scholarly journals A Novel Metaheuristic for Travelling Salesman Problem

2013 ◽  
Vol 2013 ◽  
pp. 1-5 ◽  
Author(s):  
Vahid Zharfi ◽  
Abolfazl Mirzazadeh

One of the well-known combinatorial optimization problems is travelling salesman problem (TSP). This problem is in the fields of logistics, transportation, and distribution. TSP is among the NP-hard problems, and many different metaheuristics are used to solve this problem in an acceptable time especially when the number of cities is high. In this paper, a new meta-heuristic is proposed to solve TSP which is based on new insight into network routing problems.

2020 ◽  
Vol 10 (6) ◽  
pp. 2075 ◽  
Author(s):  
Shih-Cheng Horng ◽  
Shieh-Shing Lin

The stochastic inequality constrained optimization problems (SICOPs) consider the problems of optimizing an objective function involving stochastic inequality constraints. The SICOPs belong to a category of NP-hard problems in terms of computational complexity. The ordinal optimization (OO) method offers an efficient framework for solving NP-hard problems. Even though the OO method is helpful to solve NP-hard problems, the stochastic inequality constraints will drastically reduce the efficiency and competitiveness. In this paper, a heuristic method coupling elephant herding optimization (EHO) with ordinal optimization (OO), abbreviated as EHOO, is presented to solve the SICOPs with large solution space. The EHOO approach has three parts, which are metamodel construction, diversification and intensification. First, the regularized minimal-energy tensor-product splines is adopted as a metamodel to approximately evaluate fitness of a solution. Next, an improved elephant herding optimization is developed to find N significant solutions from the entire solution space. Finally, an accelerated optimal computing budget allocation is utilized to select a superb solution from the N significant solutions. The EHOO approach is tested on a one-period multi-skill call center for minimizing the staffing cost, which is formulated as a SICOP. Simulation results obtained by the EHOO are compared with three optimization methods. Experimental results demonstrate that the EHOO approach obtains a superb solution of higher quality as well as a higher computational efficiency than three optimization methods.


2015 ◽  
Vol 2015 ◽  
pp. 1-14
Author(s):  
Oscar Montiel ◽  
Francisco Javier Díaz Delgadillo

Nowadays, solving optimally combinatorial problems is an open problem. Determining the best arrangement of elements proves being a very complex task that becomes critical when the problem size increases. Researchers have proposed various algorithms for solving Combinatorial Optimization Problems (COPs) that take into account the scalability; however, issues are still presented with larger COPs concerning hardware limitations such as memory and CPU speed. It has been shown that the Reduce-Optimize-Expand (ROE) method can solve COPs faster with the same resources; in this methodology, the reduction step is the most important procedure since inappropriate reductions, applied to the problem, will produce suboptimal results on the subsequent stages. In this work, an algorithm to improve the reduction step is proposed. It is based on a fuzzy inference system to classify portions of the problem and remove them, allowing COPs solving algorithms to utilize better the hardware resources by dealing with smaller problem sizes, and the use of metadata and adaptive heuristics. The Travelling Salesman Problem has been used as a case of study; instances that range from 343 to 3056 cities were used to prove that the fuzzy logic approach produces a higher percentage of successful reductions.


2021 ◽  
Vol 12 (1) ◽  
Author(s):  
Xiaodong Yan ◽  
Jiahui Ma ◽  
Tong Wu ◽  
Aoyang Zhang ◽  
Jiangbin Wu ◽  
...  

AbstractNeuromorphic hardware implementation of Boltzmann Machine using a network of stochastic neurons can allow non-deterministic polynomial-time (NP) hard combinatorial optimization problems to be efficiently solved. Efficient implementation of such Boltzmann Machine with simulated annealing desires the statistical parameters of the stochastic neurons to be dynamically tunable, however, there has been limited research on stochastic semiconductor devices with controllable statistical distributions. Here, we demonstrate a reconfigurable tin oxide (SnOx)/molybdenum disulfide (MoS2) heterogeneous memristive device that can realize tunable stochastic dynamics in its output sampling characteristics. The device can sample exponential-class sigmoidal distributions analogous to the Fermi-Dirac distribution of physical systems with quantitatively defined tunable “temperature” effect. A BM composed of these tunable stochastic neuron devices, which can enable simulated annealing with designed “cooling” strategies, is conducted to solve the MAX-SAT, a representative in NP-hard combinatorial optimization problems. Quantitative insights into the effect of different “cooling” strategies on improving the BM optimization process efficiency are also provided.


