Del A: Diskret optimering og heuristiske metoder Leksjon 2

Like dokumenter
!"!#$ INF-MAT Geir Hasle - Leksjon 2 2

INF-MAT-5380

Del A: Diskret optimering og heuristiske metoder Leksjon 8

i B maksimal b Fundamentalteoremet for lineærprogrammering Den leksikografiske metode Blands pivoteringregel MoD233 - Geir Hasle - Leksjon 4 2

Del A: Diskret optimering og heuristiske metoder Leksjon 3

STK1100 våren Estimering. Politisk meningsmåling. Svarer til sidene i læreboka. The German tank problem. Måling av lungefunksjon

Forelesning 3 MET3592 Økonometri ved David Kreiberg Vår 2011

Econ 2130 uke 15 (HG)

Forelesning 3 mandag den 25. august

Formler og regler i statistikk ifølge lærebok Gunnar Løvås: Statistikk for universiteter og høgskoler

Regler om normalfordelingen

Positive rekker. Forelest: 3. Sept, 2004

Simpleksmetoden. Initiell basistabell Fase I for å skaffe initiell, brukbar løsning. Fase II: Iterativ prosess for å finne optimal løsning Pivotering

Korteste-vei problemet Nettverksflyt med øvre begrensninger Maksimum-flyt problemet Teorem: Maksimum-flyt Minimum-kutt

Løsningsforslag Eksamen i Statistikk Nov 2001 Oppgave 1 a) Det fins 8 mulige kombinasjoner. Disse finnes ved å utelate ett og ett tall.

Notat 1: Grunnleggende statistikk og introduksjon til økonometri

Forelesning 19 og 20 Regresjon og korrelasjons (II)

Regler om normalfordelingen

Seminaroppgaver for uke 13

Seminaroppgaver for uke 13 (Oppgave (1), (2), og (3))

Regler om normalfordelingen

Om enkel lineær regresjon II

Om enkel lineær regresjon II

Econ 2130 uke 19 (HG) Inferens i enkel regresjon og diskrete modeller

Om enkel lineær regresjon II

TMA4245 Statistikk Eksamen august 2014

Forelesning 25 og 26 Introduksjon til Bayesiansk statistikk

TMA4245 Statistikk Eksamen mai 2016

Makroøkonomi - B1. Innledning. Begrep. B. Makroøkonomi. Mundells trilemma går ut på følgende:

Oversikt over tester i Econ 2130

Oversikt over tester i Econ 2130

Statistikk med anvendelse i økonomi

MoD233 - Geir Hasle - Leksjon 10 2

STK1100 våren Konfidensintevaller

Løsningsforslag: Deloppgave om heuristiske søkemetoder

FORELESNINGSNOTATER I SPILLTEORI Geir B. Asheim, våren 2001 (oppdatert ).

Mål. MoD233 - Geir Hasle - Repetisjon 2

Avdeling for estetiske fag, folkekultur og lærerutdanning BOKMÅL

Forelesning Z-, t-test, test for forventningsdifferanser

Dynamisk programmering. Hvilke problemer? Overlappende delproblemer. Optimalitetsprinsippet

Forelesning Enveis ANOVA

Oversikt over tester i Econ 2130

1. Konfidens intervall for

OBLIGATORISK OPPGAVE 1 INF 3340/4340/9340 HØSTEN 2005

TMA4265 Stokastiske prosesser

TMA4240 Statistikk Høst 2016

Avdeling for estetiske fag, folkekultur og lærerutdanning BOKMÅL 29. mai 2007

EKSAMEN løsningsforslag

Obligatorisk oppgave nr. 3 i Diskret matematikk

STK1110 høsten Lineær regresjon. Svarer til avsnittene i læreboka (med unntak av stoffet om logistisk regresjon)

Analyse av sammenhenger

Løsningsforslag (ST1201/ST , kontinuasjonseksamen) ln L. X i = 2n.

Dynamisk programmering. Hvilke problemer? Overlappende delproblemer. Optimalitetsprinsippet

Løsningskisse seminaroppgaver uke 17 ( april)

IT1105 Algoritmer og datastrukturer

Chapter 2 - Discrete Mathematics and Its Applications. Løsningsforslag på utvalgte oppgaver

som vi ønsker å si noe om basert på data Eksempel. Uid-modellen: X1, X ,,,

UNIVERSITETET I OSLO

Faglærer går normalt én runde gjennom lokalet. Ha evt. spørsmål klare!

