我们考虑将订单和机架分配给多个站点的问题,并在机器人辅助Kiva仓库中的每个站测序它们的互连处理流程。涉及问题的各种决定,它与实时紧密相关,必须实时解决,以便易于治疗。但是,利用订单分配与采摘站调度之间的协同作用效益采摘效率。我们开发了一个完整的数学模型,考虑到协同作用,以尽量减少机架访问总数。为了解决这个难以解决的问题,我们开发了一种基于模拟退火和动态规划的高效算法。计算研究表明,在解决方案质量方面,所提出的方法优于实践中使用的规则的策略。此外,结果表明,忽略订单分配政策会导致真实世界大小的实例相当最优的差距。
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The following article presents a memetic algorithm with applying deep reinforcement learning (DRL) for solving practically oriented dual resource constrained flexible job shop scheduling problems (DRC-FJSSP). In recent years, there has been extensive research on DRL techniques, but without considering realistic, flexible and human-centered shopfloors. A research gap can be identified in the context of make-to-order oriented discontinuous manufacturing as it is often represented in medium-size companies with high service levels. From practical industry projects in this domain, we recognize requirements to depict flexible machines, human workers and capabilities, setup and processing operations, material arrival times, complex job paths with parallel tasks for bill of material (BOM) manufacturing, sequence-depended setup times and (partially) automated tasks. On the other hand, intensive research has been done on metaheuristics in the context of DRC-FJSSP. However, there is a lack of suitable and generic scheduling methods that can be holistically applied in sociotechnical production and assembly processes. In this paper, we first formulate an extended DRC-FJSSP induced by the practical requirements mentioned. Then we present our proposed hybrid framework with parallel computing for multicriteria optimization. Through numerical experiments with real-world data, we confirm that the framework generates feasible schedules efficiently and reliably. Utilizing DRL instead of random operations leads to better results and outperforms traditional approaches.
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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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在异构机器人网络上进行计算负载共享是一个有希望的方法,可以将机器人能力和效率作为极端环境中的团队提高。然而,在这种环境中,通信链路可以是间歇性的,并且与云或因特网的连接可能是不存在的。在本文中,我们介绍了用于多机器人系统的通信感知,计算任务调度问题,并提出了整数线性程序(ILP),该程序(ILP)优化了异构机器人网络中的计算任务分配,占网络机器人的计算能力对于可用(和可能的时变)通信链接。我们考虑调度由依赖关系图建模的一组相互依赖的必需任务和可选任务。我们为共享世界,分布式系统提供了一项备份的调度架构。我们验证了ILP制定和不同计算平台中的分布式实现,并在模拟场景中,偏向于月球或行星探索方案。我们的研究结果表明,与没有计算负载共享的类似系统相比,所提出的实施方式可以优化提高时间表以允许三倍增加所执行的奖励任务的数量(例如,科学测量)。
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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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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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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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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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机械化新鲜市场水果的手工采伐构成了水果产业可持续性的最大挑战之一。在手动收获草莓和桌葡萄等新鲜市场作物时,拾取器花费大量的时间行走,将全托盘携带到领域边缘的收集站。增加对这种作物的收获自动化的一步是部署运输空和全托盘的收获辅助协作机器人(共用机器人),从而通过减少拾取器的非生产步行时间来增加收获效率。这项工作介绍了在商业草莓收获过程中开发合作机器收获援助系统及其评估。在系统的核心上,提示了一种预测随机调度算法,其最小化了预期的非拾取时间,从而最大化了收获效率。在评估实验期间,当机器人到拾取器的比例为1:3时,共同机器人将平均收获效率提高约10%并将平均非生产时间减少60%。在这项工作中开发的概念可以应用于机器人收获艾滋病,用于其他手动收获的作物,这些作物涉及用于行走的作物运输。
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Monte Carlo Tree Search (MCTS) is a recently proposed search method that combines the precision of tree search with the generality of random sampling. It has received considerable interest due to its spectacular success in the difficult problem of computer Go, but has also proved beneficial in a range of other domains. This paper is a survey of the literature to date, intended to provide a snapshot of the state of the art after the first five years of MCTS research. We outline the core algorithm's derivation, impart some structure on the many variations and enhancements that have been proposed, and summarise the results from the key game and non-game domains to which MCTS methods have been applied. A number of open research questions indicate that the field is ripe for future work.
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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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组合优化是运营研究和计算机科学领域的一个公认领域。直到最近,它的方法一直集中在孤立地解决问题实例,而忽略了它们通常源于实践中的相关数据分布。但是,近年来,人们对使用机器学习,尤其是图形神经网络(GNN)的兴趣激增,作为组合任务的关键构件,直接作为求解器或通过增强确切的求解器。GNN的电感偏差有效地编码了组合和关系输入,因为它们对排列和对输入稀疏性的意识的不变性。本文介绍了对这个新兴领域的最新主要进步的概念回顾,旨在优化和机器学习研究人员。
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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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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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\ 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 this paper we deal with a complex real world scheduling problem closely related to the well-known Resource-Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP). The problem concerns industrial test laboratories in which a large number of tests has to be performed by qualified personnel using specialised equipment, while respecting deadlines and other constraints. We present different constraint programming models and search strategies for this problem. Furthermore, we propose a Very Large Neighborhood Search approach based on our CP methods. Our models are evaluated using CP solvers and a MIP solver both on real-world test laboratory data and on a set of generated instances of different sizes based on the real-world data. Further, we compare the exact approaches with VLNS and a Simulated Annealing heuristic. We could find feasible solutions for all instances and several optimal solutions and we show that using VLNS we can improve upon the results of the other approaches.
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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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组合优化的神经方法(CO)配备了一种学习机制,以发现解决复杂现实世界问题的强大启发式方法。尽管出现了能够在单一镜头中使用高质量解决方案的神经方法,但最先进的方法通常无法充分利用他们可用的解决时间。相比之下,手工制作的启发式方法可以很好地执行高效的搜索并利用给他们的计算时间,但包含启发式方法,这些启发式方法很难适应要解决的数据集。为了为神经CO方法提供强大的搜索程序,我们提出了模拟引导的光束搜索(SGB),该搜索(SGB)在固定宽度的树搜索中检查了候选解决方案,既是神经网络学习的政策又是模拟(推出)确定有希望的。我们将SGB与有效的主动搜索(EAS)进一步融合,其中SGB提高了EAS中反向传播的解决方案的质量,EAS提高了SGB中使用的策略的质量。我们评估了有关众所周知的CO基准的方法,并表明SGB可显着提高在合理的运行时假设下发现的解决方案的质量。
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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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