Chance Constrained Mixed Integer Program: Bilinear and Linear Formulations, and Benders Decomposition

In this paper, we study chance constrained mixed integer program with consideration of recourse decisions and their incurred cost, developed on a finite discrete scenario set. Through studying a non-traditional bilinear mixed integer formulation, we derive its linear counterparts and show that they could be stronger than existing linear formulations. We also develop a variant of Jensen's inequality that extends the one for stochastic program. To solve this challenging problem, we present a variant of Benders decomposition method in bilinear form, which actually provides an easy-to-use algorithm framework for further improvements, along with a few enhancement strategies based on structural properties or Jensen's inequality. Computational study shows that the presented Benders decomposition method, jointly with appropriate enhancement techniques, outperforms a commercial solver by an order of magnitude on solving chance constrained program or detecting its infeasibility

Meta-Heuristics for Dynamic Lot Sizing: a review and comparison of solution approaches

Proofs from complexity theory as well as computational experiments indicate that most lot sizing problems are hard to solve. Because these problems are so difficult, various solution techniques have been proposed to solve them. In the past decade, meta-heuristics such as tabu search, genetic algorithms and simulated annealing, have become popular and efficient tools for solving hard combinational optimization problems. We review the various meta-heuristics that have been specifically developed to solve lot sizing problems, discussing their main components such as representation, evaluation neighborhood definition and genetic operators. Further, we briefly review other solution approaches, such as dynamic programming, cutting planes, Dantzig-Wolfe decomposition, Lagrange relaxation and dedicated heuristics. This allows us to compare these techniques. Understanding their respective advantages and disadvantages gives insight into how we can integrate elements from several solution approaches into more powerful hybrid algorithms. Finally, we discuss general guidelines for computational experiments and illustrate these with several examples

09261 Abstracts Collection -- Models and Algorithms for Optimization in Logistics

From June 21 to June 26, 2009 the Dagstuhl Seminar Perspectives Workshop 09261 ``Models and Algorithms for Optimization in Logistics \u27\u27 was held in Schloss Dagstuhl~--~Leibniz Center for Informatics. During the seminar, several participants presented their current research, and ongoing work and open problems were discussed. Abstracts of the presentations given during the seminar as well as abstracts of seminar results and ideas are put together in this paper. The first section describes the seminar topics and goals in general. Links to extended abstracts or full papers are provided, if available

Modeling Industrial Lot Sizing Problems: A Review

In this paper we give an overview of recent developments in the field of modeling single-level dynamic lot sizing problems. The focus of this paper is on the modeling various industrial extensions and not on the solution approaches. The timeliness of such a review stems from the growing industry need to solve more realistic and comprehensive production planning problems. First, several different basic lot sizing problems are defined. Many extensions of these problems have been proposed and the research basically expands in two opposite directions. The first line of research focuses on modeling the operational aspects in more detail. The discussion is organized around five aspects: the set ups, the characteristics of the production process, the inventory, demand side and rolling horizon. The second direction is towards more tactical and strategic models in which the lot sizing problem is a core substructure, such as integrated production-distribution planning or supplier selection. Recent advances in both directions are discussed. Finally, we give some concluding remarks and point out interesting areas for future research

Multistage stochastic capacitated discrete lot-sizing with lead times: problem definition, complexity analysis and tighter formulations

A stochastic capacitated discrete procurement problem with lead times, cancellation and postponement is addressed. The problem determines the expected cost minimization of satisfying the uncertain demand of a product during a discrete time planning horizon. The supply of the product is made through the purchase of optional distinguishable orders of fixed size with lead time. Due to the uncertainty of demand, corrective actions, such as order cancellation and postponement, may be taken with associated costs and time limits. The problem is modeled as an extension of a capacitated discrete lot-sizing problem with uncertain demand and lead times through a multistage stochastic mixed-integer programming approach. To improve the resolution of the model by tightening its formulation, valid inequalities are generated based on conventional inequalities. Subsets of approximately non dominated valid inequalities are determined heuristically. A procedure to tighten an upgraded formulation based on a known scheme of pairing of inequalities is proposed. Computational experiments are performed for several instances with different uncertainty information structure. The experimental results allow to conclude that the inclusion of subsets of the generated valid inequalities enable a more efficient resolution of the model

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

Mathematics in the Supply Chain

[no abstract available