Optimization in driver’s scheduling for university shuttle bus using harmony search

This paper is about driver scheduling which is categorized as a difficult combinatorial problem. Driver scheduling is the process of assigning shift to the drivers based on hard and soft constraints. The proposed technique is Harmony Search, which is a recently developed population-based meta heuristic optimization algorithm. This study will be implemented to UTeM Shuttle Bus. The number of drivers involved is about 25. It is viewed that the objective function evaluated by Harmony Search is less than a manual solution. Therefore, the result produced for this project is quite promising since the objective function obtained is better than the real schedule which is done manually

Using harmony search for optimising university shuttle bus driver scheduling for better operational management

Managing human resource to achieve specific goal in an organisation is a crucial task. One of various aspects in managing human resource is preparing optimum scheduling to perform certain tasks. The main objective of this paper is to illustrate the preparation and the work of optimum scheduling for university shuttle bus driver using a recently develop meta-heuristic technique known as Harmony Search. A mathematical formulation for the university shuttle bus driver scheduling problem based on the requirement and the preference of the university is illustrated. The optimum schedule is generated using Harmony Search, an optimisation approach inspired by the processes in music improvisation with less mathematical computation. It can be seen that the result produced using harmony search approach to automate the optimum university shuttle bus driver scheduling is quite promising because it yield better value of objective function compared with the one being done manually. Automation of the optimum university bus driver scheduling certainly can enhanced the operational management processes. This work can be regarded as a multidisciplinary work which several domains such as computer science, mathematics, operational research and management are involved

Hybrid harmony search with great deluge for UUM CAS curriculum based course timetabling

Producing university course timetabling is a tough and complicated task due to higher number of courses and constraints.The process usually consisted of satisfying a set of hard constraints so as a feasible solution can be obtained.It then continues with the process of optimizing (minimizing) the soft constraints in order to produce a good quality timetable. In this paper, a hybridization of harmony search with a great deluge is proposed to optimize the soft constraints.Harmony search comprised of two main operators such as memory consideration and random consideration operator.The great deluge was applied on the random consideration operator. The proposed approach was also adapted on curriculum-based course timetabling problems of College of Arts and Sciences, Universiti Utara Malaysia (UUM CAS).The result shows that the quality of timetable of UUM CAS produced by the proposed approach is superior than the quality of timetable produced using the current software package

Cosine Harmony Search (CHS) for Static Optimization

Harmony Search (HS) is a behaviour imitation of a musician looking for the balance harmony. HS suffers to find the best parameter tuning especially for Pitch Adjustment Rate (PAR). PAR plays a crucial role in selecting historical solution and adjusting it using Bandwidth (BW) value. However, PAR in HS requires to be initialized with a constant value at the beginning step. On top of that, it also causes delay in convergence speed due to disproportion of global and local search capabilities. Even though, some HS variants claimed to overcome that shortcoming by introducing the self-modification of pitch adjustment rate, some of their justification were imprecise and required deeper and extensive experiments. Local Opposition-Based Learning Self-Adaptation Global Harmony Search (LHS) implements a heuristic factor, η for self-modification of PAR. It (η) manages the probability for selecting the adaptive step either as global or worst. If the value of η is large, the opportunity to select the global adaptive step is high, so the algorithm will further exploit for better harmony value. Otherwise, if η is small, the worst adaptive step is prone to be selected, therefore the algorithm will close to the global best solution. In this paper, regarding to the HS problem, we introduce a Cosine Harmony Search (CHS) by incorporating embedment of cosine and additional strategy rule with self-modification of pitch tuning to enlarge the exploitation capability of solution space. The additional strategy employs the η inspired by LHS and contains the cosine parameter. We test our proposed CHS on twelve standard static benchmark functions and compare it with basic HS and five state-of-the-art HS variants. Our proposed method and these state-of-the-art algorithms executed using 30 and 50 dimensions. The numerical results demonstrated that the CHS has outperformed with other state-of-the-art in accuracy and convergence speed evaluations

