Dynaaminen ohjelmointi ja vaikutuskaaviot

Samankaltaiset tiedostot
Dynaaminen ohjelmointi ja vaikutuskaaviot

Gaussinen vaikutuskaavio Tommi Gustafsson 45434f Tfy IV

2. M : T kevät 2007 Laskennallisen logiikan jatkokurssi Laskuharjoitus 11 Ratkaisut 1. M :

monitavoitteisissa päätöspuissa (Valmiin työn esittely) Mio Parmi Ohjaaja: Prof. Kai Virtanen Valvoja: Prof.

T Kevät 2003 Logiikka tietotekniikassa: erityiskysymyksiä I Laskuharjoitus 11 Ratkaisut

f (t) + t 2 f(t) = 0 f (t) f(t) = t2 d dt ln f(t) = t2, josta viimeisestä yhtälöstä saadaan integroimalla puolittain

Sarjoja ja analyyttisiä funktioita

Derivointiesimerkkejä 2

Sähköstatiikka ja magnetismi Kondensaattorit ja kapasitanssi

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 10

Johdatus graafiteoriaan

Aseiden leviämisen estäminen

πx) luvuille n N. Valitaan lisäksi x = m,

Fysiikka 1. Kondensaattorit ja kapasitanssi. Antti Haarto

Diskreettiaikainen dynaaminen optimointi

Mat Optimointiopin seminaari kevät Monitavoiteoptimointi. Tavoitteet

INTERVALLIPÄÄTÖSPUUT JANNE GUSTAFSSON 45433E. Mat Optimointiopin seminaari Referaatti

Jatkuva-aikaisten Markov-prosessien aikakehitys

Tietorakenteet, esimerkkivastauksia viikon 12 laskareihin

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

Tietorakenteet, esimerkkivastauksia viikon 12 laskareihin

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

3.3 Paraabeli toisen asteen polynomifunktion kuvaajana. Toisen asteen epäyhtälö

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

Matematiikan tukikurssi

PARITUS KAKSIJAKOISESSA

Eräs tyypillinen virhe monitavoitteisessa portfoliopäätösanalyysissa + esimerkkitapaus

Uskomusverkot: Lääketieteelliset sovellukset

Sisällys. 7. Oliot ja viitteet. Olion luominen. Olio Java-kielessä

Matematiikan tukikurssi

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 3. viikolle /

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 14: Yleisen lujuusopin elementtimenetelmän perusteita.

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

Kuva 1: Tehtävä 1a. = 2π. 3 x3 1 )

Pinta-alan laskeminen

Solmu 3/2001 Solmu 3/2001. Kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa oli seuraava tehtävä:

MAOL-pisteytysohje. Matematiikka lyhyt oppimäärä Kevät 2014

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 10: Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö

TEKNILLINEN KORKEAKOULU Systeemianalyysin laboratorio. Kimmo Berg. Mat Optimointioppi. 11. harjoitus - ratkaisut

Reaalifunktiot 1/5 Sisältö ESITIEDOT: funktiokäsite

z z 0 (m 1)! g(m 1) (z0) k=0 Siksi kun funktioon f(z) sovelletaan Cauchyn integraalilausetta, on voimassa: sin(z 2 dz = (z i) n+1 k=0

TKT20001 Tietorakenteet ja algoritmit Erilliskoe , malliratkaisut (Jyrki Kivinen)

ORMS2020 Päätöksenteko epävarmuuden vallitessa Syksy päätöspuiden avulla tarkastellaan vasta seuraavissa harjoituksissa.

Algoritmit 1. Luento 1 Ti Timo Männikkö

Calkinin-Wiln jono 1/2 2/2 3/2 4/2 5/2 6/2... 1/3 2/3 3/3 4/3 5/3 6/3... 1/4 2/4 3/4 4/4 5/4 6/4... 1/5 2/5 3/5 4/5 5/5 6/5...

