Transportation Research Part B最新鲁棒优化文章

科技   2022-10-05 22:54   北京  

近年来,随着鲁棒优化在各种不同优化问题求解中的良好表现,其价值越来越被学界和业界所发现。本文是由两位来自葡萄牙的学者发表在TRB期刊10月期上的一篇关于分布鲁棒优化的文章,问题背景为不确定情况下的码头泊位分配问题。

泊位分配问题是存在于码头港口中常遇到的重要问题,其受到诸多不可预测事件的影响。因此,在不确定性条件下对这类问题的研究已成为越来越多研究者关注的课题。沿着这条研究路线,本文考虑了装卸时间不确定情况下的泊位分配问题。本文针对装卸处理时间的一组可能的概率分布,提出了一种分布鲁棒的两阶段优化模型,以最小化船舶总的延误。该模型的解是通过精确分解算法得到的,本文还讨论了几种改进方法。针对相对完全追索权假设失效(the assumption of relatively complete recourse fails)的情况,提出了算法需进行的调整。最后,通过大量的算例测试,验证了所提算法的有效性,并将所得到的解与随机和鲁棒方法得到的解进行了比较,证明了分阶段鲁棒在最小化延误方面的优越性。

确定性条件下的泊位分配问题模型如下所示

模型中涉及到的决策变量主要有泊位的位置𝑏𝑘,停泊时间𝑡𝑘 , 船舶延误𝑐𝑘这三类正(整)数变量以及两类0-1变量𝑥𝑘𝓁 和𝑦𝑘𝓁分别表示船泊停放的时间先后顺序和空间顺序(Variables 𝑥𝑘𝓁 assume value one when ship 𝓁 berths after ship 𝑘 had departed, while variables 𝑦𝑘𝓁 assume value one when ship 𝓁 berths below the berth position of ship 𝑘


在构造阶段鲁棒优化模型时,主要考虑装卸处理时间的不确定性,在第一阶段决策泊位的位置,第二阶段决策停泊时间和船舶延误。与随机规划不同的是,随机规划是给定函数的期望值在特定的概率分布下进行优化,分布鲁棒优化(DRO)旨在优化函数的期望值,以达到模糊集中最坏的概率分布。因此本文分阶段鲁棒优化问题的目标函数为:

其中


在设计求解算法时,本文鉴借Bansal等人 (2018)提出且已证明收敛的L-shaped algorithm,算法伪代码如下:


最后通过算例分析以及与随机优化、经典鲁棒优化的求解结果进行了对比,验证了本文算法在最小化总延误时间方面的优越性。





本篇论文的一个可延申点为,本文仅考虑了装卸处理时长的不确定性,未考虑船舶到达时间的不确定性,因此可以围绕船舶到达时间不确定开展研究。




参考文献:Agra A, Rodrigues F. Distributionally robust optimization for the berth allocation problem under uncertainty[J]. Transportation Research Part B: Methodological, 2022, 164: 1-24.

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小马过河啊
要好好学习呀!
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