在过去的几十年中,经典的车辆路由问题(VRP),即为车辆分配一组订单并规划他们的路线已经被密集研究。仅作为车辆的订单分配和他们的路线已经是一个NP完整的问题,因此在实践中的应用通常无法考虑在现实世界应用中应用的约束和限制,所谓的富VRP所谓的富VRP(RVRP)并且仅限于单一方面。在这项工作中,我们融入了主要的相关真实限制和要求。我们提出了一种两级策略和时间线窗口和暂停时间的时间线算法,并将遗传算法(GA)和蚁群优化(ACO)单独应用于问题以找到最佳解决方案。我们对四种不同问题实例的评估,针对四个最先进的算法表明,我们的方法在合理的时间内处理所有给定的约束。
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物流运营商最近提出了一项技术,可以帮助降低城市货运分销中的交通拥堵和运营成本,最近提出了移动包裹储物柜(MPLS)。鉴于他们能够在整个部署领域搬迁,因此他们具有提高客户可访问性和便利性的潜力。在这项研究中,我们制定了移动包裹储物柜问题(MPLP),这是位置路由问题(LRP)的特殊情况,该案例确定了整天MPL的最佳中途停留位置以及计划相应的交付路线。开发了基于混合Q学习网络的方法(HQM),以解决所得大问题实例的计算复杂性,同时逃脱了本地Optima。此外,HQM与全球和局部搜索机制集成在一起,以解决经典强化学习(RL)方法所面临的探索和剥削困境。我们检查了HQM在不同问题大小(最多200个节点)下的性能,并根据遗传算法(GA)进行了基准测试。我们的结果表明,HQM获得的平均奖励比GA高1.96倍,这表明HQM具有更好的优化能力。最后,我们确定有助于车队规模要求,旅行距离和服务延迟的关键因素。我们的发现概述了MPL的效率主要取决于时间窗口的长度和MPL中断的部署。
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我们介绍了多模式的汽车和乘车共享问题(MMCRP),其中使用一台汽车来涵盖一组乘车请求,同时将发现的请求分配给其他运输方式(MOT)。汽车的路线由一次或多个旅行组成。每次旅行都必须具有特定但不明的驱动程序,以仓库开始,然后以(可能不同的)仓库结束。即使两个骑行没有相同的起源和/或目的地,也允许在用户之间共享骑行。用户始终可以根据各个首选项列表使用其他运输方式。该问题可以作为车辆调度问题提出。为了解决该问题,构建了一个辅助图,在该图中,每次旅行在仓库中的启动和结尾,并覆盖可能的乘车共享,以时空图中的形式建模为弧。我们提出了一种基于列生成的两层分解算法,其中主问题可确保最多只能涵盖每个请求,并且定价问题通过在时间 - 时间中解决一种最短路径问题来生成新的有希望的路线空间网络。报告了基于现实实例的计算实验。基准实例基于奥地利维也纳的人口,空间和经济数据。我们通过在合理时间内基于列生成的方法来解决大型实例,并进一步研究了各种精确和启发式定价方案。
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近年来,在平衡(超级)图分配算法的设计和评估中取得了重大进展。我们调查了过去十年的实用算法的趋势,用于平衡(超级)图形分区以及未来的研究方向。我们的工作是对先前有关该主题的调查的更新。特别是,该调查还通过涵盖了超图形分区和流算法来扩展先前的调查,并额外关注并行算法。
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在带有电动车队的乘车系统中,充电是一个复杂的决策过程。大多数电动汽车(EV)出租车服务要求驾驶员做出利己主义决定,从而导致分散的临时充电策略。车辆之间通常缺乏或不共享移动性系统的当前状态,因此无法做出最佳的决定。大多数现有方法都不将时间,位置和持续时间结合到全面的控制算法中,也不适合实时操作。因此,我们提出了一种实时预测性充电方法,用于使用一个名为“闲置时间开发(ITX)”的单个操作员进行乘车服务,该方法预测了车辆闲置并利用这些时期来收获能量的时期。它依靠图形卷积网络和线性分配算法来设计最佳的车辆和充电站配对,以最大程度地提高利用的空闲时间。我们通过对纽约市现实世界数据集的广泛模拟研究评估了我们的方法。结果表明,就货币奖励功能而言,ITX的表现优于所有基线方法至少提高5%(相当于6,000个车辆操作的$ 70,000),该奖励奖励功能的建模旨在复制现实世界中乘车系统的盈利能力。此外,与基线方法相比,ITX可以将延迟至少减少4.68%,并且通常通过促进顾客在整个车队中更好地传播乘客的舒适度。我们的结果还表明,ITX使车辆能够在白天收获能量,稳定电池水平,并增加需求意外激增的弹性。最后,与表现最佳的基线策略相比,峰值负载减少了17.39%,这使网格操作员受益,并为更可持续的电网使用铺平了道路。
