Análise de Complexidade de Algoritmos
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Questions and Answers

Qual é o principal objetivo do trabalho prático descrito?

  • Otimizar a utilização de recursos
  • Resolver o problema de Job-Shop com a técnica de branch-and-bound
  • Comparar a eficiência de diferentes algoritmos de otimização
  • Utilizar as capacidades de programação paralela através do modelo de partilha de memória (correct)

    • Em que consiste o problema de Job-Shop?

  • Distribuição de tarefas entre várias máquinas
  • Otimização da sequência de operações em uma máquina única
  • Alocação de recursos para a concretização de um trabalho (correct)
  • Minimização do tempo de produção de um trabalho

    • Como são as sequências de máquinas para cada trabalho?

  • Sempre a mesma para todos os trabalhos
  • Diferente para cada trabalho, mas a ordem é aleatória
  • Diferente para cada trabalho, e a ordem precisa ser respeitada (correct)
  • Inexistente, pois apenas uma máquina é utilizada

    • Qual é a restrição fundamental no problema de Job-Shop?

    <p>A ordem das operações para cada trabalho</p> Signup and view all the answers

    Como isso afeta a resolução do problema de Job-Shop?

    <p>complica a resolução do problema</p> Signup and view all the answers

    Qual técnica de otimização pode ser utilizada para resolver o problema de Job-Shop?

    <p>Algoritmo de branch-and-bound</p> Signup and view all the answers

    Qual é a complexidade computacional do problema de Job-Shop?

    <p>NP-difícil</p> Signup and view all the answers

    Qual é a importância do problema de Job-Shop em Pesquisa Operacional?

    <p>É um problema fundamental em Pesquisa Operacional</p> Signup and view all the answers

    Qual é o objetivo da abordagem de atribuição de tempos de início no problema de Job-Shop?

    <p>Atribuir tempos de início às operações respeitando a sua duração</p> Signup and view all the answers

    Que técnica de otimização é mencionada como capaz de encontrar a melhor solução ótima para o problema de Job-Shop?

    <p>Branch-and-Bound</p> Signup and view all the answers

    Qual é o nome dado à abordagem que executa uma operação e apenas uma operação em cada instante de tempo, sem intervalos?

    <p>Case Sequencial</p> Signup and view all the answers

    O que é construído pela abordagem de Branch-and-Bound para encontrar a melhor solução ótima para o problema de Job-Shop?

    <p>Uma árvore de pesquisa</p> Signup and view all the answers

    Qual é o critério para considerar uma solução válida no problema de Job-Shop?

    <p>Que respeite as restrições do problema</p> Signup and view all the answers

    O que é o pior caso possível no problema de Job-Shop?

    <p>O tempo necessário para executar todas as operações, uma de cada vez, até estarem todas concluídas</p> Signup and view all the answers

    Qual é o objetivo da atribuição de tempos de início no problema de Job-Shop?

    <p>Minimizar o tempo total de produção</p> Signup and view all the answers

    Qual é a característica da abordagem de Branch-and-Bound mencionada no texto?

    <p>É uma abordagem que constrói uma árvore de pesquisa</p> Signup and view all the answers

    Qual é a restrição mais importante a ser considerada no problema de escalonamento de produção?

    <p>As operações de cada trabalho têm de ser realizadas por ordem.</p> Signup and view all the answers

    O que é o objetivo principal do problema de escalonamento de produção?

    <p>Minimizar o tempo de execução total do escalonamento.</p> Signup and view all the answers

    Quais são as duas restrições mais importantes do problema de escalonamento de produção?

    <p>As operações de cada trabalho têm de ser realizadas por ordem e uma máquina só consegue executar uma operação de cada vez.</p> Signup and view all the answers

    Em que ordem devem ser realizadas as operações de cada trabalho?

    <p>Em ordem sequencial.</p> Signup and view all the answers

    Qual é o nome do algoritmo que pode ser utilizado para resolver o problema de escalonamento de produção?

    <p>Algoritmo de Branch-and-Bound.</p> Signup and view all the answers

    Qual é o objetivo secundário do problema de escalonamento de produção?

    <p>Minimizar o tempo de execução total do escalonamento.</p> Signup and view all the answers

    Quais são as variáveis mais importantes a serem consideradas no problema de escalonamento de produção?

    <p>Todos os acima.</p> Signup and view all the answers

    O que é um escalonamento válido no contexto do problema de escalonamento de produção?

    <p>Um plano de escalonamento que considera as restrições das operações de cada trabalho.</p> Signup and view all the answers

    Qual é o tipo de problema que o Job-Shop se enquadra?

    <p>Problema de otimização combinatória</p> Signup and view all the answers

    Qual é a técnica de otimização mencionada no texto como capaz de encontrar a melhor solução ótima para o problema de Job-Shop?

    <p>Branch-and-Bound</p> Signup and view all the answers

    Qual é a restrição fundamental no problema de Job-Shop?

