Resumo Este trabalho lida com um problema de otimização conhecido como agendamento acadêmico (sch... more Resumo Este trabalho lida com um problema de otimização conhecido como agendamento acadêmico (school timetabling). A abordagem é testada sobre uma instância do problema, derivada da realidade brasileira, típica das escolas de ensino fundamental e médio, públicas ou particulares. O trabalho está embasado no uso de metaheurísticas evolutivas (Algoritmos Genéticos) e de busca local (Busca Tabu, GRASP), com a aplicação de técnicas alternativas específicas para obter melhores resultados sobre a instância do problema tratado (Path Relinking). Tais técnicas foram alvo de vários estudos e podem servir como referência para novas pesquisas com problemas semelhantes. O trabalho visa também, através da criação de uma interface amigável para usuários leigos, prover uma ferramenta útil para instituições de ensino brasileiras, que atualmente dispõem de poucas ferramentas para lidar com o problema e despendem grande quantidade de tempo para a montagem manual de seus horários. Abstract This work treats the optimization problem known as the school timetabling problem. The approach was tested over real data, typical of a Brazilian high school establishment. The development was based on evolutive programs (using genetic algorithms) and local search (tabu search and GRASP) together with alternative heuristics (Path Relinking) when appropriate. By using the same problem instances it was possible to compare the results. In addition to the heuristics solvers, a friendly user interface was also implemented. The interface allows for non-technical staff to use the solvers, thereby greatly limiting the many hours of manual labor that are used today to produce adequate solutions for the problem. No início de cada período letivo, surge um problema sutil, porém de grande relevância para toda instituição de ensino: a alocação dos horários dos professores e turmas de alunos. Na ausência de uma ferramenta computacional para auxílio, o agendamento das atividades acadêmicas é uma tarefa laboriosa e que costuma consumir vários dias, às vezes semanas, de esforço de um ou mais funcionários que ficam encarregados exclusivamente desta função. A resolução manual deste problema baseia-se num processo de tentativa e erro que consome muito tempo e que, na maioria das vezes, produz soluções de baixa qualidade. Uma agenda de horários ruim prejudica a instituição de ensino em vários sentidos: além do transtorno recorrente a cada período letivo, alunos e professores são prejudicados, insatisfeitos com uma distribuição ruim de suas cargas horárias, tendo excessivas aulas duplas, janelas de horários, poucos dias-livres, entre outras distorções. A principal dificuldade apresentada por este problema, conhecido na literatura como school timetabling, encontra-se no fato de sua natureza combinatória. Analisando sob a ótica de um problema de otimização, o agendamento, apesar de já ter sido bastante explorado, continua sendo um desafio. Isto se deve a vários motivos, tais como a natureza combinatória do mesmo, a ampla gama de variações que pode assumir devido à peculiaridade das diferentes instituições de ensino, além das variações dos próprios sistemas de ensino em diferentes países. Dadas estas características, o emprego de metaheurísticas na busca de soluções para este problema é uma abordagem viável e que tem-se revelado bastante eficaz [CL98, SCH96], superando, inclusive, métodos tradicionais de otimização que envolvem processos mais determinísticos, como o uso de programação linear e inteira e programação por restrições.
Resumo Este trabalho lida com um problema de otimização conhecido como agendamento acadêmico (sch... more Resumo Este trabalho lida com um problema de otimização conhecido como agendamento acadêmico (school timetabling). A abordagem é testada sobre uma instância do problema, derivada da realidade brasileira, típica das escolas de ensino fundamental e médio, públicas ou particulares. O trabalho está embasado no uso de metaheurísticas evolutivas (Algoritmos Genéticos) e de busca local (Busca Tabu, GRASP), com a aplicação de técnicas alternativas específicas para obter melhores resultados sobre a instância do problema tratado (Path Relinking). Tais técnicas foram alvo de vários estudos e podem servir como referência para novas pesquisas com problemas semelhantes. O trabalho visa também, através da criação de uma interface amigável para usuários leigos, prover uma ferramenta útil para instituições de ensino brasileiras, que atualmente dispõem de poucas ferramentas para lidar com o problema e despendem grande quantidade de tempo para a montagem manual de seus horários. Abstract This work treats the optimization problem known as the school timetabling problem. The approach was tested over real data, typical of a Brazilian high school establishment. The development was based on evolutive programs (using genetic algorithms) and local search (tabu search and GRASP) together with alternative heuristics (Path Relinking) when appropriate. By using the same problem instances it was possible to compare the results. In addition to the heuristics solvers, a friendly user interface was also implemented. The interface allows for non-technical staff to use the solvers, thereby greatly limiting the many hours of manual labor that are used today to produce adequate solutions for the problem. No início de cada período letivo, surge um problema sutil, porém de grande relevância para toda instituição de ensino: a alocação dos horários dos professores e turmas de alunos. Na ausência de uma ferramenta computacional para auxílio, o agendamento das atividades acadêmicas é uma tarefa laboriosa e que costuma consumir vários dias, às vezes semanas, de esforço de um ou mais funcionários que ficam encarregados exclusivamente desta função. A resolução manual deste problema baseia-se num processo de tentativa e erro que consome muito tempo e que, na maioria das vezes, produz soluções de baixa qualidade. Uma agenda de horários ruim prejudica a instituição de ensino em vários sentidos: além do transtorno recorrente a cada período letivo, alunos e professores são prejudicados, insatisfeitos com uma distribuição ruim de suas cargas horárias, tendo excessivas aulas duplas, janelas de horários, poucos dias-livres, entre outras distorções. A principal dificuldade apresentada por este problema, conhecido na literatura como school timetabling, encontra-se no fato de sua natureza combinatória. Analisando sob a ótica de um problema de otimização, o agendamento, apesar de já ter sido bastante explorado, continua sendo um desafio. Isto se deve a vários motivos, tais como a natureza combinatória do mesmo, a ampla gama de variações que pode assumir devido à peculiaridade das diferentes instituições de ensino, além das variações dos próprios sistemas de ensino em diferentes países. Dadas estas características, o emprego de metaheurísticas na busca de soluções para este problema é uma abordagem viável e que tem-se revelado bastante eficaz [CL98, SCH96], superando, inclusive, métodos tradicionais de otimização que envolvem processos mais determinísticos, como o uso de programação linear e inteira e programação por restrições.
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