:

Public Member Functions
	CProblemaArtificial (void)

	~CProblemaArtificial (void)

TPonto	Duplicar (void)
	Cria um objecto que é uma cópia deste.

void	Copiar (TPonto objecto)
	Fica com uma cópia do objecto.

void	Inicializar (void)
	Coloca o objecto no estado inicial da procura.

void	Debug (bool completo=true) override
	Mostra o estado no ecrã, para debug.

void	TesteManual (const char *nome)

bool	Distinto (TPonto estado) const

int	Heuristica (void)

void	ResetParametros ()
	Inicializa os parâmetros, indicadores e instâncias.

Public Member Functions inherited from TProcuraMelhorativa
	TProcuraMelhorativa (void)

	~TProcuraMelhorativa (void)

virtual void	NovaSolucao (void)

virtual int	Avaliar (void)

bool	Acao (TString acao)

void	ResetParametros () override
	Inicializa os parâmetros, indicadores e instâncias.

bool	Parar (void)
	Verifica se a procura deve ser interrompida.

virtual void	Vizinhanca (TVector< TPonto > &vizinhos)

virtual void	Mutar (void)

virtual void	Cruzamento (TPonto a, TPonto b)

virtual int	Distancia (TPonto a)

int	EscaladaDoMonte ()

int	AlgoritmoGenetico ()

int	AlgoritmoEvolutivo ()

void	DebugMelhorEncontrado (TPonto ponto)

int64_t	Indicador (int id) override
	Redefinição. Ver TProcura::Indicador().

void	Inicializar (void)
	Inicializar a instância. No final, chamar NovaSolucao() para inicializar o estado.

void	LimparEstatisticas ()
	Chamar antes da execução do algoritmo. Limpa valores estatísticos, e fixa o instante limite de tempo para a execução.

Public Member Functions inherited from TProcura
	TProcura (void)

virtual	~TProcura (void)

virtual void	Gravar (void)

virtual void	TesteManual (TString nome)
	Inicializa a interação com o utilizador.

virtual void	TesteValidacao (TVector< int > instancias, TVector< int > impossiveis, TVector< int > referencias, TString fichSolucoes, TString fichResultados="")
	Executa testes de validação, executando cada solução na instância respetiva, e verificando a sua validade bem como características.

virtual void	RelatorioValidacao (TVector< TResultado > resultados, TVector< int > referencias)

virtual bool	Validar (TVector< TString > solucao)
	Verifica a validade de uma solução para a instância atual.

virtual void	TesteEmpirico (TVector< int > instancias, TString ficheiro="")
	Executa testes empíricos, em todas as configurações guardadas, nas instâncias selecionadas.

virtual void	TesteEmpiricoGestor (TVector< int > instancias, TString ficheiro="")
	Teste empírico com modo mestre-escravo (este é o mestre)

virtual void	TesteEmpiricoTrabalhador (TVector< int > instancias, TString ficheiro="")
	Teste empírico com modo mestre-escravo (este é o escravo)

virtual void	main (int argc, char *argv[], TString nome)
	Inicializa a interação com o utilizador.

virtual void	ExecucaoTerminada ()
	Chamar após a execução do algoritmo. Grava o tempo consumido.

virtual void	MostrarSolucao ()
	definir para visualizar a solução

virtual TVector< int64_t >	CodificarSolucao ()
	retorna um vetor de inteiros com a codificação da solução (esta codificação será adicionada aos indicadores, no ficheiro CSV de resultados)

virtual TVector< TString >	Solucao ()
	retorna uma solução no formato do TResultado, para ser gravada em ficheiro de soluções, ou visualizada (pode ser utilizada para mostrar a solução, ou para gravar a solução num formato mais legível)

bool	TempoExcedido ()

bool	IteracoesExcedido ()

int	Parametro (int id) const

int &	Parametro (int id)

bool	ParametroAtivo (int id, TVector< int > *valores=NULL) const

Public Attributes
unsigned int	id = 0

int	nivel = 0

int	heur = 0

Public Attributes inherited from TProcuraMelhorativa
int	custo = -1
	Custo total, atualizada após Avaliar()

Static Public Attributes
static TParametrosEspaco	espaco

Static Public Attributes inherited from TProcuraMelhorativa
static int	lowerBound = 0
	Lower Bound, se existir.

static int	geracoes = 0
	Número de estados gerados.

static int	epocas = 0
	Número de épocas decorridas num algoritmo evolutivo. Uma época é uma geração única.

static const char *	debugPrefixo = ""
	Utilizar como prefixo em cada linha no método Debug() do estado.

