1. Définition de la métaheuristique :

Documents pareils
Optimisation Combinatoire (Méthodes approchées) II. Recherche Locale simple (Les bases)

Problème à résoudre. min f(s) s.c. s S

OPTIMISATION À UNE VARIABLE

Jean-Philippe Préaux

Cours des Méthodes de Résolution Exactes Heuristiques et Métaheuristiques

LES MÉTA-HEURISTIQUES : quelques conseils pour en faire bon usage

Algorithmes de recherche

Programmation Linéaire - Cours 1

Exemples de problèmes et d applications. INF6953 Exemples de problèmes 1

Principes d implémentation des métaheuristiques


Programmation linéaire

Système Immunitaire Artificiel Parallèle appliqué aux Flow Shop Hybride (FSH)

L exclusion mutuelle distribuée

Cours de Master Recherche

Sommaire. Introduction Définition Historique Domaine d application.2. 4.Les Travaux réalisés sur les domaines d application.

Souad EL Bernoussi. Groupe d Analyse Numérique et Optimisation Rabat http ://

Les colonies de fourmis : apprentissage coopératif pour le problème du voyageur de commerce

Nouvelles propositions pour la résolution exacte du problème de sac à dos bi-objectif unidimensionnel en variables binaires

La programmation à mémoire adaptative ou l évolution des algorithmes évolutifs

PROBLEMES D'ORDONNANCEMENT AVEC RESSOURCES

Méthaheuristiques pour l optimisation combinatoire et l affectation sous contraintes

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Problèmes d ordonnancement dans les systèmes de production. Journée Automatique et Optimisation Université de Paris Mars 2003

Info0804. Cours 6. Optimisation combinatoire : Applications et compléments

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN INFORMATIQUE

ALGORITHME GENETIQUE ET MODELE DE SIMULATION POUR L'ORDONNANCEMENT D'UN ATELIER DISCONTINU DE CHIMIE

Annexe 6. Notions d ordonnancement.

MABioVis. Bio-informatique et la

Hela Boukef. To cite this version: HAL Id: tel

Pourquoi l apprentissage?

Laboratoire d Automatique et Productique Université de Batna, Algérie

Modélisation multi-agents - Agents réactifs

Communications collectives et ordonnancement en régime permanent pour plates-formes hétérogènes

Intelligence Artificielle Planification

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

L ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES (A.C.P.) Pierre-Louis GONZALEZ

Deux stratégies parallèles de l'optimisation par colonie de fourmis

Resolution limit in community detection

PROGRAMME PEDAGOGIQUE. SPÉCIALITÉ Logistique Pour la Santé

Ministère de l Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique. Mémoire de fin d études. Thème

Chapitre 5 : Flot maximal dans un graphe

OASIS Date de publication

L apprentissage automatique

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL

Big Data et Graphes : Quelques pistes de recherche

Module Planification

Dimensionnement Introduction

Concurrence imparfaite

Théorie des Graphes Cours 3: Forêts et Arbres II / Modélisation

Big Data et Graphes : Quelques pistes de recherche

Jade. Projet Intelligence Artificielle «Devine à quoi je pense»

Programmation Objet - Cours II

Programmation Par Contraintes

Recherche locale pour un problème d optimisation de tournées de véhicules avec gestion des stocks

Francis BISSON ( ) Kenny CÔTÉ ( ) Pierre-Luc ROGER ( ) IFT702 Planification en intelligence artificielle

Cours de Recherche Opérationnelle IUT d Orsay. Nicolas M. THIÉRY. address: Nicolas.Thiery@u-psud.fr URL:

TRACER LE GRAPHE D'UNE FONCTION

Semestre 1. Objectifs Approfondissement de l environnement Java et de son interface de programmation d applications : réseaux, et processus.

Programmation linéaire

Algorithmes d'apprentissage

Simulation de Réseaux Ferroviaires

Ordonnancement en temps réel d un jobshop par métaheuristique hybride : étude comparative

Une application des algorithmes génétiques à l ordonnancement d atelier

Chp. 4. Minimisation d une fonction d une variable

Un couplage métaheuristique / simulation appliqué au problème du job shop avec transport

Exercices Alternatifs. Quelqu un aurait-il vu passer un polynôme?

Exercices Alternatifs. Quelqu un aurait-il vu passer un polynôme?

