865 resultados para integer optimization
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Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06
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Physical distribution plays an imporant role in contemporary logistics management. Both satisfaction level of of customer and competitiveness of company can be enhanced if the distribution problem is solved optimally. The multi-depot vehicle routing problem (MDVRP) belongs to a practical logistics distribution problem, which consists of three critical issues: customer assignment, customer routing, and vehicle sequencing. According to the literatures, the solution approaches for the MDVRP are not satisfactory because some unrealistic assumptions were made on the first sub-problem of the MDVRP, ot the customer assignment problem. To refine the approaches, the focus of this paper is confined to this problem only. This paper formulates the customer assignment problem as a minimax-type integer linear programming model with the objective of minimizing the cycle time of the depots where setup times are explicitly considered. Since the model is proven to be MP-complete, a genetic algorithm is developed for solving the problem. The efficiency and effectiveness of the genetic algorithm are illustrated by a numerical example.
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Purpose – The purpose of this research is to develop a holistic approach to maximize the customer service level while minimizing the logistics cost by using an integrated multiple criteria decision making (MCDM) method for the contemporary transshipment problem. Unlike the prevalent optimization techniques, this paper proposes an integrated approach which considers both quantitative and qualitative factors in order to maximize the benefits of service deliverers and customers under uncertain environments. Design/methodology/approach – This paper proposes a fuzzy-based integer linear programming model, based on the existing literature and validated with an example case. The model integrates the developed fuzzy modification of the analytic hierarchy process (FAHP), and solves the multi-criteria transshipment problem. Findings – This paper provides several novel insights about how to transform a company from a cost-based model to a service-dominated model by using an integrated MCDM method. It suggests that the contemporary customer-driven supply chain remains and increases its competitiveness from two aspects: optimizing the cost and providing the best service simultaneously. Research limitations/implications – This research used one illustrative industry case to exemplify the developed method. Considering the generalization of the research findings and the complexity of the transshipment service network, more cases across multiple industries are necessary to further enhance the validity of the research output. Practical implications – The paper includes implications for the evaluation and selection of transshipment service suppliers, the construction of optimal transshipment network as well as managing the network. Originality/value – The major advantages of this generic approach are that both quantitative and qualitative factors under fuzzy environment are considered simultaneously and also the viewpoints of service deliverers and customers are focused. Therefore, it is believed that it is useful and applicable for the transshipment service network design.
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In the contemporary customer-driven supply chain, maximization of customer service plays an equally important role as minimization of costs for a company to retain and increase its competitiveness. This article develops a multiple-criteria optimization approach, combining the analytic hierarchy process (AHP) and an integer linear programming (ILP) model, to aid the design of an optimal logistics distribution network. The proposed approach outperforms traditional cost-based optimization techniques because it considers both quantitative and qualitative factors and also aims at maximizing the benefits of deliverer and customers. In the approach, the AHP is used to determine the relative importance weightings or priorities of alternative warehouses with respect to some critical customer-oriented criteria. The results of AHP prioritization are utilized as the input of the ILP model, the objective of which is to select the best warehouses at the lowest possible cost. In this article, two commercial packages are used: including Expert Choice and LINDO.
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AMS Subj. Classification: 90C57; 90C10;
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In this paper the low autocorrelation binary sequence problem (LABSP) is modeled as a mixed integer quadratic programming (MIQP) problem and proof of the model’s validity is given. Since the MIQP model is semidefinite, general optimization solvers can be used, and converge in a finite number of iterations. The experimental results show that IQP solvers, based on this MIQP formulation, are capable of optimally solving general/skew-symmetric LABSP instances of up to 30/51 elements in a moderate time. ACM Computing Classification System (1998): G.1.6, I.2.8.
