Jan Potocki
68 lines
4.6 KiB
Markdown
68 lines
4.6 KiB
Markdown
# PEA 2 Plus – tabu search dla TSP
|
||
Rozwinięcie drugiego projektu na kurs Projektowanie efektywnych algorytmów na PWr w 2017 – implementacja algorytmu przeszukiwania lokalnego z zakazami (tabu search) dla problemu komiwojażera (TSP) dostosowana do pracy wielowątkowej oraz (dodatkowo) algorytmów z pierwszego projektu – przegląd zupełny (brute force), podział i ograniczenia (branch and bound). Program jest napisany w czystym standardzie C++11 bez używania bibliotek specyficznych dla konkretnego systemu operacyjnego.
|
||
|
||
__Kompilacja__
|
||
Na systemach uniksowych do kompilacji potrzebny jest kompilator G++ lub Clang i program make. W dystrybucjach Linuxa z rodziny Ubuntu/Debiana wszystkie potrzebne narzędzia można zainstalować z pakietu `build-essential`. Na macOS potrzebne narzędzia można zainstalować poleceniem `xcode-select --install`. Aby skompilować program, w katalogu głównym projektu należy użyć polecenia:
|
||
```
|
||
make
|
||
```
|
||
Ponieważ program jest napisany jako wieloplatformowy, powinno dać się go skompilować bez problemu również na Windowsie po zaimportowaniu wszystkich plików do Visual Studio, chociaż sam nie próbowałem tego robić.
|
||
|
||
__Elementy programu__
|
||
* interfejs grafu – klasa abstrakcyjna Graph
|
||
* implementacja grafu w postaci macierzy sąsiedztwa (domyślnie używana) i listy sąsiedztwa – klasy ArrayGraph i ListGraph
|
||
* niezależny od platformy system do pomiaru czasu, bazujący na std::chrono z C++11 – klasa Stopwatch
|
||
* parsery plików w formatach FULL_MATRIX i EUC_2D z TSPLIB95
|
||
* algorytmy przeglądu zupełnego (jednowątkowy)
|
||
* algorytm podziału i ograniczeń (jednowątkowy)
|
||
* algorytm tabu search (wielowątkowy, bazujący na std::thread z C++11)
|
||
* pomocnicze algorytmy na potrzeby tabu search: losowy, zachłanny oraz ich hybryda
|
||
* pętla do automatycznego wykonywania pomiarów dla określonych w stałej czasów pracy algorytmu tabu search
|
||
|
||
__Charakterystyka tabu search:__
|
||
* rozwiązanie początkowe generowane algorytmem zachłannym
|
||
* sąsiedztwo typu swap (zamiana wierzchołków miejscami)
|
||
* lista tabu przechowująca obydwa zamienione wierzchołki
|
||
* kryterium aspiracji omijające listę tabu, jeżeli zakazany ruch prowadzi do lepszego rozwiązania niż najlepsze znalezione dotychczas
|
||
* dwa rodzaje dywersyfikacji:
|
||
* intensyfikacja przeszukiwania po znalezieniu lepszego rozwiązania od dotychczasowego (restart od nowego rozwiązania ze zmniejszoną 4x kadencją na liście tabu)
|
||
* restart od nowego rozwiązania wygenerowanego algorytmem losowo-zachłannym (losowa część wierzchołków jest losowana, reszta wybierana zachłannie) po określonej liczbie iteracji bez poprawy – domyślnie 10 tysięcy
|
||
* kadencja na liście tabu dobierana automatycznie (liczba wierzchołków zaokrąglona w dół do najbliższej dziesiątki) lub konfigurowana ręcznie
|
||
* warunkiem zatrzymania algorytmu jest skonfigurowana liczba sekund (domyślnie 60)
|
||
|
||
__Parametry wywołania programu:__
|
||
* `-t [liczba]` – liczba wątków tabu search (domyślnie 2)
|
||
* `-l` – użycie listowej reprezentacji grafu (zamiast macierzowej)
|
||
* `-fmatrix [ścieżka]` – wczytanie pliku w formacie FULL_MATRIX przy uruchamianiu programu
|
||
* `-feuc2d [ścieżka]` – wzytanie pliku w formacie EUC_2D przy uruchamianiu programu
|
||
|
||
__Osiągi tabu search na moim laptopie – 2 wątki:__
|
||
(1x Intel Core i5-2520M @ 2.5 GHz, 8 GB RAM, macOS 10.13.6)
|
||
* ftv33.atsp (optimum 1286)
|
||
* po 30 sekundach za każdym razem optimum
|
||
* swiss42.tsp (optimum 1273)
|
||
* po 30 sekundach zwykle optimum lub więcej o około 20 (np. 1288)
|
||
* po 60 sekundach za każdym razem optimum
|
||
* ftv47.atsp (optimum 1776)
|
||
* po 5 minutach 1790, więcej o 14 od optimum – jeden test
|
||
* po 15 minutach 1798, więcej o 22 od optimum – jeden test
|
||
* berlin52.tsp (optimum 7542)
|
||
* po 5 minutach 7730, więcej o 188 od optimum – jeden test
|
||
* po 10 minutach 7673, więcej o 131 od optimum – jeden test
|
||
|
||
__Osiągi tabu search na serwerze panamint.kcir.pwr.edu.pl – 64 wątki:__
|
||
(4x AMD Opteron 6276 @ 2.3 GHz, 256 GB RAM, Debian Linux 9)
|
||
* ftv47.atsp (optimum 1776)
|
||
* po 5 minutach czasami optimum lub blisko optimum (np. 1782)
|
||
* po 15 minutach tak samo, ale większa szansa trafienia na optimum lub prawie dokładnie optimum (1777)
|
||
* po 20 minutach za każdym razem optimum
|
||
* berlin52.tsp (optimum 7542)
|
||
* po 5 minutach czasami optimum lub więcej o około 130 (np. 7679)
|
||
* po 10 minutach prawie za każdym razem optimum
|
||
* ftv70.atsp (optimum 1950)
|
||
* po 40 minutach 1972, więcej o 22 od optimum – jeden test
|
||
|
||
Dane testowe pochodzą ze strony:
|
||
http://comopt.ifi.uni-heidelberg.de/software/TSPLIB95/
|
||
Poza ftv70 (kadencja 60), wszystkie testy zostały przeprowadzone z automatycznie ustawioną kadencją.
|