A new distance measure based on the exchange operator for the HFF-AVRP

The Heterogeneous Fixed Fleet Asymmetric Vehicle Routing Prob- lem (HFF-AVRP) is a N P-hard optimization problem. Instances analysis and in particular, fitness landscape analysis, may help problem solving. Such anal- ysis require the definition of a distance between feasible solutions. Such a dis- tance does not exist for the HFF-AVRP and this report aims at proposing a new distance measure defined from the exchange operator. In order to compute the exchange-distance between two solutions, four algorithms are suggested and then experimented. One of them is proved to be robust and to give the exact distance whereas others only compute an upper bound

NILS: a Neutrality-based Iterated Local Search and its application to Flowshop Scheduling

This paper presents a new methodology that exploits specific characteristics from the fitness landscape. In particular, we are interested in the property of neutrality, that deals with the fact that the same fitness value is assigned to numerous solutions from the search space. Many combinatorial optimization problems share this property, that is generally very inhibiting for local search algorithms. A neutrality-based iterated local search, that allows neutral walks to move on the plateaus, is proposed and experimented on a permutation flowshop scheduling problem with the aim of minimizing the makespan. Our experiments show that the proposed approach is able to find improving solutions compared with a classical iterated local search. Moreover, the tradeoff between the exploitation of neutrality and the exploration of new parts of the search space is deeply analyzed

Neutralité du problème de coloration de graphe

National audienceLe problème de coloration de graphe (GCP) est un problème d'optimisation combinatoire très étudié dans la littérature. En effet, de nombreux problèmes réels, comme l'allocation de fréquences dans les télécommunications, sont modélisés et résolus via la coloration de graphe. Nous nous intéressons, ici, pour un nombre de couleurs donné k, à minimiser le nombre d'arêtes dont les extrémités sont identiquement coloriées. Ce nombre correspond au nombre de conflits dans la solution. De nombreuses observations font mention de la présence de solutions de même qualité, avec un nombre identique de conflits. Lorsque deux solutions voisines, en terme d'opérateur de voisinage, ont la même qualité, on parle de neutralité. Les recherches locales se déplaçant entre les solutions voisines, cette neutralité représente alors une frontière difficile à franchir. Plusieurs questions se posent alors quant à la quantité de ces solutions de même qualité et à la manière de tirer bénéfice de cette neutralité au cours de la résolution du problème. Dans cette étude, nous commencerons par quantifier et caractériser la neutralité de certaines instances difficiles de la littérature. Puis, nous montrerons que cette neutralité peut être exploitée par le processus de recherche

The Road to VEGAS: Guiding the Search over Neutral Networks

VEGAS (Varying Evolvability-Guided Adaptive Search) is a new methodology proposed to deal with the neutrality property of some optimization problems. ts main feature is to consider the whole neutral network rather than an arbitrary solution. Moreover, VEGAS is designed to escape from plateaus based on the evolvability of solution and a multi-armed bandit. Experiments are conducted on NK-landscapes with neutrality. Results show the importance of considering the whole neutral network and of guiding the search cleverly. The impact of the level of neutrality and of the exploration-exploitation trade-off are deeply analyzed.Comment: Genetic And Evolutionary Computation Conference, Dublin : Ireland (2011

Une nouvelle mesure de distance pour l'ACVRP

National audienceLe problème de tournées de véhicules avec contraintes de capacité (CVRP) a pour but est de satisfaire la demande d'un ensemble de clients grâce à une flotte de véhicules ayant chacun une capacité limitée tout en minimisant la distance totale parcourue. Le problème asymétrique de tournées de véhicules avec contraintes de capacité (ACVRP) est un cas particulier du CVRPqui tient compte des spécificités des véhicules et/ou de la direction des tournées envisagées. Nous proposons une représentation des solutions de l'ACVRP et une relation de voisinage basée sur un opérateur d'échange. Puis, nous définissons une distance entre les solutions de l'ACVRP correspondant au nombre minimal d'application de l'opérateur d'échange nécessaire pour passer d'une solution à une autre. Nous donnons, enfin, un algorithme de calcul de cette distance ainsi que les expérimentations qui ont permis de montrer sa robustesse

Conception de recherche locale en présence de neutralité

National audienceLe problème d'ordonnancement de type Flowshop de permutation (FSP) est un problème d'optimisation combinatoire (COP) très étudié dans la littérature. Pour les instances de Taillard [4], certains travaux font mention de la présence de nombreuses solutions ayant la même qualité. Les recherches locales utilisent un opérateur de voisinage pour se déplacer d'une solution vers un de ses voisins. Lorsque deux solutions voisines ont la même qualité, on parle de neutralité. Le FSP semble présenter une telle caractéristique. Aussi certaines questions se posent naturellement : Comment caractériser la neutralité du FSP ? La neutralité est-elle utilisée pour résoudre le FSP ? Pour répondre à ces questions, nous commençons par analyser la neutralité des instances de Taillard du FSP à travers une analyse de paysage. Puis, nous proposons d'étudier les performances de trois algorithmes de recherche locale, dont deux utilisent les caractéristiques de neutralité du problème