PLANIFICATION DU TRANSPORT DE CHARGES PARTIELLES D UN DÉPÔT : RÉPARTITION, LIVRAISON ET REVENU DE RETOUR

Introduction à la théorie des graphes. Solutions des exercices

Objectifs du cours d aujourd hui. Informatique II : Cours d introduction à l informatique et à la programmation objet. Complexité d un problème (2)

Parallélisme et Répartition

Conception d'un réseau de transport d'électricité

Ordonnancement robuste et décision dans l'incertain

Rappel sur les bases de données

Calcul de développements de Puiseux et application au calcul du groupe de monodromie d'une courbe algébrique plane

LE PROBLEME DU PLUS COURT CHEMIN

Chapitre V : La gestion de la mémoire. Hiérarchie de mémoires Objectifs Méthodes d'allocation Simulation de mémoire virtuelle Le mapping

Ordonnancement. N: nains de jardin. X: peinture extérieure. E: électricité T: toit. M: murs. F: fondations CHAPTER 1

La programmation linéaire : une introduction. Qu est-ce qu un programme linéaire? Terminologie. Écriture mathématique

Gestion des stocks et des approvisionnements

Contexte. Pour cela, elles doivent être très compliquées, c est-à-dire elles doivent être très différentes des fonctions simples,

Nouvelles propositions pour la résolution exacte du sac à dos multi-objectif unidimensionnel en variables binaires

Quelques algorithmes simples dont l analyse n est pas si simple

Interne Forces Faiblesses Externe Opportunités Menaces

Introduction au maillage pour le calcul scientifique

Séminaire TEST. 1 Présentation du sujet. October 18th, 2013

Rapport d'analyse des besoins

Arbres binaires de décision

Atelier Transversal AT11. Activité «Fourmis» Pierre Chauvet.

Continuité et dérivabilité d une fonction

Mathématique et Automatique : de la boucle ouverte à la boucle fermée. Maïtine bergounioux Laboratoire MAPMO - UMR 6628 Université d'orléans

AVERTISSEMENT. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction encourt une poursuite pénale. LIENS

3. SPÉCIFICATIONS DU LOGICIEL. de l'expression des besoins à la conception. Spécifications fonctionnelles Analyse fonctionnelle et méthodes

Etude d un cas industriel : Optimisation de la modélisation de paramètre de production

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

chapitre 4 Nombres de Catalan

FctsAffines.nb 1. Mathématiques, 1-ère année Edition Fonctions affines

Optimisation multi-objectif par colonies de fourmis : cas des problèmes de sac à dos

Transcription:

1. Définition de la métaheuristique : Le mot métaheuristique est dérivé de la composition de deux mots grecs: - heuristique qui vient du verbe heuriskein (euriskein) et qui signifie trouver - meta qui est un suffixe signifiant au-delà, dans un niveau supérieur. Pour résumer ces définitions, on peut dire que les propriétés fondamentales des métaheuristiques sont les suivantes. - Les métaheuristiques sont des stratégies qui permettent de guider la recherche d une solution optimale - Le but visé par les métaheuristiques est d explorer l espace de recherche efficacement afin de déterminer des solutions (presque) optimales. - Les techniques qui constituent des algorithmes de type métaheuristique vont de la simple procédure de recherche locale à des processus d apprentissage complexes. - Les métaheuristiques sont en général non-déterministes et ne donnent aucune garantie d optimalité - Les métaheuristiques peuvent contenir des mécanismes qui permettent d éviter d être bloqué dans des régions de l espace de recherche. - Les concepts de base des métaheuristiques peuvent être décrits de manière abstraite, sans faire appel à un problème spécifique. - Les métaheuristiques peuvent faire appel à des heuristiques qui tiennent compte de la spécificité du problème traité, mais ces heuristiques sont contrôlées par une stratégie de niveau supérieur. - Les métaheuristiques peuvent faire usage de l expérience accumulée durant la recherche de l optimum, pour mieux guider la suite du processus de recherche. 2. Historique : En 1997, Voudouris a proposé la méthode de recherche local guidée ou Guided Local Search en anglais. 3. Problème à résoudre : Soit S un ensemble de solutions à un problème d optimisation. Soit f une fonction qui mesure la valeur f(s) de toute solution s dans S. On veut déterminer une solution s S de valeur f(s) minimale. Le problème à résoudre est donc le suivant : min f(s) s.c. s S

