Kokonaislukuoptimointi hissiryhmän ohjauksessa

Samankaltaiset tiedostot
Harjoitus 3 ( )

Harjoitus 3 ( )

Malliratkaisut Demot

Malliratkaisut Demot

Harjoitus 1 ( )

Harjoitus 1 ( )

Harjoitus 6 ( )

Malliratkaisut Demot

Kuljetustehtävä. Materiaalia kuljetetaan m:stä lähtöpaikasta n:ään tarvepaikkaan. Kuljetuskustannukset lähtöpaikasta i tarvepaikkaan j ovat c ij

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Harjoitus 6 ( )

Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin? Perustele vastauksesi.

Malliratkaisut Demot

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Graafit ja verkot. Joukko solmuja ja joukko järjestämättömiä solmupareja. eli haaroja. Joukko solmuja ja joukko järjestettyjä solmupareja eli kaaria

Malliratkaisut Demot

Algoritmit 1. Luento 9 Ti Timo Männikkö

Harjoitus 5 ( )

Luento 7: Kokonaislukuoptimointi

Luento 7: Kokonaislukuoptimointi

PARITUS KAKSIJAKOISESSA

Trimmitysongelman LP-relaksaation ratkaiseminen sarakkeita generoivalla algoritmilla ja brute-force-menetelmällä

Demo 1: Branch & Bound

Algoritmit 2. Luento 11 Ti Timo Männikkö

Demo 1: Simplex-menetelmä

T : Max-flow / min-cut -ongelmat

Jälki- ja herkkyysanalyysi. Tutkitaan eri kertoimien ja vakioiden arvoissa tapahtuvien muutosten vaikutusta optimiratkaisuun

Tentissä on viisi tehtävää, jotka arvosteellaan asteikolla 0-6. Tehtävien alakohdat ovat keskenään samanarvoisia ellei toisin mainita.

Lineaarisen kokonaislukuoptimointitehtävän ratkaiseminen

Optimoinnin sovellukset

Algoritmit 2. Luento 12 To Timo Männikkö

Harjoitus 5 ( )

Kimppu-suodatus-menetelmä

Kokonaislukuoptimointi

4.5 Kaksivaiheinen menetelmä simplex algoritmin alustukseen

Lineaarinen optimointitehtävä

Johdatus verkkoteoriaan 4. luento

4. Luennon sisältö. Lineaarisen optimointitehtävän ratkaiseminen Simplex-menetelmä

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 7 (opetusmoniste, kappaleet )

Algoritmit 1. Luento 8 Ke Timo Männikkö

Minimilatenssiongelman ratkaisualgoritmeja (valmiin työn esittely)

Harjoitus 4 ( )

b 1. b m ) + ( 2b Ax) + (b b)

Graafin 3-värittyvyyden tutkinta T Graafiteoria, projektityö (eksakti algoritmi), kevät 2005

Kokonaislukuoptimointi

Algoritmit 2. Luento 13 Ti Timo Männikkö

Search space traversal using metaheuristics

Algoritmit 2. Luento 13 Ti Timo Männikkö

Harjoitus 4: Matlab - Optimization Toolbox

4. Kokonaislukutehtävän ja LP:n yhteyksiä

Johdatus verkkoteoriaan luento Netspace

Luetteloivat ja heuristiset menetelmät. Mat , Sovelletun matematiikan tutkijaseminaari, kevät 2008, Janne Karimäki

Osakesalkun optimointi. Anni Halkola Turun yliopisto 2016

Kokonaislukuoptiomointi Leikkaustasomenetelmät

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

Ellipsoidimenetelmä. Samuli Leppänen Kokonaislukuoptimointi. S ysteemianalyysin Laboratorio

Totaalisesti unimodulaariset matriisit voidaan osoittaa olevan rakennettavissa oleellisesti verkkomalleihin liittyvistä matriiseista

Kombinatorinen optimointi

min x x2 2 x 1 + x 2 1 = 0 (1) 2x1 1, h = f = 4x 2 2x1 + v = 0 4x 2 + v = 0 min x x3 2 x1 = ± v/3 = ±a x 2 = ± v/3 = ±a, a > 0 0 6x 2

Lineaaristen monitavoiteoptimointitehtävien

Mat Lineaarinen ohjelmointi

8. Ensimmäisen käyvän kantaratkaisun haku

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Induktiotodistus: Tapaus n = 0 selvä; ol. väite pätee kun n < m.

