The Role of Metaheuristics as Solutions Generators

Optimization problems are ubiquitous nowadays. Many times, their corresponding computational models necessarily leave out of consideration several characteristics and features of the real world, so trying to obtain the optimum solution can not be enough for a problem solving point of view. The aim of this paper is to illustrate the role of metaheuristics as solutions’ generators in a basic problem solving framework. Metaheuristics become relevant in two modes: firstly because every run (in the case of population based techniques) allows to obtain a set of potentially good solutions, and secondly, if a reference solution is available, one can set up a new optimization problem that allows to obtain solutions with similar quality in the objectives space but maximally different structure in the design space. Once a set of solutions is obtained, an example of an a posteriori analysis to rank them according with decision maker’s preferences is shown. All the problem solving framework steps, emphasizing the role of metaheuristics are illustrated with a dynamic version of the tourist trip design problem (for the first mode), and with a perishable food distribution problem (for the second one). These examples clearly show the benefits of the problem solving framework proposed. The potential role of the symmetry concept is also exploredProject PID2020-112754GB-I00 from MCINAEI/10.13039/ 501100011033

Optimización de Rutas basadas en Soft Computing para Movilidad Inteligente

La movilidad y transporte de pasajeros y mercancías es uno de los principales desafíos para el desarrollo de islas, ciudades y territorios. La prosperidad, competitividad y sostenibilidad de múltiples áreas económicas se ven afectadas por la movilidad. El crecimiento de la población, la capacidad limitada de los sistemas e infraestructuras de transporte y el impacto medioambiental del transporte fuerza a los territorios en el desarrollo de una movilidad sostenible y efectiva. En este complejo escenario, un territorio con una gestión del transporte y movilidad sostenible y eficiente ofrece a los ciudadanos una mejor calidad de vida. La transformación digital y las TIC impulsan la mejora de los servicios de movilidad para los ciudadanos, ayudan a gestionar correctamente la demanda en las redes de transporte y generan valor económico y ambiental. El surgimiento de la movilidad inteligente integra el sistema de transporte, las infraestructuras y las tecnologías para hacer que el transporte de pasajeros y mercancías sea eficiente, accesible, más seguro y limpio. Por lo tanto, las estrategias de movilidad inteligente deben ser capaces de proporcionar beneficios económicos y ambientales tangibles y mejorar la calidad del transporte de mercancías y pasajeros. Significa tomar acciones en múltiples frentes; gestión eficiente de la carga y la movilidad de pasajeros, reducción del impacto medioambiental, mejora de la planificación y la eficiencia del transporte público, reducción de la congestión, optimización del uso de la infraestructura física, entre otros. Una de las operaciones clave para los servicios de movilidad es la planificación de rutas. Esta actividad operativa incluye principalmente dos modos de transporte, mercancías y pasajeros. La mayoría de los transportes de mercancías y pasajeros se realizan a través de transporte por carretera. Las decisiones tomadas con respecto a las operaciones de planificación de rutas afectan económica y ambientalmente, y en general a la calidad de vida de los ciudadanos en los territorios en los que se desarrollan. Las operaciones de planificación de rutas se pueden optimizar para mejorar diferentes aspectos como la calidad del servicio, costes y flexibilidad del mismo, consumo de energía, impacto medioambiental, sostenibilidad, entre otros. La tarea de abordar las operaciones de planificación de rutas da lugar a la aparición de complejos problemas de optimización combinatoria que requieren considerar múltiples requisitos, restricciones, fuentes de información, entre otros. En la mayoría de los casos, estos problemas de optimización se clasifican como NP-duros con respecto a su complejidad computacional. Esta clase de problemas requiere enfoques de optimización eficientes y estrategias inteligentes para obtener soluciones de alta calidad y evitar grandes tiempos de cálculo. En este sentido, los enfoques de optimización aproximados, como las heurísticas y metaheurísticas, y las técnicas inteligentes inherentes a la Inteligencia Artificial y la Soft Computing han demostrado ser métodos efectivos y eficientes para resolver complejos problemas de planificación de rutas. Esta tesis presentada en la modalidad de compendio de publicaciones tiene como objetivo diseñar, implementar y validar procedimientos de optimización simples, eficientes y flexibles basados ​​en Inteligencia Artificial y Soft Computing dedicados a mejorar las soluciones de planificación de rutas en los contextos de transporte de mercancías, planificación personalizada de rutas turísticas y transporte eco-eficiente de residuos reciclables. Se han propuesto varios enfoques de solución para resolver problemas como Vehicle Routing Problem with Time Windows, Periodic Vehicle Routing Problem with Time Windows, Team Orienteering Problem with Time Windows, Tourist Trip Design Problem y variantes del mundo real y nuevas extensiones de los problemas mencionados. La calidad del servicio, la orientación al cliente, la imprecisión e incertidumbre en la información y la ecoeficiencia son criterios considerados en los problemas de planificación de rutas identificados. Los experimentos computacionales han demostrado que los métodos y técnicas propuestos son adecuados para obtener soluciones de alta calidad en tiempos computacionales cortos y pueden incorporarse como módulos en sistemas de transporte inteligentes