Une structure de voisinage (ou tout simplement un voisinage) est une fonction N qui associe un sous-ensemble de S à toute solution s S. Une solution s N(s) est dite voisine de s. Une solution s S est un minimum local relativement à la structure de voisinage N si f(s)f(s ) pour tout s N(s). Une solution s S est un minimum global si f(s)f(s ) pour tout s S. Les métaheuristiques sacrifient la garantie d optimalité ou d approximation avec en contrepartie l espoir de trouver très rapidement de bonnes solutions dans S. 4. Recherche Locale : La recherche locale est la base de nombreuses méthodes métaheuristiques pour des problèmes d'optimisation combinatoire, dans la méthode recherche locale l ensemble S définit l ensemble des points pouvant être visités durant la recherche. La structure de voisinage N donne les règles de déplacement dans l espace de recherche. La fonction objectif f induit une topologie sur l espace de recherche. La méthode de recherche locale la plus élémentaire est la méthode de descente. Elle peut être décrite comme suit. 5. Méthode de descente : 1. choisir une solution s S 2. Déterminer une solution s qui minimise f dans N(s). 3. Si f(s ) < f(s) alors poser s := s et retourner à 2. Sinon STOP Une variante consiste à parcourir N(s) et à choisir la première solution s rencontrée telle que f(s )< f(s) (pour autant qu une telle solution existe). Le principal défaut des méthodes de descente est qu elles s arrêtent au premier minimum local rencontré. Tel que déjà mentionné, un minimum local pour une structure de voisinage ne l est pas forcément pour une autre structure. Le choix de N peut donc avoir une grande influence sur l efficacité d une méthode de descente. Pour éviter d être bloqué au premier minimum local rencontré, on peut décider d accepter, sous certaines conditions, de se déplacer d une solution s vers une solution s N(s) telle que f(s )f(s). C est ce que fait la méthode de recherche local guidée.

6. Recherche Locale Guidée : La recherche locale guidée (GLS) est un algorithme métaheuristiques dont le but est d'aider recherche locale pour échapper à des optima locaux comme par exemple Recuit simulé. L'aidée de base est d augmenter la fonction objective avec des sanctions, qui dirige la recherche loin de locaux optimale. GLS consiste à utiliser une technique de recherche locale dans laquelle la fonction objectif varie durant le processus de recherche, le but étant de rendre les minima locaux déjà visités moins attractifs. Le principe est illustré cidessous. Pour ce faire, notons {A1,,Am} un ensemble de m attributs utilisés pour discriminer les solutions de S. Par exemple, pour la coloration des sommets d un graphe, on peut associer un attribut à chaque arête du graphe et on dira qu une coloration a l attribut Ae si et seulement l arête e est en conflit dans la solution. Pour le problème du voyageur de commerce, on peut par exemple associer un attribut à chaque arête du graphe et dire qu une tournée possède l attribut Ae si l arête e fait partie de la tournée. Soit wi le poids de l attribut Ai et soit δi(s)une variable qui vaut 1 si s possède l attribut Ai, et 0 sinon. La Recherche Locale Guidée utilise la fonction objectif suivante :

Où λ est un paramètre qui permet de faire varier l importance du deuxième terme de cette fonction. On peut modifier les poids wi au cours de l algorithme. En règle général, lorsqu on se déplace d une solution s vers une solution voisine s, on augmente le poids des attributs de s. Différentes stratégies de modifications de poids sont possibles. 1. Choisir une solution s S; poser s*:=s; 2. Tant qu aucun critère d arrêt n est satisfait faire 3. Appliquer une Recherche Locale à s avec f comme fonction objectif; soit s la solution ainsi obtenue; 4. mettre à jour les poids wi 5. poser s:=s ; 6. Si f(s) < f(s*) alors poser s*:=s 7. Fin du tant que ALGORITHME DE RECHERCHE LOCALE GUIDÉE 7. Exemple d application : L'algorithme de GLS est appliqué à l'instance Berlin52 du problème du voyageur de commerce (TSP), tiré du TSPLIB. Le problème cherche une

permutation de l'ordre de visiter des villes (appelé un tour) qui minimise la distance totale parcourue. La distance excursion optimale pour Berlin52 instance est 7542 unités. Utiliser un algorithme TSP-spécifiques de recherche locale est appelé 2-opt qui sélectionne deux points dans une permutation et reconnecte la tournée, potentiellement détorsion de la tournée au niveau des points sélectionnés. L'équation pour régler pour les instances TSP est de où N est le nombre de villes, est le coût d'un optimum local trouvé par une recherche locale, et [0,1]. Le coût d'un optimum local a été fixé à la valeur approximative de 15 000 pour les l'instance Berlin52. La fonction d'utilité pour les caractéristiques (arêtes) dans le TSP est de, où est l'utilitaire pour sanctionner une arête (maximisation), est le coût de l'arête (distance entre les villes) et est la pénalité actuelle pour le bord. 8. Conclusion : GLS est un régime de recherche intelligent pour des problèmes d'optimisation combinatoire, il a été appliquée à un nombre non négligeable de problèmes, notamment: des problèmes artificiels, des problèmes d'optimisation standard et problèmes de la vie réelle et obtenu d'excellents résultats dans les deux efficacités (en termes de vitesse) et l'efficacité (en termes de qualité des solutions).