A review of the Tabu Search Literature on Traveling Salesman Problems

The Traveling Salesman Problem (TSP) is one of the most widely studied problems inrncombinatorial optimization. It has long been known to be NP-hard and hence research onrndeveloping algorithms for the TSP has focused on approximate methods in addition to exactrnmethods. Tabu search is one of the most widely applied metaheuristic for solving the TSP. Inrnthis paper, we review the tabu search literature on the TSP, point out trends in it, and bringrnout some interesting research gaps in this literature.

On the use of biased-randomized algorithms for solving non-smooth optimization problems

Soft constraints are quite common in real-life applications. For example, in freight transportation, the fleet size can be enlarged by outsourcing part of the distribution service and some deliveries to customers can be postponed as well; in inventory management, it is possible to consider stock-outs generated by unexpected demands; and in manufacturing processes and project management, it is frequent that some deadlines cannot be met due to delays in critical steps of the supply chain. However, capacity-, size-, and time-related limitations are included in many optimization problems as hard constraints, while it would be usually more realistic to consider them as soft ones, i.e., they can be violated to some extent by incurring a penalty cost. Most of the times, this penalty cost will be nonlinear and even noncontinuous, which might transform the objective function into a non-smooth one. Despite its many practical applications, non-smooth optimization problems are quite challenging, especially when the underlying optimization problem is NP-hard in nature. In this paper, we propose the use of biased-randomized algorithms as an effective methodology to cope with NP-hard and non-smooth optimization problems in many practical applications. Biased-randomized algorithms extend constructive heuristics by introducing a nonuniform randomization pattern into them. Hence, they can be used to explore promising areas of the solution space without the limitations of gradient-based approaches, which assume the existence of smooth objective functions. Moreover, biased-randomized algorithms can be easily parallelized, thus employing short computing times while exploring a large number of promising regions. This paper discusses these concepts in detail, reviews existing work in different application areas, and highlights current trends and open research lines

A cycle-based evolutionary algorithm for the fixed-charge capacitated multi-commodity network design problem

This paper presents an evolutionary algorithm for the fixed-charge multicommodity network design problem (MCNDP), which concerns routing multiple commodities from origins to destinations by designing a network through selecting arcs, with an objective of minimizing the fixed costs of the selected arcs plus the variable costs of the flows on each arc. The proposed algorithm evolves a pool of solutions using principles of scatter search, interlinked with an iterated local search as an improvement method. New cycle-based neighborhood operators are presented which enable complete or partial re-routing of multiple commodities. An efficient perturbation strategy, inspired by ejection chains, is introduced to perform local compound cycle-based moves to explore different parts of the solution space. The algorithm also allows infeasible solutions violating arc capacities while performing the "ejection cycles", and subsequently restores feasibility by systematically applying correction moves. Computational experiments on benchmark MCNDP instances show that the proposed solution method consistently produces high-quality solutions in reasonable computational times

