Characterization of Difficult Bin Packing Problem Instances oriented to Improve Metaheuristic Algorithms

Authors

  • Adriana Mexicano Santoyo Instituto Tecnológico de Cd. Victoria
  • Joaquín Pérez Ortega Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
  • Gerardo Reyes Salgado Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
  • Nelva Nely Almanza Ortega Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico

DOI:

https://doi.org/10.13053/cys-19-2-1546

Keywords:

Characterization, Clustering, Metaheuristics, Bin Packing Problem, Reduction, Knowledge Discovery.

Abstract

This work presents a methodology for characterizing difficult instances of the Bin Packing problem using Data Mining. The objective is that the instance’s characteristics help to provide some ideas for developing new strategies to find optimal solutions by improving the current solution algorithms or develop new ones. According to related work, in general, the instance characterization has been used to make a prediction of the algorithm that best solves an instance, or to improve one by associating the instance characteristics and performance of the algorithm that solves it. However, this work proposes the development of efficient solution algorithms guided by a previous identification of the characteristics that represent a greater impact on the difficulty of the instances. To validate our approach we used a set of 1,615 instances, 6 well-known algorithms of the Bin Packing Problem, and 27 initial metrics. After applying our approach, 5 metrics were found as relevant, this metrics helped to characterize 4 groups containing the instances that could not be solved by any of the algorithms used in this work. Based on the gained knowledge from the instance's characterization, a new reduction method that helps to reduce de search space of a metaheuristic algorithm was proposed. Experimental results show that applying the reduction method is able to find more optimal solutions than those reported in the specialized literature by the best metaheuristics.

Author Biographies

Adriana Mexicano Santoyo, Instituto Tecnológico de Cd. Victoria

Adriana Mexicano Santoyo recibió el grado de Doctora por el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. Actualmente es profesora en el Instuto Tecnológico de Cd. Victoria. Sus intereses de investigación incluyen análisis de algoritmos y optimización combinatoria entre otros.

Joaquín Pérez Ortega, Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Joaquín Pérez Ortega recibió el grado de Doctor por el Tecnológico de Monterrey. Es profesor investigador en el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. Actualmente pertenece al Sistema Nacional de Investigadores (SNI), es miembro Senior del IEEE y autor de más de 100 publicaciones en bases de datos, heurísticas y optimización.

Nelva Nely Almanza Ortega, Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Nelva Nely Almanza Ortega recibió el grado de Maestra por el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. Actualmente estudia el Doctorado en la misma institución. Sus intereses de investigación incluyen Ingeniería de Software, Análisis de Algoritmos y Minería de Datos.

Published

2015-06-01