Resumo: Nesta dissertação, apresentamos a primeira abordagem algorítmica e os primeiros resultados experimentais da literatura para tratamento do Problema Cromático Discreto da Galeria de Arte (DCAGP). Trata-se de um problema de natureza geométrica que consiste de uma variante do clássico Problema da Galeria de Arte. Neste, deseja-se encontrar um conjunto de guardas com cardinalidade mínima que consiga vigiar toda uma dada galeria. Já no DCAGP temos por objetivo obter um conjunto de observadores que cubra a galeria e que admita uma coloração válida com o menor número de cores. Uma coloração é válida se dois observadores que veem um mesmo ponto recebem cores distintas. Abordamos a resolução deste problema através de duas abordagens: uma exata e uma heurística. Inicialmente, apresentamos uma heurística primal que fornece limitantes superiores de boa qualidade e, em seguida, um modelo de programação linear inteira para resolução exata do DCAGP. Este método foi capaz de resolver todas as instâncias de um extenso conjunto de galerias, representadas por polígonos simples aleatoriamente gerados, de até 2500 vértices, em menos de um minuto. Já num outro conjunto de instâncias onde a representação inclui polígonos com buracos e polígonos fractais de von Koch com até 800 vértices, o método encontrou soluções comprovadamente ótimas para 80% das instâncias em menos de 30 minutos. No contexto dessas soluções, discutimos o uso de lazy-constraints e de técnicas de fortalecimento do modelo, assim como uma breve análise da dificuldade das instâncias. Reportamos ainda resultados da utilização de relaxação Lagrangiana, para obtenção de bons limitantes, principalmente superiores, e também resultados obtidos por meio de uma variação da técnica relax-and-fix. Finalmente, discutimos um processo de branch-and-price para resolução exata do DCAGP Ver menos

Abstract: In this dissertation, we present the first algorithmic approach and the first experimental results in the literature for solving the Discrete Chromatic Art Gallery Problem (DCAGP). This problem is geometric in nature and consists of a variation of the classic Art Gallery Problem. In the latter, we want to find a minimum cardinality guard set that is able to watch over a given gallery. On the other hand, in the DCAGP, the objective is to find a set of watchers that covers the gallery and admits a valid coloring with a minimum number of colors. A coloring is valid if two watchers that observe a same point are assigned different colors. To solve this problem we apply two approaches: an exact and a heuristic one. Firstly, we present a primal heuristic able to provide good quality upper bounds, and subsequently an integer programming model that yields exact solutions for the DCAGP. This method was able to solve all instances from an extensive set of galleries, represented by randomly generated simple polygons, of up to 2500 vertices, in less than one minute. On another set of instances, where the representation includes polygons with holes and fractal von Koch polygons, with up to 800 vertices, this method found proven optimal solutions for 80% of the instances in less than 30 minutes. In the context of these solutions, we discuss the use of lazy constraints and techniques for strengthening the model, besides a brief analysis of the hardness of the instances. Moreover, we report on results obtained through a Lagrangian relaxation, mainly as a means to obtain good upper bounds, as well as from a variation of the relax-and-fix technique. Lastly, we discuss a branch-and-price process for solving the DCAGP to exactness Ver menos