Author(s):  
Christos Papalitsas ◽  
Panayiotis Karakostas ◽  
Theodore Andronikos ◽  
Spyros Sioutas ◽  
Konstantinos Giannakis

General Variable Neighborhood Search (GVNS) is a well known and widely used metaheuristic for efficiently solving many NP-hard combinatorial optimization problems. Quantum General Variable Neighborhood Search (qGVNS) is a novel, quantum inspired extension of the conventional GVNS. Its quantum nature derives from the fact that it takes advantage and incorporates tools and techniques from the field of quantum computation. Travelling Salesman Problem (TSP) is a well known NP-Hard problem which has broadly been used for modelling many real life routing cases. As a consequence, TSP can be used as a basis for modelling and finding routes for Geographical Systems (GPS). In this paper, we examine the potential use of this method for the GPS system of garbage trucks. Specifically, we provide a thorough presentation of our method accompanied with extensive computational results. The experimental data accumulated on a plethora of symmetric TSP instances (symmetric in order to faithfully simulate GPS problems), which are shown in a series of figures and tables, allow us to conclude that the novel qGVNS algorithm can provide an efficient solution for this type of geographical problems.


2020 ◽  
Vol 31 (01) ◽  
pp. 7-21 ◽  
Author(s):  
Fernando Arroyo Montoro ◽  
Sandra Gómez-Canaval ◽  
Karina Jiménez Vega ◽  
Alfonso Ortega de la Puente

In this paper we consider a new variant of Networks of Polarized Evolutionary Processors (NPEP) named Generalized Networks of Evolutionary Polarized Processors (GNPEP) and propose them as solvers of combinatorial optimization problems. Unlike the NPEP model, GNPEP uses its numerical evaluation over the processed data from a quantitative perspective, hence this model might be more suitable to solve specific hard problems in a more efficient and economic way. In particular, we propose a GNPEP network to solve a well-known NP-hard problem, namely the [Formula: see text]-queens. We prove that this GNPEP algorithm requires a linear time in the size of a given instance. This result suggests that the GNPEP model is more suitable to address problems related to combinatorial optimization in which integer restrictions have a relevant role.


Matematika ◽  
2017 ◽  
Vol 16 (1) ◽  
Author(s):  
Ismi Fadhillah ◽  
Yurika Permanasari ◽  
Erwin Harahap

Abstrak. Travelling Salesman Problem (TSP) merupakan salah satu permasalahan optimasi kombinatorial yang biasa terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Permasalahan TSP yaitu mengenai seseorang yang harus mengunjungi semua kota tepat satu kali dan kembali ke kota awal dengan jarak tempuh minimal. TSP dapat diselesaikan dengan menggunakan metode Algoritma Genetika. Dalam Algoritma Genetika, representasi matriks merupakan representasi kromosom yang menunjukan sebuah perjalanan. Jika dalam perjalanan tersebut melewati n kota maka akan dibentuk matriks n x n. Matriks elemen Mij dengan baris i dan kolom j dimana entry M(i,j) akan bernilai 1 jika dan hanya jika kota i dikunjungi sebelum kota j dalam satu perjalanan tersebut, selain itu M(i,j)=0. Crossover adalah mekanisme yang dimiliki algoritma genetika dengan menggabungkan dua kromosom sehingga menghasilkan anak kromosom yang mewarisi ciri-ciri dasar dari parent. Algoritma Genetika selain melibatkan populasi awal dalam proses optimasi juga membangkitkan populasi baru melalui proses crossover, sehingga dapat memberikan daftar variabel yang optimal bukan hanya solusi tunggal. Dari hasil proses crossover dalam contoh kasus TSP melewati 6 kota, terdapat 2 kromosom anak terbaik dengan nilai finess yang sama yaitu 0.014. Algoritma Genetika dapat berhenti pada generasi II karena berturut-turut mendapat nilai fitness tertinggi yang tidak berubahKata kunci : Travelling Salesman Program (TSP), Algoritma Genetika, Representasi Matriks, Proses Crossover Abstract. Travelling Salesman Problem (TSP) is one of combinatorial optimization problems in everyday life. TSP is about someone who had to visit all the cities exactly once and return to the initial city with minimal distances. TSP can be solved using Genetic Algorithms. In a Genetic Algorithm, a matrix representation represents chromosomes which indicates a journey. If in the course of the past n number of city will set up a matrix n x n. The matrix element Mij with row i and column j where entry M (i, j) will be equal to 1 if and only if the city i before the city j visited in one trip. In addition to the M (i, j) = 0. Crossover is a mechanism that is owned by the Genetic Algorithm to combine the two chromosomes to produce offspring inherited basic characteristics of the parent. Genetic Algorithms in addition to involve the population early in the optimization process will also generate new populations through the crossover process, so as to provide optimal number of variables is not just a single solution. From the results of the crossover process in the case of TSP passing through six cities, there are two the best offspring with the same finess value which is 0.014. Genetic Algorithms can be stopped on the second generation due to successive received the highest fitness value unchanged.Keywords: Travelling Salesman Program (TSP), Genetic Algorithm, Matrix Representation, Crossover Process