Forelesning 21 og 22 Goodness of fit test and contingency table ( 2 test og krysstabell)

Forelesning Punktestimering

TMA4300 Mod. stat. metoder

Kapittel 9 ALGEBRA. Hva er algebra?

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag Eksamen i: Diskret matematikk

Forelesning Ordnings observatorer

TMA4245 Statistikk Eksamen 21. mai 2013

Eksempel 1 - Er gjennomsnittshøyden for kvinner i Norge økende?

EKSAMEN Ny og utsatt Løsningsforslag

Auksjoner og miljø: Privat informasjon og kollektive goder. Eirik Romstad Handelshøyskolen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT. Innleveringssted: Ekspedisjonen i 12. etasje (mellom ) OG Fronter (innen klokken 15).

EKSAMEN I FAG SIF5040 NUMERISKE METODER Tirsdag 15. mai 2001 Tid: 09:00 14:00

X ijk = µ+α i +β j +γ ij +ǫ ijk ; k = 1,2; j = 1,2,3; i = 1,2,3; i=1 γ ij = 3. i=1 α i = 3. j=1 β j = 3. j=1 γ ij = 0.

SIF5072 Stokastske prosesser Sde 2 av 6 b) Hva vl det s at en Markov-kjede er rredusbel? Er Markov-kjeden fx n g denne oppgaven rredusbel? Er den aper

EKSAMEN Løsningsforslag

Fourieranalyse. Fourierrekker på reell form. Eksempel La. TMA4135 Matematikk 4D. En funksjon sies å ha periode p > 0 dersom

Alternerende rekker og absolutt konvergens

Illustrasjon av regel 5.19 om sentralgrenseteoremet og litt om heltallskorreksjon (som i eksempel 5.18).

TALLSVAR. Det anbefales at de 9 deloppgavene merket med A, B, teller likt uansett variasjon i vanskelighetsgrad. Svarene er gitt i << >>.

Innhold og forelesningsplan Eksempler på LP Begreper Løsning av enkelt eksempel Praktisk relevans Leksjon 2: Simpleksmetoden for løsning av LP

Oversikt over konfidensintervall i Econ 2130

ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren Estimering. Målemodellen. Sannsynlighetsregning med statistikk

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Gråtonehistogrammer. Histogrammer. Hvordan endre kontrasten i et bilde?

Forelesning 2 MET3592 Økonometri ved David Kreiberg Vår 2011

Kapittel 10 fra læreboka Grafer

Kommentarer til oppgaver;

Randi Johannessen. Mikroindeksformel i konsumprisindeksen. 2001/64 Notater 2001

Erling Siring INNHOLD

ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren Estimering. Målemodellen. Estimering. Målemodellen. Kp. 5 Estimering. Målemodellen.

Econ 2130 uke 13 (HG)

Oppgave 1 ECON 2130 EKSAMEN 2011 VÅR

01. Til hvilke deler av naturen benyttes kvantefysikk som beskrivende verktøy?

Appendiks 1: Organisering av Riksdagsdata i SPSS. Sannerstedt- og Sjölins data er klargjort for logitanalyse i SPSS filen på følgende måte:

Ulike typer utvalg. MAT0100V Sannsynlighetsregning og kombinatorikk. Ordnet utvalg uten tilbakelegging 29 (29 1) (29 2) (29 3) =

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

TMA4240/4245 Statistikk Eksamen august 2016

Løsningsforslag øving 10 TMA4110 høsten 2018

Dynamisk programmering. Hvilke problemer? Optimalitetsprinsippet. Overlappende delproblemer

Oppgave 3, SØK400 våren 2002, v/d. Lund

Transkript:

Del A: Dskret optmerg og heurstske metoder Leksjo 2 Sjefsforsker Ger Hasle SINTEF Avedt matematkk, Oslo! Kursformasjo Motvasjo Operasjosaalyse Kustg tellges Optmergsproblemer (dskrete) Matematsk program Defsjo DOP Komplekstetsteor Eksempler: TSP, Ryggsekk, Tlordg Eksakte metoder, approksmasjosmetoder Heurstkker Sksse av lokalsøk TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 2