Lineaaristen monitavoiteoptimointitehtävien

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

Investointimahdollisuudet ja investoinnin ajoittaminen

Johdannaisanalyysi. Contingent Claims Analysis Juha Leino S ysteemianalyysin. Laboratorio

Insinöörimatematiikka D

Algoritmit 1. Luento 13 Ti Timo Männikkö

ORMS2020 Päätöksenteko epävarmuuden vallitessa Syksy 2010 Harjoitus 3

Algoritmit 1. Luento 7 Ti Timo Männikkö

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 10: Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 5. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 5 () Numeeriset menetelmät / 28

. Kun p = 1, jono suppenee raja-arvoon 1. Jos p = 2, jono hajaantuu. Jono suppenee siis lineaarisesti. Vastaavasti jonolle r k+1 = r k, suhde on r k+1

Ratkaisu. Ensimmäinen kuten P Q, toinen kuten P Q. Kolmas kuten P (Q R):

Mapu I Laskuharjoitus 2, tehtävä 1. Derivoidaan molemmat puolet, aloitetaan vasemmasta puolesta. Muistetaan että:

10. Painotetut graafit

4 YLEINEN ELEMENTTIMENETELMÄ

Lyhyen aikavälin hintakilpailu 2/2

Kokonaislukuoptimointi hissiryhmän ohjauksessa

4.6 Matriisin kääntäminen rivioperaatioilla

Algoritmi on periaatteellisella tasolla seuraava:

Preference Programming viitekehys: epätäydellisen preferenssi-informaation elisitointi ja mallintaminen, dominanssi

Tarkennamme geneeristä painamiskorotusalgoritmia

Ylioppilastutkintolautakunta S t u d e n t e x a m e n s n ä m n d e n

M = (Q, Σ, Γ, δ, q 0, q acc, q rej )

Investointimahdollisuudet ja niiden ajoitus

Mat. tukikurssi 27.3.

CHEM-C2230 Pintakemia. Työ 2: Etikkahapon adsorptio aktiivihiileen. Työohje

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

10. Toisen kertaluvun lineaariset differentiaaliyhtälöt

Opetusperiodi:I, suunnattu hakukohteille:

Verkon värittämistä hajautetuilla algoritmeilla

2.5. Eksponenttifunktio ja eksponenttiyhtälöt

Probabilistiset mallit (osa 1) Matemaattisen mallinnuksen kurssi Kevät 2002, luento 10, osa 1 Jorma Merikoski Tampereen yliopisto

Pohdiskeleva ajattelu ja tasapainotarkennukset

Opetusperiodi:I, suunnattu hakukohteille: Teknillinen fysiikka ja matematiikka

58131 Tietorakenteet ja algoritmit Uusinta- ja erilliskoe malliratkaisut ja arvosteluperusteet

30A02000 Tilastotieteen perusteet

[ k ] ja ekvivalenttisen solmukuormitusvektorin { r } määritystä kaavoista (4.20) ja

Additiivinen arvofunktio projektiportfolion valinnassa

Referenssipiste- ja referenssisuuntamenetelmät

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

1 + b t (i, j). Olkoon b t (i, j) todennäköisyys, että B t (i, j) = 1. Siis operaation access(j) odotusarvoinen kustannus ajanhetkellä t olisi.

1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B.

S uay uvaxy uv 2 Ax 2 y... uv i Ax i y uv i wx i y.

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

Äärellisten automaattien ja säännöllisten kielten ekvivalenssi

S Liikenneteorian perusteet (2 ov) K-98

MS-C1350 Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Harjoitukset 5, syksy Mallivastaukset

= k 0 NTIME(n k + k) Siis polynomisessa ajassa epädeterministisellä Turingin koneella tunnistettavien kielten joukko

Harjoitus 8: Excel - Optimointi

Polkuintegraali yleistyy helposti paloitain C 1 -poluille. Määritelmä Olkoot γ : [a, b] R m paloittain C 1 -polku välin [a, b] jaon

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Transkriptio:

Teknillinen Korkeakoulu / Ssteemianalsin laboratorio Mat-2.42 Optimointiopin seminaari / Referaatti esitelmästä Sami Mllmäki Dnaaminen ohjelmointi ja vaikutuskaaviot

