Tillämpningar av dekomposition: Flervaruflödesproblemet. Flervaruflödesproblemet: Lagrangeheuristik

Relevanta dokument
Billigaste väg: Matematisk modell i vektor/matrisform. Billigaste väg: Matematisk modell i vektor/matrisform

TNK049 Optimeringslära

z = min 3x 1 2x 2 + y Fixera y, vilket ger subproblemet

Lösningar/svar. Uppgift 1. Tekniska Högskolan i Linköping Optimering av realistiska sammansatta system. Optimeringslära Kaj Holmberg

TAOP61 Optimering av realistiska sammansatta system. Speciellt med denna kurs. Uppdateringar. Kursplan

Optimeringslära Kaj Holmberg. Lösningar/svar. Iteration 2: x 2 s

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM. Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

TNK049 Optimeringslära

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Optimeringslära Kaj Holmberg

Tekniska Högskolan i Linköping Optimering av realistiska sammansatta system. Optimeringslära Kaj Holmberg.

Olinjär optimering med bivillkor: KKT min f (x) då g i (x) 0 för alla i

Optimeringslära Kaj Holmberg

Flöde i nätverk. Flöde i nätverk. Specialfall av minkostnadsflödesproblemet

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Speciell användning av heltalsvariabler. Heltalsprogrammering. Antingen-eller-villkor: Exempel. Speciell användning av heltalsvariabler

Flöde i nätverk. Flöde i nätverk. Specialfall av minkostnadsflödesproblemet. Specialfall av minkostnadsflödesproblemet. Slutsats.

Stelkroppsdynamik i tre dimensioner Ulf Torkelsson. 1 Tröghetsmoment, rörelsemängdsmoment och kinetisk energi

Flöde i nätverk. Flöde i nätverk. Specialfall av minkostnadsflödesproblemet

Optimeringslära Kaj Holmberg

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM. Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

Lektion 8 Specialfall, del I (SFI) Rev HL

Centrala Gränsvärdessatsen:

ANN fk. Örjan Ekeberg. Strukturell Riskminimering. Kernels. Konsten att undvika att räkna högdimensionellt. Kernels

LP-problem. Vårt första exempel. Baslösningar representerar extrempunkter. Baslösningar representerar extrempunkter

Optimeringslära Kaj Holmberg

Optimeringslära Kaj Holmberg

Faradays lag. ger. Låt oss nu bestämma den magnetiska energin för N st kopplade kretsar. Arbetet som kretsarnas batterier utför är

Vårt första exempel. LP-dualitet: Exempel. LP-dualitet: Generellt. LP-dualitet: Relationer

Eulercykel. Kinesiska brevbärarproblemet. Kinesiska brevbärarproblemet: Metod. Kinesiska brevbärarproblemet: Modell. Definition. Definition.

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

När vi räknade ut regressionsekvationen sa vi att denna beskriver förhållandet mellan flera variabler. Man försöker hitta det bästa möjliga sättet

LP-dualitet: Exempel. Vårt första exempel. LP-dualitet: Relationer. LP-dualitet: Generellt

Optimeringslära Kaj Holmberg

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

min c 1 x 1 + c 2 x 2 då x 1 + x 2 = 1, x 1 {0, 1}, x 2 {0, 1} plus andra bivillkor. Vi måste göra k st av n alternativ:

Föreläsning 9. Specialfall inom produk1onsplanering: Cyklisk planering, kopplade lager

Lösningar till 5B1762 Optimeringslära för T, 24/5-07

Mycket i kapitel 18 är r detsamma som i kapitel 6. Mer analys av policy

min c 1 x 1 + c 2 x 2 då x 1 + x 2 = 1, x 1 {0, 1}, x 2 {0, 1} plus andra bivillkor. Vi måste göra k st av n alternativ:

FK2002,FK2004. Föreläsning 5

Test av anpassning, homogenitet och oberoende med χ 2 - metod

Performansanalys LHS/Tvåspråkighet och andraspråksinlärning Madeleine Midenstrand

Optimering i samband med produktionsplanering av, och materialförsörjning vid, underhåll av flygmotorer

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Lösningar modul 3 - Lokala nätverk

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Sammanfattning, Dag 1

Blixtkurs i komplex integration

Experimentella metoder 2014, Räkneövning 5

En undersökning av minneskapaciteten i ett glest kopplat Bayesiskt nätverk

Bras-Spisen, ett bra val till din öppna spis!

