Applications of biased-randomized algorithms and simheuristics in integrated logistics

Transportation and logistics (T&L) activities play a vital role in the development of many businesses from different industries. With the increasing number of people living in urban areas, the expansion of on-demand economy and e-commerce activities, the number of services from transportation and delivery has considerably increased. Consequently, several urban problems have been potentialized, such as traffic congestion and pollution. Several related problems can be formulated as a combinatorial optimization problem (COP). Since most of them are NP-Hard, the finding of optimal solutions through exact solution methods is often impractical in a reasonable amount of time. In realistic settings, the increasing need for 'instant' decision-making further refutes their use in real life. Under these circumstances, this thesis aims at: (i) identifying realistic COPs from different industries; (ii) developing different classes of approximate solution approaches to solve the identified T&L problems; (iii) conducting a series of computational experiments to validate and measure the performance of the developed approaches. The novel concept of 'agile optimization' is introduced, which refers to the combination of biased-randomized heuristics with parallel computing to deal with real-time decision-making.Las actividades de transporte y logística (T&L) juegan un papel vital en el desarrollo de muchas empresas de diferentes industrias. Con el creciente número de personas que viven en áreas urbanas, la expansión de la economía a lacarta y las actividades de comercio electrónico, el número de servicios de transporte y entrega ha aumentado considerablemente. En consecuencia, se han potencializado varios problemas urbanos, como la congestión del tráfico y la contaminación. Varios problemas relacionados pueden formularse como un problema de optimización combinatoria (COP). Dado que la mayoría de ellos son NP-Hard, la búsqueda de soluciones óptimas a través de métodos de solución exactos a menudo no es práctico en un período de tiempo razonable. En entornos realistas, la creciente necesidad de una toma de decisiones "instantánea" refuta aún más su uso en la vida real. En estas circunstancias, esta tesis tiene como objetivo: (i) identificar COP realistas de diferentes industrias; (ii) desarrollar diferentes clases de enfoques de solución aproximada para resolver los problemas de T&L identificados; (iii) realizar una serie de experimentos computacionales para validar y medir el desempeño de los enfoques desarrollados. Se introduce el nuevo concepto de optimización ágil, que se refiere a la combinación de heurísticas aleatorias sesgadas con computación paralela para hacer frente a la toma de decisiones en tiempo real.Les activitats de transport i logística (T&L) tenen un paper vital en el desenvolupament de moltes empreses de diferents indústries. Amb l'augment del nombre de persones que viuen a les zones urbanes, l'expansió de l'economia a la carta i les activitats de comerç electrònic, el nombre de serveis del transport i el lliurament ha augmentat considerablement. En conseqüència, s'han potencialitzat diversos problemes urbans, com ara la congestió del trànsit i la contaminació. Es poden formular diversos problemes relacionats com a problema d'optimització combinatòria (COP). Com que la majoria són NP-Hard, la recerca de solucions òptimes mitjançant mètodes de solució exactes sovint no és pràctica en un temps raonable. En entorns realistes, la creixent necessitat de prendre decisions "instantànies" refuta encara més el seu ús a la vida real. En aquestes circumstàncies, aquesta tesi té com a objectiu: (i) identificar COP realistes de diferents indústries; (ii) desenvolupar diferents classes d'aproximacions aproximades a la solució per resoldre els problemes identificats de T&L; (iii) la realització d'una sèrie d'experiments computacionals per validar i mesurar el rendiment dels enfocaments desenvolupats. S'introdueix el nou concepte d'optimització àgil, que fa referència a la combinació d'heurístiques esbiaixades i aleatòries amb informàtica paral·lela per fer front a la presa de decisions en temps real.Tecnologies de la informació i de xarxe

Métaheuristiques pour la résolution de problème de covoiturage régulier de grande taille et d'une extension