Modelo Matemático e Meta-Heurística Simulated Annealing para Elaboração de Roteiros Turísticos com base no Tourist Trip Design Problem

Muito embora existam diversos pacotes de viagens com destinos predefinidos contemplando locais mais populares, nos últimos anos tem crescido a procura por soluções que criem roteiros personalizados voltados às necessidades de cada turista. Para suprir essa nova demanda surge o Problema de Elaboração de Rotas Turísticas (PERT) ou TouristTrip Design Problem (TTDP) o qual Van Oudheusden e Vansteenwegen (2007) sugerem o uso do OrienteeringProblem (OP) e suas extensões para resolução desta classe de problemas. Esta dissertação tem por objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático e de uma meta-heurística SimulatedAnnealing (SA) para resolução do TouristTrip Design Problem (TTDP)

Traveling Salesman Problem

This book is a collection of current research in the application of evolutionary algorithms and other optimal algorithms to solving the TSP problem. It brings together researchers with applications in Artificial Immune Systems, Genetic Algorithms, Neural Networks and Differential Evolution Algorithm. Hybrid systems, like Fuzzy Maps, Chaotic Maps and Parallelized TSP are also presented. Most importantly, this book presents both theoretical as well as practical applications of TSP, which will be a vital tool for researchers and graduate entry students in the field of applied Mathematics, Computing Science and Engineering

Simulation and Control of Groups of People in Multi-modal Mobility

Tourism and transport are constantly growing and, with it, the movements of travellers. This entails two fundamental effects on which we must focus: control of mass tourism and the organization of transport. Good transport organization and travel planning avoid crowds and therefore mass tourism. This allows promoting sustainable tourism in which it is sought to offer a quality service to tourists taking care of the environment. In this thesis the objective is to manage the flow of groups of people through means of transport. This control of groups of people is aimed at customer satisfaction by offering quality tourism. On the one hand, the study focuses on the problem to mitigate the negative effects due to mass arrivals in touristic locations. A TEN network has been developed to define the optimal tours for different groups of tourists. A related mixed integer quadratic optimization model has been developed with three main objectives: it minimizes the maximum value of occupancy in the selected destinations to limit mass tourism, reduces the divergence between the proposed visit tour and one required by the tourist group and the overall duration of their visit, and a heuristic approach has been introduced. On the other hand, it has been implemented a railway scheduling and rescheduling problem introducing optimization-based and min-max approaches on the regional and high-speed railway network. The scheduling model defines the best schedules for a set of trains considering costumers\u2019 demand and the priority of the trains to cover the rail sections in case of conflict on the railway lines. Consecutively, the generated feasible timetables are used to minimize possible consequences due to events that may negatively affect the real time traffic management. The main contribution of this section is the introduction in the second approach the innovative concept to prioritize the train that can access on the block section in case of conflicts on the network

Optimizing transportation systems and logistics network configurations : From biased-randomized algorithms to fuzzy simheuristics

