Laskennallinen älykkyys. Computational Intelligence

Transkriptio

1 Laskennallinen älykkyys Computational Intelligence

2 LASKENNALLISEN ÄLYKKYYDEN TUTKIMUS TUTKIMUSKOHTEITAMME Työvoiman hallinnan optimointi Reitti- ja logistiikkaoptimointi Ammattilaisliigojen sarjaohjelmien optimointi Pelihahmojen älykäs oppiminen ja niiden opettaminen (Teollisuuden tuotantolinjojen optimointi) ((Robottien liikkeiden optimointi)) Tutkimustulokset ovat kansainvälistä kärkeä Ratkaisuja on tuotantokäytössä

3 Henkilöstön työvuorot - miten saadaan sekä tehokkuutta että työtyytyväisyyttä lisättyä? 1) Jokaisella työntekijällä tulee olla tasan 9 vapaapäivää 4 viikon jaksoissa 2) Vapaapäiviä maksimissaan 3 peräkkäin 3) Ei voi työskennellä yli 6 päivää peräkkäin 4) Vapaan välissä tulee olla väh. 2 työpäivää 5) Yövuoron jälkeen ei saa alkaa vapaapäivää 1) Työntekijöiden lukumäärä tulee minimoida 2) Yli/alityön määrä tulee minimoida ja tasoittaa eri päiville 3) Aamu/ilta/yövuoroja tulee olla kaikilla tasaisesti 4) Viikonlopputöitä tulee olla kaikilla tasaisesti 5) Vapaapäivätoiveet tulee toteuttaa mahdollisimman hyvin

4 Reittien, ajosarjojen ja töiden optimointi - miten kerätään jätteet tehokkaimmin? 1) Asiakkaiden jätteet pitää hakea tietyn aikaikkunan sisällä 2) Jäteautoihin mahtuu tietty määrä tiettyä jätettä 3) Työntekijöiden työsopimuksia tulee noudattaa 4) jne... 1) Autojen lukumäärä tulee minimoida 2) Autojen kulkema matka tulee minimoida 3) Työntekijöiden lukumärä tulee minimoida 4) Työntekijöiden työaika tulee minimoida 5) jne

5 Urheilun ammattilaisliigat - miten tehdään kaikille tasapuolinen ja yleisömäärän maksimoiva sarjaohjelma? 1) Tehdään mahdollisimman paljon täysiä kierroksia (= kaikki pelaavat) 2) Joukkue A ei voi pelata kotona tiettynä päivänä (hallissa muu tapahtuma) 3) Joukkue A ei voi pelata kotona, jos B pelaa (Tappara/Ilves) 4) Muiden liigojen asettamat rajoitukset ja ehdot 1) Ei yli kahta peliä peräkkäin kotona/vieraissa 2) Pelattujen koti/vierasottelujen ero korkeintaan yksi 3) Pelattujen ottelujen ero saa olla korkeintaan yksi 4) Joukkue A haluaisi pelata kotona tiettynä päivänä (Ässät la, Jokerit to) 5) Samojen joukkueiden kohtaamisen väli vähintään k kierrosta (k = 7)

6 MIKSI LASKENNALLISEN ÄLYKKYYDEN MENETELMÄT TOIMIVAT VUONNA 2013? 1) Algoritmit (tietokoneelle ohjelmoitavat ratkaisumenetelmät) ovat kehittyneet viimeisen kymmenen vuoden aikana selvästi paremmiksi. 2) Tieteellisesti ansioituneet tutkijat ovat kiinnostuneita myös käytännön ongelmien ratkaisemisesta (maailmanlaajuinen ilmiö) 3) Tietokoneiden teho on saavuttanut tason, joka mahdollistaa vaativien käytännön ongelmien ratkaisemisen. Jos 100 henkilön työvuorojen optimointi kolmelle viikolle kestää nykyisillä tehokkailla tietokoneilla yön yli, vuoden 2005 tietokoneilla aikaa olisi kulunut kolme viikkoa ja vuonna 2000 noin vuoden päivät.