Tentamen i mekanik TFYA16

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

TAOP61/TEN 1 OPTIMERING AV REALISTISKA SAMMANSATTA SYSTEM

Flode. I figuren har vi också lagt in en rät linje som någorlunda väl bör spegla den nedåtgående tendensen i medelhastighet för ökande flöden.

Stela kroppars rörelse i ett plan Ulf Torkelsson

Jämviktsvillkor för en kropp

Tentamen i Dataanalys och statistik för I den 5 jan 2016

odeller och storlekarw

Balansering av vindkraft och vattenkraft i norra Sverige. Elforsk rapport 09:88

Del A Begrepp och grundläggande förståelse.

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

TSTE20 Elektronik 01/24/ :24. Dagens föreläsning. Praktiska saker. Repetition, storheter. Repetition kretselement och samband Tvåpolssatsen

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, HT 2008) Föreläsning 6. Regression & Korrelation. (LLL Kap 13-14) Inledning till Regressionsanalys

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2007

Beräkna standardavvikelser för efterfrågevariationer

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

Beställningsintervall i periodbeställningssystem

TAOP33/TEN 2 KOMBINATORISK OPTIMERING GRUNDKURS

Förberedelse INSTALLATION INFORMATION

Mätfelsbehandling. Lars Engström

Stresstest för försäkrings- och driftskostnadsrisker inom skadeförsäkring

Tentamen TMA946/MAN280 tillämpad optimeringslära

Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

6.2 Transitionselement

Kaj Holmberg (LiU) Grön optimering 12 oktober / 22

2 Jämvikt. snitt. R f. R n. Yttre krafter. Inre krafter. F =mg. F =mg

FÖRDJUPNINGS-PM. Nr Kommunalt finansierad sysselsättning och arbetade timmar i privat sektor. Av Jenny von Greiff

Lösningar till SF1861 Optimeringslära, 28 maj 2012

5.4 Feluppskattning vid lösning av ekvationssystem.

Stresstest för försäkrings- och driftskostnadsrisker inom skadeförsäkring

Numeriska metoder för ODE: Teori

TAOP86/TEN 1 KOMBINATORISK OPTIMERING MED

Förstärkare Ingångsresistans Utgångsresistans Spänningsförstärkare, v v Transadmittansförstärkare, i v Transimpedansförstärkare, v i

TAOP88/TEN 1 OPTIMERING FÖR INGENJÖRER

TNSL05 Optimering, Modellering och Planering. Föreläsning 10

Dynamisk programmering. Dynamisk programmering. Dynamisk programmering. Dynamisk programmering

Komplettering: 9 poäng på tentamen ger rätt till komplettering (betyg Fx).

TAOP88/TEN 1 OPTIMERING FÖR INGENJÖRER

TENTAMEN. Tentamensinstruktioner. Datum: 30 augusti 2018 Tid: 8-12

TAOP88/TEN 1 OPTIMERING FÖR INGENJÖRER

Lektion 9. Teori. Bilinjär transformation. Byggblock Integratorer. Parasitkapacitanser. SC-filter Leapfrogfilter. LDI-transformation ----

TAOP33/TEN 2 KOMBINATORISK OPTIMERING GRUNDKURS

Specialfall inom produktionsplanering: Avslutning Planerings- Le 8-9: Specialfall (produktval, kopplade lager, cyklisk planering, mm) system

Utbildningsavkastning i Sverige

TMA226 datorlaboration

Motion nu satsar vi på landsbygden

Förberedelse INSTALLATION INFORMATION

GRÄNSBETECKNINGAR _ ALLMÄN PLATS KVARTERSMARK :B,H ' =-'.=.' ~ 1-~.1-._. - J. K Ll_ ,0 Föreskriven höjd över nollplanet.

