Das Multiprocessor Scheduling-Problem mit reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten: heuristische Lösungsverfahren
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Wiesbaden
Dt. Univ.-Verl.
2004
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| adam_text | JOERG HEUER DAS MULTIPROCESSOR SCHEDULING-PROBLEM MIT
REIHENFOLGEABHAENGIGEN RUESTZEITEN HEURISTISCHE LOESUNGSVERFAHREN MIT EINEM
GELEITWORT VON PROF. DR. GERHARD WAESCHER DEUTSCHER UNIVERSITAETS-VERLAG
INHALTSVERZEICHNIS IX INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS XVII
TABELLENVERZEICHNIS XXIII TAFELVERZEICHNIS XXV SYMBOL- UND
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS XXVII VERZEICHNIS DER HEURISTISCHEN
LOESUNGSVERFAHREN XXXIII § 1: EINFUEHRUNG 1 1.1 MOTIVATION UND EINORDNUNG
1 1.2 GEGENSTAND UND ZIELSETZUNG DER ARBEIT 4 1.3 VORGEHENSWEISE UND
AUFBAU DER ARBEIT 7 TEIL I: GRUNDLAGEN §2: ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 9 2.1
SCHEDULING 9 2.1.1 DEFINITION 10 2.1.2 KOMPONENTEN VON
SCHEDULING-PROBLEMEN 11 2.1.2.1 AUFGABEN 11 2.1.2.2 RESSOURCEN 13
2.1.2.3 ZIELSETZUNGEN 15 2.1.3 RUESTVORGAENGE UND RUESTZEITEN 17 2.1.4
KLASSIFIKATION 21 2.2 KOMBINATORISCHE OPTIMIERUNGSPROBLEME UND
LOESUNGSVERFAHREN 23 2.2.1 KOMBINATORISCHE OPTIMIERUNGSPROBLEME 23 2.2.2
LOESUNGSVERFAHREN 23 2.2.3 ALLGEMEINE GRUNDLAGEN ZUR KOMPLEXITAETSTHEORIE
25 2.2.4 HEURISTISCHE LOESUNGSVERFAHREN 27 2.2.4.1 KLASSEN HEURISTISCHER
LOESUNGSVERFAHREN 27 2.2.4.2 BEURTEILUNG HEURISTISCHER LOESUNGSVERFAHREN
28 § 3: GRUNDLAGEN DES MULTIPROCESSOR SCHEDULING-PROBLEMS MIT
REIHENFOLGE- ABHAENGIGEN RUESTZEITEN 33 3.1 PROBLEMDEFINITION 33 3.2
BEISPIELE AUS DER PRAXIS 37 3.3 ZIELFUNKTION UND LOESUNGSMENGEN DES F* J
SY | C MAX -PROBLEMS 40 3.3.1 BEDEUTUNG DER MINIMIERUNG DER
SCHEDULE-LAENGE 40 X INHALTSVERZEICHNIS 3.3.2 LOESUNGSDARSTELLUNG 41 3.3.3
LOESUNGSEIGENSCHAFTEN 44 3.4 MATHEMATISCHE FORMULIERUNGEN 49 3.4.1
ANSAETZE MATHEMATISCHER FORMULIERUNGEN 49 3.4.2 OPTIMIERUNGSSYSTEM NACH
GUINET 50 3.4.3 OPTIMIERUNGSSYSTEM NACH RADHAKRISHNAN UND VENTURA 53
3.4.4 OPTIMIERUNGSSYSTEM NACH BALAKRISHNAN, KANET UND SRIDHARAN 56 3.4.5
