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Resultados de la b煤squeda By Etiquetas: simulated-annealing


Optimizaci贸n de estructuras de hormig贸n mediante Simulated Annealing

Logo OptimizacionA continuaci贸n os dejo un cap铆tulo de un libro de Simulated Annealing, escrito en abierto para su libre difusi贸n, donde explicamos varias aplicaciones del algoritmo de Cristalizaci贸n Simulada aplicada a estructuras de hormig贸n armado. En particular: muros m茅nsula, p贸rticos de carreteras, marcos de carreteras y p贸rticos de edificaci贸n. Su referencia es:

GONZ脕LEZ-VIDOSA-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCAL脕, J.; CARRERA, M.; PEREA, C.; PAY脕-ZAFORTEZA, I. (2008) Optimization of Reinforced Concrete Structures by Simulated Annealing. TAN, C.M. (ed): Simulated Annealing. I-Tech Education and Publishing, Vienna, pp. 307-320. (link)

10 noviembre, 2017
 
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驴Qu茅 es la optimizaci贸n por cristalizaci贸n simulada?

La cristalizaci贸n simulada (tambi茅n llamado recocido simulado)聽 鈥Simulated Annealing, SA鈥 constituye una de las estrategias a las que se recurre en la resoluci贸n de los problemas de optimizaci贸n combinatoria. Kirkpatrick, Gelatt y Vecchi la propusieron por primera vez en 1983 y Cerny en 1985 de forma independiente. Estos autores se inspiraron en los trabajos sobre Mec谩nica Estad铆stica de Metr贸polis et al. (1953). La metaheur铆stica despliega una estructura que se inserta c贸modamente en la programaci贸n, mostrando adem谩s una considerable habilidad para escapar de los 贸ptimos locales. Fue una t茅cnica que experiment贸 un auge considerable en la d茅cada de los 80 para resolver los modelos matem谩ticos de optimizaci贸n.

La energ铆a de un sistema termodin谩mico se compara con la funci贸n de coste evaluada para una soluci贸n admisible de un problema de optimizaci贸n combinatoria. En ambos casos se trata de evolucionar de un estado a otro de menor energ铆a o coste. El acceso de un estado metaestable a otro se alcanza introduciendo 鈥渞uido鈥 con un par谩metro de control al que se denomina temperatura. Su reducci贸n adecuada permite, con una elevada probabilidad, que un sistema termodin谩mico adquiera un m铆nimo global de energ铆a. Conceptualmente es un algoritmo de b煤squeda por entornos, que selecciona candidatos de forma aleatoria. La alternativa se aprueba si perfecciona la soluci贸n actual (D menor o igual que cero); en caso contrario, ser谩 aceptada con una probabilidad聽 (e(-D/T) si D>0, donde T es el par谩metro temperatura) decreciente con el aumento de la diferencia entre los costes de la soluci贸n candidata y la actual. El proceso se repite cuando la propuesta no es admitida. La selecci贸n aleatoria de soluciones degradadas permite eludir los m铆nimos locales. La cristalizaci贸n simulada聽se codifica f谩cilmente, incluso en problemas complejos y con funciones objetivo arbitrarias. Adem谩s, con independencia de la soluci贸n inicial, el algoritmo converge estad铆sticamente a la soluci贸n 贸ptima (Lundy y Mees, 1986). En cualquier caso, SA proporciona generalmente soluciones valiosas, aunque no informa si ha llegado al 贸ptimo absoluto. Por contra, al ser un procedimiento general, en ocasiones no resulta competitivo, aunque s铆 comparable, ante otros espec铆ficos que aprovechan informaci贸n adicional del problema. El algoritmo es lento, especialmente si la funci贸n objetivo es costosa en su tiempo de computaci贸n. Adem谩s, la cristalizaci贸n simulada聽pierde terreno frente a otros m茅todos m谩s simples y r谩pidos como el descenso local cuando el espacio de las soluciones es poco abrupto o escasean los m铆nimos locales.

Os dejo un v铆deo explicativo:聽https://www.youtube.com/watch?v=wtw_B_3lrjE

Referencias

CERNY, V. (1985). Thermodynamical approach to the traveling salesman problem: an efficient simulated algorithm. Journal of Optimization Theory and Applications, 45: 41-51.

KIRKPATRICHK, S.; GELATT, C.D.; VECCHI, M.P. (1983). Optimization by simulated annealing. Science, 220(4598): 671-680.

LUNDY, M.; MEES, A. (1986). Convergence of an Annealing Algorithm. Mathematical programming, 34:111-124.

METROPOLIS, N.; ROSENBLUTH, A.W.; ROSENBLUTH, M.N.; TELLER, A.H.; TELER, E. (1953). Equation of State Calculation by Fast Computing Machines. Journal of Chemical Physics, 21:1087-1092.