A modified migrating bird optimization for university course timetabling problem

University course timetabling problem is a dilemma which educational institutions are facing due to various demands to be achieved in limited resources. Migrating bird optimization (MBO) algorithm is a new meta-heuristic algorithm which is inspired by flying formation of migrating birds. It has been applied successfully in tackling quadratic assignment problem and credit cards fraud detection problem. However, it was reported that MBO will get stuck in local optima easily. Therefore, a modified migrating bird optimization algorithm is proposed to solve post enrolment-based course timetabling. An improved neighbourhood sharing mechanism is used with the aim of escaping from local optima. Besides that, iterated local search is selected to be hybridized with the migrating bird optimization in order to further enhance its exploitation ability. The proposed method was tested using Socha’s benchmark datasets. The experimental results show that the proposed method outperformed the basic MBO and it is capable of producing comparable results as compared with existing methods that have been presented in literature. Indeed, the proposed method is capable of addressing university course timetabling problem and promising results were obtained

Hybrid harmony search algorithm for continuous optimization problems

Harmony Search (HS) algorithm has been extensively adopted in the literature to address optimization problems in many different fields, such as industrial design, civil engineering, electrical and mechanical engineering problems. In order to ensure its search performance, HS requires extensive tuning of its four parameters control namely harmony memory size (HMS), harmony memory consideration rate (HMCR), pitch adjustment rate (PAR), and bandwidth (BW). However, tuning process is often cumbersome and is problem dependent. Furthermore, there is no one size fits all problems. Additionally, despite many useful works, HS and its variant still suffer from weak exploitation which can lead to poor convergence problem. Addressing these aforementioned issues, this thesis proposes to augment HS with adaptive tuning using Grey Wolf Optimizer (GWO). Meanwhile, to enhance its exploitation, this thesis also proposes to adopt a new variant of the opposition-based learning technique (OBL). Taken together, the proposed hybrid algorithm, called IHS-GWO, aims to address continuous optimization problems. The IHS-GWO is evaluated using two standard benchmarking sets and two real-world optimization problems. The first benchmarking set consists of 24 classical benchmark unimodal and multimodal functions whilst the second benchmark set contains 30 state-of-the-art benchmark functions from the Congress on Evolutionary Computation (CEC). The two real-world optimization problems involved the three-bar truss and spring design. Statistical analysis using Wilcoxon rank-sum and Friedman of IHS-GWO’s results with recent HS variants and other metaheuristic demonstrate superior performance

Advanced meta-heuristic approaches and their application to operational optimization in forest wildfire management

