Báo cáo nghiệm thu đề tài xây dựng thư viện lập trình tối ưu tổ hợp trên môi trường tính toán song song và phân bố

• Tác giả: Ts. Trần Văn Hoài
• Người hướng dẫn: Pgs. Dương Anh Đức
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Khoa học Máy tính
• Đề tài: Xây Dựng Thư Viện Lập Trình Tối Ưu Tổ Hợp Cho Tính Toán Song Song Và Phân Bố
• Loại tài liệu: báo cáo
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN
• 1.1. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
• 1.2. Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI VỀ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
• 7. CHƯƠNG 7: ỨNG DỤNG TRONG TỐI ƯU THỰC TẾ
• 7.1. HỖ TRỢ CỦA THƯ VIỆN
• 7.2. BÀI TOÁN VRPTWC
• 7.2.1. Phát biểu của bài toán
• 7.2.2. Đặc tả nghiệm
• 7.2.3. Cơ chế phát sinh lân cận
• 7.2.4. Cơ chế giải mã và mã hóa
• 7.2.5. Chiến lược tối ưu
• 7.2.6. Kết quả thực nghiệm của bài toán VRP
• 7.3. BÀI TOÁN AIRFOIL
• 7.3.1. Đặc tả bài toán Airfoil
• 7.3.2. Đặc tả nghiệm
• 7.3.3. Phương pháp mã hóa
• 7.3.4. Quy trình tối ưu cho bài toán Airfoil
• 7.3.5. Kết quả thực nghiệm của bài toán Airfoil
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về thư viện lập trình tối ưu tổ hợp

Thư viện lập trình tối ưu tổ hợp được xây dựng nhằm hỗ trợ các nhà nghiên cứu trong việc giải quyết các bài toán tối ưu hóa phức tạp. Mục tiêu chính của thư viện này là cung cấp một nền tảng dễ dàng sử dụng cho những người có kiến thức lập trình cơ bản, cho phép họ áp dụng các phương pháp tính toán song song và phân bố. Thư viện sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ và tích hợp các thuật toán meta-heuristic như Genetic Algorithm (GA) và Memetic Algorithm (MA) để tối ưu hóa hiệu suất tính toán. Theo báo cáo, việc phát triển thư viện này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả nghiên cứu mà còn tạo ra cơ hội cho việc ứng dụng trong các lĩnh vực thực tế như quản lý vận tải và kỹ thuật. Một trong những điểm nổi bật của thư viện là khả năng hỗ trợ tính toán song song, cho phép xử lý nhiều tác vụ đồng thời, từ đó rút ngắn thời gian tính toán và cải thiện độ chính xác của kết quả.

II. Các thành phần chính của thư viện

Thư viện lập trình được xây dựng với các thành phần chính bao gồm: hỗ trợ máy tính cụm sử dụng MPI, tích hợp Genetic Algorithm (GA), và cấu trúc cho workflow. Đầu tiên, việc tích hợp MPI giúp thư viện hoạt động hiệu quả trên các máy tính song song, cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện tính toán phân bố mà không cần phải có quá nhiều kiến thức về lập trình mạng. Thứ hai, việc bổ sung GA vào thư viện cho phép người dùng áp dụng các phương pháp tối ưu hóa dựa trên dân số, từ đó mở rộng khả năng giải quyết các bài toán phức tạp hơn. Cuối cùng, cấu trúc workflow cho phép người dùng dễ dàng tạo ra các quy trình tối ưu hóa, giúp họ dễ dàng điều chỉnh và thử nghiệm với các thuật toán khác nhau. Như một kết quả, thư viện không chỉ phục vụ cho nghiên cứu mà còn có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực thực tiễn như logistics và thiết kế kỹ thuật.

III. Thử nghiệm và ứng dụng thực tế

Thư viện lập trình đã được thử nghiệm qua hai bài toán thực tế: định lộ trình chuyên chở chất thải nguy hại và tối ưu biên dạng cánh máy bay. Trong bài toán đầu tiên, thư viện sử dụng các thuật toán meta-heuristic để tìm ra lộ trình tối ưu cho việc thu gom chất thải, đảm bảo không chỉ tính hiệu quả mà còn an toàn trong quá trình vận chuyển. Kết quả cho thấy thư viện có khả năng xử lý các bài toán phức tạp với nhiều ràng buộc và điều kiện khác nhau. Đối với bài toán tối ưu biên dạng cánh, thư viện đã chứng minh được khả năng cải thiện đáng kể hiệu suất so với các phương pháp truyền thống. Các thử nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng thư viện đã mang lại kết quả tốt hơn trong thời gian ngắn hơn, chứng minh giá trị thực tiễn của nó trong các ứng dụng kỹ thuật. Điều này không chỉ nâng cao khả năng cạnh tranh trong nghiên cứu mà còn mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm mới trong tương lai.

IV. Đánh giá hiệu suất và tiềm năng phát triển

Đánh giá hiệu suất của thư viện lập trình cho thấy rằng nó đã đạt được những kết quả khả quan trong việc tối ưu hóa các bài toán thực tế. Thư viện không chỉ giúp tiết kiệm thời gian tính toán mà còn nâng cao độ chính xác của các giải pháp. Việc áp dụng các thuật toán tối ưu hóa hiệu suất trong môi trường tính toán song song đã cho phép xử lý các bài toán lớn với nhiều biến số mà trước đây khó có thể thực hiện. Hơn nữa, tiềm năng phát triển của thư viện là rất lớn, với khả năng mở rộng để tích hợp thêm nhiều thuật toán mới và cải tiến giao diện người dùng. Việc phát triển này sẽ giúp thư viện trở thành một công cụ hữu ích cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ khoa học máy tính đến kỹ thuật và quản lý. Sự phát triển liên tục và cập nhật công nghệ mới sẽ là chìa khóa để thư viện duy trì vị thế của mình trong cộng đồng nghiên cứu.