!" Eksempler på DOP Represetasjo Lokalsøk Begrepsdefsjoer Hovedproblem lokalsøk TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 3 #$% & m f (x) slk at g (x) =, =,,m h (x), j =,, j vektor av dskrete beslutgsvarable x Hva er S? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 4 2

'$$ j= j max ζ = c x slk at j= j j j j a x b =,,m x j =,, j= j max ζ = c x slk at x j= j j j j a x b =,,m j =,, { } + x I,, Bladete heltallsprogrammer (Mxed Iteger Programs MIP) Ree heltallsprogrammer (Pure Iteger Programs IP, PIP) - programmer { } I,, { } I =,, { } x, TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 5 % &($ $)$ persoer oppgaver det koster c, j å la perso utføre oppgave j f mmal kost tlordg: x, j hvs perso utfører oppgave j = ellers hvorda gs e problemstas? hvorda ka løsg represeteres? hva er megde S? dårlg case for lokalsøk... TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 6 j= = m c x s.a. = j=,j,j,j,j x = =,, x = j =,, 3

($% &*&+ Hadelsresede-problemet med tdsvduer (TSPTW) Komplett graf med oder (byer) {,,} Kjet resekostad mellom byer c j Hver by har åpgstd og betjegstd [ e,l ] s Hadelsresede skal foreta rudtur Løsg ka represeteres ved permutasjo S er megde av alle (lovlge) permutasjoer f er summe av resekostader ( ) f π = c + c = π(), π (+ ) π(), π() { π } ( ) p! p = TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 7,$*&+ x, j a hvs by j følger rett etter by = ellers akomsttd ode j= = m c x s.a. = j=,j,j,j,j x = =,, x = j =,, e a l =,, ( ) a x a + s + c j,j,j Hvorda gs e problemstas? Hvorda ka løsg represeteres? Hva er megde S? Er modelle rktg? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 8 4

% &($-.)$ artkler {,...,} tlgjegelg, vekt c verd v et utvalg skal pakkes ryggsekk med kapastet C bestem utvalg av artkler som maksmerer verd x j= hvs artkkel er med ryggsekke = ellers max v x s.a. c x = hvorda gs e problemstas? hvorda ka løsg represeteres? hva er megde S? C TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 9 $% &/! &)$2 &3 Setrale problemformulerger AI Costrat Satsfacto Problem (CSP) Costraed Optmzato Problem (COP) Alteratv tl Matematsk programmerg Eksempel: Kryptoartmetkk, drogoppgave, SAT... S E N D + M O R E = M O N E Y ( ) { } D, E, M, N, O, R, S, Y,,9 D + E mod = Y TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 5

$% &/! &)$2 &3 24$*,5 &)$2*&33 Gtt x = x,,x ( ) ( ) ( ) { k } { } k = { } = D = D,, D = v, v,, v, v (k) (k) (k) C c,,c, k, c D D (k) j π () (k) (k) j ( k ) ( k ) j π j f : D D R m f (x v) slk at v c, j =,, k k k TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 ($*& *,.)$./)$2*3 Fe modell utsagslogkk Gtt boolske varable x,,x og e formel utsagslogkk F e modell for F, dvs. tlordg av boolske verder tl varablee som gjør F sa ( ) F x,,x ( x x2 ) ( x2 x) ( x x2 x3 ) ( x x2 ) ( ) ( ) x x x x x = x = true, x = x = x = false 4 3 5 3 2 3 4 5 TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 2 6

6,$78 Eksakte metoder Systematsk geererg (Eksplstt eumrerg, geerer og test) Implstt eumrerg dele opp eklere problemer løse eklere problem eksakt Trvell løsg Ispeksjo av problemstase Kostruktv, metode gradvs oppbyggg ved grådg heurstkk Løse eklere problem fjere/modfsere førger modfsere objektfuksjo TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 3 $7/ Opererer på e aturlg represetasjo av løsger Det kombatorske objektet Søkg etter løsg rommet av tllatte/teressate løsger TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 4 7