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Aircraft Maintenance Scheduling with Multi- Objective Simulation- Optimization

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

Talousmatematiikan perusteet

Projektiportfolion valinta

Malliratkaisut Demot

Käänteismatriisin ominaisuuksia

Numeeriset menetelmät

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Muita rekisteriallokaatiomenetelmiä

58131 Tietorakenteet (kevät 2009) Harjoitus 11, ratkaisuja (Topi Musto)

Dynaamiset regressiomallit

Eloisuusanalyysi. TIE448 Kääntäjätekniikka, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 16. marraskuuta 2009 TIETOTEKNIIKAN LAITOS. Eloisuusanalyysi.

Silmukkaoptimoinnista

Osittaistuenta Gaussin algoritmissa: Etsitään 1. sarakkeen itseisarvoltaan suurin alkio ja vaihdetaan tämä tukialkioiksi (eli ko. rivi 1. riviksi).

Keskeiset ladonta-algoritmit verkostoanalyysityössä

Algoritmit 2. Luento 11 Ti Timo Männikkö

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

Department of Mathematics, Hypermedia Laboratory Tampere University of Technology. Roolit Verkostoissa: HITS. Idea.

TIEA382 Lineaarinen ja diskreetti optimointi

58131 Tietorakenteet ja algoritmit (kevät 2014) Uusinta- ja erilliskoe, , vastauksia

MS-C2105 Optimoinnin perusteet Malliratkaisut 4

Luento 4: Lineaarisen tehtävän duaali

Algoritmit 2. Luento 12 Ke Timo Männikkö

Relevanttien sivujen etsintä verkosta: satunnaiskulut verkossa Linkkikeskukset ja auktoriteetit (hubs and authorities) -algoritmi

Department of Mathematics, Hypermedia Laboratory Tampere University of Technology. Arvostus Verkostoissa: PageRank. Idea.

Talousmatematiikan perusteet

Harjoitus 8: Excel - Optimointi

Tietorakenteet, laskuharjoitus 7, ratkaisuja

Malliratkaisut Demot

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Kytkentäkentät, luento 2 - Kolmiportaiset kentät

Malliratkaisut Demo 4

Piiri K 1 K 2 K 3 K 4 R R

Lineaaristen monitavoiteoptimointitehtävien ratkaiseminen Bensonin algoritmilla

Transkriptio:

Kokonaislukuoptimointi hissiryhmän ohjauksessa Systeemianalyysin laboratorio Teknillinen Korkeakoulu, TKK 3 Maaliskuuta 2008

Sisällys 1 Johdanto Taustaa Ongelman kuvaus 2 PACE-graafi Graafin muodostaminen Esimerkki 3 Formulointi Joukot, vakiot ja muuttujat Formulointi ja kohdefunktio 4 Esimerkki Esimerkin visualisointi, koko ja ratkaisut 5 Yhteenveto Hyödyt ja haasteet Jatkotutkimuskohteita 6 Viitteet

Taustaa Hissiryhmä, nykyiset ohjausmenetelmät Useita hissejä lähekkäin muodostaen ryhmän Yhteiset kutsunapit Yksi ryhmäohjain - etsii parhaimman hissin kullekin kutsulle Nykyiset ohjausalgoritmit Perustuvat heuristisiin menetelmiin, kuten GA:han Lokaalisti optimaalinen ratkaisu Kokonaislukuoptimointimalli Eksakti menetelmä Globaali optimaalinen ratkaisu 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 1 0