Iterative restricted space search : a solving approach based on hybridization

Face à la complexité qui caractérise les problèmes d'optimisation de grande taille l'exploration complète de l'espace des solutions devient rapidement un objectif inaccessible. En effet, à mesure que la taille des problèmes augmente, des méthodes de solution de plus en plus sophistiquées sont exigées afin d'assurer un certain niveau d 'efficacité. Ceci a amené une grande partie de la communauté scientifique vers le développement d'outils spécifiques pour la résolution de problèmes de grande taille tels que les méthodes hybrides. Cependant, malgré les efforts consentis dans le développement d'approches hybrides, la majorité des travaux se sont concentrés sur l'adaptation de deux ou plusieurs méthodes spécifiques, en compensant les points faibles des unes par les points forts des autres ou bien en les adaptant afin de collaborer ensemble. Au meilleur de notre connaissance, aucun travail à date n'à été effectué pour développer un cadre conceptuel pour la résolution efficace de problèmes d'optimisation de grande taille, qui soit à la fois flexible, basé sur l'échange d'information et indépendant des méthodes qui le composent. L'objectif de cette thèse est d'explorer cette avenue de recherche en proposant un cadre conceptuel pour les méthodes hybrides, intitulé la recherche itérative de l'espace restreint, ±Iterative Restricted Space Search (IRSS)>>, dont, la principale idée est la définition et l'exploration successives de régions restreintes de l'espace de solutions. Ces régions, qui contiennent de bonnes solutions et qui sont assez petites pour être complètement explorées, sont appelées espaces restreints "Restricted Spaces (RS)". Ainsi, l'IRSS est une approche de solution générique, basée sur l'interaction de deux phases algorithmiques ayant des objectifs complémentaires. La première phase consiste à identifier une région restreinte intéressante et la deuxième phase consiste à l'explorer. Le schéma hybride de l'approche de solution permet d'alterner entre les deux phases pour un nombre fixe d'itérations ou jusqu'à l'atteinte d'une certaine limite de temps. Les concepts clés associées au développement de ce cadre conceptuel et leur validation seront introduits et validés graduellement dans cette thèse. Ils sont présentés de manière à permettre au lecteur de comprendre les problèmes que nous avons rencontrés en cours de développement et comment les solutions ont été conçues et implémentées. À cette fin, la thèse a été divisée en quatre parties. La première est consacrée à la synthèse de l'état de l'art dans le domaine de recherche sur les méthodes hybrides. Elle présente les principales approches hybrides développées et leurs applications. Une brève description des approches utilisant le concept de restriction d'espace est aussi présentée dans cette partie. La deuxième partie présente les concepts clés de ce cadre conceptuel. Il s'agit du processus d'identification des régions restreintes et des deux phases de recherche. Ces concepts sont mis en oeuvre dans un schéma hybride heuristique et méthode exacte. L'approche a été appliquée à un problème d'ordonnancement avec deux niveaux de décision, relié au contexte des pâtes et papier: "Pulp Production Scheduling Problem". La troisième partie a permit d'approfondir les concepts développés et ajuster les limitations identifiées dans la deuxième partie, en proposant une recherche itérative appliquée pour l'exploration de RS de grande taille et une structure en arbre binaire pour l'exploration de plusieurs RS. Cette structure a l'avantage d'éviter l'exploration d 'un espace déjà exploré précédemment tout en assurant une diversification naturelle à la méthode. Cette extension de la méthode a été testée sur un problème de localisation et d'allocation en utilisant un schéma d'hybridation heuristique-exact de manière itérative. La quatrième partie généralise les concepts préalablement développés et conçoit un cadre général qui est flexible, indépendant des méthodes utilisées et basé sur un échange d'informations entre les phases. Ce cadre a l'avantage d'être général et pourrait être appliqué à une large gamme de problèmes

Solution Methods for the \u3cem\u3ep\u3c/em\u3e-Median Problem: An Annotated Bibliography

The p-median problem is a graph theory problem that was originally designed for, and has been extensively applied to, facility location. In this bibliography, we summarize the literature on solution methods for the uncapacitated and capacitated p-median problem on a graph or network

Matheuristics: using mathematics for heuristic design

Matheuristics are heuristic algorithms based on mathematical tools such as the ones provided by mathematical programming, that are structurally general enough to be applied to different problems with little adaptations to their abstract structure. The result can be metaheuristic hybrids having components derived from the mathematical model of the problems of interest, but the mathematical techniques themselves can define general heuristic solution frameworks. In this paper, we focus our attention on mathematical programming and its contributions to developing effective heuristics. We briefly describe the mathematical tools available and then some matheuristic approaches, reporting some representative examples from the literature. We also take the opportunity to provide some ideas for possible future development

Adaptive large neighborhood search algorithm – performance evaluation under parallel schemes & applications

Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) is a fairly recent yet popular single-solution heuristic for solving discrete optimization problems. Even though the heuristic has been a popular choice for researchers in recent times, the parallelization of this algorithm is not widely studied in the literature compared to the other classical metaheuristics. To extend the existing literature, this study proposes several different parallel schemes to parallelize the basic/sequential ALNS algorithm. More specifically, seven different parallel schemes are employed to target different characteristics of the ALNS algorithm and the capability of the local computers. The schemes of this study are implemented in a master-slave architecture to manage and assign loads in processors of the local computers. The overall goal is to simultaneously explore different areas of the search space in an attempt to escape the local minima, taking effective steps toward the optimal solution and, to the end, accelerating the convergence of the ALNS algorithm. The performance of the schemes is tested by solving a capacitated vehicle routing problem (CVRP) with available wellknown test instances. Our computational results indicate that all the parallel schemes are capable of providing a competitive optimality gap in solving CVRP within our investigated test instances. However, the parallel scheme (scheme 1), which runs the ALNS algorithm independently within different slave processors (e.g., without sharing any information with other slave processors) until the synchronization occurs only when one of the processors meets its predefined termination criteria and reports the solution to the master processor, provides the best running time with solving the instances approximately 10.5 times faster than the basic/sequential ALNS algorithm. These findings are applied in a real-life fulfillment process using mixed-mode delivery with trucks and drones. Complex but optimized routes are generated in a short time that is applicable to perform last-mile delivery to customers