    <p>Ordem de execução das operações</p> Signup and view all the answers

    Qual é o objetivo da abordagem de atribuição de tempos de início no problema de Job-Shop?

    <p>Encontrar a melhor sequência de operações</p> Signup and view all the answers

    Qual é a característica da abordagem de Branch-and-Bound mencionada no texto?

    <p>É um algoritmo exaustivo</p> Signup and view all the answers

    Qual é o nome da abordagem que executa uma operação e apenas uma operação em cada instante de tempo, sem intervalos?

    <p>Sequencial</p> Signup and view all the answers

    Qual é a característica fundamental de uma solução válida no problema de Job-Shop?

    <p>Respeitar a duração de cada operação</p> Signup and view all the answers

    Que técnica de otimização pode ser utilizada para encontrar uma solução melhor do que a pior solução possível?

    <p>Branch &amp; Bound</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal diferença entre a abordagem sequencial e a abordagem de Branch & Bound?

    <p>A abordagem de Branch &amp; Bound é mais precisa</p> Signup and view all the answers

    Por que a abordagem de Branch & Bound não pode encontrar uma solução pior do que a pior solução possível?

    <p>Porque respeita a duração de cada operação</p> Signup and view all the answers

    O que é construído pela abordagem de Branch & Bound para encontrar a melhor solução ótima para o problema de Job-Shop?

    <p>Uma árvore de pesquisa</p> Signup and view all the answers

    Qual é a restrição fundamental a ser considerada no problema de Job-Shop?

    <p>A duração de cada operação</p> Signup and view all the answers

    O que é o pior caso possível no problema de Job-Shop?

    <p>O tempo necessário para executar todas as operações, uma de cada vez, até estarem todas concluídas</p> Signup and view all the answers

    Qual é a característica da solução algorítmica para o problema de Job-Shop?

    <p>Deve ser melhor do que a pior solução possível</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal informação armazenada na estrutura Schedule?

    <p>Hora de início e fim de uma operação específica numa máquina</p> Signup and view all the answers

    Qual é a função da função compare_shedules()?

    <p>Ordenar operações pelo tempo de início</p> Signup and view all the answers

    Qual é a informação contida em cada linha do ficheiro de entrada?

    <p>Identificador de máquina e tempo de processamento da operação</p> Signup and view all the answers

    Qual é a estrutura que representa o estado atual do processo?

    <p>Node</p> Signup and view all the answers

    Qual é o objetivo da função auxiliar para a escrita dos resultados?

    <p>Escrever o melhor tempo encontrado no ficheiro de saída</p> Signup and view all the answers

    Qual é a informação utilizada para preencher a estrutura de dado job?

    <p>Ficheiro de entrada</p> Signup and view all the answers

    Qual é a característica da estrutura job?

    <p>Tem um conjunto de operações e um número máximo de operações que precisa de ser realizado</p> Signup and view all the answers

    Qual é o propósito do array temporário criado para os cronogramas das operações?

    <p>Ordenar operações pelo tempo de início</p> Signup and view all the answers

    Qual é o propósito do uso do OpenMP na implementação paralela do algoritmo de Job-Shop?

    <p>Marcar um bloco de código como uma tarefa que pode ser executada de forma assíncrona</p> Signup and view all the answers

    Como as threads são inicializadas na implementação paralela do algoritmo de Job-Shop?

    <p>Através da diretiva #pragma omp parallel</p> Signup and view all the answers

    Qual é o número de threads utilizado na implementação paralela do algoritmo de Job-Shop?

    <p>Número de threads definido pelo usuário</p> Signup and view all the answers

    Como as chamadas recursivas de função são tratadas na implementação paralela do algoritmo de Job-Shop?

    <p>São encapsuladas dentro de uma tarefa paralela</p> Signup and view all the answers

    Qual é a estrutura de dados utilizada na implementação paralela do algoritmo de Job-Shop?

    <p>Estruturas job, operation, Schedule e node</p> Signup and view all the answers

    Qual é o objetivo da utilização do lock do OpenMP na implementação paralela do algoritmo de Job-Shop?

    <p>Garantir a exclusão mútua durante a leitura e escrita das variáveis compartilhadas</p> Signup and view all the answers

    Como os ramos da árvore de decisão são explorados nas threads paralelas?

    <p>De forma concorrente</p> Signup and view all the answers

    Qual é o algoritmo utilizado na implementação paralela do Job-Shop?

    <p>Branch and Bound</p> Signup and view all the answers

    Como são protegidas as variáveis best_time e best_node de atualizações concorrentes em um ambiente paralelo?

    <p>Utilizando-se o lock OpenMP para garantir exclusividade.</p> Signup and view all the answers

    Qual é o objetivo da utilização do lock OpenMP em relação às variáveis best_time e best_node?