La dispersion spatiale de l'habitat et des activités de ces dernières décennies a fortement contribué à un allongement des distances et des temps de trajets domicile-travail. Cela a pour conséquence un accroissement de l'utilisation des voitures particulières, notamment au sein et aux abords des grandes agglomérations. Afin de réduire les impacts dus à l'augmentation du trafic routier, des services de covoiturage, où des usagers ayant la même destination se regroupent en équipage pour se déplacer, ont été mis en place partout dans le monde. Nous présentons ici nos travaux sur le problème de covoiturage régulier. Dans cette thèse, le problème de covoiturage régulier a été modélisé et plusieurs métaheuristiques de résolution ont été implémentées, testées et comparées. La thèse est organisée de la façon suivante: tout d'abord, nous commençons par présenter la définition et la description du problème ainsi que le modèle mathématique associé. Ensuite, plusieurs métaheuristiques pour résoudre le problème sont présentées. Ces approches sont au nombre de quatre: un algorithme de recherche locale à voisinage variable, un algorithme à base de colonies de fourmis, un algorithme génétique guidée et un système multi-agents génétiques auto-adaptatif. Des expériences ont été menées pour démontrer l'efficacité de nos approches. Nous continuons ensuite avec la présentation et la résolution d'une extension du problème de covoiturage occasionel comportant plusieurs destinations. Pour terminer, une plate-forme de test et d'analyse pour évaluer nos approches et une plate-forme de covoiturage sont présentées dans l'annexe.Nowadays, the increased human mobility combined with high use of private cars increases the load on environment and raises issues about quality of life. The extensive use of private cars lends to high levels of air pollution, parking problem, traffic congestion and low transfer velocity. In order to ease these shortcomings, the car pooling program, where sets of car owners having the same travel destination share their vehicles, has emerged all around the world. We present here our research on the long-term car pooling problem. In this thesis, the long-term car pooling problem is modeled and metaheuristics for solving the problem are investigated. The thesis is organized as follows. First, the definition and description of the problem as well as its mathematical model are introduced. Then, several metaheuristics to effectively and efficiently solve the problem are presented. These approaches include a Variable Neighborhood Search Algorithm, a Clustering Ant Colony Algorithm, a Guided Genetic Algorithm and a Multi-agent Self-adaptive Genetic Algorithm. Experiments have been conducted to demonstrate the effectiveness of these approaches on solving the long-term car pooling problem. Afterwards, we extend our research to a multi-destination daily car pooling problem, which is introduced in detail manner along with its resolution method. At last, an algorithm test and analysis platform for evaluating the algorithms and a car pooling platform are presented in the appendix.ARRAS-Bib.electronique (620419901) / SudocSudocFranceF

Improvements on Column-Generation-Based Algorithms for Vehicle Routing and Other Combinatorial Problems

