Solving a routing problem with the aid of an independent computations scheme

Бесплатный доступ

This paper is devoted to the issues in development and implementation of parallel algorithms for solving practical problems. We consider a routing problem with constraints and complicated cost functions. The visited objects are assumed to be clusters, or megalopolises (nonempty finite sets), and the visit to each one entails certain tasks, which we call interior jobs. The order of visits is subject to precedence constraints. The costs of movements depend on the set of pending tasks (not yet complete at the time of the movement), which is also referred to as «sequence dependence», «position dependence», and «state dependence». Such dependence arises, in particular, in routing problems concerning emergencies at nuclear power plants, similar to the Chernobyl and Fukushima Daiichi incidents. For example, one could consider a disaster recovery problem concerned with sequential dismantlement of radiation sources; in this case, the crew conducting the dismantlement is exposed to the radiation from the sources that have not yet been dealt with. Hence the dependence on pending tasks in the cost functions that measure the crew's radiation exposure. The latter dependence reflects the «shutdown» operations for the corresponding radiation sources. This paper sets forth an approach to a parallel solution for this problem, which was implemented and run on the URAN supercomputer. The results of the computational experiment are presented.

Еще

Dynamic programming, route, sequencing, precedence constraints, parallel computation

Короткий адрес: https://sciup.org/147159473

IDR: 147159473   |   DOI: 10.14529/mmp180106

Список литературы Solving a routing problem with the aid of an independent computations scheme