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双目标多模式共享问题(BIO-MMCP)的目的是确定旅行的最佳运输分配方式,并安排可用汽车和用户的路线,同时最大程度地减少成本并最大程度地提高用户满意度。我们从以用户为中心的角度研究了生物MMCP。由于用户满意度是共享移动性系统中的关键方面,因此我们在第二个目标中考虑用户偏好。用户可以在一天中的不同时间选择并对其首选的运输方式进行排名。通过这种方式,我们可以解释整个计划范围内的不同交通状况。我们研究问题的不同变体。在基本问题中,用户必须实现的任务顺序是预先固定的,旅行时间以及偏好在计划范围上是恒定的。在变体2中,引入了与时间有关的旅行时间和偏好。在变体3中,我们在允许其他路由决策时检查了挑战。变体4集成了变体2和3。在最后一个变体中,我们开发了一种分支和切割算法,该算法嵌入了两个双向目标框架中,即$ \ epsilon $ -constraint方法和一种加权二进制搜索方法。计算实验表明,分支和切割算法的表现优于MIP公式,我们讨论了沿Pareto边境的更改解决方案。
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算法配置(AC)与对参数化算法最合适的参数配置的自动搜索有关。目前,文献中提出了各种各样的交流问题变体和方法。现有评论没有考虑到AC问题的所有衍生物,也没有提供完整的分类计划。为此,我们引入分类法以分别描述配置方法的交流问题和特征。我们回顾了分类法的镜头中现有的AC文献,概述相关的配置方法的设计选择,对比方法和问题变体相互对立,并描述行业中的AC状态。最后,我们的评论为研究人员和从业人员提供了AC领域的未来研究方向。
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由于货运车数量的增加,在城市地区采用了电动汽车(EV),以减少环境污染和全球变暖。但是,路由最后一英里物流的轨迹仍在继续影响社会和经济可持续性时仍然存在缺陷。因此,在本文中,提出了一种称为超高神性自适应模拟退火的超增压性(HH)方法,并提出了增强学习(HHASA $ _ {RL} $)。它由多军匪徒方法和自适应模拟退火(SA)元启示术算法组成,用于解决该问题称为电容的电动汽车路由问题(CEVRP)。由于充电站数量有限和电动汽车的旅行范围,因此电动汽车必须提前为电池充电时刻,并减少旅行时间和成本。 HH实施的HH改善了多个最低最低知名解决方案,并为IEEE WCCI2020竞赛的拟议基准测试获得了一些高维实例的最佳平均值。
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电动汽车路线问题(EVRP)引起了研究人员和工业家的极大兴趣,试图从燃油汽车转变为更健康,更高效的电动汽车(EVS)。虽然EVRP似乎与传统的车辆路线问题(VRP)没有太大不同,诸如巡航时间有限,充电时间和电动汽车充电设施的可用性有限的挑战使一切都不同。以前的工作针对物流和交付相关的解决方案,其中均匀的商业电动汽车舰队在进行多次停止后必须返回初始点。在相对的方面,我们解决了个人电动汽车路由问题,并为长期原产地(OD)旅行提供了最佳的单车路线。我们执行多目标优化 - 最大程度地减少了总行程时间和充电累积成本。此外,我们将外部和现实生活中的要素纳入了充电站的交通,到达充电站的弯路距离以及不同充电站的电力成本可变成本。特别是,我们定义了多目标混合整数非线性编程(MINLP)问题,并使用$ \ epsilon $ -constraint算法获得可行的解决方案。我们进一步实施了元热疗法技术,例如遗传算法(GA)和粒子群优化(PSO),以获得最佳的途径,因此是客观值。该实验是针对多个自我生成的数据实例进行的,因此进行了比较。
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In today's uncertain and competitive market, where enterprises are subjected to increasingly shortened product life-cycles and frequent volume changes, reconfigurable manufacturing systems (RMS) applications play a significant role in the manufacturing industry's success. Despite the advantages offered by RMS, achieving a high-efficiency degree constitutes a challenging task for stakeholders and decision-makers when they face the trade-off decisions inherent in these complex systems. This study addresses work tasks and resource allocations to workstations together with buffer capacity allocation in RMS. The aim is to simultaneously maximize throughput and minimize total buffer capacity under fluctuating production volumes and capacity changes while considering the stochastic behavior of the system. An enhanced