OHDANTO Dnaamiset ohjelmointitehtävät ratkaistaan leensä rekursiivisten htälöien avulla, jolloin itse tehtävän mmärtäminen saattaa heikentä monimutkaisten matemaattisten formulointien takia. Tämän vuoksi on naamisille ongelmille pritt kehittämään mahollisimman havainnollista esitstapaa siten, että saataisiin esille tehtävän luonne ilman matemaattisten lausekkeien eksplisiittistä esittämistä. Motivaationa havainnollisuuen kehittämiselle voiaan pitää niitä useita naamiseen ohjelmoitiin perustuvia päätöksenteko-ongelmia, joissa itse päätöksentekijät eivät välttämättä hallitse prosessiin liittviä matemaattisia operaatioita. Esitelmässä, jonka pohjalta tämä referaatti on kirjoitettu, käsiteltiin sellaisten naamisten ongelmien havainnollistamista, joien arvofunktiot ovat separoituvia. Havainnollistaminen tehään muokkaamalla perinteistä vaikutuskaaviota siten, että arvofunktion separoituvaa luonnetta voiaan kättää hväksi. Tällaisen vaikutuskaavion muoostamismenetelmät on esitett kappaleessa 2. Samaisessa kappaleessa on määritelt mös arvofunktion separoituvuus. Kappaleessa 3 on kät läpi muoostetun vaikutuskaavion ratkaisemiseen tarvittavat säännöt. Varsinainen ratkaisualgoritmi on nähtävissä joko lähteestä [] tai aiheesta pietn esitelmän kalvoista. Viimeisenä on hteenveto sekä joitakin pohintoja ja sovelluksia kseiseen aiheeseen liitten. Esitelmän ja siten mös tämän referaatin lähteenä on kätett oseph A. Tatmanin ja Ross D. Shachterin artikkelia Dnamic Programming an Influence Diagrams []. 2 VAIKUTUSKAAVION MUODOSTAMINEN SUPERARVOSOLMUEN AVULLA Vaikutuskaaviota muoostettaessa on oletettu, että kätetllä arvofunktiolla on separoituva luonne. Tässä esitelt vaikutuskaaviomalli ei siis päe leisesti naamisiin ohjelmointitehtäviin, vaan ainoastaan silloin, kun separoituvuus on voimassa. Arvofunktio g() on separoituva, jos se voiaan esittää summana tai tulona seuraavasti: q g( ) = g i ( i ) tai g( ) = g i ( i ). () i= q i= Kun arvofunktio on separoituva, voiaan kokonaisarvo esittää usean arvosolmun avulla, jolloin kokonaisarvo on näien arvosolmuista saatavien arvojen summa (tai tulo). otta separoituvuus voiaan esittää eksplisiittisesti vaikutuskaaviossa, on määriteltävä seuraavat arvosolmut:. Summasolmu: os arvosolmun r, jonka eeltäjiä ovat arvosolmut r, r 2,, r n, arvo voiaan esittää muoossa [ r r,..., rn ] = g( r,..., rn ) = r +... rn E +, (2) niin r on summasolmu. 2. Tulosolmu: os arvosolmun r, jonka eeltäjiä ovat arvosolmut r, r 2,, r n, arvo voiaan esittää muoossa E [ r r,..., rn ] = h( r,..., rn ) = r... rn, (3)

niin r on tulosolmu. Näitä arvosolmuja kutsutaan leisesti nimellä superarvosolmut (super value noes). Superarvosolmun eeltäjät ovat siis aina joko tavallisia arvosolmuja tai superarvosolmuja. Superarvosolmujen avulla voiaan arvofunktion separoituva luonne esittää vaikutuskaaviossa. Tästä on piirrett esimerkki kuvaan. [,,, ] = E[ u, ] + E[ r ] E[ s ] E, u w u Σ s Π w r Σ Kuva. Separoituvan arvofunktion esittäminen vaikutuskaaviossa superarvosolmujen avulla. os tehtävän arvofunktio on separoituva, voiaan tämä ominaisuus siis esittää vaikutuskaaviossa superarvosolmuilla. Tällöin on mös olemassa menetelmä vaikutuskaavion ratkaisemiseksi. Vaikutuskaavion ratkaisumenetelmä solmujen poistamissääntöineen on esitelt seuraavassa kappaleessa. 3 VAIKUTUSKAAVION RATKAISUMENETELMÄ Superarvosolmuja sisältävälle vaikutuskaaviolle voiaan muoostaa sellainen ratkaisualgoritmi, että tehtävä saaaan aina reusoitua hestä arvosolmusta muoostuvaksi vaikutuskaavioksi. Tätä varten on seuraavassa esitett ne oletukset ja lauseet, jotka tarvitaan algoritmin muoostamiseen. Lauseien toistukset on ohitettu. (Lauseet toistuksineen ovat lähteessä [].) Oletetaan, että ratkaistava vaikutuskaavio toteuttaa ns. no forgetting ehon, mikä tarkoittaa sitä, että jokaisen päätössolmun suorina seuraajina ovat kaikki muut päätössolmut: tehtjä päätöksiä ei siis unoheta. Lisäksi oletetaan arvofunktiolle separoituva luonne.