Neutralité du problème de coloration de graphe

National audienceLe problème de coloration de graphe (GCP) est un problème d'optimisation combinatoire très étudié dans la littérature. En effet, de nombreux problèmes réels, comme l'allocation de fréquences dans les télécommunications, sont modélisés et résolus via la coloration de graphe. Nous nous intéressons, ici, pour un nombre de couleurs donné k, à minimiser le nombre d'arêtes dont les extrémités sont identiquement coloriées. Ce nombre correspond au nombre de conflits dans la solution. De nombreuses observations font mention de la présence de solutions de même qualité, avec un nombre identique de conflits. Lorsque deux solutions voisines, en terme d'opérateur de voisinage, ont la même qualité, on parle de neutralité. Les recherches locales se déplaçant entre les solutions voisines, cette neutralité représente alors une frontière difficile à franchir. Plusieurs questions se posent alors quant à la quantité de ces solutions de même qualité et à la manière de tirer bénéfice de cette neutralité au cours de la résolution du problème. Dans cette étude, nous commencerons par quantifier et caractériser la neutralité de certaines instances difficiles de la littérature. Puis, nous montrerons que cette neutralité peut être exploitée par le processus de recherche

Recherche locale et optimisation combinatoire : de l'analyse structurelle d'un problème à la conception d'algorithmes efficaces

Many problems from combinatorial optimization are NP-hard, so that exact methods remain inefficient to solve them efficiently. However, metaheuristics are approximation methods known and used for their efficiency. But they often require a lot of parameters, which are very difficult to set in order to provide good performance. As a consequence, a challenging question is to perform such parameter tuning easier, or adaptive. The fitness landscape of given combinatorial optimization problem, based on a search space, a fitness function and a neighborhood relation, allow to characterize the problem structure and make the understanding of the dynamics of search approches possible. This thesis deals with fitness landscape analysis, together with the link with some neighborhood-based metaheuristic classes. We show the influence of the landscape structure on the dynamics of metaheuristics, for two challenging problems from the field of logistics. We analyze the landscape characteristics which help to design efficient local search metaheuristics and/or to set their parameters. Neutrality is one of the main structural characteristic of a landscape. Such landscapes have numerous plateaus, which often inhibits the progress of local search algorithms. After a deep analysis of these plateaus, we prove that this neutral structure cannot be ignored. Then, we use several information linked with neutrality, and particularly with blocking plateaus, in order to design a first local search approach, which appear to efficient and easy to implement. At last, in order to extend our work on the neutral structure, we chose to exploit the neutrality involved in the whole landscape. We propose a new local search algorithm, based on the ability of solutions of a plateau to produce improvement by means of a guiding strategy. The thesis ends with an experimental analysis of the two local search methods presented for neutral problems in order to exploit new characteristics, and then to strengthen the link between fitness landscape analysis and efficient algorithm design.Les problèmes d'optimisation combinatoire sont généralement NP-difficiles et les méthodes exactes demeurent inefficaces pour les résoudre rapidement. Les métaheuristiques sont des méthodes génériques de résolution connues et utilisées pour leur efficacité. Elles possèdent souvent plusieurs paramètres qui s'avèrent fastidieux à régler pour obtenir de bonnes performances. Il est alors intéressant de chercher à rendre plus évident, voire à automatiser, ce réglage des paramètres. Le paysage d'un problème d'optimisation combinatoire est une structure, basée sur la notion de voisinage, permettant de caractériser le problème puis de suivre la dynamique d'une méthode d'optimisation pour comprendre son efficacité. Les travaux de cette thèse portent sur l'analyse de paysage de problèmes d'optimisation combinatoire et le lien étroit avec certaines classes de métaheuristiques, basées sur une exploration du voisinage des solutions. Ainsi, nous montrons l'influence de la structure de paysage sur la dynamique d'une métaheuristique, pour deux problèmes issus de la logistique. Ensuite, nous analysons les caractéristiques du paysage qui permettent de concevoir et/ou paramétrer des métaheuristiques, principalement des recherches locales, efficaces. La neutralité est, en particulier, une caractéristique structurelle importante des paysages. De tels paysages présentent de nombreux plateaux bloquant la progression d'une recherche locale. Après une analyse fine des plateaux, nous prouvons que cette structure neutre ne doit pas être ignorée. Puis, nous utilisons plusieurs informations liées à la neutralité, et plus particulièrement aux plateaux bloquants, pour concevoir une première recherche locale simple à mettre en œuvre et efficace. Enfin, pour approfondir nos travaux sur les structures neutres, nous avons choisi d'exploiter la neutralité à tous les niveaux du paysage pour concevoir une nouvelle recherche locale basée sur la capacité des solutions d'un même plateau à produire une amélioration. Une stratégie de guidage vers cette solution est alors proposée. La thèse se termine par l'analyse comparative des deux méthodes d'optimisation proposées pour les problèmes neutres afin d'en exploiter de nouvelles caractéristiques, et ainsi, renforcer le lien entre l'analyse de paysage et la conception de méthodes efficaces

Comparison of Neighborhood for the HFF-AVRP

International audienc

A Fitness Landscape Analysis for the Permutation Flowshop Scheduling Problem

International audienc