Enhancing performance on combinatorial optimization algorithms

L'optimització combinatòria és un tipus específic d'optimització matemàtica on el domini de les variables és discret. Aquest tipus de problemes d'optimització tenen una gran aplicabilitat degut a la seva capacitat d'optimització sobre objectes unitaris i no divisibles. Més enllà dels algoritmes genèrics, la comunitat investigadora és molt activa proposant algorismes capaços d'abordar problemes d'optimització combinatòria per a problemes específics. L'objectiu d'aquesta tesi és investigar com ampliar l'aplicabilitat d'algorismes d'optimització combinatoria que exploten l'estructura dels problemes a resoldre. Ho fem des de la perspectiva del maquinari d'una computadora, perseguint l'explotació total dels recursos computacionals que ofereix el maquinari actual. Per assolir generalitat treballem amb tres problemes diferents. Primer abordem el problema de generació d'estructures de la coalició (CSGP). Trobem que l'algorisme d'última generació és IDP. Proposem un algoritme optimitzat i paral·lel capaç de resoldre el CSGP. Aconseguim això definint un nou mètode per dur a terme l'operació més crítica -Splitting-, així com definint un nou mètode per dividir l'operació de l'algoritme en els diferent subprocessos. A continuació, estudiem el problema de determinació del guanyador (WDP) per a les subhastes combinades (CA). Trobem que l'escalabilitat dels solucionadors d'avantguarda és limitada. Més concretament, mostrem com millorar la resolució de resultats de relaxació LP per al WDP en subhastes combinables de gran escala mitjançant l'aplicació de l'algoritme AD³. A continuació, contribuïm amb una versió optimitzada d'AD³ que també es pot executar en un escenari paral·lel de memòria compartida. Finalment, estudiem l'aplicació de AD³ per resoldre les relaxacions LP d'un problema més exigent de la computacionalment: El problema de la predició de cadenes laterals (SCP). Presentem una manera optimitzada de resoldre l'operació més crítica, la resol·lució d'un problema quadràtic per a un factor arbitrari. En tots els casos proposem algoritmes optimitzats que es poden escalar de forma paral·lela i que milloren notablement l'estat de la tècnica. Tres ordres de magnitud a IDP, i un ordre de magnitud a AD³. L'objectiu final d'aquest treball és demostrar com un disseny algorisme conscient de maquinari pot conduir a millores de rendiment significatives. Mostrem estratègies exportables a algorismes d'optimització combinatòria similars. Aquestes estratègies ajudaran al dissenyador