Verteilt-parallele Metaheuristiken zur Tourenplanung: Lösungsverfahren für das Standardproblem mit Zeitfensterrestriktionen
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Wiesbaden
Dt. Univ.-Verl.
2000
Wiesbaden Gabler |
| Edition: | 1. Aufl. |
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| Item Description: | Zugl.: Hagen, Fernuniv., Diss., 2000 |
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| adam_text | Titel: Verteilt-parallele Metaheuristiken zur Tourenplanung
Autor: Homberger, Jörg
Jahr: 2000
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis..............................................................................................XHI
Tabellenverzeichnis...................................................................................................XV
Algorithmenverzeichnis...........................................................................................XVII
1 Einleitung.................................................................................................................1
1.1 Problemstellung.................................................................................................1
1.2 Zielsetzungen der Arbeit....................................................................................4
1.3 Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit.............................................................5
2 Grundlagen und Abgrenzungen..............................................................................9
2.1 Tourenplanung unter Berücksichtigung zeitkritischer Restriktionen.................10
2.1.1 Abgrenzung des Realitätsausschnitts.....................................................10
2.1.2 Mathematische Modellformulierung und Komplexitätsanalyse..............14
2.1.3 Zielsetzung der Tourenplanung.............................................................19
2.1.4 Berücksichtigung von Zeitfenstern........................................................24
2.2 Metaheuristiken für kombinatorische Optimierungsprobleme...........................26
2.2.1 Problemlösung mit Metaheuristiken......................................................26
2.2.2 Tabu-Search-Verfahren.........................................................................32
2.2.3 Simulated-Annealing-Verfahren............................................................38
2.2.4 Evolutionsstrategien..............................................................................43
2.3 Parallele Lösungsansätze..................................................................................48
2.3.1 Architektur verteilt-paralleler Systeme..................................................49
2.3.2 Kommunikation in verteilt-parallelen Systemen....................................51
2.3.3 Interaktionsmodelle in verteilt-parallelen Systemen...............................53
2.3.4 Parallele Metaheuristiken......................................................................57
2.4 Lösungsverfahren in der Literatur....................................................................62
2.4.1 Exakte Lösungsverfahren für das VRPTW............................................62
Inhaltsverzeichnis
2.4.2 Problemspezifische Heuristiken für das VRPTW...................................64
2.4.3 Metaheuristiken für das VRPTW...........................................................66
3 Sequentielle Metaheuristiken.................................................................................79
3.1 Ein zweiphasiger Lösungsansatz für das VRPTW..............................................79
3.2 Problemspezifische Entwurfsentscheidungen...................................................82
3.2.1 Lösungsrepräsentation...........................................................................83
3.2.2 Berechnung von Ausgangslösungen.......................................................86
3.2.3 Nachbarschaftsstrukturen.......................................................................92
3.2.4 Spezifische Heuristiken zur Reduktion der Fahrzeuganzahl.................100
3.2.5 Bewertung von Tourenplänen..............................................................103
3.3 Metaheuristiken zur Minimierung der Fahrzeuganzahl - Suchphase 1............113
3.3.1 Eine Evolutionsstrategie......................................................................113
3.3.2 EinTabu-Search-Verfahren.................................................................119
3.4 Metaheuristiken zur Minimierung der Gesamtentfernung - Suchphase 2........123
3.4.1 Ein Simulated-Annealing-Verfahren....................................................124
3.4.2 Ein Tabu-Search-Verfahren............ .....................................................128
3.5 Eine hybride Metaheuristik - Suchphase 1 und Suchphase 2...........................134
4 Eine verteilt-parallele Metaheuristik...................................................................139
4.1 Architektur der verteilt-parallelen Metaheuristik.............................................139
4.1.1 Zuordnungskomponenten....................................................................139
4.1.2 Steuerungskomponente................:.......................................................141
4.1.3 Kooperationskomponente....................................................................145
4.2 Arbeitsablauf einer verteilt-parallelen Problembearbeitung.............................154
4.2.1 Initialisierungsphase........................................................................155
4.2.2 Problembearbeitungsphase................................ 157
4.2.3 Abschlußphase.............................................. 160
4.3 Möglichkeiten der Verfahrenskonfiguration....................................................162
Inhaltsverzeichnis_____________________________ XI
5 Verfahrensevaluation...........................................................................................167
5.1 Verwendete Probleminstanzen.......................................................................167
5.1.1 Probleminstanzen aus der Literatur.....................................................167
5.1.2 Generierung zusätzlicher Probleminstanzen........................................169
5.2 Vorgehen und Kriterien der Verfahrensevaluation..........................................182
5.2.1 Evaluatiohsmethode............................................................................182
5.2.2 Vergleichskriterien für die Verfahrensevaluation.................................183
5.2.3 Ablauf der Evaluation.........................................................................187
5.2.4 Verwendete Entwicklungs-und Testumgebung...................................188
5.3 Verfahrensauswahl für die hybride Metaheuristik...........................................19Ô
5.3.1 Auswahl einer Metaheuristik zur Minimierung der Fahrzeuganzahl.....190
5.3.2 Auswahl einer Metaheuristik zur Minimierung der Gesamtentfernung 197
5.4 Evaluation der verteilt-parallelen Metaheuristik.............................................202
5.4.1 Konfiguration der verteilt-parallelen Metaheuristik.............................203
5.4.2 Testumgebungen der in die Evaluation einbezogenen Verfahren.........205
5.4.3 Verfahrensevaluation für die SOLOMON-Probleme...............................208
5.4.3.1 Evaluation bei fester Verfahrenskonfiguration.......................208
5.4.3.2 Verfahrensvergleich bei variabler Verfahrenskonfiguration... 216
5.4.3.3 Beste bekannte Lösungen......................................................219
5.4.4 Verfahrensevaluation für die RUSSELL-Probleme.................................225
5.4.4.1 Evaluation bei fester Verfahrenskonfiguration.......................225
5.4.4.2 Verfahrensvergleich bei variabler Verfahrenskonfiguration... 229
5.4.4.3 Beste bekannte Lösungen......................................................230
5.4.5 Verfahrensevaluation für die generierten Probleme.............................232
5.4.5.1 Evaluation bei fester Verfahrenskonfiguration.......................232
5.4.5.2 Ergebnisse bei variabler Verfahrenskonfiguration.................246
5.4.5.3 Beste bekannte Lösungen......................................................248
6 Zusammenfassung und Ausblick.........................................................................253
Symbolverzeichnis.....................................................................................................263
Literaturverzeichnis..................................................................................................269
XII_________________________ _____________________________________Inhaltsverzeichnis
Anhang.......................................................................................................................287
AI Spezifikation der Probleminstanzen................................................................287
A.2 Zielfunktionswerte der besten berechneten Lösungen.....................................323
A3 Darstellung einiger berechneter Bestlösungen.................................................330
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