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Título: Avaliação de Desempenho de Metaheurísticas Usando o Paralelismo do TensorFlow e PyTorch
Título(s) alternativo(s): Performance Evaluation of Metaheuristics Using TensorFlow and PyTorch Parallelism
Autor(es): Rocha, Gustavo Gusmão
Orientador: Cortes, Omar Andrés Carmona
Membro da Banca: Jacob Junior, Antonio Fernando Lavareda
Membro da Banca: Resendo, Leandro Colombi
Data do documento: 2025
Editor: Universidade Estadual do Maranhão
Resumo: A otimização computacional tem se tornado um desafio crítico em engenharia e inteligência artificial, especialmente no contexto da computação paralela, devido à alta complexidade das soluções e à demanda intensiva por recursos computacionais. As metaheurísticas, como Particle Swarm Optimization (OEP), Cuckoo Search (BC), Differential Evolution (ED) e Genetic Algorithms (AG), são abordagens eficazes que combinam busca local e global para explorar grandes espaços de solução. No entanto, a execução dessas técnicas pode ser computacionalmente onerosa, exigindo estratégias eficientes para paralelização. Este trabalho avalia o desempenho de metaheurísticas paralelizadas utilizando TensorFlow e PyTorch em funções de otimização benchmark, analisando métricas como speedup e eficiência entre CPU e GPU. Foram empregadas técnicas como tf.distribute.MirroredStrategy, que replica tensores em múltiplos dispositivos dentro do strategy.scope, e, no PyTorch, a estratégia device = torch.device(’cuda’), permitindo que operações como torch.rand, torch.cat, torch.argsort e torch.where sejam distribuídas eficientemente. Os experimentos demonstram o impacto do paralelismo na busca por soluções globais e locais, destacando o papel das GPUs e arquiteturas paralelas na otimização computacional. A análise técnica fornece subsídios para a escolha das tecnologias mais adequadas em aplicações críticas, onde o uso de paralelismo é justificado pela necessidade de resolver problemas de alta dimensionalidade e complexidade
Resumo: Computational optimization has become a critical challenge in engineering and artificial intelligence, especially in parallel computing, due to the high complexity of solutions and the intensive demand for computational resources. Metaheuristics, such as Particle Swarm Optimization (PSO), Cuckoo Search (CS), Differential Evolution (DE), and Genetic Algorithms (GA), are effective approaches that combine local and global search to explore large solution spaces. However, executing these techniques can be computationally expensive, requiring efficient parallelization strategies. This study evaluates the performance of parallelized metaheuristics using TensorFlow and PyTorch on benchmark optimization functions, analyzing metrics such as speedup and efficiency between the CPU and GPU. Techniques such as tf.distribute.MirroredStrategy, which replicates tensors across multiple devices within the strategy.scope, and, in PyTorch, the device = torch.device(’cuda’) strategy, allowing operations like torch.rand, torch.cat, torch.argsort, and torch.where to be efficiently distributed, were employed. The experiments demonstrate the impact of parallelism on the search for global and local solutions, highlighting the role of GPUs and parallel architectures in computational optimization. This technical analysis provides insight into the selection of the most suitable technologies for critical applications where parallelism is justified by the need to solve complex and high-dimensional problems
Palavras-chave: Processamento Paralelo
Metaheurísticas
GPUs
Otimização
Parallel Processing
Metaheuristics
Optimization
Aparece nas coleções:Mestrado Profissional em Engenharia de Computação e Sistemas - CCT - Dissertações

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