2013 ◽  
Author(s):  
Θεόδωρος Γκεβεζές

Το Shortest Superstring Problem (SSP) είναι ένα πρόβλημα συνδυαστικής βελτιστοποίησης που έχει προσελκύσει το ενδιαφέρων πολλών ερευνητών, λόγω των εφαρμογών του. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε προβλήματα Υπολογιστικής Μοριακής Βιολογίας όπως η αλληλούχιση του DNA και σε προβλήματα της επιστήμης υπολογιστών όπως η συμπίεση δεδομένων. Το SSP είναι ένα NP-hard πρόβλημα. Ένα άρθρο ανασκόπησης για το SSP παρουσιάζεται στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας διατριβής με έναν περιεκτικό και σαφή τρόπο, καλύπτοντας ολόκληρη τη σχετική βιβλιογραφία, αναδεικνύοντας την κατακτημένη γνώση και βοηθώντας στην μελλοντική έρευνα.Η μέθοδος GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) είναι μια επαναληπτική ευρετική μέθοδος για συνδυαστική βελτιστοποίηση. Η μέθοδος Path Relinking (PR) αποτελεί έναν τρόπο ενοποίησης των στρατηγικών εντατικοποίησης και διαφοροποίησης στην αναζήτηση για βέλτιστες λύσεις. Η PR στα πλαίσια του GRASP εισήχθη ως μηχανισμός μνήμης για την αξιοποίηση των δεδομένων από καλές λύσεις που έχουν ήδη βρεθεί. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η υλοποίηση της μεθόδου GRASP με PR για το SSP. Η νέα μέθοδος λύνει στιγμιότυπα μεγάλης κλίμακας και υπερτερεί του φυσικού άπληστου αλγόριθμου στη συντριπτική πλειοψηφία των στιγμιοτύπων που δοκιμάστηκαν. Η προτεινόμενη μέθοδος είναι ικανή να παράγει πολλαπλές λύσεις κοντά στο βέλτιστο, γεγονός το οποίο είναι σημαντικό για την πρακτική της αλληλούχισης του DNA και επιτρέπει μια φυσική και εύκολη παράλληλη υλοποίηση. Ένα σύνολο αναφοράς στιγμιοτύπων με γνωστή βέλτιστη λύση κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας μια νέα Διατύπωση Ακέραιου Προγραμματισμού (Integer Programming Formulation) για το SSP.Η οικογένεια των γράφων επικάλυψης αποτελεί ένα κατάλληλο είδος δομής δεδομένων για την περίπτωση του SSP. Έχουν εφαρμογές στην αλληλούχιση γονιδιώματος, στην συμπίεση ακολουθιών και στον χρονοπρογραμματισμό μηχανών. Ένας κατευθυνόμενος γράφος με βάρη είναι γράφος επικάλυψης αν υπάρχει ένα σύνολο από ακολουθίες, οι οποίες βρίσκονται σε ένα προς ένα αντιστοιχία με τις κορυφές του γράφου, έτσι ώστε κάθε βάρος του γράφου να ισούται με την επικάλυψη μεταξύ των αντίστοιχων ακολουθιών. Στο τρίτο κεφάλαιο της παρούσας διατριβής, παρουσιάζεται ένα θεώρημα χαρακτηρισμού των γράφων επικάλυψης και ο αντίστοιχος αλγόριθμος αναγνώρισής τους.Το Quadratic Assignment Problem (QAP) είναι ένα από τα δυσκολότερα προβλήματα συνδυαστικής βελτιστοποίησης. Το QAP είναι ένα NP-hard πρόβλημα, ενώ η εύρεση ενός ε-προσεγγιστικού αλγόριθμου για αυτό είναι επίσης δύσκολη. Ο κλασικός άπληστος αλγόριθμος για διακριτά προβλήματα βελτιστοποίησης όπου η βέλτιστη λύση είναι ένα μεγιστοτικό ανεξάρτητο υποσύνολο ενός πεπερασμένου συνόλου βάσης με στοιχεία με βάρη, μπορεί να οριστεί με δύο διαφορετικούς τρόπους που είναι δυϊκοί ο ένας προς το άλλο. Τον άπληστο-εισαγωγής (greedy-in) αλγόριθμο, όπου μια λύση κατασκευάζεται από ένα κενό σύνολο με την εισαγωγή του επόμενου καλύτερου στοιχείου, ενός κάθε φορά, μέχρι να προκύψει μια μη εφικτή λύση και τον άπληστο-εξαγωγής (greedy-out) αλγόριθμο, όπου ξεκινώντας από το σύνολο βάσης, διαγράφεται το επόμενο χειρότερο στοιχείο, ένα κάθε φορά, μέχρι να προκύψει κάποια εφικτή λύση. Έχει αποδειχτεί ότι ενώ ο πρώτος αλγόριθμος παρέχει έναν παράγοντα προσέγγισης για τα προβλήματα μεγιστοποίησης, η απόδοσή του στην χειρότερη περίπτωση δεν είναι φραγμένη για τα προβλήματα ελαχιστοποίησης και το αντίστροφο για τον δεύτερο αλγόριθμο. Στο τέταρτο κεφάλαιο αυτής της διατριβής, παρουσιάζεται ο άπληστος-εξαγωγής αλγόριθμος για το QAP, αφότου αναπτύσσεται ένας συνδυαστικός χαρακτηρισμός των λύσεων του προβλήματος.


