Luận văn phương pháp tối ưu đàn kiến giải bài toán định tuyến xe

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ é l l é l l l NGUYỄN VŨ HOÀNG VƯƠNG l l l PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU ĐÀN KIẾN GIẢI BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN XE l é l é l l l l LUẬN VĂN THẠC SĨ l l l N gà nh: Kho a họ c má y tí nh c p x l HÀ NỘI - 2019 m v p é ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜ NG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ l l é l l l NGUYỄN VŨ HOÀNG VƯƠ NG l l l PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU ĐÀN KIẾN GIẢI BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN XE l é l é l l l l LUẬN VĂN THẠC SĨ l l Ngà nh: Kho a họ c má y tí nh c Cá n hướ ng dẫ n: p @ p c g l p p x l m v p TS ĐỖ ĐỨC ĐÔNG é é é l ABSTRACT Bà i toá n đ% nh t u y e n x e (VRP – V eh i c l e Ro u t i n g P ro b l em) l iê n q u a n t r n c t i e p z v p p p v h m e p p e e z y e h v z p c e @ y e l y z p h x p v e p v z e s tó i d% ch v n g i ao hà n g c u a m® t n g t y Bà i tố n u c a u tìm đưị n g đ i to i v z g i p c z x p c h x l v p c v m z v p m h x h v l p p c p z v z u cho cá c x e cho hà n g x u a t phá t tự mđ t hoắ c nh i e u kho hà n g đ e g i ao hà n g h 3 p e p c p h x v s v v l v p z e h o p c p e c z x p c cho mđ t tắ p ch hà n g cho t rưó c Có nh i e u t iê u ch u a n to i u, n g l v v s o p c v e p z e h v z h h x p v z h p p c thô n g d n n g nh a t v a n to i th i e u hó a ch i phí v¾ n ch u y e n hoắ c to n g đ d i v p c g p p c p x v i x p y v z v z e h x z s i p h m e p v p c p g z q uã n g đưò n g d i ch u y e n c u a cá c x e h p c p p c g z h m e p h x 3 p e Bà i toá n VRP có ý n ghĩ a ló n t ro n g n g n ghi¾ p V i¾ c to i u cá c t u y e n đưị n g v¾ n z 3 v p p c x y p v e p c p c p c z s z v z h 3 v h m e p p p c i p ch u y e n có th e t i e t k i¾m cho cá c n g t y tó i 5% Tho n g kê cho th a y, ch i phí v¾n h m e p v e v z e v ch u y e n ch i em t i h m e p z e l v o z l T RQ N G z V E P y C 3 p c v m v z p c o v x m z s ló n c a u nh t ro n g m® t s a n ph am (10%) Do đó, p x h v p v e p c l v l x p s x l i p MQ I p L ch i Z z phí t i e t k i¾m đưo c b a n g cá ch g i a i to t VRP cho dù nho hơ n 5%, đ e u có ý n ghĩ a ló n s v z e v o z l p @ x p c 3 c z x z v v g p p Bà i tố n VRP cũ n g có nh i e u ý n ghĩ a t ro n g kho a z l v p p c p z e h p c x v e p c o p HQ C, x e h p c x y p bà i toá n đưo c n g @ z v p p p 3 p c m i nh NP- khó Do nh u n g th u¾ t tố n chí nh xá c dù n g đ e g i a i n g ch i có th e z c p y l o p p h p c v h v v p p p g p c p e c z x z p c z v e g i a i đưo c bà i tố n vó i kí ch thưó c nho Đ e g i a i đưo c bà i tố n vó i kí ch thưó c ló n, z x z p @ z v p i z o v p é e c z x z p @ z v p i z o v y p p có nh i e u n g t rì nh n gh iê n cú u p d n n g cá c phươ n g phá p m e t ah e u r is t i c cho bà i p z e h p c v e p p c z p h s g p p c 3 s p c s s l e v x e h e z l v z 3 @ z tố n VRP, ví d n dù n g g i a i th u¾ t d i t r u y e n (GA – g e n e t i c a l go r i thm), tìm k i em v p i g p p g p c c z x z v h v g z v e h m e p c e p e v z x y c e z v l v l o z e l T a b u (T a b u s e a r ch), th u¾ t tố n l u y¾n