simulation-based multi-objective optimization (SMO) approach with customized simulation and optimization components is proposed to address the abovementioned challenges. Apart from presenting the optimal solutions subject to volume and capacity changes, the proposed approach support decision-makers with discovered knowledge to further understand the RMS design. In particular, this study presents a problem-specific customized SMO combined with a novel flexible pattern mining method for optimizing RMS and conducting post-optimal analyzes. To this extent, this study demonstrates the benefits of applying SMO and knowledge discovery methods for fast decision-support and production planning of RMS.
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事物互联网(物联网)是一个由嵌入式传感器和服务网络为特征的范例。结合了这些传感器以收集各种信息,跟踪物理条件,例如废物箱状态,并使用不同的集中平台交换数据。对这种传感器的需求正在增加;然而,技术的扩散具有各种挑战。例如,如何使用IoT及其相关数据来增强废物管理?在智能城市,有效的废物管理系统至关重要。人工智能(AI)和启用IOT的方法可以赋予城市管理废物收集。这项工作提出了一种在给定空间约束的支持物联网的废物管理系统中提供推荐的智能方法。它基于基于AI的方法进行彻底的分析,并比较它们的相应结果。我们的解决方案基于多级决策过程,其中考虑到箱子状态和坐标以解决路由问题。这种基于AI的模型可以帮助工程师设计可持续的基础设施系统。
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在本文中,我们研究了电子商务运营商面临的顺序决策问题,与何时从中央仓库发送车辆以服务于客户请求,并在哪个命令下提供服务,假设是在到达仓库的包裹是随机且动态的。目的是最大化在服务时间内可以交付的包裹数。我们提出了两种解决此问题的强化学习方法,一种基于策略函数近似(PFA),第二种基于值函数近似(VFA)。两种方法都与前景策略相结合,其中未来发布日期以蒙特卡洛的方式进行采样,并使用量身定制的批处理方法来近似未来状态的价值。我们的PFA和VFA很好地利用了基于分支机构的精确方法来提高决策质量。我们还建立了足够的条件,可以将最佳策略的部分表征并将其集成到PFA/VFA中。在基于720个基准实例的实证研究中,我们使用具有完美信息的上限进行了竞争分析,我们表明PFA和VFA的表现极大地超过了两种替代近视方法。总体而言,PFA提供最佳解决方案,而VFA(从两阶段随机优化模型中受益)在解决方案质量和计算时间之间取得了更好的权衡。
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在本文中,我们介绍了嵌套推出策略适应算法(NRPA)的扩展,即广义嵌套的卷展策略适应(GNRPA),以及用于解决车辆路由问题的某些实例的用途。我们详细介绍了在所罗门实例集上获得的结果,这是车辆路由问题(VRP)的传统基准。我们展示了所有情况,GNRPA比NRPA更好。在某些情况下,它比专用于VRP的谷歌或工具模块更好。
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Algorithms that involve both forecasting and optimization are at the core of solutions to many difficult real-world problems, such as in supply chains (inventory optimization), traffic, and in the transition towards carbon-free energy generation in battery/load/production scheduling in sustainable energy systems. Typically, in these scenarios we want to solve an optimization problem that depends on unknown future values, which therefore need to be forecast. As both forecasting and