Transkript:

Tllämpnngar av dekomposton: Flervaruflödesproblemet v = mn j: x k c k x k xj k = r k för alla N, k C (1) x k b för alla (, j) A (2) j:(j,) A x k 0 för alla (, j) A, k (3) Struktur: Om man relaxerar kapactetsbvllkoren (2), faller subproblemet sär ett vanlgt mnkostnadsflödesproblem för varje vara. Flervaruflödesproblemet: Lagrangeheurstk En Lagrangeheurstk använder en Lagrangerelaxaton som subproblem, och löser Lagrangedualen med subgradentoptmerng, kombnerat med en prmal heurstk som ger prmalt tllåtna lösnngar. Relaxera kapactetsbvllkoren (2), med multplkatorerna, u. Låt X k = {x k : x k xj k = r k för alla N, x 0}. j: j:(j,) A Subproblemet blr ϕ(ū) = g k (ū) ū b där, för alla k C, g k (ū) = mn c k x k x k X k (DS) och c k = c k + ū. DS är ett lnjärt mnkostnadsflödesproblem för varje vara. Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 1 / 18 Flervaruflödesproblemet: Lagrangeheurstk Lagrangedualen kan lösas med subgradentoptmerng. Multplkatorerna, ū, uppdateras med en subgradent som fås som ξ = x k b för alla, j där x är lösnngen tll Lagrangerelaxatonen, DS. I teraton l, sätts ū (l+1) = (ū (l) + t (l) ξ (l) ) +, där t (l) = λ l ˆv ϕ(ū (l) ) ξ (l) 2, 0 < λ l < 2 och ˆv v. Lösnngen tll DS är oftast nte tllåten. Använd en prmal heurstk för htta tllåtna lösnngar. Detta ger övre gränser, ˆv v, som kan användas steglängsformeln. Prmal heurstk: Börja med lösnngen tll DS och omdrgera flödet bågar där det totala flödet överskrder kapacteten. Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 2 / 18 Flervaruflödesproblemet: Dantzg-Wolfedekomposton Dantzg-Wolfedekomposton: Samma subproblem. Masterproblemet: v DM = mn λ l ( l P c k x k(l) ) λ l ( x k(l) ) b för alla (, j) A (1) l P λ l = 1 (2) l P λ l 0 för alla l P (3) där x (l) är lösnngen tll subproblemet teraton l. DM ger en övre gräns på v och ū tll DS. DS ger en undre gräns på v och en ny lösnng x (l) tll DM. Efter ett ändlgt antal teratoner fås exakt optmum av x k = λ l x k(l) för alla (, j) A, för alla k C. l P (DM) Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 3 / 18 Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 4 / 18