VERGLEICH DER MODELLGROESSEN 58 3.5 VERWANDTE KOMBINATORISCHE
OPTIMIERUNGSPROBLEME 60 3.5.1 EINORDNUNG DES P | SY | CMAX-PROBLEMS 60
3.5.2 DAS KLASSISCHE MULTIPROCESSOR SCHEDULING-PROBLEM 60 3.5.3 DAS
KLASSISCHE EINDIMENSIONALE BIN PACKING-PROBLEM 62 3.5.4 DAS LINEARE
ZUORDNUNGSPROBLEM 63 3.5.5 DAS TRAVELING SALESMAN-PROBLEM 65 3.5.6
VEHICLE ROUTING-PROBLEME 67 3.6 PROBLEMKOMPLEXITAET 70 3.7
LITERATURUEBERSICHT ZUM P | SY | CMAX-PROBLEM 70 §4: LOWER UND UPPER
BOUNDS 75 4.1 BEDEUTUNG DER BOUNDS 75 4.2 LOWER BOUNDS FUER DAS P | SY |
CMAX-PROBLEM 76 4.2.1 ANSAETZE ZUR ERMITTLUNG VON LOWER BOUNDS 76 4.2.2
LOWER BOUNDS DURCH RELAXATION DESP | SIJ | C MAX -PROBLEMS 77 4.2.2.1
LOWER BOUNDLBI 78 4.2.2.2 LOWER BOUND LB 2 79 4.2.2.3 LOWER BOUND LB 3
79 4.2.2.4 LOWER BOUND LB 4 82 4.2.2.5 LOWER BOUND LB 5 83 4.2.2.6 LOWER
BOUND LB 6 85 4.2.3 LOWER BOUNDS DURCH BETRACHTUNG AUSGEWAEHLTER
JOBZUORDNUNGEN 85 4.2.3.1 LOWER BOUND LB 7 86 4.2.3.2 LOWER BOUND LB 8
86 4.2.3.3 LOWER BOUND LB 9 87 4.2.3.4 LOWER BOUND LBIO 88 4.2.3.5 LOWER
BOUND LBN 88 4.2.4 ZUSAMMENHAENGE ZWISCHEN DEN LOWER BOUNDS (DOMINANZ) 90
4.3 UPPER BOUNDS FUER DAS P | SIJ | CAX-PROBLEM 90 4.3.1 UPPER BOUND UBI
91 4.3.2 UPPER BOUND UB 2 91 INHALTSVERZEICHNIS XI 4.3.3 UPPER BOUND UB
3 92 4.3.4 UPPER BOUND UB 4 93 4.3.5 UPPER BOUND UB 5 94 TEIL II:
LOESUNGSVERFAHREN FUER DAS P | S AEI | C M *-PROBLEM §5:
EROEFFNUNGSVERFAHREN 95 5.1 GRUNDLAGEN ZU EROEFFHUNGSVERFAHREN FUER DAS P |
SY | CMAX-PROBLEM 96 5.1.1 BEDEUTUNG DER EROEFFHUNGSVERFAHREN 96 5.1.2
UEBERSICHT DER UNTERSUCHTEN EROEFFHUNGSVERFAHREN 96 5.1.2.1 KLASSIFIKATION
DER EROEFFHUNGSVERFAHREN 96 5.1.2.2 IN DER LITERATUR BESCHRIEBENE
EROEFFHUNGSVERFAHREN 100 5.1.3 PRIORITAETSREGELN 101 5.1.3.1 STATISCHE
PRIORITAETSREGELN 101 5.1.3.2 DYNAMISCHE PRIORITAETSREGELN 104 5.1.3.3
VERKNUEPFUNG VON PRIORITAETSREGELN 107 5.2 SIMULTANE EROEFFHUNGSVERFAHREN
108 5.2.1 SIMULTANE PRIORITAETSREGELVERFAHREN 108 5.2.1.1 ABLAUF
SIMULTANER PRIORITAETSREGELVERFAHREN 108 5.2.1.2 WORST CASE-ANALYSEN ZU
SIMULTANEN PRIORITAETSREGELVERFAHREN 113 5.2.1.3 UNTERSUCHTE SIMULTANE