La última década ha sido testigo de un aumento vertiginoso de la cantidad y frecuencia de desastres a gran escala, principalmente debido a los fenómenos devastadores derivados de paradigmas climatológicos y ambientales a gran escala como el calentamiento global. De entre ellos son las inundaciones, huracanes y terremotos los desastres de mayor frecuencia de aparición y fatales consecuencias durante este período, tal como certifican los más de 20.000 muertos a consecuencia de un terremoto en la región de Gujarat (India) en 2001, o las 230.000 y 316.000 pérdidas humanas de los terremotos de Indonesia y Haití en 2004 y 2010, respectivamente. En este contexto, el enfoque de esta tesis se centra en una casuística concreta de desastre a media-gran escala cuya frecuencia y severidad han crecido de manera igualmente preocupante en los últimos tiempos: los incendios, definidos como un fuego de grandes dimensiones no voluntariamente iniciado por el ser humano, y que afecta a aquello que no está destinado a quemarse. Pese a la diversidad de iniciativas, campañas y procedimientos orientados a la minimización del impacto y las consecuencias de los incendios, varios sucesos fatales acontecidos en los últimos años han puesto en duda la efectividad de las políticas actuales de gestión de recursos contra incendios como aeronaves, vehículos terrestres, equipamiento de comunicaciones radio, logística de abastecimiento y las brigadas desplegadas en el área afectada. Un ejemplo manifiesto de esta falta de eficacia es la muerte de once bomberos ocurrida en un incendio de 130 kilómetros cuadrados en la zona de Guadalajara (España) en 2005, oficialmente atribuida a una deficiente coordinación entre el puesto de mando y los equipos de extinción debida, fundamentalmente, a problemas de cobertura en los sistemas de radiocomunicación. Aunque la causa de esta falta de coordinación ha sido cuestionada por las autoridades y los agentes involucrados desde entonces, lo cierto es que este suceso supone un ejemplo evidente de la necesidad de estudiar y desarrollar herramientas algorítmicas que ayuden al personal de comandancia a ejecutar óptimamente sus tareas de coordinación y control. Desafortunadamente la coyuntura de crisis económica mundial que azota con especial fuerza los países del Sur de Europa ha mermado dramáticamente las partidas presupuestarias para la prevención y extinción de incendios en beneficio de programas nacionales de reducción de déficit. A consecuencia de estos recortes, el coste ha irrumpido con fuerza como un criterio de extrema relevancia en la planificación operativa de este tipo de desastres: desde la perspectiva de un problema de optimización, los recursos contra incendios son actualmente gestionados con el objetivo fundamental de maximizar su efectividad contra incendios, sujeto a la restricción de que el coste agregado asociado a las decisiones tomadas no supere un determinado umbral presupuestario. Pese a que estas restricciones de coste están bien acotadas, en la práctica la mayoría de los procedimientos de gestión de recursos contra incendios están fuertemente determinados por la capacidad limitada del ser humano para tomar decisiones ágiles en escenarios de elevada complejidad y heterogeneidad. Por los motivos anteriormente expuestos, la presente Tesis doctoral propone la adopción de algoritmos meta-heurísticos para solventar eficientemente problemas de optimización que modelan procesos de gestión de recursos contra incendios. Esta familia de algoritmos de optimización es capaz de explorar el espacio solución de un problema dado merced a la aplicación iterativa de mecanismos inteligentes de búsqueda explorativa y explotativa, produciendo soluciones que sacrifican calidad por una complejidad computacional menor en comparación con la resultante de procesos determinísticos de búsqueda exhaustiva. En particular la Tesis plantea la búsqueda por harmonía (del inglés Harmony Search) como la técnica meta-heurística de optimización común a las herramientas diseñadas para la gestión de recursos en dos escenarios diferentes: ? El primer escenario analizado contempla el despliegue óptimo de redes de comunicación inalámbrica para la coordinación de equipos de extinción en incendios forestales de gran escala. Desde el punto de vista formal, el problema del despliegue dinámico de retransmisores que caracteriza matemáticamente este escenario consiste en estimar el número y localización de los retransmisores radio que deben ser desplegados en el área afectada por el incendio, de tal modo que el número de nodos móviles (i.e. recursos) con cobertura radio es maximizado a un coste del despliegue mínimo. A fin de reflejar la diversidad de equipamiento de retransmisión radio existente en la realidad, este problema es reformulado para considerar modelos de retransmisor con diferentes características de cobertura y coste. El problema resultante es resuelto de manera eficiente mediante sendos algoritmos mono- y bi-objetivo que conjugan 1) la Búsqueda por Harmonía como método de búsqueda global; y 2) una versión modificada del algoritmo de agrupación K-means como técnica de búsqueda local. El desempeño de los métodos propuestos es evaluado mediante experimentos numéricos basados en datos estadísticos reales de la Comunidad de Castilla la Mancha (España), merced a cuyos resultados queda certificada su practicidad a la hora de desplegar infraestructura de comunicación en este tipo de desastres. ? El segundo escenario bajo estudio se concentra en el despliegue y planificación óptima de vehículos aéreos de extinción de incendios basados en estimaciones predictivas del riesgo de incendio de una cierta área geográfica. De manera enunciativa, el problema subyacente busca la asignación de recursos a aeródromos y aeropuertos con restricciones de capacidad que maximice la utilidad de dichos recursos en relación al riesgo de incendio y minimice, a su vez, el coste de ejecutar dicha asignación. La formulación de este problema también considera, dentro de la definición de dicha función de utilidad, la distancia relativa entre aeropuerto, punto de potencial riesgo de incendio y el recurso acuífero (lago, río o mar) más cercano. Para su resolución eficiente se propone el uso de algoritmos de optimización basados, de nuevo, en la Búsqueda por Harmonía, incorporando además métodos voraces de reparación capacitiva. La aplicabilidad práctica de estos métodos es validada mediante experimentos numéricos en escenarios sintéticos y un caso práctico que incluye valores reales del riesgo de incendio, posiciones de recursos acuíferos e instalaciones aeroportuarias. En resumen, esta Tesis evidencia, desde un punto de vista práctico, que la meta-heurística moderna supone una solución algorítmica computacionalmente eficiente para tratar problemas de gestión de recursos contra incendios sujetos a restricciones de coste