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Bus stops are key links in the journeys of transit patrons with disabilities. Inaccessible bus stops prevent people with disabilities from using fixed-route bus services, thus limiting their mobility. The Americans with Disabilities Act (ADA) of 1990 prescribes the minimum requirements for bus stop accessibility by riders with disabilities. Due to limited budgets, transit agencies can only select a limited number of bus stop locations for ADA improvements annually. These locations should preferably be selected such that they maximize the overall benefits to patrons with disabilities. In addition, transit agencies may also choose to implement the universal design paradigm, which involves higher design standards than current ADA requirements and can provide amenities that are useful for all riders, like shelters and lighting. Many factors can affect the decision to improve a bus stop, including rider-based aspects like the number of riders with disabilities, total ridership, customer complaints, accidents, deployment costs, as well as locational aspects like the location of employment centers, schools, shopping areas, and so on. These interlacing factors make it difficult to identify optimum improvement locations without the aid of an optimization model. This dissertation proposes two integer programming models to help identify a priority list of bus stops for accessibility improvements. The first is a binary integer programming model designed to identify bus stops that need improvements to meet the minimum ADA requirements. The second involves a multi-objective nonlinear mixed integer programming model that attempts to achieve an optimal compromise among the two accessibility design standards. Geographic Information System (GIS) techniques were used extensively to both prepare the model input and examine the model output. An analytic hierarchy process (AHP) was applied to combine all of the factors affecting the benefits to patrons with disabilities. An extensive sensitivity analysis was performed to assess the reasonableness of the model outputs in response to changes in model constraints. Based on a case study using data from Broward County Transit (BCT) in Florida, the models were found to produce a list of bus stops that upon close examination were determined to be highly logical. Compared to traditional approaches using staff experience, requests from elected officials, customer complaints, etc., these optimization models offer a more objective and efficient platform on which to make bus stop improvement suggestions.
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Toll plazas have several toll payment types such as manual, automatic coin machines, electronic and mixed lanes. In places with high traffic flow, the presence of toll plaza causes a lot of traffic congestion; this creates a bottleneck for the traffic flow, unless the correct mix of payment types is in operation. The objective of this research is to determine the optimal lane configuration for the mix of the methods of payment so that the waiting time in the queue at the toll plaza is minimized. A queuing model representing the toll plaza system and a nonlinear integer program have been developed to determine the optimal mix. The numerical results show that the waiting time can be decreased at the toll plaza by changing the lane configuration. For the case study developed an improvement in the waiting time as high as 96.37 percent was noticed during the morning peak hour.
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Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.
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Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08
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Policy and decision makers dealing with environmental conservation and land use planning often require identifying potential sites for contributing to minimize sediment flow reaching riverbeds. This is the case of reforestation initiatives, which can have sediment flow minimization among their objectives. This paper proposes an Integer Programming (IP) formulation and a Heuristic solution method for selecting a predefined number of locations to be reforested in order to minimize sediment load at a given outlet in a watershed. Although the core structure of both methods can be applied for different sorts of flow, the formulations are targeted to minimization of sediment delivery. The proposed approaches make use of a Single Flow Direction (SFD) raster map covering the watershed in order to construct a tree structure so that the outlet cell corresponds to the root node in the tree. The results obtained with both approaches are in agreement with expert assessments of erosion levels, slopes and distances to the riverbeds, which in turn allows concluding that this approach is suitable for minimizing sediment flow. Since the results obtained with the IP formulation are the same as the ones obtained with the Heuristic approach, an optimality proof is included in the present work. Taking into consideration that the heuristic requires much less computation time, this solution method is more suitable to be applied in large sized problems.
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Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.