Static Public Attributes inherited from TProcura
static TParametro	instancia = { "",1,1,1 }
	ID da instância atual, a ser utilizado em SolucaoVazia().

static TString	ficheiroInstancia = ""
	prefixo do nome ficheiro de uma instância - editado pelo utilizador Caso não seja nulo, utilizar como prefixo, concatenando com ID da instância, para obter o ficheiro da instância Pode ser utilizado para gravar a instãncia num novo formato, colocando um indicador ativo que é chamado após a execução

static TString	ficheiroGravar = ""
	prefixo do nome do ficheiro para gravar a instância para ficheiro (terá sido gerada)

static TVector< TParametro >	parametro
	Parâmetros a serem utilizados na configuração atual.

static TVector< TIndicador >	indicador
	Indicadores que podem ser calculados após a execução, quer com informação da instãncia, quer com resultado da última corrida.

static TVector< int >	indAtivo

static TVector< TVector< int > >	configuracoes
	Conjuntos de configurações para teste empírico.

static int	resultado = 0
	Resultado retornado pelo algoritmo na última execução.

static double	tempo = 0
	tempo consumido na última execução.

static int	iteracoes = 0
	Número total de iterações realizadas na última execução.

static clock_t	instanteFinal = 0
	Instante final (deadline) da corrida atual.

static bool	memoriaEsgotada = false
	Flag indicando problemas de memória esgotada.

static int	mpiID = 0
	MPI - rank do processo.

static int	mpiCount = 1
	MPI - número de processos.

static int	modoMPI = 0
	Modo MPI.

static int	gravarSolucao = 0
	Gravar solução CSV (todas as ações)

Additional Inherited Members
Static Public Member Functions inherited from TProcura
static int	NovoValor (TString prompt)

static TString	NovoTexto (TString prompt)

static bool	Debug (ENivelDebug tipo, bool exato, const char *fmt,...)
	Mostra uma informação de debug, se o nível de debug for suficiente.

static TString	MostraTempo (double segundos)
	Mostra tempo num formato humano.

static void	MostraCaixa (TVector< TString > titulo, ECaixaParte parte, TVector< int > largura, bool aberta=true, int identacao=0)

static void	MostraCaixa (TString titulo, ECaixaParte parte, int largura=70, bool aberta=true, int identacao=0, const char *icon="")

static void	MostraCaixa (TVector< TString > textos, int largura=70, bool aberta=true, int identacao=0)

static void	Mensagem (TString titulo, const char *fmt,...)

static void	MostraConjunto (TVector< int > valores, const char *etiqueta)

static void	DebugHSL (float h=-1, float s=1.0, float l=0.2, bool fundo=true)
	Muda a cor (fundo/letra) com HSL.

Protected Member Functions inherited from TProcuraMelhorativa
void	Selecao (int &pai, int &mae, TVector< int > &pesos, int total)

void	OrdemValor (TVector< TPonto > &populacao, TVector< int > &id)

void	CalcularAvaliacoes (TVector< TPonto > &vizinhos, int &melhorValor, int &melhorIndice)

void	VerificaMelhor (TPonto &melhor, TPonto atual)

bool	VerificaMelhor (TPonto atual)

int	MelhorCusto (TVector< TPonto > &populacao, bool inverter=false)