242 páginasTransportation and logistics (T&L) are currently highly relevant functions in any competitive industry. Locating facilities or distributing goods to hundreds or thousands of customers are activities with a high degree of complexity, regardless of whether facilities and customers are placed all over the globe or in the same city. A countless number of alternative strategic, tactical, and operational decisions can be made in T&L systems; hence, reaching an optimal solution –e.g., a solution with the minimum cost or the maximum profit– is a really difficult challenge, even by the most powerful existing computers. Approximate methods, such as heuristics, metaheuristics, and simheuristics, are then proposed to solve T&L problems. They do not guarantee optimal results, but they yield good solutions in short computational times. These characteristics become even more important when considering uncertainty conditions, since they increase T&L problems’ complexity. Modeling uncertainty implies to introduce complex mathematical formulas and procedures, however, the model realism increases and, therefore, also its reliability to represent real world situations. Stochastic approaches, which require the use of probability distributions, are one of the most employed approaches to model uncertain parameters. Alternatively, if the real world does not provide enough information to reliably estimate a probability distribution, then fuzzy logic approaches become an alternative to model uncertainty. Hence, the main objective of this thesis is to design hybrid algorithms that combine fuzzy and stochastic simulation with approximate and exact methods to solve T&L problems considering operational, tactical, and strategic decision levels. This thesis is organized following a layered structure, in which each introduced layer enriches the previous one.El transporte y la logística (T&L) son actualmente funciones de gran relevancia en cual quier industria competitiva. La localización de instalaciones o la distribución de mercancías a cientos o miles de clientes son actividades con un alto grado de complejidad, indepen dientemente de si las instalaciones y los clientes se encuentran en todo el mundo o en la misma ciudad. En los sistemas de T&L se pueden tomar un sinnúmero de decisiones al ternativas estratégicas, tácticas y operativas; por lo tanto, llegar a una solución óptima –por ejemplo, una solución con el mínimo costo o la máxima utilidad– es un desafío realmente di fícil, incluso para las computadoras más potentes que existen hoy en día. Así pues, métodos aproximados, tales como heurísticas, metaheurísticas y simheurísticas, son propuestos para resolver problemas de T&L. Estos métodos no garantizan resultados óptimos, pero ofrecen buenas soluciones en tiempos computacionales cortos. Estas características se vuelven aún más importantes cuando se consideran condiciones de incertidumbre, ya que estas aumen tan la complejidad de los problemas de T&L. Modelar la incertidumbre implica introducir fórmulas y procedimientos matemáticos complejos, sin embargo, el realismo del modelo aumenta y, por lo tanto, también su confiabilidad para representar situaciones del mundo real. Los enfoques estocásticos, que requieren el uso de distribuciones de probabilidad, son uno de los enfoques más empleados para modelar parámetros inciertos. Alternativamente, si el mundo real no proporciona suficiente información para estimar de manera confiable una distribución de probabilidad, los enfoques que hacen uso de lógica difusa se convier ten en una alternativa para modelar la incertidumbre. Así pues, el objetivo principal de esta tesis es diseñar algoritmos híbridos que combinen simulación difusa y estocástica con métodos aproximados y exactos para resolver problemas de T&L considerando niveles de decisión operativos, tácticos y estratégicos. Esta tesis se organiza siguiendo una estructura por capas, en la que cada capa introducida enriquece a la anterior. Por lo tanto, en primer lugar se exponen heurísticas y metaheurísticas sesgadas-aleatorizadas para resolver proble mas de T&L que solo incluyen parámetros determinísticos. Posteriormente, la simulación Monte Carlo se agrega a estos enfoques para modelar parámetros estocásticos. Por último, se emplean simheurísticas difusas para abordar simultáneamente la incertidumbre difusa y estocástica. Una serie de experimentos numéricos es diseñada para probar los algoritmos propuestos, utilizando instancias de referencia, instancias nuevas e instancias del mundo real. Los resultados obtenidos demuestran la eficiencia de los algoritmos diseñados, tanto en costo como en tiempo, así como su confiabilidad para resolver problemas realistas que incluyen incertidumbre y múltiples restricciones y condiciones que enriquecen todos los problemas abordados.Doctorado en Logística y Gestión de Cadenas de SuministrosDoctor en Logística y Gestión de Cadenas de Suministro

Recomendador de rutas para actividades de turismo rural

Es un sistema recomendador de turismo que consta de una aplicación web y, a través de la interacción con un servidor que calcula y optimiza rutas georreferenciadas, obtiene y dibuja en un mapa interactivo itinerarios de rutas de senderismo en la isla de Tenerife por días de estadía, en las cuales se destacan las rutas a visitar en cada uno y su información relevante. El usuario puede filtrar las caracter´ısticas de las rutas a mostrar a trav´es de un formulari