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Título: Abordagens de otimização para o problema de compras em lote de múltiplos produtos em diferentes comércios eletrônicos
Título(s) alternativo(s): Optimization approaches to the batch purchase problem in many retailers
Autor(es): França, Thiago Alexandre Nakao
Orientador(es): Campiolo, Rodrigo
Palavras-chave: Algorítmos computacionais
Programação linear
Comércio eletrônico
Computer algorithms
Linear programming
Electronic commerce
Data do documento: 12-Mai-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Citação: FRANÇA, Thiago Alexandre Nakao. Abordagens de otimização para o problema de compras em lote de múltiplos produtos em diferentes comércios eletrônicos. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2025.
Resumo: O problema de compras de múltiplos produtos em diversos fornecedores consiste em minimizar o custo de aquisição de um conjunto de produtos disponíveis em diferentes fornecedores. São considerados fatores como custo de frete, disponibilidade do item, preço e quantidade oferecida por cada fornecedor. Trata-se de um problema de otimização combinatória, cujo tempo de execução é exponencial. Na presente pesquisa, os fornecedores são comércios eletrônicos e a resolução do problema ocorre remotamente em servidores. O objetivo foi buscar mecanismos capazes de solucionar o problema de modo a reduzir o custo computacional de resolução quando comparado a abordagens determinísticas, visando avaliar a aplicabilidade das soluções propostas no contexto de aplicações Web. Para lidar com essa complexidade, foram propostas, implementadas e avaliadas quatro abordagens heurísticas de otimização que se aproximam do custo mínimo. Essas abordagens foram comparadas à solução exata do problema, obtida por Programação Linear Inteira, cuja complexidade computacional cresce exponencialmente conforme o aumento do espaço de busca. As abordagens heurísticas investigadas foram: abordagem Gulosa, Redução Gulosa, Divisão e Conquista, e uma variante do Algoritmo Genético. Para avaliar o desempenho dessas abordagens, foram realizados experimentos com pedidos de compra contendo diferentes quantidades de produtos. Foram utilizadas duas bases de dados: a base real, que reflete o contexto de estoque de 177 comércios eletrônicos, e a base sintética, que replica todos os registros da base real e os expande para garantir que todos os fornecedores tenham todos os produtos em estoque. De modo geral, todas as heurísticas obtiveram soluções mais rapidamente que a abordagem exata. A abordagem Gulosa obteve os menores tempos de execução e atingiu soluções próximas da ótima na maioria dos experimentos, embora tenha produzido soluções com preços maiores que as demais abordagens na maioria das vezes. A Redução Gulosa foi a abordagem que produziu a maior quantidade de soluções próximas da ótima. A Divisão e Conquista, na maioria dos casos, obteve preços próximos aos da abordagem Gulosa, menores que os da Redução Gulosa, com tempos de execução maiores que a abordagem Gulosa e menores que a Redução Gulosa. A variante proposta de Algoritmo Genético não se mostrou adequada para solucionar o problema, pois suas soluções produzidas quase nunca atingiram a ótima.
Abstract: The problem of purchasing multiple items from various suppliers involves minimizing the acquisition cost of a set of items available from different suppliers. Factors such as shipping costs, item availability, price, and quantity offered by each supplier are considered. This is a combinatorial optimization problem with exponential execution time. In this research, the suppliers are online retailers, and we consider that the problem must be solved on a Web server. The goal was to find mechanisms capable of solving the problem while reducing the computational cost compared to deterministic approaches, aiming to analyze the applicability of the proposed methods in the context of Web applications. To manage this complexity, four heuristic optimization approaches that approximate the minimum cost were proposed, implemented, and evaluated. These approaches were compared to the exact solution of the problem, obtained through Integer Linear Programming, whose computational complexity grows exponentially with the increase in the search space. The heuristic approaches investigated were: Greedy approach, Greedy Reduction, Divide and Conquer, and Genetic Algorithm. To evaluate the performance of these approaches, experiments were conducted with purchase orders containing different quantities of products. Two datasets were used: the real dataset, which reflects the stock context of 177 e-commerce stores, and the synthetic dataset, which replicates all records from the real dataset and expands them to ensure that all suppliers have all products in stock. The results of the experiments, including convergence times and solution values, were analyzed to compare the investigated approaches. Overall, all heuristics converged to solutions more quickly than the exact approach. The Greedy approach achieved the shortest convergence times, although it produced solutions with higher prices compared to Greedy Reduction and Divide and Conquer. Greedy Reduction presented the lowest prices in most experiments but took longer than the other approaches. Divide and Conquer, in most cases, achieved prices close to those of the Greedy approach, lower than those of Greedy Reduction, with execution times longer than the Greedy approach and shorter than Greedy Reduction. The proposed Genetic Algorithm proved unsuitable for solving the problem, as the majority of its solutions failed to converge toward the optimal result within the time constraints considered.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38727
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