TPonto	MelhorAtual (TPonto &atual, TVector< TPonto > &vizinhos, int indice)

void	ObterExtremos (TVector< TPonto > &populacao, int &minCusto, int &maxCusto)

void	Explorar () override
	definir para explorar manualmente os dados (não definido em TProcura, apenas em TProcuraConstrutiva)

void	LibertarVector (TVector< TPonto > &vector, int excepto=-1)

int	ExecutaAlgoritmo ()
	Executa o algoritmo com os parametros atuais.

void	DebugInicioEM (int ID, TPonto solucao)

void	DebugOptimoLocal (TPonto solucao)

void	DebugPassoEM (TPonto solucao)

void	DebugPassoAG (int pop, int min, int max)

void	DebugCruzamentoAG (int gPai, int gMae, int gFilho, int mutou)

TVector< TPonto >	CompletarPopulacaoAE (TVector< TPonto > &populacao)

TVector< TPonto >	SelecionarPaisAE (TVector< TPonto > &populacao)

TVector< TPonto >	ReproduzirAE (TVector< TPonto > &pais, TVector< TPonto > &populacao)

TVector< TPonto >	SelecionarSobreviventesAE (TVector< TPonto > &populacao, TVector< TPonto > &descendentes)

TVector< TPonto >	AplicarDiversidadeAE (TVector< TPonto > &populacao)

void	DebugGeracaoAE (int epoca, TVector< TPonto > &populacao)

void	DebugPopulacaoAE (TVector< TPonto > &populacao, TString titulo)

void	DebugDiversidadeAE (TVector< TPonto > &populacao, TString titulo)

void	DebugID (int id, int pop)

void	DiversidadeAE (TVector< TPonto > &populacao, int &minDist, int &maxDist, int &avgDist, int &melhorPior)

Protected Member Functions inherited from TProcura
void	ExecutaTarefa (TVector< TResultado > &resultados, int inst, int conf)
	Executa uma tarefa num teste empírico.

void	InserirRegisto (TVector< TResultado > &resultados, int inst, int conf)
	Insere um novo registo de resultados.

int64_t	Registo (TResultado &resultado, int id)
	Procura um registo com determinado id.

void	Registo (TResultado &resultado, int id, int64_t valor)
	Atualiza o valor de um registo.

void	MostraParametros (int detalhe=1, TVector< int > *idParametros=NULL, TString titulo="")
	Mostra os parâmetros atuais.

void	MostraIndicadores ()
	Mostra os indicadores definidos.

void	MostrarConfiguracoes (int detalhe, int atual=-1)
	Mostra as configurações disponíveis.

bool	EditarIndicadores ()
	Permite ao utilizador editar os indicadores a utilizar.

void	EditarParametros ()
	Permite ao utilizador editar os parâmetros.

void	EditarConfiguracoes ()
	Permite ao utilizador editar as configurações.

void	MostraRelatorio (TVector< TResultado > &resultados, bool ultimo=false)
	Mostra um relatório dos resultados.

void	ConfiguracaoAtual (TVector< int > &parametros, int operacao)
	Grava ou lê a configuração atual.

int	NovaConfiguracao (TVector< int > &parametros)
	Adiciona uma nova configuração se ainda não existir.

int	MelhorResultado (TResultado base, TResultado alternativa)
	Compara dois resultados para determinar o melhor.

void	CalculaTorneio (TVector< TResultado > &resultados)
	Calcula o torneio entre várias configurações.

void	MostrarTorneio (TVector< TVector< int > > &torneio, bool jogo=false)
	Mostra os resultados do torneio.

void	BarraTorneio (bool nomes)
	Mostra a barra de progresso ou nomes do torneio.

TVector< TResultado >	ExtrairConfiguracao (TVector< TResultado > &resultados, int configuracao)
	Extrai resultados de uma determinada configuração.

void	SolicitaInstancia ()
	Solicita ao utilizador o ID da instância a utilizar, permitindo alterar também o prefixo do ficheiro.