  • Garey, M.R. Computers and Intractability: A Guide to the Theory of NP-Completeness/M.R. Garey, D.S. Johnson. -N.Y.: W.H. Freeman, 1979.
  • Gutin, G. The Traveling Salesman Problem and Its Variations/G. Gutin, A.P. Punnen. -N.Y.: Springer, 2002.
  • Cook, W.J. In Pursuit of the Traveling Salesman. Mathematics at the Limits of Computation/W.J. Cook. -New Jersey: Princeton University Press, 2012.
  • Меламед, И.И. Задача коммивояжера. Вопросы теории/И.И. Меламед, С.И. Сергеев, И.Х. Сигал//Автоматика и телемеханика. -1989. -T. 50, № 9. -C. 3-34.
  • Меламед, И.И. Задача коммивояжера. Точные алгоритмы/И.И. Меламед, С.И. Сергеев, И.Х. Сигал//Автоматика и телемеханика. -1989. -T. 50, № 10. -C. 3-29.
  • Меламед, И.И. Задача коммивояжера. Приближенные алгоритмы/И.И. Меламед, С.И. Сергеев, И.Х. Сигал//Автоматика и телемеханика. -1989. -T. 50, № 11. -C. 3-26.
  • Литл, Дж. Алгоритм для решения задачи о коммивояжере/Дж. Литл, К. Мурти, Д. Суини, К. Кэрел//Экономика и математические методы. -1965. -Т. 1, вып. 1. -C. 94-107.
  • Беллман, Р. Применение динамического программирования к задаче о коммивояжере/Р. Беллман//Кибернетический сборник. -Т. 9. -М.: Мир, 1964. -C. 219-228.
  • Хелд, М. Применение динамического программирования к задачам упорядочения/М. Хелд, Р.М. Карп//Кибернетический сборник. -Т. 9. -М.: Мир, 1964. -C. 202-218.
  • Leon, V.J. Replanning and Analysis of Partial Setup Strategies in Printed Circuit Board Assembly Systems/V.J. Leon, B.A. Peters//International Journal of Flexible Manufacturing Systems. -1996. -V. 8. -P. 389-411.
  • Alkaya, A.F. A New Generalization of the Traveling Salesman Problem/A.F. Alkaya, E. Duman//Applied and Computational Mathematics. -2010. -V. 9, № 2. -P. 162-175.
  • Kinable, J. Hybrid Optimization Methods for Time-Dependent Sequencing Problems/J. Kinable, A. Cire, W.J. van Hoeve//European Journal of Operational Research. -2017. -V. 259, № 3. -P. 887-897.
  • Ченцов, А.Г. Экстремальные задачи маршрутизации и распределения заданий: вопросы теории/А.Г. Ченцов. -Ижевск: НИЦ и хаотическая динамика, Ижевский институт компьютерных исследований, 2008.
  • Коробкин, В.В. Методы маршрутизации и их приложения в задачах повышения безопасности и эффективности эксплуатации атомных станций/В.В. Коробкин, А.Н. Сесекин, О.Л. Ташлыков, А.Г. Ченцов. -М.: Новые технологии, 2012.
  • Ташлыков, О.Л. Дозовые затраты персонала в атомной энергетике. Анализ. Пути снижения. Оптимизация: монография/О.Л. Ташлыков. -Saarbruke: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. RG., 2011.
  • Петунин, А.А. О некоторых стратегиях формирования маршрута инструмента при разработке управляющих программ для машин термической резки материала/А.А. Петунин//Вестник УГАТУ. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. -2009. -Т. 13, № 2 (35). -C. 280-286.
  • Петунин, А.А. К вопросу о маршрутизации движения инструмента в машинах листовой резки с числовым программным управлением/А.А. Петунин, А.Г. Ченцов, П.А. Ченцов//Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. -2013. -№ 2 (169). -С. 103-111.
  • Фроловский, В.Д. Автоматизация проектирования управляющих программ тепловой резки металла на оборудовании с ЧПУ/В.Д. Фроловский//Информационные технологии в проектировании и производстве. -2005. -№ 4. -С. 63-66.
  • Wang, G.G. Optimal Process Planning for a Combined Punch-and-Laser Cutting Machine Using and Colony Optimization/G.G. Wang, S.Q. Xie//International Journal of Production Research. -2005. -V. 43, № 11. -P. 2195-2216.
  • Dewil, R. Construction Heuristics for Generating Tool Paths for Laser Cutters/R. Dewil, P. Vansteenwegen, D. Cattrysse//International Journal of Production Research. -2014. -P. 1-20.
  • Ченцов, А.Г. Маршрутизация в условиях ограничений: задача о посещении мегаполисов/А.Г. Ченцов, П.А. Ченцов//Автоматика и телемеханика. -2016. -№ 11. -C. 96-117.
  • Dieudonne, J. Foundations of Modern Analysis/J. Dieudonne. -N.Y.: Academic, 1960.
  • Cormen, T.H. Introduction to Algorithms/T.H. Cormen, C.E. Leizerson, R.L. Rivest. -Cambridge: MIT Press, 1990.
  • Ченцов, А.Г. К вопросу о маршрутизации комплексов работ/А.Г. Ченцов//Вестник Удмуртского ун-та. Математика. Механика. Компьютерные науки. -2013. -№ 1. -С. 59-82.
  • Ченцов, А.Г. Задача маршрутизации с ограничениями, зависящими от списка заданий/А.Г. Ченцов, А.А. Ченцов//Доклады Академии наук. -2015. -Т. 465, № 2. -C. 154-158.
  • Ченцов, А.А. К вопросу о нахождении значения маршрутной задачи с ограничениями/А.А. Ченцов, А.Г. Ченцов//Проблемы управления и информатики. -2016. -№ 1. -C. 41-54.
  • Lawler, E.L. Efficient Implementation of Dynamic Programming Algorithms for Sequencing Problems/E.L. Lawler//CWI Technical report. Stichting Mathematisch Centrum. Mathematische Besliskunde-BW. -1979. -V. 106, № 79. -P. 1-16.
  • Ченцов, А.Г. Одна параллельная процедура построения функции Беллмана в обобщенной задаче курьера с внутренними работами/А.Г. Ченцов//Автоматика и телемеханика. -2012. -№ 3. -С. 134-149.
  • Ченцов, А.Г. Одна параллельная процедура построения функции Беллмана в обобщенной задаче курьера с внутренними работами/А.Г. Ченцов//Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. -2012. -№ 18 (277), вып. 12. -С. 44-52.
  • Ченцов, А.Г. Динамическое программирование в задаче маршрутизации: схема независимых вычислений/А.Г. Ченцов, А.М. Григорьев//Мехатроника, автоматизация, управление. -2016 -Т. 17, № 12. -C. 834-846.
  • Schmidt, G. Relations and Graphs: Discrete Mathematics for Computer Scientists/G. Schmidt, T. Strohlein//EATCS Monographs on Theoretical Computer Science. -N.Y.: Springer-Verlag, 1993.
  • Steiner, G. On the Сomplexity of Dynamic Programming for Sequencing Problems with Precedence Constraints/G. Steiner//Annals of Operations Research. -1990. -V. 26, № 1. -P. 103-123.
Еще
Статья научная