Formula¸c˜ao de Picard e Queyranne Modificada

O Problema do Caixeiro Viajante com Dependências Temporais é uma variante do PCV onde se considera que o custo de cada arco depende da sua posi¸cão no circuito. Em 1978, Picard e Queyranne introduziram uma formula¸cão natural para o problema na qual um conjunto de variáveis binárias, zh

ij, ´e usado para indicar se o arco (i, j) est´a

na posi¸cão h do circuito, para (i, j) ∈ A e h = 1, .., n. Temos, assim, definida uma variável por par arco–posi¸cão admiss´ıvel. Esta circunstância faz com que seja poss´ı- vel usar este conjunto de variáveis para modelar a restri¸cão ao comprimento da rota do PRVC-PU de forma impl´ıcita, através de uma escolha criteriosa do conjunto das posi¸cões que associamos a cada arco. Nesta seçcão, propomos uma formula¸cão desen- volvida com base nestas ideias que mostraremos dominar a formula¸cão F F Agregado+

mas não ter rela¸cão de dominância nem com F F Desagregado nem com F Corte.

1 2 3 4 5 6 7 1o 2 4 4 4 5 5 5 6 6 6 3 3 3 2 2 7 7 7

Nível: Nível 1 Nível 2 Nível 3

Figura 3.1: Uma solu¸c˜ao do PRVC-PU para n = 7 e Q = 3 e a correspondente representa¸c˜ao num grafo expandido

é poss´ıvel associar uma posi¸cão a cada um dos vértices representados, se se estabele- cerem algumas conven¸cões.

Consideremos, por exemplo, o depósito: o vértice 1 desempenha um papel duplo na rota, sendo simultaneamente vértice origem e vértice terminal. Para ultrapassar esta duplicidade, consideramos, no que se segue, duas cópias do vértice 1: 1o_{, vértice}

que associamos à ”fun¸cão”origem do vértice 1 e ao qual atribu´ımos a posi¸cão 0 e 1d_,

vértice que associamos à ”fun¸cão”destino do mesmo vértice e ao qual atribu´ımos a posi¸cão 4.

Da mesma forma, atribuir posi¸cões aos vértices em rotas incompletas requer algum cuidado (ordenar os vértices associados aos clientes numa rota completa é trivial). De facto, podemos optar por seguir a ordem de sa´ıda do depósito (realizando uma contagem crescente a partir de 1o_{, ou seja, a partir da posi¸cão 0) ou a ordem de}

chegada ao dep´osito (realizando uma contagem decrescente a partir de 1d_{, ou seja, a}

partir da posi¸cão 4). As duas regras têm vantagens e inconvenientes: se a primeira é mais intuitiva, a segunda permite relacionar a posi¸cão de um vértice com o número de clientes que se lhe seguem na rota.

No nosso trabalho seguimos a segunda regra. Assim, de acordo com a regra adop- tada, dizemos que os vértices 2, 5 e 7 estão na terceira posi¸cão, que os vértices 4 e 6 estão na segunda e que o vértice 3 está na primeira. No caso geral, dizemos que um vértice é visitado na hésima posi¸cão de uma determinada rota se se lhe seguem outros Q − h clientes na mesma rota.

Estender o conceito de posi¸cão ao conjunto dos arcos levanta o mesmo tipo de questões. Seguindo a linha da conven¸cão anterior estabelecemos, então, que um arco na posi¸cão h é um arco que incide num vértice visitado na hésima posi¸cão, para h = 1, . . . , Q + 1.

Este conjunto de observa¸cões permite entender representa¸cão sobre o grafo expandido da solu¸cão do PRVC-PU apresentada na Figura 3.1 e, transpondo-as para o caso geral, concluir que é poss´ıvel representar uma solu¸cão do PRVC-PU num grafo expandido, GE = (VE, AE), constru´ıdo por n´ıveis, tantos quantas as posi¸cões que

cada vértice j ∈ V pode ocupar numa rota admiss´ıvel. Em cada n´ıvel, colocamos réplicas dos referidos vértices distribu´ıdas de acordo com as posi¸cões que aqueles po- dem ocupar na rota. Resumindo, teremos 1o _{no n´ıvel 0, 1}d _{no n´ıvel Q + 1 e réplicas}

dos vértices associados aos clientes nos n´ıveis 1, . . . , Q. De cada uma dessas réplicas parte um conjunto de arcos destinados às réplicas colocadas no n´ıvel seguinte, não sendo admitidos arcos entre réplicas do mesmo vértice. Para poder representar rotas incompletas inclu´ımos, também, arcos de 1o _{para cada uma das réplicas dos vértices}

associados aos clientes.