7 Sarjaohjelman laatimisen haasteellisuus 1. Pelicans TPS Ässät Lukko Jokerit - HIFK 2. TPS Ässät Lukko Jokerit HIFK Pelicans 3. Pelicans Lukko Ässät HIFK Jokerit TPS 4. (jne tosi helppoa?) Veikkauksia, kuinka monta erilaista sarjaohjelmaa voidaan tehdä yksinkertaiselle sarjalle (kaikki pelaa vastakkain kerran) jossa on 14 joukkuetta?

8 14 joukkueelle yksinkertaisia sarjoja on erilaista (25 kvadriljardia) Maailman nopeimmalta supertietokoneelta menee näiden kaikkien vaihtoehtojen laskemiseen ja lopuksi parhaan valitsemiseen noin 10 miljoonaa vuotta. (IBM Roadrunner)

9 SM-liigassa 14 joukkuetta pelaa yli nelinkertaisen sarjan, jolloin erilaisia sarjaohjelmavaihtoja on enemmän kuin kpl

10 Kuinka kauan näiden vaihtoehtojen laskemiseen kuluu aikaa? Maailmankaikkeudessa on arvioitu olevan protonia. Jos jokaisella protonilla olisi käytössä maailman nopein supertietokone, ne saisivat miljoonassa vuodessa laskettua parhaan sarjaohjelman, jos saataisiin jostain apuun maailmankaikkeutta lisää!

11 KEHITTÄMÄMME RATKAISUMENETELMÄT PERUSTUVAT LUONNON KEHITTÄMÄÄN ÄLYYN Miten lisääntyminen ja luonnonvalinta toimivat Miten aivojen neuroniverkosto toimiii Miten muurahaiset löytävät yhteisen polun Miten kalojen liikkuminen parvissa tapahtuu Näitä luonnon ratkaisuja sovelletaan keinotekoisessa tietokonemaailmassa

12 CASE Satakunnan sairaanhoitopiiri Päivystyksessä työntekijöitä noin 130 Käsin Algoritmi Rajoituksia ja toiveita > 2000 > 2000 Työt sijoitettavissa tälle henkilömäärälle Ei toteudu joka kolmas viikonloppu vapaa Työviikonpäivien jakauma (po. 1-2 kpl) 108* Yksittäisiä työpäiviä Vapaapäivätoiveita toteutettuna? > 95 % Työvuorotoiveita toteut.? > 95 %

13 CASE maakuljetusten kansainvälinen yritys Työvuorojen optimaalinen rakentaminen Työtavoite = 2970 h Käsin Algoritmi Kokoaikaisten työvuorojen vaihteluväli Tarvittava määrä koko- ja osa-aikaisia työntekijöitä 8h 8h 5h 9.5h Työssäoloaika 3352 h 2917 h Tehokas työaika (h) 2310 h 2645 h Töiden suoritus% 77,8% 89,1% Luppoaika% 31,1% 9,3% Ylityö% < 4% < 2%

14 CASE Jääkiekon SM-liiga Sarjaohjelman laatiminen käsin algoritmi Rajoituksia ja toiveita > 200 > 200 Peräkkäisiä kolmen kotipelejä Samat vastustajat alle 7 kierroksen välein Joukkueen koti- ja vieraspelien määrän ero Pelattujen pelien yhteismäärän ero Vieraskiertueet Tyydyttävä Hyvä Katsojamäärä 1.95 milj 2,10 milj

15 CASE mitä teemme tällä hetkellä 1) Siivouspalvelut yritys/laitossiivoajien kohteet, reitit ja työajat 2) Turvapalvelut vartijoiden kohteet, reitit ja työajat 3) Asennuspalvelut laajakaista-asentajien kohteet, reitit ja työajat 4) Kotihoitopalvelut kodinhoitajien kohteet, reitit ja työajat 5) Sanomalehtien jakelu rekkojen, pakettiautojen ja jakelijoiden yo:t Tutkimusongelmissa yhdistyy kolme jo yksinään erittäin vaikeaa ongelmaa 1) Työvuorojen muodostaminen 2) Reittien minimointi 3) Työvuorojen laatiminen (jakso-optimointi)

16 Yksinkertaistettu esimerkki Kohteessa kuluva aika (esim. 5s tai 3h) Aikaikkuna työn suorittamiseen Tarvittava osaaminen jne

17