GONZ脕LEZ-VIDOSA-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCAL脕, J.; CARRERA, M.; PEREA, C.; PAY脕-ZAFORTEZA, I. (2008)聽Optimization of Reinforced Concrete Structures by Simulated Annealing. TAN, C.M. (ed):聽Simulated Annealing. I-Tech Education and Publishing, Vienna, pp. 307-320.聽(link)

Dise帽o heur铆stico de puentes de hormig贸n pretensado como ejemplo de docencia de posgrado

Este art铆culo describe la impartici贸n de un curso de posgrado en el dise帽o automatizado y optimizaci贸n econ贸mica de estructuras de hormig贸n. El contenido forma parte de un M谩ster en Ingenier铆a de Hormig贸n que comenz贸 en octubre de 2007. El curso aplica los algoritmos heur铆sticos al dise帽o pr谩ctico de estructuras reales de hormig贸n, tales como muros, p贸rticos y marcos de pasos inferiores de carreteras, p贸rticos de edificaci贸n, b贸vedas, pilas, estribos y tableros de puentes. Se presentan como casos pr谩cticos dos tableros de puente de hormig贸n pretensado usados en la obra p煤blica de construcci贸n de carreteras. En primer lugar, se aplica SA a un tablero de un puente peatonal de viga artesa de hormig贸n prefabricado. El聽 segundo ejemplo aplica TA a un tablero de losa continua de hormig贸n postesado. Los casos estudiados indican que la optimizaci贸n heur铆stica es una buena opci贸n para dise帽ar聽聽 estructuras de hormig贸n pretensado reduciendo los costes.

18 julio, 2014
 
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Influencia del empleo de vigas planas en edificaci贸n

驴Resulta razonable el uso masivo de las vigas planas en las estructuras de edificaci贸n? Si lo que se pretende es no condicionar el compartimentado interior en una vivienda, esta soluci贸n puede ser acertada. Pero en un art铆culo que publicamos en la revista Hormig贸n y Acero en el a帽o 2008, quisimos comprobar c贸mo afectaba al coste este tipo de estructuras. El art铆culo completo se puede descargar en abierto en la siguiente direcci贸n:聽http://e-ache.com/modules/hormigonyacero/hormigonyacero.php?revista=1541.

Creo que algunas de las conclusiones a las que llegamos son realmente interesantes, como el incremento m谩s que significativo de coste de este tipo de estructuras respecto a las vigas descolgadas.

PAY脕, I.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V. (2008).聽Influencia del empleo de vigas planas聽y del tipo de hormig贸n en el dise帽o 贸ptimo de p贸rticos de edificaci贸n.Hormig贸n y Acero, 248(59):43-52.

RESUMEN

Este art铆culo utiliza la cristalizaci贸n simulada para el dise帽o de p贸rticos de edificaci贸n de hormig贸n armado optimizados econ贸micamente. Se analiza la influencia del uso de hormigones de distinta resistencia caracter铆stica a compresi贸n, del empleo de vigas planas o descolgadas y de la agrupaci贸n de variables para simplificar la ejecuci贸n de la estructura. Para ello, se optimizan p贸rticos de 2 vanos de 5 m de luz y de 8 plantas con una altura por planta de 3 m. El n煤mero de variables de dise帽o de estos problemas var铆a entre 101 y 153. El trabajo concluye que el empleo de un solo tipo de hormig贸n HA-25 para toda la estructura incrementa su coste 煤nicamente un 3.02%. Si adem谩s se agrupan variables, para facilitar la constructibilidad, existe un incremento adicional del 0.52%, lo cual es poco significativo. Sin embargo, el empleo de vigas planas encarece el coste en un 41.69% respecto al caso de vigas descolgadas, cuando el hormig贸n empleado es HA-25.

SUMMARY

This paper uses the Simulated Annealing algorithm for the design of economically optimized reinforced concrete frames commonly used in building construction. The influence of the following factors is analyzed: a) the concrete compressive strength, b) the beams depth (same as the one of the floor slabs or higher) and c) the grouping of some of the design variables. The structures studied are two bays and eight floors frames, being the span length of 5 m. and the columns height of 3 m. The number of design variables of these problems varies between 101 and 153. Results show that the use of a single concrete grade (25 MPa) in the structure increases its cost only by 3.02%. If, besides some variables are grouped in order to increase the frame constructability, the optimized structure is only 0.52% more expensive. However, if, additionally, beams of the same depth as the floor slabs are used, the cost of the optimized structure increases by 41.69%.

Descargar (PDF, 175KB)

 

18 junio, 2014
 
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Universidad Politécnica de Valencia