PRIORITAETSREGELVERFAHREN UND IHRE KOMPLEXITAET 115 5.2.2 AUF DER LOESUNG
VON BIN PACKING-PROBLEMEN BASIERENDE EROEFFHUNGS- VERFAHREN 117 5.2.2.1
ABLAUF DER BIN PACKING-BASIERTEN EROEFFHUNGSVERFAHREN 117 5.2.2.2
UNTERSUCHTE BIN PACKING-BASIERTE EROEFFHUNGSVERFAHREN UND IHRE
KOMPLEXITAET 123 5.2.3 COMPOSITE-VERFAHREN 125 5.2.3.1 ABLAUF DER
COMPOSITE-VERFAHREN 125 5.2.3.2 UNTERSUCHTE COMPOSITE-VERFAHREN UND IHRE
KOMPLEXITAET 126 5.2.4 PRIMAL-DUALES VERFAHREN VON GUINET 127 5.3
SEQUENCE FIRST ALLOCATE SECOND-EROEFFHUNGSVERFAHREN 132 5.3.1
SPLIT-REGELN 132 5.3.2 SFAS-PRIORITAETSREGELVERFAHREN 134 5.3.2.1 ABLAUF
DER SFAS-PRIORITAETSREGELVERFAHREN 134 5.3.2.2 UNTERSUCHTE
SFAS-PRIORITAETSREGELVERFAHREN UND IHRE KOMPLEXITAET.... 136 5.3.3
SAVINGS-VERFAHREN 137 5.4 WILLKUERLICHE LOESUNGSVERFAHREN 139 XII
INHALTSVERZEICHNIS §6: VERBESSERUNGSVERFAHREN 141 6.1 GRUNDLAGEN ZU
VERBESSERUNGSVERFAHREN 141 6.1.1 LOCAL SEARCH-VERFAHREN UND
META-HEURISTIKEN 141 6.1.2 EXISTIERENDE VERBESSERUNGSVERFAHREN 145 6.2
KLASSISCHE LOCAL SEARCH-VERFAHREN 146 6.2.1 ABLAUF KLASSISCHER LOCAL
SEARCH-VERFAHREN 146 6.2.2 SHIFT-VERFAHREN 148 6.2.3 EXCHANGE-VERFAHREN
150 6.2.3.1 GRUNDLAGEN ZU EXCHANGE-VERFAHREN 150 6.2.3.2 2-JOB
EXCHANGE-VERFAHREN 151 6.2.3.3 3-JOB EXCHANGE-VERFAHREN 152 6.2.4
COMBINED-VERFAHREN 153 6.3 MODERNE LOCAL SEARCH-VERFAHREN 154 6.3.1 TABU
SEARCH 154 6.3.1.1 GRUNDSAETZLICHES VORGEHEN DES (EINFACHEN) TABU
SEARCH-ANSATZES ... 154 6.3.1.2 TABU SEARCH-VERFAHREN VON FRANQA ET AL
156 6.3.2 SIMULATED ANNEALING 162 6.3.2.1 GRUNDSAETZLICHES VORGEHEN VON
SIMULATED ANNEALING-VERFAHREN 162 6.3.2.2 EINFACHE SIMULATED
ANNEALING-ANSAETZE 164 6.3.2.3 KOMBINIERTE SIMULATED ANNEALING-ANSAETZE
170 6.3.3 THRESHOLD ACCEPTING 172 6.3.3.1 ALLGEMEINER ABLAUF VON
THRESHOLD ACCEPTING-VERFAHREN 172 6.3.3.2 THRESHOLD ACCEPTING-ANSAETZE
173 6.3.4 WEITERE META-HEURISTIKEN 174 TEIL III: NUMERISCHE EXPERIMENTE
ZUR BEURTEILUNG VON LOWER BOUNDS UND HEURISTIKEN § 7: NUMERISCHE
EXPERIMENTE - BEGRUENDUNG, AUFBAU UND BEURTEILUNGSKRITERIEN 177 7.1
RAHMENBEDINGUNGEN DER NUMERISCHEN EXPERIMENTE 178 7.1.1 ERMITTLUNG