    <p>Garantir que as atualizações sejam feitas de forma exclusiva.</p> Signup and view all the answers

    Como são utilizadas as variáveis best_time e best_node no programa paralelo?

    <p>São utilizadas para leitura e escrita, protegidas por um lock.</p> Signup and view all the answers

    Qual é a função do lock no programa paralelo?

    <p>Garantir que as atualizações sejam feitas de forma exclusiva.</p> Signup and view all the answers

    Como são utilizadas as variáveis locais new_node e node no programa paralelo?

    <p>São utilizadas de forma independente em cada thread.</p> Signup and view all the answers

    Qual é a vantagem de utilizar variáveis locais em cada thread no programa paralelo?

    <p>Garantir que as threads trabalhem de forma independente.</p> Signup and view all the answers

    Quais são as variáveis globais partilhadas para leitura no programa paralelo?

    <p>NUM_MACHINES e NUM_JOBS.</p> Signup and view all the answers

    Qual é a razão pela qual as variáveis best_time e best_node precisam ser protegidas em um ambiente paralelo?

    <p>Para evitar que as atualizações sejam feitas concorrentemente.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Problema de Job-Shop

    • O problema de Job-Shop é a alocação de recursos para a concretização de um trabalho, envolvendo várias máquinas que realizam operações.
    • Cada trabalho é uma sequência de operações, em que cada operação tem de ser feita numa máquina específica.
    • A ordem das máquinas para cada trabalho tem de ser respeitada, e uma operação de um trabalho só pode começar quando a operação anterior desse mesmo trabalho já terminou.

    Abordagens para Atribuição dos Tempos de Início

    • Existem várias abordagens para atribuir tempos de início às operações, como o método sequencial, que atribui um tempo de início a todas as operações, respeitando a sua duração.
    • Outras abordagens válidas incluem Branch & Bound e Shifting Bottleneck.

    Restrições do Problema

    • As operações de cada trabalho têm de ser realizadas por ordem.
    • Uma máquina só consegue executar uma operação de cada vez.

    Características do Problema

    • Um trabalho não depende dos restantes trabalhos, ou seja, os trabalhos são independentes entre si.
    • As operações de um trabalho não interferem com as operações dos restantes trabalhos, desde que a máquina esteja livre.

    Objetivo do Problema

    • O objetivo é apresentar um escalonamento válido, definindo um tempo de início para cada operação, de modo a cumprir as restrições.
    • O segundo objetivo é otimizar o tempo de execução total do escalonamento.

    Introdução ao Trabalho Prático de Job-Shop

    • O trabalho prático de Job-Shop é um problema de programação de máquinas que envolve a atribuição de tempos de início para operações em máquinas diferentes.
    • O objetivo é encontrar a melhor solução que minimize o tempo total de produção.

    Descrição do Problema

    • O problema de Job-Shop é representado por uma estrutura de dados que inclui jobs, operações e máquinas.
    • Cada job é composto por várias operações que devem ser realizadas em máquinas específicas.

    Abordagem para Atribuição dos Tempos de Início

    • Existem várias abordagens para a atribuição de tempos de início, incluindo o método sequencial e o método Branch-and-Bound.
    • O método sequencial atribui um tempo de início às operações de cada job, respeitando a duração de cada operação.
    • O método Branch-and-Bound constrói uma árvore de pesquisa que registra as várias soluções encontradas e o seu resultado.

    Implementação Sequencial

    • A implementação sequencial utiliza o método Branch-and-Bound para encontrar a melhor solução.
    • O método Branch-and-Bound é uma abordagem que constrói uma árvore de pesquisa que registra as várias soluções encontradas e o seu resultado.

    Implementação Paralela com Partilha de Memória

    • A implementação paralela utiliza o método Branch-and-Bound em paralelo, dividindo o processo em várias threads.
    • Cada thread trabalha de forma independente para explorar diferentes combinações de escalonamento de jobs.
    • A implementação paralela utiliza o OpenMP para sincronizar as threads e garantir a exclusão mútua durante a leitura e escrita das variáveis compartilhadas.

    Proposta de Particionamento

    • A proposta de particionamentodivide o processo em várias threads que trabalham de forma independente para explorar diferentes combinações de escalonamento de jobs.

    Implementação do Algoritmo Paralelo

    • A implementação do algoritmo paralelo utiliza o OpenMP para sincronizar as threads e garantir a exclusão mútua durante a leitura e escrita das variáveis compartilhadas.
    • Cada thread executa a função Branch and Bound de forma independente, utilizando a mesma estrutura de dados utilizada na implementação sequencial.

    Características do Programa Paralelo

    • O programa paralelo utiliza variáveis globais partilhadas, como jobs, best time e best node, que são protegidas por um lock para garantir operações seguras em ambientes paralelos.
    • O programa paralelo também utiliza variáveis locais de cada thread, como new node e node, que são utilizadas para explorar diferentes combinações de escalonamento de jobs.

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