TVector< int >	SolicitaInstancias ()
	Solicita ao utilizador uma lista de instâncias.

bool	RelatorioCSV (TVector< TResultado > &resultados, TString ficheiro, bool parametros=true)
	Gera um relatório CSV com os resultados.

void	InserirConfiguracoes (TString str, TVector< int > &base)
	Insere configurações a partir de uma string.

void	InserirConfiguracoes (TVector< int > &base, TVector< int > &produto, TVector< TVector< int > > &valores)
	Insere configurações gerando o produto cartesiano de valores.

void	AjudaUtilizacao (TString programa)
	Mostra ajuda de utilização do programa.

void	DebugTabela (ENivelDebug nivel, TVector< int >tabela, TString tipo="", TString prefixo="", int modoCor=0, bool duplaColuna=false)
	Mostra uma tabela de inteiros, 10 elementos por linha, apenas se o nível de debug for igual ou superior.

bool	JuntarCSV (TString ficheiro)
	Juntar ficheiros CSV gerados por diferentes processos MPI em um único ficheiro.

void	TesteInicio (TVector< int > &instancias, TVector< int > &configAtual)
	arranque de teste, auxiliar aos Testes Empíricos

void	TesteFim ()

Static Protected Member Functions inherited from TProcura
static int	Dominio (int &variavel, int min=INT_MIN, int max=INT_MAX)
	Limita o domínio de um parâmetro inteiro.

static void	InicializaMPI (int argc, char *argv[])
	Inicializa o ambiente MPI, se aplicável.

static void	FinalizaMPI ()
	Finaliza o ambiente MPI, se aplicável.

static double	Cronometro (enum ECronometro id=CONT_ALGORITMO, bool inicializar=false)
	retorna o tempo em segundos desde que o cronómetro foi inicializado

Detailed Description

Representa um estado num problema artificial.

Neste problema um estado é um número inteiro, sendo abstrato. O número poderia representar um estado de um problema real. Pretende-se atingir estados múltiplos de um dado valor, tipicamente 10 ou 100, ficando os dígitos menos significativos a 0 Cada instância define características do espaço de estados como ramificação, nível mímimo em que está a solução, ou mesmo a profundidade máxima. Podemos observar o comportamento dos algoritmos em espaços de cada tipo de características.

Definition at line 30 of file ProblemaArtificial.h.

Constructor & Destructor Documentation

◆ CProblemaArtificial()

CProblemaArtificial::CProblemaArtificial ( void )

Definition at line 8 of file ProblemaArtificial.cpp.

Here is the caller graph for this function:

◆ ~CProblemaArtificial()

CProblemaArtificial::~CProblemaArtificial ( void )

Definition at line 12 of file ProblemaArtificial.cpp.

Member Function Documentation

◆ Copiar()

void CProblemaArtificial::Copiar ( TPonto objecto )

inlinevirtual

Fica com uma cópia do objecto.

Note: Obrigatória a redefinição.

Este método tem de ser criado na subclasse, de modo a um estado poder ficar igual a outro. As variáveis de estado, devem ser todas copiadas.

Deve garantir que as variáveis copiadas sejam suficientes para reconstruir o estado corretamente. No entanto, uma instância pode ter dados que não mudam em cada estado. Essas variáveis não precisam de estar no estado, e podem ser alocadas de forma estática na subclasse, não sendo necessário copiar nesta função.

A não ser que exista uma estrutura de dados completa, o modelo de código em baixo pode ser facilmente reproduzido para qualquer subclasse.

Note: Não é preciso copiar as variáveis da classe TProcuraConstrutiva, pai, custo, heuristica.

See also: Sucessores() e Heuristica()

void CSubClasse::Copiar(TPonto objecto) {
        CSubProblema& obj = *((CSubProblema*)objecto);
        // copiar todas as variáveis do estado
        variavel = obj.variavel;
}

Reimplemented from TProcuraMelhorativa.

Definition at line 55 of file ProblemaArtificial.h.

Here is the call graph for this function:

Here is the caller graph for this function:

◆ Debug()

void CProblemaArtificial::Debug ( bool completo = true )

overridevirtual

Mostra o estado no ecrã, para debug.

Note: Redefinição opcional. Necessário para visualizar a procura, e explorar o espaço manualmente.