optimization are difficult problems in their own right, relatively few research has been done in this area. This paper presents the findings of the ``IEEE-CIS Technical Challenge on Predict+Optimize for Renewable Energy Scheduling," held in 2021. We present a comparison and evaluation of the seven highest-ranked solutions in the competition, to provide researchers with a benchmark problem and to establish the state of the art for this benchmark, with the aim to foster and facilitate research in this area. The competition used data from the Monash Microgrid, as well as weather data and energy market data. It then focused on two main challenges: forecasting renewable energy production and demand, and obtaining an optimal schedule for the activities (lectures) and on-site batteries that lead to the lowest cost of energy. The most accurate forecasts were obtained by gradient-boosted tree and random forest models, and optimization was mostly performed using mixed integer linear and quadratic programming. The winning method predicted different scenarios and optimized over all scenarios jointly using a sample average approximation method.
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无人驾驶飞机(UAV)是飞机,其飞行可以完全自主,而无需任何人为干预。自然灾害管理是可以使用无人机的最有用和最有前途的领域之一。在本文中,我们专注于紧急情况,并提出使用无人机机队,以帮助营救团队个性化受影响区域内需要帮助的人。我们将这种情况建模为原始图理论问题,称为多部门多行车路由问题,总完成时间最小化(MDMT-VRP-TCT);我们经历了一些与之相似的文献研究中已经研究的问题,并突出了差异,提出了作为MILP作为MILP的数学表述,设计了一种数学框架来快速解决大型实例,并在实验中测试其性能。除了提出的应用程序之外,我们的解决方案在任何情况下都必须解决多部多行车路由问题的任何情况。
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本文为多代理系统开发了一个随机编程框架,在该系统中,任务分解,分配和调度问题同时被优化。该框架可以应用于具有分布式子任务的异质移动机器人团队。例子包括大流行机器人服务协调,探索和救援以及具有异质车辆的交付系统。由于其固有的灵活性和鲁棒性,多代理系统被应用于越来越多的现实问题,涉及异质任务和不确定信息。大多数以前的作品都采用一种将任务分解为角色的独特方法,以后可以将任务分配给代理。对于角色可以变化并且存在多个分解结构的复杂任务,此假设无效。同时,尚不清楚如何在多代理系统设置下系统地量化和优化任务要求和代理能力中的不确定性。提出了复杂任务的表示形式:代理功能表示为随机分布的向量,任务要求通过可推广的二进制函数验证。在目标函数中选择有风险的条件值(CVAR)作为制定强大计划的度量。描述了一种有效的算法来解决该模型,并在两个不同的实践案例中评估了整个框架:在大流行期间的捕获量和机器人服务协调(例如,Covid-19)。结果表明,该框架是可扩展的,可扩展到示例案例的140个代理和40个任务,并提供了低成本计划,以确保成功的概率很高。
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学习解决组合优化问题,例如车辆路径问题,提供古典运营研究求解器和启发式的巨大计算优势。最近开发的深度加强学习方法迭代或顺序地构建一组个别旅游的最初给定的解决方案。然而,大多数现有的基于学习的方法都无法为固定数量的车辆工作,从而将客户的复杂分配问题绕过APRIORI给定数量的可用车辆。另一方面,这使得它们不太适合真实应用程序,因为许多物流服务提供商依赖于提供的解决方案提供了特定的界限船队规模,并且无法适应车辆数量的短期更改。相比之下,我们提出了一个强大的监督深度学习框架,在尊重APRiori固定数量的可用车辆的同时构建完整的旅游计划。与高效的后处理方案结合,我们的监督方法不仅要快得多,更容易训练,而且还实现了包含车辆成本的实际方面的竞争结果。在彻底的控制实验中,我们将我们的方法与我们展示稳定性能的多种最先进的方法进行比较,同时利用较少的车辆并在相关工作的实验协议中存在一些亮点。
