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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Matheurísticas para o Problema do Safe Set
Autor(es): JOSÉ PAULO DE FARIA PEDROSA
Primeiro orientador: VAGNER PEDROTTI
Resumo: O problema do safe set (SSP) consiste em identificar, em um grafo conexo, um subconjunto de vértices capaz de dominar estruturalmente as componentes adjacentes, garantindo que cada componente interna possua peso maior ou igual ao das componentes externas a ela conectadas. Trata-se de um problema NP-difícil, com aplicações em redes sociais, estabilidade de sistemas vulneráveis e organização de refúgios em edificações. Devido à sua complexidade computacional, métodos exatos apresentam limitações para instâncias de maior porte, o que motiva o uso de estratégias aproximadas. Este trabalho propõe uma matheurística composta por duas etapas: (i) uma fase construtiva baseada em uma heurística gulosa aleatorizada, responsável por gerar soluções iniciais viáveis, e (ii) uma fase de otimização utilizando a abordagem Large Neighbourhood Search (LNS), que destrói e reconstrói parcialmente a solução valendo-se do modelo compacto de Programação Linear Inteira proposto por Hosteins (2020). Foram conduzidos experimentos em 120 instâncias pseudoaleatórias da literatura, variando-se o tamanho do grafo, a densidade e as estratégias de seleção de vértices. Os resultados demonstram que a matheurística produz soluções de boa qualidade em tempo reduzido, com redução média de aproximadamente 50% em relação ao valor das soluções iniciais, e desempenho superior em instâncias mais densas e de maior escala. As estratégias com maior número de iterações construtivas (B-10 e F-10) destacaram-se, especialmente a configuração F-10, que obteve as melhores soluções na maioria dos casos. Os resultados confirmam a eficácia da combinação entre heurísticas gulosas e LNS guiado por PLI como alternativa promissora para a resolução do SSP.
Abstract: The Safe Set Problem (SSP) consists in identifying, in a connected graph, a subset of vertices capable of structurally dominating the adjacent components, ensuring that each internal component has weight greater than or equal to that of the external components to which it is connected. It is an NP-hard problem with applications in social networks, stability of vulnerable systems, and the organization of refuges in buildings. Due to its computational complexity, exact methods face limitations for large-scale instances, which motivates the use of approximate strategies. This work proposes a matheuristic composed of two stages: (i) a constructive phase based on a randomized greedy heuristic, responsible for generating feasible initial solutions, and (ii) an optimization phase using the Large Neighbourhood Search (LNS) approach, which partially destroys and reconstructs the solution by relying on the compact Integer Linear Programming model proposed by Hosteins (2020). Experiments were conducted on 120 pseudo-random instances from the literature, varying graph size, density, and vertex selection strategies. The results show that the matheuristic produces good-quality solutions in reduced time, with an average reduction of approximately 50% relative to the value of the initial solutions, and superior performance on larger and denser instances. The strategies with the highest number of constructive iterations (B-10 and F-10) stood out, especially configuration F-10, which achieved the best solutions in most cases. The results confirm the effectiveness of combining greedy heuristics and LNS guided by ILP as a promising alternative for solving the SSP.
Palavras-chave: Matheurística
Problema do Safe Set
Programação Linear Inteira
Heurística.
País: 
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/13854
Data do documento: 2025
Aparece nas coleções:Ciência da Computação - Bacharelado (FACOM)

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