RÉSUMÉ : Plusieurs applications dans le contexte de la logistique et de la planification de la production peuvent être modélisées comme des problèmes d’optimisation combinatoire (POC). En particulier,l’un des problèmes les plus étudiés dans ce domaine est le problème de tournées de véhicules (PTV). Le PTV consiste à trouver des tournées de véhicules qui minimisent le coût total de transport pour visiter un ensemble de clients, de telle sorte que leur demande soit complètement satisfaite en une seule visite, et que la capacité des véhicules ne soit jamais dépassée. Présentement, la principale méthode de résolution exacte pour les PTVs est la génération de colonnes. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’étude des algorithmes de génération de colonnes et proposons de nouvelles idées pour améliorer leur efficacité. Dans le Chapitre 4, nous présentons une revue de littérature très exhaustive dans laquelle nous mettons en évidence les principales contributions algorithmiques et de modélisation apportées au cours des dernières années dans la cadre du développent des algorithmes de génération de colonnes et de plans coupants intégrés à des méthodes d’énumération implicite pour le PTV. Notre étude est divisée en deux parties principales. Dans la première partie, nous présentons des aspects qui peuvent s’appliquer à la plupart des variantes de PTV, à savoir : des algorithmes de résolution du sous-problème de la génération de colonnes, la séparation de plans coupants, les stratégies de branchement et la stabilisation des variables duales dans le problème-maître. La deuxième partie est dédiée à la résolution de problèmes spécifiques. Dans cette partie, nous discutons comment les spécificités de chaque problème peuvent êtres traitées lors du développement des algorithmes d’énumération implicite combinant génération de colonnes et plans coupants. On étude les attributs suivants : l’existence d’une flotte hétérogène et des dépôts multiples, la considération de fenêtres de temps souples chez les clients, la possibilité d’effectuer des livraisons fractionnées, les coûts dépendant du temps, la réalisation de cueillettes et livraisons, la présence d’incertitude dans les données et des aspects environnementaux. Dans le Chapitre 5, nous proposons un algorithme sélectif pour résoudre des sous-problèmes de la génération de colonnes afin de générer des routes relaxées de type arc-ng. Notre méthode considère une généralisation de la dominance par ensemble proposée par Bulhões et al. [1]. Les résultats numériques obtenus sur des instances du PTV avec fenêtres de temps montrent que le nouveau mécanisme aide à réduire le nombre d’étiquettes non-dominées dans l’algorithme d’étiquetage utilisé pour résoudre le sous-problème et, par conséquent, le temps de calcul. Enfin, dans le Chapitre 6, nous présentons une nouvelle méthode de stabilisation pour des POCs avec des structures qui favorisent l’parution de dégénérescence. Le nouvel algorithme de stabilisation, appelé dyn-SAR, est basé sur la séparation dynamique de contraintes agrégées, qui sont obtenues en additionnant des contraintes du problème maître de génération de colonnes. L’effet de stabilisation induit par dyn-SAR provient des fortes interactions qui surviennent entre les variables duales, ce qui n’est pas observé lors de la résolution explicite d’une formulation de partition d’ensemble (recouvrement / empaquetage). L’intérêt principal pour l’utilisation du dyn-SAR est dû à sa simplicité et généralité. Ce dernier aspect est confirmé dans nos expériences, où nous considérons des problèmes dont la fonction objectif et le sous-problème de génération de colonnes sont considérablement différents. Les résultats numériques montrent un avantage important du dyn-SAR par rapport à une méthode de génération de colonnes standard en termes de nombre d’itérations et de temps de calcul.----------ABSTRACT : Several applications arising in the context of logistics and production planning can be modeled as combinatorial optimization problems (COPs). In particular, one of the most studied problems in this field is the vehicle routing problem (VRP). The VRP is the problem of finding least-cost routes to visit a set of customers in such a way that their demand is completely satisfied in a single visit, and the capacity of vehicles is not exceeded. Nowadays, the leading exact method to cope with different classes of VRPs is column generation (CG). In this thesis, we are interested in studying CG algorithms and propose new ideas to enhance their efficiency. In Chapter 4, we present a methodological survey in which we highlight and discuss the main algorithmic and modeling contributions made over the years in the context of branch-priceand-cut methods for VRPs. Our study is divided into two main parts. In the first part, we discuss topics that may apply to most VRPs variants, namely: pricing algorithms, cut separation, branching strategies, and dual variable stabilization. The second part is more problem-oriented and describes how aspects such as heterogeneous fleet, multi-depots, soft time windows, split deliveries, time dependency, pickups and deliveries, uncertainty, and environmental aspects can be handled in devising branch-price-and-cut algorithms. In Chapter 5, we propose a selective pricing algorithm to solve pricing subproblems defined in terms of arc-ng-route relaxations. Our method extends the set-based dominance rule proposed by Bulhões et al. [1], making it more general and stronger. Computational experiments performed over instances of the VRP with time windows show that the proposed mechanism helps in reducing the number of non-dominated labels kept by the labeling algorithm and, as a consequence, the CPU time. Finally, in Chapter 6, we develop a new stabilization framework to tackle COPs with degenerate structures. The new stabilization method, called dyn-SAR, relies on the dynamic separation of aggregated constraints, which are obtained by summing up constraints from the CG master problem. The stabilization effect induced by dyn-SAR is due to strong interactions that arise from dual variables, which is not observed when solving explicitly a set-partitioning (covering/packing) formulation. The main interests in using the dyn-SAR method are its simplicity and generality. The latter aspect is confirmed in our experiments, where we solve instances from problems differing considerably in their objective function and pricing subproblem. Numerical results show a clear advantage of dyn-SAR over a standard CG method in terms of both the number of iterations and running time