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我们研究了在国内捐助服务服务中引起的车辆路由问题的随机变体。我们考虑的问题结合了以下属性。就客户是随机的,但不仅限于预定义的集合,因此请求服务的客户是可变的,因为它们可能出现在给定的服务领域的任何地方。此外,需求量是随机的,并且在拜访客户时会观察到。目的是在满足车辆能力和时间限制的同时最大化预期的服务需求。我们将此问题称为VRP,具有高度可变的客户基础和随机需求(VRP-VCSD)。对于这个问题,我们首先提出了马尔可夫决策过程(MDP)的配方,该制定代表了一位决策者建立所有车辆路线的经典集中决策观点。虽然结果配方却很棘手,但它为我们提供了开发新的MDP公式的地面,我们称其为部分分散。在此公式中,动作空间被车辆分解。但是,由于我们执行相同的车辆特定政策,同时优化集体奖励,因此权力下放是不完整的。我们提出了几种策略,以减少与部分分散的配方相关的国家和行动空间的维度。这些产生了一个更容易解决的问题,我们通过加强学习来解决。特别是,我们开发了一种称为DECQN的Q学习算法,具有最先进的加速技术。我们进行了彻底的计算分析。结果表明,DECN的表现大大优于三个基准策略。此外,我们表明我们的方法可以与针对VRP-VCSD的特定情况开发的专业方法竞争,在该情况下,客户位置和预期需求是事先知道的。
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\ textit {约束路径发现}的经典问题是一个经过充分研究但充满挑战的主题,在各个领域,例如沟通和运输等各个领域的应用。权重限制了最短路径问题(WCSPP),作为仅具有一个侧面约束的约束路径查找的基本形式,旨在计划成本最佳路径,其权重/资源使用受到限制。鉴于问题的双标准性质(即处理路径的成本和权重),解决WCSPP的方法具有一些带有双目标搜索的共同属性。本文在约束路径查找和双目标搜索中利用了最新的基于A*的最新技术,并为WCSPP提供了两种精确的解决方案方法,两者都可以在非常大的图表上解决硬性问题实例。我们从经验上评估了算法在新的大型和现实的问题实例上的性能,并在时空指标中显示出它们比最新算法的优势。本文还调查了优先级队列在被a*的约束搜索中的重要性。我们通过对逼真的和随机图进行了广泛的实验来展示,基于桶的队列没有打破打盘的方式可以有效地改善详尽的双标准搜索的算法性能。
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In the last years, there has been a great interest in machine-learning-based heuristics for solving NP-hard combinatorial optimization problems. The developed methods have shown potential on many optimization problems. In this paper, we present a learned heuristic for the reoptimization of a problem after a minor change in its data. We focus on the case of the capacited vehicle routing problem with static clients (i.e., same client locations) and changed demands. Given the edges of an original solution, the goal is to predict and fix the ones that have a high chance of remaining in an optimal solution after a change of client demands. This partial prediction of the solution reduces the complexity of the problem and speeds up its resolution, while yielding a good quality solution. The proposed approach resulted in solutions with an optimality gap ranging from 0\% to 1.7\% on different benchmark instances within a reasonable computing time.
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