Esta função deverá mostrar claramente o estado atual, em texto mas da forma mais confortável possível. O formato texto destina-se principalmente a quem implementa o problema, e não utilizadores finais. É importante poder explorar o espaço de estados, para verificar a correta implementação dos sucessores, como também possa ver a árvore de procura dos algoritmos, para árvores pequenas, e assim detectar bugs.

Note: Antes de cada linha, chame a função NovaLinha(). Dependendo do contexto, NovaLinha() pode imprimir caracteres que representam os ramos da árvore de procura, criando uma visualização textual que simula a estrutura da procura.; A exibição do estado pode variar conforme o nível de debug definido em Parametro(NIVEL_DEBUG). Um nível menor pode mostrar informações mais sucintas, enquanto um nível maior pode detalhar todas as variáveis do estado.

See also: NovaLinha()

void CSubProblema::Debug(bool completo)   // refazer comentários....
{
       NovaLinha();
    // neste exemplo o estado é apenas um número
    if(Parametro(NIVEL_DEBUG) <= ATIVIDADE)
           printf("--<([%d])>--", variavel); // versão compacta do estado
    else {
        // versão mais elaborada do estado
    }
}

Reimplemented from TProcura.

Definition at line 28 of file ProblemaArtificial.cpp.

◆ Distinto()

bool CProblemaArtificial::Distinto ( TPonto estado ) const

Definition at line 48 of file ProblemaArtificial.cpp.

◆ Duplicar()

TPonto CProblemaArtificial::Duplicar ( void )

inlinevirtual

Cria um objecto que é uma cópia deste.

Note: Obrigatória a redefinição.

Este método tem de ser criado na subclasse, de modo a criar uma cópia do mesmo tipo. O código da subclasse geralmente segue um padrão e pode utilizar o modelo abaixo, aproveitando o método Copiar(). É especialmente útil na função de Sucessores(), na geração de um novo estado.

Returns: Retorna o novo estado, acabado de gerar.

Note: Caso exista falha de memória, colocar a variável memoriaEsgotada a true, para tentativa de terminar a execução de forma graciosa.

TPonto CSubClasse::Duplicar(void)
{
    CSubClasse* clone = new CSubClasse;
       if(clone!=NULL)
           clone->Copiar(this);
       else
            memoriaEsgotada = true;
       return clone;
}

Implements TProcuraMelhorativa.

Definition at line 46 of file ProblemaArtificial.h.

Here is the call graph for this function:

◆ Heuristica()

int CProblemaArtificial::Heuristica ( void )

◆ Inicializar()

void CProblemaArtificial::Inicializar ( void )

virtual

Coloca o objecto no estado inicial da procura.

Note: Obrigatória a redefinição.

Este método inicializa as variáveis de estado no estado inicial vazio. Representa o estado inicial antes de qualquer ação ser realizada na procura. Caso existam dados de instância, deve neste método carregar a instância. A primeira instrução deverá chamar o método da superclasse, conforme modelo em baixo.

Note: A variável instancia.valor, tem o ID da instância que deve ser carregada.

void CSubProblema::Inicializar(void)
{
    TProcura::Inicializar();
       // acertar as variáveis estáticas, com a instância (ID: instancia.valor)
       CarregaInstancia(); // exemplo de método em CSubProblema para carregar uma instância
    // pode/deve utilizar variável "ficheiroInstancia" concatenado com instancia.valor, com o ID da instância
    // inicializar todas as variáveis de estado
       variavel = 0;
    // Determinar o tamanho máximo do estado codificado, se aplicável
       tamanhoCodificado = 1;
}

Reimplemented from TProcura.

Definition at line 16 of file ProblemaArtificial.cpp.

Here is the call graph for this function:

◆ ResetParametros()

void CProblemaArtificial::ResetParametros ( )

virtual

Inicializa os parâmetros, indicadores e instâncias.

Note: Redefinição necessária, para pelo menos indicar as instâncias existentes

Nesta função, a primeira instrução deverá ser a chamada da função da superclasse, para que sejam criados os parÂmetros da superclasse antes de qualquer outra instrução.

