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O Objeto de Aprendizagem LOBO como Ferramenta no Ensino Dialógico e Investigativo de
Heurísticas e Metaheurísticas
Andre Zanki CordenonsiFábio da Purificação de Bastos
Felipe Martins Müller
Universidade Federal de Santa Maria
Heurísticas e Metaheurísticas
� Para que servem?
� Para tratar Problemas de Otimização Combinatória!
� O que são Problemas de Otimização Combinatória?
Heurísticas e Metaheurísticas
� Um problema de otimização é um problema para o qual temos diferentes soluções possíveis.
� Tais soluções podem ser avaliadas e comparadas, efetuando a otimização.
� Por otimizar, se entende encontrar um valor ótimo para um determinado problema, usualmente sob determinadas restrições.
� Os conjuntos representam agrupamentos de itens que só podem ser selecionados através de uma série de regras (restrições do problema), formando subconjuntos.
� Um agrupamento de itens específicos na forma de subconjuntos é denominado uma possível solução do problema e, invariavelmente, possui algum custo associado.
� O objetivo central da otimização combinatória é encontrar um subconjunto cujo custo seja mínimo.
Heurísticas e Metaheurísticas
� Quem trabalha com isso?� Ciência da computação, matemática,
administração, engenharia da produção
� Que tipos de problemas� Particionamento� Árvore Geradora Mínima� Roteamento de Veículos� Fluxo
Heurísticas e Metaheurísticas
� Problema do Caixeiro Viajante� Definição informal� Um vendedor deve receber um conjunto de
cidades que deve visitar uma única vez, bem como um custo cij que é associado a cada par de cidades i e j deste conjunto. Usualmente, este custo representa a distância de partir da cidade iaté a cidade j. Ele deve encontrar uma seqüência de cidades que gere uma rota de custo mínimo.
Heurísticas e Metaheurísticas
� Problema do Problema Caixeiro Viajante� Número de rotas aumenta na seguinte razão:
� PCV SIMÉTRICO
� PCV ASSIMÉTRICO
� IMPOSSÍVEL GERAR TODAS AS SOLUÇÕES PARA GARANTIR A ÓTIMA (probl. grandes dim.)
Heurísticas e Metaheurísticas
� Heurística� Algoritmo modelo cognitivo
regras baseadas na experiência conhecimento
� Construtivas: construir rota inserção de uma cidade de cada vez
� Melhoramento: iniciam com uma rota modificam para ver se há melhoria
Heurísticas e Metaheurísticas
� Metaheurísicas guiam outras heurística buscam evitar problemas das heurísticas (ciclagem, platôs, escarpas)
Heurísticas e Metaheurísticas
� Ensino de Heurísticas e Metaheurísticas� Literatura = modelagem e implementação de
novas técnicas� Objetivo das disciplinas = prover um amplo
espectro de todos os problemas e algoritmos ou se concentrar na exploração das nuances dos algoritmos heurísticos?
� Problema tipo = PCV
Heurísticas e Metaheurísticas
� Ensino de Heurísticas e Metaheurísticas� disciplina É definir e construir modelos
matemáticos� formalismo e abstração� estímulo criativo é mais importante que conhecer
todos os problemas� a disciplina é, essencialmente, problematizadora!
Concepção Pedagógica
� Diálogo� canal de comunicação
� Entendimento, informação e conhecimento
� reflexão conjunta e observação cooperativa da experiência
� É possível dialogar com alunos de graduação?
Concepção Pedagógica
� SIM!� Paulo Freire
� Politicidade do ato educativo� Diálogo como base pedagógica
� Ampliação de sua visão através do diálogo� Desafiar os alunos a refletir sobre seu papel na sua
própria sociedade
Concepção Pedagógica
� Investigação-Ação� Pesquisa = Ensino� Professor observa a si mesmo dando aula� Analisando sua prática, pode agir sobre a mesma
� Carr e Kemins� Planejamento� Ação� Observação� Reflexão
Concepção Pedagógica
� AÇÃO!� Angotti e Delizoicov
� Desafio Inicial� Organização do Conhecimento� Aplicação do Conhecimento
� De Bastos e Müller� Desafio Inicial� Melhor Solução Educacional no Momento� Desafio Mais Amplo
Objetos de Aprendizagem
� Mecanismos de software relacionados ao tratamento dispensado para o conteúdo, apoio as interfaces de usuário para a interatividade e capacidade de acesso aos mesmos (IP, MORRISON)
� Qualquer entidade, digital ou não digital, que pode ser utilizada, reutilizada ou referenciada durante o aprendizado apoiado pela tecnologia. (IEEE)
LOBO
� LOBO: Learning Object Based on
Optimization
� Simulador de heurísticas e metaheurísticas para o Problema do Caixeiro Viajante
� Base comum para alunos e professores� Software livre� Distribuído no formato código, pacote scorm ou
executável
LOBO
� Funciona em dois modos� Expert: não apresenta tutoriais ou informações� Tutoriado: apresenta informações sobre a
implementação dos algoritmos e definições conceituais
� O aluno escolhe o modo!
LOBO
� Permite� Carregar arquivos de problemas� Simular passo a passo os algoritmos construtivos
e de melhoramento� Exibir a melhor solução� Trocar de problemas em tempo de execução� Executar vários algoritmos e fazer comparações
entre os mesmos (através do histórico)
LOBO
� Visualização� Simulação� Tela de Resultados� Histórico� Gráficos (metaheurísticas)
Discussão
� Os alunos sentem-se atraídos pela idéia de desenvolver a disciplina através de experimentações
� Resolução de um problema x Avaliação de custo não se torna claro no início da disciplina
� Alunos buscam mais informações sobreaplicações práticas
� Atividades de colaboração não atraíam osalunos
Discussão
� O LOBO atraiu os alunos, tanto navisualização quanto na implementação
� Alunos acreditam que é mais fácil entenderas heurísticas apresentadas através do LOBO
� A aplicação do LOBO nos algoritmos de melhoramento e metaheurísticas trouxe um novo ânimo aos alunos
Discussão
� Metodologia� Discussão dos resultados foram bastante
promissoras� Utilização das atividades de colaboração se
mostraram cruciais
Conclusões
� Estudantes mais participativos, testando opções tanto na práticacomo na teoria
� Avaliação da prática docente – investigação/ação� Opção pelo acompanhamento das atividades com pontos de
verificação� Aspectos pontuais das aulas
� Praticamente todas as aulas podem ser dadas utilizando o LOBO
� Complexidade de algoritmos: o LOBO fornece o número de passos de cada algoritmo executado
� Definição do PCV: o LOBO fornece uma definição formal (textual) do problema, bem como o mesmo sendo resolvido
� IA e suas inter-relações com a sociedade: é possível pegar dados reais de problemas que os alunos trazem para rodar no LOBO