($*& Tdlgere løsg: 2 7 3 4 5 6 (84) Trvell løsg: 2 3 4 5 6 7 (288) Grådg kostruksjo: 3 5 7 6 4 2 (6) 2 3 4 5 2 7 33 9 2 8 33 73 65 3 7 88 4 6 4 65 5 8 7 9 6 7 43 54 7 32 9 6 25 99 2 5 3 7 83 4 43 77 TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 5 ($-.)$ 2 3 4 5 6 7 8 9 Verd 79 32 47 8 26 85 33 4 45 59 Størrelse 85 26 48 2 22 95 43 45 55 52 Ryggsekk med kapastet artkler (prosjekter,...),..., Trvell løsg: tom ryggsekk, verd Grådg løsg, prøv artklee etter verd: (), verd 85 bedre forslag tl grådg heurstkk? Verd/størrelse.93 2. 3.98 4.86 5.8 6.89 7.77 8.89 9.82.3 TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 6 8

9$7,)$78 Modfkasjo av gtt løsg gr aboløsg E vss type operasjo på løsge gr et sett med aboer, et abolag Evaluerg av aboer objektfuksjo tllatt? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 7 ($*& Operator: 2-opt Hvor mage aboer? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 8 9

($-./ 2 3 4 5 6 7 8 9 Verd 79 32 47 8 26 85 33 4 45 59 Størrelse 85 26 48 2 22 95 43 45 55 52 Ata v ser på løsg verd 73 Ekel operator: Bytte status på elemet, dvs. hvs artkkele er ryggsekke, ta de ut hvs artkkele kke er ryggsekke, ta de med Noe aboer: verd 5 verd 52, kke tllatt verd 47 TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 9 %,!:)$ La (S,f) være e DOP-stas. E abolagsfuksjo er e avbldg N : S 2 S som for gtt løsg s et abolag av løsger S deferer N( s) som på et vs er ærhete av t N( s) ses å være abo tl S s s TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 2

:)$ Oftest deferes abolagee ved e gtt type operasjo på løsge Oftest ekle operasjoer fjerg av elemet tllegg av elemet bytte av to eller flere elemeter løsg Flere abolag - kvalfseres med operator N σ ( s), σ Σ TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 2 $72)$73 Utgagspukt tell løsg Iteratvt søk abolag etter bedre løsg Sekves av løsger sk+ Nσ ( sk ), k =, Strateg for hvlke løsg abolaget som aksepteres som este løsg Stoppkrterer Hva skjer år abolaget kke eholder bedre løsg? Lokalt optmum TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 22

%,! $ La (S,f) være e DOP-stas og la N være e abolagsfuksjo. E løsg er lokalt optmal (mmal) med hesy på N dersom: ŝ f ( sˆ ) f ( t), t N( sˆ ) V beteger megde av lokalt optmale løsger med Ŝ NB! Lokal optmaltet er relatvt tl abolag TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 ($*& Operator/Nabolag: 2-opt Lokalt optmal (2-optmal) løsg TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 24 2

%,!()$ La (S,f) være e DOP-stas og la N være e abolagsfuksjo. N er eksakt dersom: Ŝ S * Med flere ord: N er eksakt dersom lokale optma for abolaget N også er globale optma. TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 25 $72)$73 Alteratve søkestrateger Aksepter første forbedrede løsg ( Frst Accept ) Søk hele abolag gå tl beste forbedrede løsg ( Steepest Descet, Hll Clmbg Iteratve Improvemet ) alltd gå tl beste løsg abolag ( Best Neghbor ) Adre strateger? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 26 3

5$;*52*,:.3 */ strategy s Frst Accept or Best Accept curret:=it_soluto(s,f) cumbet:=curret */ best soluto utl ow local_optmum:=false whle ot local_optmum do (curret,cumbet,local_optmum):= Search_the_Neghborhood (curret,n(curret),f,strategy,cumbet) f local_optmum retur cumbet od TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 27 *5;;:) 25:),.5)3 best_eghbor:=curret for t Neghbors do f f(t) < f(best_eghbor) the best_eghbor:=t f f(t) < f(cumbet) the f strategy= Frst Accept the retur (t,t,false) else cumbet:=t */ strategy s Best Accept f f od retur (best_eghbor,cumbet,best_eghbor=curret) */ (curret,cumbet,local_optmum) TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 28 4