Cada problema pode ter um algoritmo e configurações padrão que funcionam bem na maioria dos casos. Nesta função, podem ser definidos estes valores por omissão.

Novos parâmetros podem ser adicionados conforme necessário para atender às particularidades do problema. Estes parâmetros podem depois ser selecionados ou incluídos num teste empírico, de modo a averiguar em fase de testes, qual a melhor configuração, evitando escolhas arbitrárias ou não fundamentadas.

Nesta função deve ser redefinida a variável com informação dos IDs das instâncias disponíveis. Essa variável é do tipo TParametro, mas não está na lista de parÂmetros, devendo ser inicializada aqui.

Existindo novos indicadores, devem ser adicionados aqui, e redefinida a função Indicador() para calcular o valor.

Note: Na criação de um novo parâmetro, dar uma estrutura TParametro.; Ao adicionar novos parâmetros, é recomendável manter a enumeração sincronizada com a da superclasse. O primeiro elemento deve ser parametrosConstrutivos, garantindo que novas adições na superclasse sejam automaticamente refletidas aqui.; A instância selecionada irá ser carregada em Inicializar(), utilizando o valor atual.

See also: TParametro

Exemplo com a alteração do valor por omissão de um parâmetro, e adição de dois novos parametros.

// continuação da enumeração EParametrosProcura
enum ESubProblema { opcaoHeur = parametrosProcura, opcaoSuc };
void CSubProblema::ResetParametros(void)
{
    static const char* nomesSuc[] = { "todas", "contributo" }; // nomes para os valores de opcaoSuc
    // chamar primeiro o método na superclasse
    TProcura::ResetParametros();
    // neste exemplo considerou-se que se pretende ver algum debug, por omissão
    Parametro(NIVEL_DEBUG) = ATIVIDADE;
 
    // novo parâmetro para utilizar na função Heuristica()
    parametro += { "Opção Heurística", 0,0,10,
        "explicação do que acontece na heuristica, com este parametro entre 0 e 10",NULL };
    // novo parâmetro para utilizar na função Sucessores()
    parametro += { "Opção Sucessores", 0,0,1,
        "0 gera todas as ações; 1 gera apenas ações que tenham um contributo para a solução.",nomesSuc };
 
    // novo indicador
    indicador += { "Ordenado","verifica se um vetor está ordenado", indOrdenar };
    indAtivo += indOrdenar; // adicionar aos indicadores ativos por omissão
 
    // indicar que há 10 instâncias, sendo a instância inicial a 1
       instancia = { "Problema", 1,1,10, "Características dos problemas", NULL };
}

Reimplemented from TProcura.

Definition at line 41 of file ProblemaArtificial.cpp.

Here is the call graph for this function:

◆ TesteManual()

void CProblemaArtificial::TesteManual ( const char * nome )

Definition at line 34 of file ProblemaArtificial.cpp.

Here is the call graph for this function:

Member Data Documentation

◆ espaco

TParametrosEspaco CProblemaArtificial::espaco

static

Definition at line 38 of file ProblemaArtificial.h.

◆ heur

int CProblemaArtificial::heur = 0

Definition at line 43 of file ProblemaArtificial.h.

◆ id

unsigned int CProblemaArtificial::id = 0

Definition at line 41 of file ProblemaArtificial.h.

◆ nivel

int CProblemaArtificial::nivel = 0

Definition at line 42 of file ProblemaArtificial.h.

The documentation for this class was generated from the following files:

Melhorativa/Teste/ProblemaArtificial.h
Melhorativa/Teste/ProblemaArtificial.cpp

Public Member Functions

Public Attributes

Static Public Attributes

Additional Inherited Members

Detailed Description

Constructor & Destructor Documentation

◆ CProblemaArtificial()

◆ ~CProblemaArtificial()

Member Function Documentation

◆ Copiar()

◆ Debug()

◆ Distinto()

◆ Duplicar()

◆ Heuristica()

◆ Inicializar()

◆ ResetParametros()

◆ TesteManual()

Member Data Documentation

◆ espaco

◆ heur

◆ id

◆ nivel