Bendersdekomposton: Subproblemet fås genom fxerng av y-varablerna, vlket ger ett vanlgt lnjärt mnkostnadsflödesproblem. ψ(ȳ) = mn c x + f ȳ (PS) j: x j:(j,) A x j = b k för alla N x u ȳ för alla (, j) A x 0 för alla (, j) A x = 0 om ȳ = 0, så problemet kan lösas det mndre nätverket Ā = {(, j) A : ȳ = 1}. ψ(ȳ) = mn c x + (,j) Ā j:(,j) Ā x (,j) Ā j:(j,) Ā f x j = b för alla N 0 x u för alla (, j) Ā LP-dualen tll PS blr ψ(ȳ) = max b α u ȳ β + f ȳ då α + α j β c (, j) A β 0 (, j) A (DPS) När man löser PS fås nodprser (α) samt reducerade kostnader, ĉ = c + α α j. De duala bvllkoren blr då β ĉ. V har även bvllkoren β 0, och v vll mnmera β. V kan skrva bvllkoren på β som β max(0, ĉ ). Värdet på β fås alltså som: β = 0 om ĉ 0, och β = ĉ om ĉ < 0. Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 5 / 18 Benders masterproblem: v PM = mn q + f y q b α (l) 0 b α (l) y {0, 1} för alla (, j) A u β (l) y för alla l P u β (l) y för alla l R PS ger övre gränser på v och duala lösnngar, α (l) och β (l) (eller obegränsade duala lösnngar α (l) och β (l) ), för PM, och PM ger undre gränser på v och ett nytt ȳ för PS. Konvergensen är exakt och ändlg. Tllåtenhetssntten ska se tll att det nstalleras tllräcklgt med kapactet för att efterfrågat flöde ska komma fram. Ibland fnns det en tllåten lösnng med redan exsterande bågar (med f = 0), och då behövs nte tllåtenhetssntten. (PM) Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 7 / 18 Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 6 / 18 För bågar med f = 0 kan man redan förväg fxera y = 1. Låt A 0 = {(, j) : f = 0} och A 1 = A \ A 0 (A 0 är bågarna med fast kostnad noll och A 1 bågarna med postv fast kostnad), och fxera y = 1 för alla (, j) A 0. Benderssntten kan då skrvas som q C0 l + ū β (l) u β (l) y 1 1 där C0 l = b α (l) ū β (l) och ū är den kapactet man använt när man löste subproblemet som gav α (l) och β (l) (vanlgtvs är ū = u ȳ ). Man kan drekt beräkna konstanten C0 l när man har löser subproblemet, och behöver nte spara de många β (l) för (, j) A 0, utan bara de få β (l) för (, j) A 1. (Vneopt kan göra detta.) Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 8 / 18

Anläggnnglokalserng v = mn n c x + f y x = 1 för alla j (1) n d j x s y för alla (2) x y för alla, j (3) 0 x j 1 för alla, j (4) y {0, 1} för alla (5) En starkare formulerng erhålles genom att addera följande bvllkor. s y D TOT (6) där D TOT = j d j. (CFLP) Först utan (6): Lagrangerelaxaton: Lagrangerelaxera bvllkor 1, dvs. efterfrågevllkoren. n n ϕ(u) = mn c x + f y + u j (1 då n d j x s y för alla x y för alla, j 0 x 1 för alla, j y {0, 1} för alla x ) Obs: nga bvllkor bnder hop. DS separerar ett problem per. Lös DS genom att lösa problemet x, med y tllfällgt fxerad, och sedan lösa det resulterande problemet endast y. (DS) Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 9 / 18 Om y = 1, fås följande kontnuerlga kappsäcksproblem. mn n (c u j )x n d j x s, 0 x 1 för alla j Om k = arg mn j (c u j )/d j, så fås lösnngen x k = s y /d k och x = 0 för alla j k. Sätt n detta DS. Kvar blr bara ϕ(ū) = C + mn ˆf y då y {0, 1} för alla där ˆf = f + (c k u k )s /d k och C = n ūj. Trvalt att lösa: Sätt y = 1 om ˆf 0. Sätt y = 0 om ˆf > 0. V får då ϕ(ū) = C + mn(ˆf, 0). Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 11 / 18 Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 10 / 18 Med (6): Lagrangerelaxaton: n ϕ(u) = mn c x + då f y + n u j (1 n d j x s y för alla x y för alla, j s y D TOT 0 x 1 för alla, j y {0, 1} för alla x ) Använd samma metod: Fxera y tllfällgt, lös x, sätt n, lös sedan y. (DS) Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 12 / 18

