TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Samankaltaiset tiedostot
Monitavoiteoptimointi

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES483 Epälineaarinen optimointi. Monitavoiteoptimointi Syksy 2012

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIEA382 Lineaarinen ja diskreetti optimointi

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Luento 6: Monitavoiteoptimointi

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

1 Kertaus. Lineaarinen optimointitehtävä on muotoa:

6. Luennon sisältö. Lineaarisen optimoinnin duaaliteoriaa

Monitavoiteoptimoinnin ja erityisesti NIMBUS-menetelmän hyödyntäminen monitavoitteisessa päätöksenteossa.

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 4

Luento 6: Monitavoitteinen optimointi

TIES483 Epälineaarinen optimointi

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. 3. Luennon sisältö

TIES483 Epälineaarinen optimointi

Osakesalkun optimointi

TIES483 Epälineaarinen optimointi. Syksy 2012

Kimppu-suodatus-menetelmä

Osakesalkun optimointi. Anni Halkola Turun yliopisto 2016

Matemaattinen optimointi I -kurssin johdantoluento Prof. Marko M. Mäkelä Turun yliopisto Matematiikan ja tilastotieteen laitos

Referenssipiste- ja referenssisuuntamenetelmät

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot Ääriarvon laadun tarkastelu

Optimaalisuusehdot. Yleinen minimointitehtävä (NLP): min f(x) kun g i (x) 0 h j (x) = 0

FUNKTIONAALIANALYYSIN PERUSKURSSI Johdanto

Vektoreiden virittämä aliavaruus

Keskeiset tulokset heikko duaalisuus (duaaliaukko, 6.2.1) vahva duaalisuus (6.2.4) satulapisteominaisuus (6.2.5) yhteys KKT ehtoihin (6.2.

Harjoitus 6 ( )

Piiri K 1 K 2 K 3 K 4 R R

Gaussin ja Jordanin eliminointimenetelmä

Demo 1: Simplex-menetelmä

4. Luennon sisältö. Lineaarisen optimointitehtävän ratkaiseminen Simplex-menetelmä

Teollinen optimointi: avain yritysten kilpailukykyyn

Miksi kompromissi on parempi kuin optimi? Uusia monitavoiteoptimoinnin menetelmiä päätöksentekoon

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

Lineaarisen ohjelman määritelmä. Joonas Vanninen

Luento 4: Lineaarisen tehtävän duaali

Talousmatematiikan perusteet: Luento 13. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot ja vektorit Ääriarvon laadun tarkastelu

Harjoitus 6 ( )

Lineaarinen yhtälöryhmä

Kahden suoran leikkauspiste ja välinen kulma (suoraparvia)

Malliratkaisut Demot

Duaalisuus kokonaislukuoptimoinnissa. Mat , Sovelletun matematiikan tutkijaseminaari, kevät 2008, Janne Karimäki

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa I

Mat Optimointiopin seminaari kevät Monitavoiteoptimointi. Tavoitteet

7 Vapaus. 7.1 Vapauden määritelmä

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Harjoitus 4: Matlab - Optimization Toolbox

Harjoitus 3 ( )

1 Johdanto LP tehtävän luonteen tarkastelua Johdanto herkkyysanalyysiin Optimiarvon funktio ja marginaalihinta

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

Lineaarinen optimointitehtävä

Lineaarisen kokonaislukuoptimointitehtävän ratkaiseminen

1 Rajoittamaton optimointi

1 Rajoitettu optimointi I

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3 /

Avaruuden kolme sellaista pistettä, jotka eivät sijaitse samalla suoralla, määräävät

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

Ambulanssien optimaaliseen sijoittamiseen ohjaava monitavoitemalli

Malliratkaisut Demot

OPTIMOINNIN JA PÄÄTÖKSENTEON MAISTERI- KOULUTUS (OPTI)

Optimointi. Etsitään parasta mahdollista ratkaisua annetuissa olosuhteissa. Ongelman mallintaminen. Mallin ratkaiseminen. Ratkaisun analysointi

