Ciencias de la Computación

En el grupo de modelación, optimización y cómputo paralelo nos centramos en desarrollar métodos computacionales aplicables a la resolución de problemas en ámbitos de ingeniería, física, logística y planificación, entre otros. Somos especialistas en las diferentes metodologías involucradas en este tipo de problemas, incluyendo la modelación de sistemas, generalmente a través de ecuaciones diferenciales, así como los métodos de optimización, incluyendo tanto métodos clásicos como métodos heurísticos.

En la actualidad muchos de los problemas que se modelan y optimizan requieren el uso de grandes cantidades de datos y cómputo, por lo que en muchas ocasiones recurrimos al uso de cómputo paralelo a través de los laboratorios de cómputo de alto rendimiento con los que se cuentan en CIMAT. Somos expertos en el desarrollo de algoritmos paralelos incluyendo sistemas de memoria compartida y distribuida, así como GPU.

Una característica importante de este grupo de investigación en CIMAT es que no nos limitamos a utilizar librerías existentes para el desarrollo de aplicaciones, sino que innovamos en el desarrollo de técnicas para simulación y optimización, lo que lleva en la mayor parte de los casos a desarrollar software propio, prestando especial atención al desarrollo de algoritmos eficientes y efectivos. Por ello también se trabaja en el desarrollo de algoritmos y estructuras de datos que permitan implementar los algoritmos en forma eficiente y que puedan aprovechar el hardware reciente.

En el área de Optimización se realiza investigación tanto en las áreas mono-objetivo como multi-objetivo, utilizando técnicas estocásticas de optimización como los algoritmos evolutivos, los algoritmos meméticos o los de estimación de distribución, entre otros. También se desarrollan técnicas de programación matemática y métodos de gradiente. Se aplican a problemas de diseño y optimización global y restringida que surgen en diversos ámbitos como logística, criptografía o ingeniería civil. A través de la formación de equipos de trabajo con los estudiantes interesados en estos temas, tenemos tradición de participar en concursos de optimización con el fin de validar y mostrar las ventajas de las innovaciones realizadas en esta área. Esto ha dado visibilidad al grupo, consiguiendo diversos premios internacionales.

En el área de Modelación se estudian y desarrollan modelos de solución numérica de ecuaciones diferenciales parciales usando Elemento Finito, Volumen Finito, Diferencias Finitas, y recientemente Cálculo Exterior Discreto (DEC). Estas técnicas son utilizadas para resolver problemas en aplicaciones de ingeniería como en diseño de celdas de combustible, modelado térmico en sólidos, modelado de fluidos en sistemas físicos, diseño de estructuras complejas en ingeniería civil, desarrollo de nuevos materiales, aplicaciones en materiales biológicos y modelado numérico de aguas subterráneas e inundaciones, entre otros.

En cómputo paralelo se trabaja en diferentes tecnologías y paradigmas de paralelización como OpenMP, MPI y CUDA, aplicando estas herramientas a la paralelización de algoritmos de modelación y optimización. Somos especialistas en el uso eficiente de este tipo de hardware, ofreciendo servicios de consultoría y capacitación.

Los miembros de este grupo realizan colaboraciones con diversos grupos de investigación de numerosas instituciones tanto nacionales como internacionales. Algunas de las instituciones con las que se ha colaborado son las siguientes: CIMNE, Universidad de la Laguna y Universidad de Málaga, en España, Universidad de Napier, en Escocia, Universidad de Leipzig, en Alemania, Universidad de Guanajuato, Universidad Autónoma de Zacatecas, Universidad Michoacana San Nicolás de Hidalgo ITESM, CINVESTAV, CentroGeo, CICESE, ITAM, Instituto Tecnológico de Mérida, Universidad Autónoma de Yucatán y CICY, en México. A través de estas colaboraciones se consigue ampliar el conjunto de problemáticas y técnicas con las que se cuenta con experiencia en el equipo, así como desarrollar equipos multidisciplinarios para abordar los problemas.

Investigadoras e Investigadores Titulares

Investigadoras e Investigadores Asociados

Investigadoras e Investigadores por México

Post-Doctorantes

• Líderes actuales en la obtención de los mejores resultados conocidos en diversos problemas de optimización combinatoria: problema de asignación de frecuencias, problemas de particionado de grafos, ordenación lineal o Job-Shop Scheduling, entre otros.

• Ganadores o obtención de primeras posiciones en diversos concursos de optimización y modelación: PACE Challenge 2024, ICPC Huawei Challenge 2023, Wind Farm Layout Optimization Competition, PACE Challenge 2018.

• Co-organización en varios de los congresos más importantes del área, como IEEE Congress On Evolutionary Computation, Genetic and Evolutionary Computation Conference.

• Organizadores por más de 20 años de la Escuela de Modelación y Métodos Numéricos, donde se han presentado aplicaciones en diversas áreas: ecuación de advección-difusión-reacción en problemas hidrológicos; supercómputo y aplicaciones; problemas de gran escala en geofísica y análisis numérico; modelación computacional de sistemas biológicos; modelado para ciencias de materiales y aplicaciones industriales; modelación y simulación computacional de riesgos y desastres naturales.

• Diseño del primer algoritmo de aproximación para dos problemas de optimización combinatoria: el problema del conjunto independiente fuerte, y el problema del cubrimiento de hubs mínimo.

• Avances teóricos, destacando la demostración de que el problema del cubrimiento de hubs mínimo es NP-difícil para gráficas arbitrarias.

• Proyecto IRSES-TCAINMAND otorgado por la Comunidad Económica Europea (2014-2017). Este proyecto ganó el premio de CONAHCYT al proyecto de mayor proyección internacional de los CPI en los 25 años del CONAHCYT. El proyecto Tri Continental Alliance in Numerical Methods applied to Natural Disasters (TCAINMAND) se desarrolló en colaboración entre el CIMNE, Swansea University, Tsinghua University y Cimat. Plantea la cooperación entre regiones de Asia, Latinoamérica y la Comunidad Económica Europea, para mitigar los daños producidos por desastres naturales. Enlaces con información ampliada: http://tcainmand.cimne.com/, http://tcainmand.cimne.com/spacehome/1/0, https://cordis.europa.eu/project/id/612607, https://futur.upc.edu/14900003, https://www.pressreader.com/mexico/milenio/20140403/283085592152545

• Simulación Numérica y Optimización de Celdas de Combustible. Este proyecto se realiza con la participación del Centro GEO y el CICY, que también forman parte del Sistema de Centros Públicos del CONACYT. Este proyecto se inició en el 2020, y ha permitido realizar desarrollos interesantes en el modelado numérico de sistemas de generación de energía renovable, acelerando los rendimientos de producción a un bajo costo. Se ha realizado optimización de materiales utilizados en la manufactura de los sistemas manteniendo un alto grado de eficiencia en su funcionalidad. Se han logrado publicar 6 artículos de revista y 3 de congreso en ese lapso de tiempo.