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ESTUDO PRELIMINAR SOBRE A
ESCALABILIDADE DE UM
ALGORITMO GENÉTICO
PARALELIZADO COM OPENMP
Mateus Fontoura Gomes da Rosa
Márcia C. Cera
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Roteiro
Introdução
Problema de Roteamento de Veículos
Objetivos da Pesquisa
Algoritmos Genéticos
Paralelização do AG
Apresentação dos Resultados Preliminares
Considerações Finais
2
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Problema de Roteamento de Veículos
Consiste de uma derivação do Problema do Caixeiro Viajante
Foi utilizado Algoritmo Genético para solucionar o problema
Fonte: Gressler (2012)
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Objetivos da Pesquisa
Objetivo Geral:
Analisar a escalabilidade do Algoritmo Genético Paralelo conforme o número de
threads e núcleos de processamento aumenta
Objetivos Específicos:
Analisar o desempenho do AG Paralelo conforme aumenta-se o grau de paralelismo;
Analisar a escalabilidade do AG Paralelo.
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Roteiro
Introdução
Algoritmos Genéticos
Definição
Fluxograma do Algoritmo Genético
Paralelização do AG
Apresentação dos Resultados Preliminares
Considerações Finais
5
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Algoritmos Genéticos - Definição
Consiste de uma proposta baseada no modelo evolutivo de Darwin
Possui funções que simulam a genética, como funções de avaliação do
indivíduo, cruzamento e mutação
Essas funções podem ser facilmente adaptadas a qualquer escopo de
problema, visto que o Algoritmo Genético trata soluções parciais como
indivíduos e as melhora gradativamente a cada evolução
6
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Fluxograma do Algoritmo Genético
7
Gressler
(2012)
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Fluxograma do Algoritmo Genético
8
Gressler
(2012)
Técnicas de cruzamento:
Cruzamento 1 ponto;
Cruzamento 2 pontos;
Cruzamento uniforme;
Técnica Híbrida 1;
Técnica Híbrida 2;
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Fluxograma do Algoritmo Genético
9
Gressler
(2012)
Técnicas de Mutação:
Troca;
Inversão;
Inserção;
Técnica Híbrida;
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Fluxograma do Algoritmo Genético
10
Gressler
(2012)
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Roteiro
Introdução
Algoritmos Genéticos
Paralelização do AG
Apresentação dos Resultados Preliminares
Considerações Finais
11
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Paralelização do AG
Paralelização foi feita da seguinte maneira (GRESSLER, 2012):
Foram definidas duas regiões paralelas:
Na perpetuação dos melhores indivíduos
Diretiva sections/section
Nas chamadas às funções Cruzamento e Avaliação na concepção
de uma nova geração
Diretiva parallel for
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Roteiro
Introdução
Algoritmos Genéticos
Paralelização do AG
Apresentação dos Resultados Preliminares
Especificação dos Parâmetros
Verificação do Impacto das Políticas de Escalonamento de Iterações
Análise Preliminar da Escalabilidade do Algoritmo Genético Paralelo
Comparação entre os Resultados Obtidos nas Arquiteturas
Considerações Finais
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Especificação dos Parâmetros
Foram testadas instâncias do Benchmark de Christofides
c50 – instância com 50 cidades
c100 – instância com 100 cidades
Parâmetros utilizados nos testes (GRESSLER, 2012):
Tamanho da população: N x 10;
Número de Evoluções: N x N x 10;
Técnica de cruzamento: 1 ponto;
Taxa de mutação: variação entre 4 a 10%;
Técnica de mutação: randômica;
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Especificação dos Parâmetros - i7
Possui um processador Intel® Core™ i7-3517U 1.90GHz com dois núcleos
físicos e dois lógicos;
Para cada configuração foi executado 30 repetições;
Parâmetros do teste:
Número de threads: de 2 a 8;
Valores da política de escalonamento de iterações: Static
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Especificação dos Parâmetros - Xeon
Possui dois processadores Intel® Xeon E5-2650 com frequência de 2.80 GHz,
cada um com 8 núcleos físicos e Hyper-threading;
A coleta foi repetida 30 vezes para cada configuração;
Parâmetros dos testes:
Número de threads: 2, 4, 8, 16, 32 e 64;
Valor da política de escalonamento de iterações: Static;
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Xeon: c50 - Análise preliminar da
escalabilidade do Algoritmo Genético
17
5,3
4,4
3,22,6
3,13,7
13,6
0 1 2 4 8 16 32 64
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Número de Threads
Te
mp
o (
s)
1,6
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Xeon: c50 - Análise preliminar da
escalabilidade do Algoritmo Genético
18
5,3
4,4
3,22,6
3,13,7
13,6
0 1 2 4 8 16 32 64
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Número de Threads
Te
mp
o (
s)
1,2
1,62,0
1,6 1,4
0,3
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Xeon: c100 - Análise preliminar da
escalabilidade do Algoritmo Genético
19
320
231
152
125 121 126
349
1 2 4 8 16 32 64
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Número de Threads
Tem
po
(s)
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Xeon: c100 - Análise preliminar da
escalabilidade do Algoritmo Genético
20
320
231
152
125 121 126
349
1 2 4 8 16 32 64
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Número de Threads
Tem
po
(s)
1,3
2,1
2,5 2,6 2,5
0,9
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Comparação entre os Resultados Obtidos
nas Arquiteturas
c50:
21
1,431,45
0,55
1,21
1,63
2,04
1,69
1,42
0,38
2 4 8 16 32 64
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
Número de Threads
Spe
ed
up
i7 Xeon
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Comparação entre os Resultados Obtidos
nas Arquiteturas
c100:
22
1,56 1,71
0,93
1,39
2,11
2,562,64
2,54
0,92
2 4 8 16 32 64
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Número de Threads
Spe
ed
up
i7 Xeon
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Roteiro
Introdução
Algoritmos Genéticos
Paralelização do AG
Apresentação dos Resultados Obtidos
Considerações Finais
Conclusões e Trabalhos Futuros
Cronograma de Atividades
Publicações Aceitas Durante a Elaboração do Trabalho
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Conclusões e Trabalhos Futuros
Foi observado um aumento no desempenho quando o AG foi executado
numa arquitetura mais robusta;
Da mesma forma, é possível ver a influência do overhead de
paralelização nas execuções;
Para trabalhos futuros:
Serão realizados testes com as demais instâncias do benchmark
Análise da escalabilidade e de possibilidades de melhoria do desempenho
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Referências
CHAPMAN B; JOST B; VAN DER PASS R; Using OpenMP. Cambridge, MA, Estados
Unidos: Massachusetts Institute of Technology, 2008.
ROSA. M. F. G. ; CERA, Márcia C. Análise do desempenho do Algoritmo
Genético paralelizado com OpenMP. Anais do XXVI Congresso Regional de
Iniciação Científica e Tecnologica em Engenharia, 2014, Alegrete - RS. p. 1-4.
LINDEN, R. Algoritmos Genéticos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil: Ciência Moderna,
3ª Edição, 2012. Citado 4 vezes nas páginas 17, 20 e 27.
GRESSLER, H. O. ; CERA, Márcia C. O Impacto da paralelização com OpenMP
no desempenho e na qualidade das soluções de um algoritmo genético.
Revista Brasileira de Computação Aplicada, Passo Fundo, v. 6, n. 2, p. 35-47,
2014.
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Muito obrigado pela
atenção!
Perguntas?
Mateus Fontoura Gomes da Rosa, Márcia Cristina Cera