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

Malliratkaisut Demot

1 Kannat ja kannanvaihto

Lentotiedustelutietoon perustuva tykistön tulenkäytön optimointi (valmiin työn esittely)

Monitavoitteiseen optimointiin soveltuvan evoluutioalgoritmin tarkastelu

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Kombinatorinen optimointi

12. Hessen matriisi. Ääriarvoteoriaa

Kokonaislukuoptimointi

Harjoitus 3 ( )

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

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

Ristitulolle saadaan toinen muistisääntö determinantin avulla. Vektoreiden v ja w ristitulo saadaan laskemalla determinantti

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

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I, HY Kurssikoe Ratkaisuehdotus. 1. (35 pistettä)

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

Algoritmit 1. Luento 10 Ke Timo Männikkö

1. Lineaarinen optimointi

Malliratkaisut Demot

Stokastinen optimointi taktisessa toimitusketjujen riskienhallinnassa (valmiin työn esittely)

JAKSO 2 KANTA JA KOORDINAATIT

A ja B pelaavat sarjan pelejä. Sarjan voittaja on se, joka ensin voittaa n peliä.

Malliratkaisut Demo 1

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Suorista ja tasoista LaMa 1 syksyllä 2009

Mapu 1. Laskuharjoitus 3, Tehtävä 1

Mat Optimointiopin seminaari

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

Transkriptio:

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta Yliassistentti Jussi Hakanen jussi.hakanen@jyu.fi syksy 2010

Optimaalisuus: objektiavaruus f 2 min Z = f(s) Parhaat arvot alhaalla ja vasemmalla f 1 min

Optimaalisuus Mitkä pisteet ovat optimaalisia? Miten ne löydetään?

Optimaalisuus: objektiavaruus f 2 min Z = f(s) Parhaat arvot alhaalla ja vasemmalla f 1 min

Pareto-optimaalisuus (PO) Matemaattinen määritelmä: Toisin sanoen: piste on Pareto-optimaalinen, jos ei ole toista sallittua pistettä, joka antaa vähintään yhtä hyvät arvot kaikille objektifunktioille ja ainakin yhdelle paremman Huomaa: Kaikki Pareto-optimaaliset pisteet ovat matemaattisesti yhtä hyviä

Miten valita paras PO-ratkaisu? Kaikki PO-ratkaisut matemaattisesti yhtä hyviä vrt. esim. tason vektorien järjestäminen PO-ratkaisuja mahdollisesti äärettömän monta Tarvitaan lisätietoa liittyen tehtävään, jota ollaan ratkaisemassa

Päätöksentekijä Decision maker (DM) Henkilö (tai henkilöt), joka on asiantuntija ratkaistavan tehtävän alalla Kykenee antamaan tietoa tavoitteisiin liittyvistä paremmuussuhteista kykenee esim. vertailemaan PO-ratkaisuja Ei tarvitse olla ammattilainen optimoinnin alalla Auttaa parhaan PO-ratkaisun (kompromissin) löytämisessä

Pareto-optimaalinen joukko f 2 Koostuu kaikista tehtävän PO-ratkaisuista Esitetään objektiavaruudessa Esim. k=2 PO-joukko on 2-ulotteisen avaruuden osajoukko f 2 f 2 f 1 diskreetti lineaarinen epälineaarinen f 1 f 1

Heikko Pareto-optimaalisuus Jotain tavoitetta voidaan parantaa huonontamatta muita PO-piste on myös heikosti PO PO-pisteet parempia, mutta heikosti PO-pisteitä helpompi tuottaa f 2 Heikosti PO-pisteitä f 1

PO-joukon vaihteluvälit Objektifunktion arvojen vaihteluvälit PO-joukossa antavat tietoa olemassaolevista ratkaisuista Ihanteellinen objektivektori (parhaimmat arvot) kertoo miten hyviä arvoja voidaan saavuttaa Nadir-objektivektori (huonoimmat arvot) kertoo miten huonoja arvoja voidaan joutua hyväksymään Hyödyllistä tietoa päätöksenteossa Käytetään apuna myös joissain menetelmissä

Ihanteellinen objektivektori Koostuu yksittäisten objektifunktioiden parhaimmista arvoista PO-joukossa minimoitaessa pienimmät arvot Löydetään optimoimalla jokaista objektifunktiota erikseen k objektifunktiota k optimointia Ihanteellinen objektivektori ei ole sallittu!