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Energy Conservation Measure (ECM) project selection is made difficult given real-world constraints, limited resources to implement savings retrofits, various suppliers in the market and project financing alternatives. Many of these energy efficient retrofit projects should be viewed as a series of investments with annual returns for these traditionally risk-averse agencies. Given a list of ECMs available, federal, state and local agencies must determine how to implement projects at lowest costs. The most common methods of implementation planning are suboptimal relative to cost. Federal, state and local agencies can obtain greater returns on their energy conservation investment over traditional methods, regardless of the implementing organization. This dissertation outlines several approaches to improve the traditional energy conservations models. Any public buildings in regions with similar energy conservation goals in the United States or internationally can also benefit greatly from this research. Additionally, many private owners of buildings are under mandates to conserve energy e.g., Local Law 85 of the New York City Energy Conservation Code requires any building, public or private, to meet the most current energy code for any alteration or renovation. Thus, both public and private stakeholders can benefit from this research. The research in this dissertation advances and presents models that decision-makers can use to optimize the selection of ECM projects with respect to the total cost of implementation. A practical application of a two-level mathematical program with equilibrium constraints (MPEC) improves the current best practice for agencies concerned with making the most cost-effective selection leveraging energy services companies or utilities. The two-level model maximizes savings to the agency and profit to the energy services companies (Chapter 2). An additional model presented leverages a single congressional appropriation to implement ECM projects (Chapter 3). Returns from implemented ECM projects are used to fund additional ECM projects. In these cases, fluctuations in energy costs and uncertainty in the estimated savings severely influence ECM project selection and the amount of the appropriation requested. A risk aversion method proposed imposes a minimum on the number of “of projects completed in each stage. A comparative method using Conditional Value at Risk is analyzed. Time consistency was addressed in this chapter. This work demonstrates how a risk-based, stochastic, multi-stage model with binary decision variables at each stage provides a much more accurate estimate for planning than the agency’s traditional approach and deterministic models. Finally, in Chapter 4, a rolling-horizon model allows for subadditivity and superadditivity of the energy savings to simulate interactive effects between ECM projects. The approach makes use of inequalities (McCormick, 1976) to re-express constraints that involve the product of binary variables with an exact linearization (related to the convex hull of those constraints). This model additionally shows the benefits of learning between stages while remaining consistent with the single congressional appropriations framework.
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Process systems design, operation and synthesis problems under uncertainty can readily be formulated as two-stage stochastic mixed-integer linear and nonlinear (nonconvex) programming (MILP and MINLP) problems. These problems, with a scenario based formulation, lead to large-scale MILPs/MINLPs that are well structured. The first part of the thesis proposes a new finitely convergent cross decomposition method (CD), where Benders decomposition (BD) and Dantzig-Wolfe decomposition (DWD) are combined in a unified framework to improve the solution of scenario based two-stage stochastic MILPs. This method alternates between DWD iterations and BD iterations, where DWD restricted master problems and BD primal problems yield a sequence of upper bounds, and BD relaxed master problems yield a sequence of lower bounds. A variant of CD, which includes multiple columns per iteration of DW restricted master problem and multiple cuts per iteration of BD relaxed master problem, called multicolumn-multicut CD is then developed to improve solution time. Finally, an extended cross decomposition method (ECD) for solving two-stage stochastic programs with risk constraints is proposed. In this approach, a CD approach at the first level and DWD at a second level is used to solve the original problem to optimality. ECD has a computational advantage over a bilevel decomposition strategy or solving the monolith problem using an MILP solver. The second part of the thesis develops a joint decomposition approach combining Lagrangian decomposition (LD) and generalized Benders decomposition (GBD), to efficiently solve stochastic mixed-integer nonlinear nonconvex programming problems to global optimality, without the need for explicit branch and bound search. In this approach, LD subproblems and GBD subproblems are systematically solved in a single framework. The relaxed master problem obtained from the reformulation of the original problem, is solved only when necessary. A convexification of the relaxed master problem and a domain reduction procedure are integrated into the decomposition framework to improve solution efficiency. Using case studies taken from renewable resource and fossil-fuel based application in process systems engineering, it can be seen that these novel decomposition approaches have significant benefit over classical decomposition methods and state-of-the-art MILP/MINLP global optimization solvers.
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This thesis deals with optimization techniques and modeling of vehicular networks. Thanks to the models realized with the integer linear programming (ILP) and the heuristic ones, it was possible to study the performances in 5G networks for the vehicular. Thanks to Software-defined networking (SDN) and Network functions virtualization (NFV) paradigms it was possible to study the performances of different classes of service, such as the Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) class and enhanced Mobile BroadBand (eMBB) class, and how the functional split can have positive effects on network resource management. Two different protection techniques have been studied: Shared Path Protection (SPP) and Dedicated Path Protection (DPP). Thanks to these different protections, it is possible to achieve different network reliability requirements, according to the needs of the end user. Finally, thanks to a simulator developed in Python, it was possible to study the dynamic allocation of resources in a 5G metro network. Through different provisioning algorithms and different dynamic resource management techniques, useful results have been obtained for understanding the needs in the vehicular networks that will exploit 5G. Finally, two models are shown for reconfiguring backup resources when using shared resource protection.