)! Frst Accept og Steepest Descet stopper lokale optma Dersom abolaget N er eksakt, er lokalsøk med dsse strategee (eksakte) optmergsalgortmer Lokalsøk ka betraktes som traverserg e rettet graf ( abolagsgrafe ), der odee er medlemmee S og N deferer topologe (odee merket med kostad) og f deferer topografe Søkeladskap (S,N,f) TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 29 $7 )$, sk + Nσ( sk ), k =, N ( s ) σ N ( s ) σ s s s s s s 2 Et flytt er prosesse å velge e gtt løsg abolaget tl åværede løsg som åværede løsg for este terasjo TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 3 5

$7 $ Nσ( s k ) s k s k + s k TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 3 *7$ / $$)$ Kostad Løsgsrom TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 32 6

($$$7 Smpleksalgortme for Leærprogrammerg (LP) Smpleks Fase I gr tell (brukbar) løsg Fase II gr teratv forbedrg mot optmal løsg (hvs slk fes) Nabolaget deferes av polyederet Stratege er Iteratve Improvemet Flyttee bestemmes av pvotergsregler Nabolaget er eksakt, dvs. Smpleks er e optmergsalgortme (for vsse pvotergsregler) TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 33 $7 Gammel dé, utvklg sste par tår Populær metode for praktsk problemløsg av harde problemer Geerell metode, tlpasgsvelg Aytme -metode, ka avbrytes år som helst etter at tell løsg er fuet Ofte effektvt, god løsg etter kort td Effektvtet avhegg av tell løsg og abolag Nabolag bør velges ut fra problemstruktur Eksakte metoder er å foretrekke dersom de er effektve ok TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 34 7

$7 Hovedutfordrg: fe gode abolag størrelse vs. kvaltet Adre utfordrger tell(e) løsg(er) effektv evaluerg av flytt (kremetell evaluerg) hådterg av førger søkestrateg stoppkrterer ytelse Ytelse ofte bedre e ekle, grådge heurstkker og heurstkker med ytelsesgarat Hvorda evaluerer v ytelse? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 35 $7/ 4$ Søkeladskapet er ofte krevede, med mage lokale optma Lokale optma ka være lagt fra globalt optma Grådg metode (Iteratve mprovemet) Bld metode, ge bruk av formasjo uder søk Ofte sterkt avhegg av tell løsg og abolag Maglede geerelle ytelsesgarater TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 36 8

($ / 7 Øvre greser Heurstkker Optmal verd Nedre greser Relaksasjoer - LP - Lagrage TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 37 6,$$7 Hva skal v gjøre for å ugå at lokalsøk stopper lokalt optmum? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 38 9

!"/ Eksempler på DOP Alteratve formulerger Defsjo abolag, -operator Lokalsøk Defsjo lokalt optmum Eksakt abolag Prosedyre for lokalsøk Traverserg av abolagsgraf Kommetarer, ulemper, hovedutfordrg TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 39 $ Implemeter lokalsøk d favorttomgvelse talløsg operator, abolag søkestrateg stoppkrterum loggg Ryggsekkproblemet Istaser fs på web-sdee (se este slde) Foreta ekspermeter! ulke startløsger hvor mage lokale optma? kvaltet på lokale optma? TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 4 2

-./ max v x s.a. j= c x = C Idaho2 2 C 2.5 f* 5.95 s* v.75.56273.586932.69599.468.242555.832725.69687.828839.5385.74328.6344.55693.57427.59593.3589.573253.657.5895.32655 c.73562.6582.9459.5693.37245.674343.467352.325.336674.797.396.29534.538.8224.6737.7443.44325.52295.89656.72594 TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 4!</ Tlfeldg søk Smulert herdg Terskelakseptase TMA 498 - Ger Hasle - Leksjo 2 42 2

Del A: Dskret optmerg og heurstske metoder Leksjo 2 Sjefsforsker Ger Hasle SINTEF Avedt matematkk, Oslo 22