Ihanteellinen objektivektori f 2 min Z = f(s) z * z 2 * z 1 * f 1 min

Nadir-objektivektori Koostuu yksittäisten objektifunktioiden huonoimmista arvoista PO-joukossa minimoitaessa suurimmat arvot Ei kyetä laskemaan tarkasti, joudutaan approksimoimaan Huom. k=2 voidaan laskea tarkasti Esim. käyttäen arvotaulukkoa

Arvotaulukko (pay-off table) Saadaan laskemalla kaikkien objektifunktioiden arvot pisteissä, jotka saatiin laskettaessa z* i:nnellä rivillä on objektifunktioiden arvot pisteessä, jossa f i saavutti optimin diagonaalilla z* z i nad = i:nnen sarakkeen huonoin arvo Voi antaa joko optimistisen tai pessimistisen arvion (riippuu tehtävästä)

Nadir-objektivektori f 2 min z 2 nad Z = f(s) z nad z 2 * z 1 * z 1 nad f 1 min

Referenssipiste Referenssipiste = objektiavaruuden piste, joka sisältää tavoiteltavat arvot objektifunktioille Referenssipisteen komponentteja kutsutaan tavoitetasoiksi Eräs tapa päätöksentekijälle antaa preferenssitietoa (intuitiivinen) Hyödynnetään myös joissain monitavoiteoptimoinnin menetelmissä

Erikoistapaus: 2 tavoitetta Pareto-optimaalisen joukon voi esittää visuaalisesti (jos saatavilla) Jos toista halutaan parantaa, niin toinen f 2 min huononee Käyrältä voidaan valita haluttu ratkaisu Hyvin yleinen tilanne käytännön sovelluksissa f 1 min

Tehtävän skalarisointi Usein monitavoiteoptimoinnissa ideana on muuttaa monitavoitteinen tehtävä yksitavoitteiseksi voidaan hyödyntää yksitavoitteisen optimoinnin menetelmiä Puhutaan tehtävän skalarisoinnista Voidaan tehdä hyvin tai huonosti esimerkkejä myöhemmin

Hyvän menetelmän ominaisuuksia Skalarisointiin perustuvat menetelmät tuottavat yleensä yhden ratkaisun kerrallaan Hyvällä menetelmällä on seuraavat ominaisuudet tuottaa (heikosti) Pareto-optimaalisia ratkaisuja pystyy löytämään jokaisen Pareto-optimaalisen ratkaisun (sopivilla menetelmän parametreilla)

Lähestymistavat Monitavoiteoptimointiin on lukuisia menetelmiä Monitavoiteoptimoinnin menetelmät voidaan luokitella päätöksentekijän roolin mukaan menetelmät, joissa päätöksentekijää ei tarvita Pareto-optimaalisten pisteiden määräämismenetelmät paremmuussuhteiden ennaltamääräämiseen perustuvat menetelmät interaktiiviset menetelmät

Menetelmät, joissa DM:ää ei tarvita DM ei käytettävissä (esim. online-optimointi) Preferenssitietoa ei saatavilla Lasketaan jokin PO ratkaisu Ei ota huomioon ratkaistavan tehtävän luonnetta Nopeita menetelmiä yksi ratkaisu riittää, ei kommunikointia DM:n kanssa

Globaalin tavoitteen menetelmä Minimoidaan etäisyys ihanteelliseen kriteerivektoriin Etäisyyttä voidaan mitata monella tavalla, esim. L p -metriikalla, 1 p Ratkaistaan yksitavoitteinen optimointitehtävä

Globaalin tavoitteen menetelmä

Globaalin tavoitteen menetelmä Kun p=, niin kyseessä on ns. minmaxmetriikka epäsileä optimointitehtävä Jos p <, niin saatu ratkaisu on PO Jos p =, niin ratkaisu on heikosti PO