Taustaa Perinteinen ohjaus Ylös ja alas kutsunapit Joskus vain yksi kutsunappi, esim kerrostaloissa Jatkuva allokointi Esim. allokointi 2 kertaa sekunnissa Kutsu kiinnitetään vasta kun hissi aloittaa hidastaa

Taustaa Kohdekutsuohjaus Kerroskohtaiset kutsunapit tai nro 0-9 Välitön allokointi Kohdekutsu kiinnitetään hissille välittömästi kutsun jälkeen Palveleva hissi ilmoitetaan näytöllä Japanilaiset käyttävät välitöntä allokointia ylös- ja alaskutsuille Psykologinen tekijä

Ongelman kuvaus Ongelman kuvaus Kohdekutsut allokoidaan välittömästi kutsunannon jälkeen hisseille Matkustajat kuljetetaan niiden määränpääkerroksiin mahdollisimman tehokkaasti Kohdefunktio minimoidaan: Odotusaika Matkustusaika Energiankulutus -Kuljetuskapasiteetti Reaaliaikainen ratkaisuaika (500ms)

Graafin muodostaminen Passenger allocation to Capacitated Elevator, PACE Ongelma perustuu löyhästi sekä noudon ja toimittamisen ongelmaan ja työnaikataulutusongelmaan Mallinnettu suunnattuna graafina Matkustajat voidaan jakaa kolmeen ryhmään allokointihetkellä: Allokoimattomat matkustajat Allokoidut (ei ole haettu) matkustajat Haetut matkustajat

Graafin muodostaminen PACE-graafin solmut Lähtösolmu = hissin k nykyinen sijainti Noutosolmu = matkustajan i lähtökerros (+i) Haetulla matkustajalla ei ole noutosolmua Toimitussolmu = matkustajan i määränpääkerros ( i)

Graafin muodostaminen PACE-graafin kaaret Solmut jaetaan hisseille Solmut järjestetään hissin menosuunnan suhteen Hissin solmuja tarkastellaan pareittain Jos on mahdollista mennä solmusta toiseen rikkomatta Clossin sääntöjä, muodostetaan kaari, muuten ei.

Graafin muodostaminen Clossin säännöt Hissi ei saa pysähtyä ei-tyhjänä kerrokseen, jossa yksikään matkustaja ei poistu hissistä tai astu hissiin. Hissi ei saa ajaa ohi minkään matkustajan antaman määränpääkerroksen. Matkustaja ei saa mennä hissiin, joka on kuljettamassa matkustajia päinvastaiseen suuntaan kuin hissiin haluava matkustaja. Hissi ei saa vaihtaa ajosuuntaansa kuljettaessaan matkustajia.

Esimerkki Esimerkki PACE-graafista 2438 2438 1280 +3 2438 1280-3 1280 100 1280 1280 1280-5 2296 1921-2 1280 100 2296 1921 2438 1449 2296 1280 +5 1638-1 2438 +002 649 100 2438 +4 +001 649 2154 100 2438 100 +003 649 2438 1449-4 1280 The start nodes 1779 1280 of the elevators 1280 The nodes of calls

Joukot, vakiot ja muuttujat Joukot C = Allokoitavat kohdekutsut R q = Epäkäyvät allokaatiot suhteessa kapasiteettiin K = Hissit (sisältää kopiohissit) K = Alkuperäiset hissit P = Noutosolmut D = Toimitussolmut A k = Hissin k kaaret T = Hissien lähtösolmut

Joukot, vakiot ja muuttujat Vakiot r k ij = Siirtoaika kaarta (i, j) pitkin hissillä k s i = Stoppiaika solmussa i (ovet + matkustajat) M ij = Suurinta matkustusaikaa suurempi vakio e i = Solmun i aikaikkunan alaraja l i = Solmun i aikaikkunan yläraja

Joukot, vakiot ja muuttujat Päätösmuuttujat x k c = 1, jos kutsu c allokoidaan hissille k, muuten nolla t i = Ajankohta, milloin palvelu alkaa solmussa i y k = 1, jos suunnatta oleva hissi lähtee ylöspäin, muuten nolla w i = Aika, kuinka kauan hissin täytyy odottaa matkustajaa solmussa