Reusointilauseet. Kahen sattumasolmun välisen kaaren suunnan kääntäminen: Sattumasolmujen välinen kaari voiaan kääntää, jolloin molemmat solmut perivät toistensa eeltäjät. 2. Loppuarvoon vaikuttamattomien solmujen poistaminen: Sellaiset sattuma- ja päätössolmut, joilla ei ole seuraajia voiaan poistaa vaikutuskaaviosta. 3. Yksinkertainen sattumasolmun poistaminen: os on sattumasolmu, loppuarvosolmu ja on eeltäjä vain arvosolmulle r (eikä millekään muulle), voiaan poistaa vaikutuskaaviosta kättämällä sen ootusarvoa r:n arvon määräämisessä. 4. Yksinkertainen päätössolmun poistaminen: os on sellaisen vaikutuskaavion päätössolmu, jonka loppuarvosolmuna on ja joka toteuttaa seuraavat ehot: - Kaikkien arvosolmujen arvot ovat einegatiiviset - on vain arvosolmun r suora eeltäjä (eikä minkään muun) - r:n kaikki eholliset eeltäjät, paitsi, ovat :n informatiivisia eeltäjiä Tällöin voiaan poistaa vaikutuskaaviosta maksimoimalla r :n suhteen. Lauseille 3 ja 4 voiaan johtaa mös leiset muoot:. Sattumasolmun poistaminen: os on sattumasolmu, jolla ei ole päätössolmuseuraajia, niin voiaan poistaa. 2. Päätössolmun poistaminen: os lauseen 4 ehot toteutuvat ja lisäksi kaikki polut :stä loppuarvosolmuun sisältävät arvosolmun r, niin voiaan poistaa vaikutuskaaviosta poistamalla ensin ne arvosolmut, jotka kuuluvat joukkoon C in (r) V (missä C in (r) tarkoittaa r:n epäsuoria eeltäjiä ja V arvosolmujen joukkoa) ja maksimoimalla sitten r :n suhteen. Lisäksi seuraavassa on esitett menetelmä arvosolmurakenteen reusoimiseksi: 3. Subset rule: os arvosolmuilla r ja r 2 on sama seuraaja, superarvosolmu r, ja C(r ) sisält C(r 2 ):een, ei ko. arvosolmujen poistaminen lisää vaikutuskaavion ratkaisemiseen tarvittavien operaatioien kokonaismäärää. Eellä mainittujen oletusten ja lauseien avulla voiaan muoostaa sellainen algoritmi [], jolla voiaan reusoia vaikutuskaavio hteen arvosolmuun. 4 YHTEENVETO Superarvosolmujen avulla voiaan muoostaa vaikutuskaavio sellaiselle naamiselle tehtävälle, jonka arvofunktiolla on separoituva luonne. Kaavion muoostamisen tarkoituksena on tehä kseisestä tehtävästä mahollisimman havainnollinen, kuitenkaan tehokkuuen näkökulmaa unohtamatta. Saausta

vaikutuskaaviosta nähään helposti eri solmujen eholliset riippuvuuet, ja algoritmi huolehtii riippuvuuksien päivittämisestä prosessin eri vaiheissa. Lisäksi rekursiivisten kaavojen eksplisiittisestä esittämisestä voiaan luopua. Tässä esitettä superarvosolmuihin perustuvaa vaikutuskaaviota sekä sen ratkaisemista voiaan soveltaa mm. erilaisiin päätöksentekotehtäviin, kuten Markovin päätösprosesseihin. Arvofunktion separoituvan luonteen vaatimus rajoittaa kuitenkin menetelmän kättämistä laajemmin. [] IEEE Transactions on Sstem, Man. An Cbernetics, Vol 20, No. 2, March/April 990