Num grafo com estas caracter´ısticas uma rota admiss´ıvel em G pode ser represen- tada como um caminho 1o_{− 1}d _{em G}

E. Por outro lado, verificamos que um caminho

1o_{− 1}d _{em G}

E corresponde a um circuito, n˜ao necessariamente elementar, que visita

o dep´osito e que usa, no m´aximo, Q + 1 arcos no grafo original, ou seja, um caminho 1o_{− 1}d _{em G}

E corresponde a uma rota de comprimento n˜ao superior a Q em G. En-

tão, associando variáveis binárias aos arcos de GE e escrevendo as restri¸cões usuais de

da rota no grafo original. De seguida, apresentamos a referida formula¸cão já re-escrita para o grafo original, uma vez que a transposi¸cão de GE para G é trivial (a cada um

dos arcos de GE corresponde um e um s´o par arco-posi¸c˜ao em G, pelo que o mesmo

conjunto de vari´aveis pode ser interpretado quer em termos dos objectos de GE quer

em termos dos objectos de G).

Consideremos, então, variáveis binárias zh

ij definidas para (i, j) ∈ A e h ∈ H(i,j),

onde H(i,j) denota o conjunto das poss´ıveis posi¸c˜oes do arco (i, j), com H(1,j) =

{1 . . . , Q}, H(j,1) = {Q + 1} e H(i,j)= {2, . . . , Q}, para (i, j) ∈ A, i, j 6= 1.

Usando aquele conjunto de vari´aveis podemos modelar (2.4) como se segue: X i∈V z_ijh = X i∈V0 z_jih+1 j ∈ V0, 1 ≤ h ≤ Q − 1 (3.1) X i∈V z_ijQ= z_j1Q+1 j ∈ V0 (3.2) X h∈H(i,j) zh_ij = xij (i, j) ∈ A (3.3) z_ijh ∈ {0, 1} (i, j) ∈ A, h ∈ H_(i,j) (3.4)

As restri¸c˜oes (3.1) e (3.2) indicam que a um v´ertice j ∈ V0 _{chega um arco na po-}

si¸cão h se e só se de j parte um arco na posi¸cão h + 1. As restri¸cões (3.3) relacionam as variáveis zh

ij com as variáveis topológicas, xij, garantindo que os arcos usados estão

na solu¸cão e, finalmente, as restri¸cões (3.4) definem as variáveis zh ij.

Como já foi observado, o sistema (3.1), (3.2) e (3.4) garante a restri¸cão ao com- primento da rota mas não é suficiente para garantir a sua admissibilidade, i.e. aquele conjunto de restri¸cões garante um circuito com in´ıcio e fim no vértice 1, com, no máximo, Q + 1 arcos, mas não garante que esse circuito seja elementar. Essa situa- ¸cão é resolvida na presen¸ca das restri¸cões de liga¸cão entre as variáveis zh

ij e xij e das

(2.4) de F Esquema pelo sistema (3.1) – (3.4) é uma formula¸cão válida para o PRVC- PU. Designamos por Formula¸cão de Picard e Queyranne Modificada (F P QM ) essa formula¸cão:

F PQM : min{ X

(i,j)∈A

cijxij : (2.2), (2.3), (3.1), (3.2), (3.3), (3.4), (2.5)}

A formula¸cão F P QM é uma formula¸cão compacta com O(Qn2_{) variáveis e O(n}2₎

restri¸c˜oes.

As restri¸cões (3.3) permitem eliminar as variáveis xij da formula¸cão e obter um

modelo escrito apenas nas vari´aveis zh

ij. No entanto, a presen¸ca das vari´aveis xij faci-

lita a compara¸cão de F P QM com outras formula¸cões, pelo que usamos a formula¸cão como a introduzimos.

No documento Modelos envolvendo variáveis com dependências temporais para problemas de roteamento (páginas 68-72)