Formulointi ja kohdefunktio Formulointi k K x k c = 1 t i + rij k + s i + w j (2 vi k vj k )M ij t j t i = 0 c C x k c {0, 1} c C, k K e i t i l i w i 0 k K, (i, j) A k i T i P D i P

Formulointi ja kohdefunktio Formulointi jatkuu i R x ɛ(r) i R 1 R R q xc k C y k k K c C 1 y k+ K = y k k K y k {0, 1} k K

Formulointi ja kohdefunktio Kohdefunktioita Min keskimääräinen odotusaika min i P t i (1) Min keskimääräinen matkustusaika min i D t i (2)

Formulointi ja kohdefunktio Kohdefunktioita jatkuu Min keskimääräinen odotusaika + min max keskiarvon ylittävä osa min α 1 t i + (1 α)u (3) P missä i P u 0 u t i 1 P α [0, 1] i P t i i P

Formulointi ja kohdefunktio Kohdefunktioita jatkuu Min keskimääräinen matkustusaika + min max keskiarvon ylittävä osa min α 1 t i + (1 α)u (4) D missä i DP u 0 u t i 1 D α [0, 1] i D t i i D

Formulointi ja kohdefunktio Kohdefunktioita jatkuu Min max matkustusaika missä min u (5) u 0 u t i i D

Esimerkin visualisointi, koko ja ratkaisut Esimerkin visualisointi 1 1 0 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 6 hissiä 14 kerrosta 14 korikutsua (haettuja matkustajia) 7 kohdekutsua allokoitavana 1

Esimerkin visualisointi, koko ja ratkaisut Esimerkin koko Rivejä: 306 Sarakkeita: 77 Nollasta poikkeavia alkioita: 1114 Binäärimuuttujia 42 Kapasiteettirajoituksia identifioitu: 3 Aikaikkunarajoituksia identifioitu: 115

Esimerkin visualisointi, koko ja ratkaisut Esimerkin ratkaisut Kohdef (α = 0.5) Allokaatio Laskenta aika min (1) 1, 6, 6, 6, 5, 2, 3 62 ms min (2) 6, 2, 4, 4, 5, 6, 3 3891 ms min (3) 6, 6, 1, 4, 5, 2, 3 125 ms min (4) 6, 6, 6, 3, 5, 2, 5 47 ms min (5) 2, 6, 3, 3, 5, 5, 6 31 ms

Esimerkin visualisointi, koko ja ratkaisut Esimerkin ratkaisut Kohdef. kesk. odot. max odot. kesk. matk. max matk. min 1 1094.86 2595 3692.67 7782 min 2 2383.71 4200 3570.29 7582 min 3 1796.29 2349 4299.24 9306 min 4 2076.86 4016 3916.76 7582 min 5 3141.86 4412 3768.76 7582

Hyödyt ja haasteet Hyödyt ja haasteet + Eksakti lähestymistapa - globaali optimi + Syvempi ymmärrys tehtävästä + Tarjoaa työkalun heurististen algoritmien analysointiin + Voidaan ratkaista millä tahansa menetelmällä - Laskenta-aika

Jatkotutkimuskohteita Jatkotutkimuskohteita Lähitulevaisuudessa tulevien matkustajien ennustaminen Ennusteiden hyödyntäminen nykyhetken allokoinnissa Erilaisten kohdefunktioiden vaikutuksen tutkiminen Mallin toteuttaminen simulaattoriympäristöön Validien rajoitteiden lisääminen malliin ja tutkiminen - tehostavat LP-relaksaatiota

Viitteet Viitteet M. Ruokokoski 2007 Kokonaislukuoptimointi hissiryhmän ohjauksessa. Diplomityö, Teknillinen Korkeakoulu. G.D. Closs 1970 The computer control of passenger traffic in lift systems Ph.D. thesis, The Victoria University of Manchester.