OPTIMALER LOESUNGEN 178 7.1.2 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN AN NUMERISCHE
EXPERIMENTE UND DEREN DARSTELLUNG 179 7.1.3 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN
ZUM P | S,J | CMAX-PROBLEM IN DER LITERATUR 180 7.1.4 ANFORDERUNGEN AN
DIE NUMERISCHEN EXPERIMENTE FUER DAS P | SY | CNUX- PROBLEM 183 7.2
TESTINSTANZEN FUER DIE NUMERISCHEN EXPERIMENTE 184 7.2.1 GENERIERUNG VON
ZUFALLSZAHLEN 185 7.2.2 PROBLEMGENERATOR PSCMGEN 186 INHALTSVERZEICHNIS
XIII 7.2.3 TESTFELDER DER NUMERISCHEN EXPERIMENTE 191 7.2.3.1 UEBERSICHT
UEBER DIE TESTFELDER ...191 7.2.3.2 TESTFELD 1 192 7.2.3.3 TESTFELD 2 193
7.3 LOESUNGSPROGRAMM PSCMSOLVER UND TESTUMGEBUNG 194 7.4
BEURTEILUNGSKRITERIEN 197 7.4.1 UEBERSICHT UEBER BEURTEILUNGSKRITERIEN 197
7.4.2 LOESUNGSQUALITAET 198 7.4.3 RECHENZEIT 199 7.4.4 ROBUSTHEIT 199 §8:
VERGLEICH DER LOWER BOUNDS 201 § 9: VERGLEICH DER EROEFFNUNGSVERFAHREN
213 9.1 AUSWERTUNGSPHASEN ZUR BEURTEILUNG DER EROEFFHUNGSVERFAHREN 213
9.2 AUSWERTUNGSPHASE 1: ANALYSE DES EINFLUSSES DER RUEST- UND
BEARBEITUNGS- ZEITVERTEILUNGEN 214 9.3 AUSWERTUNGSPHASE 2: VERGLEICH DER
VERFAHRENSVARIANTEN 225 9.3.1 SIMULTANE PRIORITAETSREGELVERFAHREN 225
9.3.1.1 STATISCHE SIMULTANE PRIORITAETSREGELVERFAHREN 226 9.3.1.1.1
EINFLUSS DER PRIORITAETSREGELN 226 9.3.1.1.2 EINFLUSS DER
ZUORDNUNGSSTRATEGIEN 239 9.3.1.2 DYNAMISCHE SIMULTANE
PRIORITAETSREGELVERFAHREN 242 9.3.1.3 ABSCHLIESSENDER VERGLEICH SIMULTANER
PRIORITAETSREGELVERFAHREN 255 9.3.2 AUF DER LOESUNG VON BIN
PACKING-PROBLEMEN BASIERENDE EROEFFHUNGS- VERFAHREN 258 9.3.2.1 EINFLUSS
DER ZUORDNUNGSSTRATEGIEN 258 9.3.2.2 EINFLUSS DER PRIORITAETSREGELN 269
9.3.3 COMPOSITE-VERFAHREN 273 9.3.4 SFAS-PRIORITAETSREGELVERFAHREN 277
9.3.4.1 EINFLUSS DER PRIORITAETSREGELN UND DER ZUORDNUNGSSTRATEGIEN 278
9.3.4.2 EINFLUSS DER SPLIT-REGELN 285 9.3.4.3 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN
ZU DEN LOESUNGSEIGENSCHAFTEN DER SFAS-PRIORITAETSREGELVERFAHREN 285 9.3.5
SAVINGS-VERFAHREN 288 9.4 AUSWERTUNGSPHASE 3: VERGLEICH DER
VERFAHRENSKLASSEN 291 9.4.1 BEURTEILUNG ANHAND DES ERSTEN TESTFELDS 291