Som förut: Om y = 1: n mn (c u j )x n d j x s, 0 x 1 för alla j Om k = arg mn j (c u j )/d j, sätt x k = s y /d k och x = 0 för alla j k. DS reduceras då tll följande kappsäcksproblem. ϕ(ū) = C + mn ˆf y då s y D TOT, y {0, 1} för alla där ˆf = f + (c k u k )s /d k och C = n ūj. Med I = { : ˆf > 0} är det optmalt att sätta y = 1 för alla I. Kappsäcksproblemet blr då reducerat tll I, och högerledet byts ut mot D MOD = D TOT I s. Om D MOD 0 är det optmalt att sätta y = 0 för alla I, och problemet är löst. Annars får v ett vanlgt kappsäcksproblem med z = 1 y. Låt D RES = I s D MOD och C 1 = C + I ˆf. Lös sedan följande kappsäcksproblem: ϕ(ū) = C 1 + mn I ˆf z då I V kan här fxera z tll 0 (dvs. y tll 1) om s > D RES. s z D RES, z {0, 1} för alla I Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 13 / 18 Anläggnnglokalserng Subgradentoptmerng: En subgradent fås som ξ j = 1 x för alla j, där x är optmal DS. 1 Välj en startpunkt, u (1), sätt v = och k = 1, välj ɛ 1 > 0 och ɛ 2 > 0, ntera v. 2 Lös subproblemet, DS, vlket ger ϕ(u (k) ) och ( x, ȳ). Om ϕ(u (k) ) > v, låt v = ϕ(u (k) ) och spara u (k) som den bästa duala lösnngen httlls. 3 Försök att modfera ( x, ȳ) tll en tllåten lösnng, och uppdatera eventuellt v. 4 Beräkna sökrktnng ξ (k), och en steglängd, t (k), med steglängsformeln nedan. Låt u (k+1) = u (k) + t (k) ξ (k). 5 Stoppa om: d (k) ɛ 1, u (k+1) u (k) ɛ 2 eller k K. Annars sätt k = k + 1 och gå tll steg 2. Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 14 / 18 Anläggnnglokalserng En prmal heurstk: Fxera y-delen av lösnngen tll DS och lös det återstående problemet x tll optmaltet. (Lknar Benders subproblem, PS.) Blr ett kapacterat transportproblem, som effektvt kan lösas med en nätverkskod. En annan möjlghet: 1 Ta bort leveranser från kunder som får mer än sn efterfrågan. Leveranserna från anläggnngar med de högsta transportkostnaderna avlägsnas först. 2 Lägg tll leveranser tll kunder nte får tllräcklgt. Jämför först öppna anläggnngar med återstående kapactet, och välj en med mnst transportkostnader. Om ngen öppen anläggnng kan tllgodose efterfrågan, måste en ny anläggnng öppnas. Välj då den med mnst total kostnad, transportkostnad plus fast kostnad, relatvt kunden. (Jämför lab 4 TAOP88.) Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 15 / 18 Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 16 / 18

Anläggnnglokalserng: Bendersdekomposton Anläggnnglokalserng: Bendersdekomposton Subproblemet fås genom fxerng av y. n ψ(ȳ) = mn c x + f ȳ x = 1 för alla j (1) n d j x s ȳ för alla (2) x = 0 för alla j om ȳ = 0. x ȳ för alla, j (3) 0 x j 1 för alla, j (4) Låt I = { : ȳ = 1}. Subproblemet är då ett transportproblem med anläggnngarna I som källor och kunderna som sänkor. (PS) Benders masterproblem, PM: v PM = mn q + f y q n α (l) j β (l) s y n γ (l) y för alla l P (1 s y D TOT (2 y {0, 1} för alla (3 PS ger övre gränser på v och duala lösnngar, α (l), β (l) och γ (l), för PM, medan PM ger undre gränser på v och ett ȳ för PS. Metoden har exakt, ändlg konvergens. Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 17 / 18 Kaj Holmberg (LU) TAOP61 Optmerng 10 november 2015 18 / 18