JTIT

kwartalni

Políticas de Copyright de Publicações Científicas em Repositórios Institucionais: O Caso do INESC TEC

A progressiva transformação das práticas científicas, impulsionada pelo desenvolvimento das novas Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), têm possibilitado aumentar o acesso à informação, caminhando gradualmente para uma abertura do ciclo de pesquisa. Isto permitirá resolver a longo prazo uma adversidade que se tem colocado aos investigadores, que passa pela existência de barreiras que limitam as condições de acesso, sejam estas geográficas ou financeiras. Apesar da produção científica ser dominada, maioritariamente, por grandes editoras comerciais, estando sujeita às regras por estas impostas, o Movimento do Acesso Aberto cuja primeira declaração pública, a Declaração de Budapeste (BOAI), é de 2002, vem propor alterações significativas que beneficiam os autores e os leitores. Este Movimento vem a ganhar importância em Portugal desde 2003, com a constituição do primeiro repositório institucional a nível nacional. Os repositórios institucionais surgiram como uma ferramenta de divulgação da produção científica de uma instituição, com o intuito de permitir abrir aos resultados da investigação, quer antes da publicação e do próprio processo de arbitragem (preprint), quer depois (postprint), e, consequentemente, aumentar a visibilidade do trabalho desenvolvido por um investigador e a respetiva instituição. O estudo apresentado, que passou por uma análise das políticas de copyright das publicações científicas mais relevantes do INESC TEC, permitiu não só perceber que as editoras adotam cada vez mais políticas que possibilitam o auto-arquivo das publicações em repositórios institucionais, como também que existe todo um trabalho de sensibilização a percorrer, não só para os investigadores, como para a instituição e toda a sociedade. A produção de um conjunto de recomendações, que passam pela implementação de uma política institucional que incentive o auto-arquivo das publicações desenvolvidas no âmbito institucional no repositório, serve como mote para uma maior valorização da produção científica do INESC TEC.The progressive transformation of scientific practices, driven by the development of new Information and Communication Technologies (ICT), which made it possible to increase access to information, gradually moving towards an opening of the research cycle. This opening makes it possible to resolve, in the long term, the adversity that has been placed on researchers, which involves the existence of barriers that limit access conditions, whether geographical or financial. Although large commercial publishers predominantly dominate scientific production and subject it to the rules imposed by them, the Open Access movement whose first public declaration, the Budapest Declaration (BOAI), was in 2002, proposes significant changes that benefit the authors and the readers. This Movement has gained importance in Portugal since 2003, with the constitution of the first institutional repository at the national level. Institutional repositories have emerged as a tool for disseminating the scientific production of an institution to open the results of the research, both before publication and the preprint process and postprint, increase the visibility of work done by an investigator and his or her institution. The present study, which underwent an analysis of the copyright policies of INESC TEC most relevant scientific publications, allowed not only to realize that publishers are increasingly adopting policies that make it possible to self-archive publications in institutional repositories, all the work of raising awareness, not only for researchers but also for the institution and the whole society. The production of a set of recommendations, which go through the implementation of an institutional policy that encourages the self-archiving of the publications developed in the institutional scope in the repository, serves as a motto for a greater appreciation of the scientific production of INESC TEC