9.4.2 BEURTEILUNG ANHAND DES ZWEITEN TESTFELDS 296 9.5 ZUSAMMENFASSUNG:
VERGLEICH DER EROEFFHUNGSVERFAHREN 305 XIV INHALTSVERZEICHNIS § 10:
VERGLEICH DER VERBESSERUNGSVERFAHREN 309 10.1 AUSWERTUNGSPHASEN ZUR
BEURTEILUNG DER VERBESSERUNGSVERFAHREN 309 10.2 AUSWERTUNGSPHASE 1:
VERGLEICH DER KLASSISCHEN LOCAL SEARCH-ANSAETZE 311 10.2.1
SHIFT-VERFAHREN 311 10.2.1.1 AUSGANGSLOESUNG: RANDOM 311 10.2.1.2
AUSGANGSLOESUNG: I/CIST/SPLIT2 315 10.2.1.3 AUSGANGSLOESUNG:
SI/L(P+AS)T-BI(LMS)/L(P+AS)T 318 10.2.1.4 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN ZU
DEN SHIFT-VERFAHREN 321 10.2.2 2-JOB EXCHANGE-VERFAHREN 323 10.2.2.1
AUSGANGSLOESUNG: RANDOM 323 10.2.2.2 AUSGANGSLOESUNG: I/CIST/SPLIT2 325
10.2.2.3 AUSGANGSLOESUNG: SI/L(P+AS)T-BI(LMS)/L(P+AS)T 330 10.2.2.4
ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN ZU DEN 2-JOB EXCHANGE- VERFAHREN 333 10.2.3
3-JOB EXCHANGE-VERFAHREN 335 10.2.4 COMBINED-VERFAHREN 338 10.3
AUSWERTUNGSPHASE 2: VERGLEICH DER MODERNEN LOCAL SEARCH-ANSAETZE 344
10.3.1 SIMULATED ANNEALING-VERFAHREN 345 10.3.1.1 PARAMETEREINSTELLUNG
346 10.3.1.2 EINFLUSS UNTERSCHIEDLICHER NACHBARSCHAFTEN 351 10.3.1.2.1
EINFLUSS DER SA-SHIFT-NACHBARSCHAFTEN 351 10.3.1.2.2 EINFLUSS DER
SA-2EX-NACHBARSCHAFTEN 354 10.3.1.2.3 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN ZUM
EINFLUSS DER NACHBARSCHAFTEN 357 10.3.1.3 ABSCHLIESSENDE BETRACHTUNG DER
SIMULATED ANNEALING- VERFAHREN 357 10.3.2 THRESHOLD ACCEPTING-VERFAHREN
363 10.4 AUSWERTUNGSPHASE 3: VERGLEICH DER VERBESSERUNGSVERFAHREN 367
10.4.1 BEURTEILUNG ANHAND DES ERSTEN TESTFELDS 367 10.4.2 BEURTEILUNG
ANHAND DES ZWEITEN TESTFELDS 375 10.5 ZUSAMMENFASSUNG: VERGLEICH DER
VERBESSERUNGSVERFAHREN 381 § 11: ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 385
LITERATUR 391 ANHANG A KLASSIFIKATION VON SCHEDULING-PROBLEMEN 417
INHALTSVERZEICHNIS XV B PROBLEMINSTANZEN FUER ABSCHNITT 7.1 420 B.L
PROBLEMINSTANZEN MIT SYMMETRISCHEN RUESTZEITEN 420 B.2 PROBLEMINSTANZEN
MIT ASYMMETRISCHEN RUESTZEITEN 421 C DATEN - EROEFFNUNGSVERFAHREN 423 D
DATEN - VERBESSERUNGSVERFAHREN 423
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