2021 ◽  
Author(s):  
Wenjia Zhang ◽  
Wencheng Sun ◽  
Yuanyuan Liu ◽  
Qingwen Liu ◽  
Jiangbing Du ◽  
...  

Abstract The mining in physics and biology for accelerating the hardcore algorithm to solve non-deterministic polynomial (NP) hard problems has inspired a great amount of special-purpose ma-chine models. Ising machine has become an efficient solver for various combinatorial optimization problems. As a computing accelerator, large-scale photonic spatial Ising machine have great advantages and potentials due to excellent scalability and compact system. However, current fundamental limitation of photonic spatial Ising machine is the configuration flexibility of problem implementation in the accelerator model. Arbitrary spin interaction is highly desired for solving various NP hard problems. Moreover, the absence of external magnetic field in the proposed photonic Ising machine will further narrow the freedom to map the optimization applications. In this paper, we propose a novel quadrature photonic spatial Ising machine to break through the limitation of photonic Ising accelerator by synchronous phase manipulation in two and three sections. Max-cut problem solution with graph order of 100 and density from 0.5 to 1 is experimentally demonstrated after almost 100 iterations. We derive and verify using simulation the solution for Max-cut problem with more than 1600 nodes and the system tolerance for light misalignment. Moreover, vertex cover problem, modeled as an Ising model with external magnetic field, has been successfully implemented to achieve the optimal solution. Our work suggests flexible problem solution by large-scale photonic spatial Ising machine.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document