k im (S im u l a t e d a n n e a l i n g) Mđ t so th uắ t x @ h x @ h l e x e v h v v p y h m p o z l z l h y x v e g x p p e x y z p c k v l v h v toá n m e t ah e u r is t i c to t nh a t h i¾ n n a y có th e cho lị i g i a i vó i đ® to t 0.5% đ e n v p l e v x e h e z l v z v v p x v z p p x m v e y z c z x z i z p v v o l p e p 1% so vó i lị i g i a i to i u cho cá c bà i tố n lê n tó i hà n g t răm đ i em g i ao hà n g l i z y z c z x z v z h 3 @ z v p y p v z p c v e l p z e l c z x p c L u¾ n vă n s e n gh iê n cú u, tìm h i e u cá c phươ n g phá p m e t ah e u r is t i c i ch u n g h p i p l e p c z p h v l z e h 3 s p c s s l e v x e h e z l v z p z h p c i phươ n g phá p to i u đà n k i e n i r iê n g đ e g i a i q u y e t bà i toá n VRP s p c s s v z h p p o z e p p z e z p c p e c z x z h m e v @ z v p TÈ khó a: VRP, v eh i c l e ro u t i n g p ro b l em, CVRP, c a p a c i t a t e d v eh i c l e ro u t i n g p ro b l e m o s e @ x y e l i e z y e e h v z p c s e @ y e l x s x z v x v e g i e z y e e h v z p c l N®i dung z g h p c D a nh sá ch hì nh x p l p i viii D a nh sá ch b a n g x p l @ x p e v v x z p p Bà i toá n VRP cá c b i e n th e1 1.1 Mo đ a u 1.2 Bà i toá n VRP cá c i n i¾m l iê n q u a n .3 1.3 Bà i toá n CVRP .5 1.4 Cá c b i e n th e c u a CVRP .7 1.4.1 Th a y đo i c a u t rú c t u y e n x e 1.4.2 Th a y đo i hàm m n c t iê u 1.4.3 Thêm cá c rà n g b u® c cho cá c t u y e n x e v p i k p x v p z v p @ 3 @ z e p v e h z z i e p v e x 3 m x h m o z p z l y z p h x p x p z p x h z l v e l 3 l e p v p c @ h m v e z h p p e h 3 3 v h m e p p e Cá c n g t rì nh n gh iê n cÉ u l iê n q u a n10 2.1 Th u¾ t tố n chí nh xá c 11 2.2 H e u r is t i c 12 2.2.1 H e u r i s t i c xâ y d n n g 12 2.2.2 H e u r i s t i c c a i th i¾ n 13 2.3 M e t ah e u r is t i c 14 2.3.1 Tì m k i em T a b u .14 2.3.2 Th u¾ t tố n l u y¾ n k i m 15 2.3.3 G i a i th u¾ t d i t r u y e n .15 2.3.4 To i u hó a đà n k i e n 17 z x v z z ix c Vie t tat z z p c v e h e k v h e p e v z p v l p v x c z e z p p h p y z p h x p 3 h e h e z l v z p e h e z l v z 3 e z l v z l z e z z l v x x g p v p c z p o h z m x v v p h z y v h @ g x h h m z p v p e h p o o m z z e e l p p Phươ n g phá p ACO đ e x u a t18 3.1 To i u hó a đà n k i e n .18 3.1.1 Tù k i e n t n nh iê n đ e n k i e n nhâ n t ao 18 3.1.2 Th u¾ t tố n ACO 20 3.1.3 Tóm t a t th u¾ t tố n ACO 21 3.2 Á p d n n g ACO cho bà i toá n CVRP .22 p c s s z p h x p o p z e h l s g p p c v o p v e z v h e x v p p v x p p z p p e p o z e p p v v h v @ v z p v p vii p p v x l N® i d u n g z g h p c i 3.2.1 3.2.2 3.2.3 vii z z Bưó c 1: Kho i t ao m a t r¾ n h e u r i s t i c v e t mù i 23 Bưó c 2: K i e n t ao lò i g i a i 23 Bưó c 3: C¾ p nh¾ t v e t mù i 24 z z e v p x v s l x x y v z p v e c i p z e v x l e h e z l v z i i e v l z z z K e t q u a thE c n gh i¾m k e t l u¾ n25 4.1 D u l i¾ u .25 4.2 Th i e t l¾ p th a m so 26 4.3 K e t q u a th n c n gh i¾m 28 4.3.1 Phâ n tí ch k e t q u a .28 4.3.2 So sá nh thò i g i a n ch a y 31 4.4 K e t l u¾ n .32 e v h x v h y z e z e p c z v y v s h x v v x p l l v y i o e v y h p h h l p p e l v p c z l o v e z v h c z x x p x m p Tà i l i¾ u t rí ch d a n z y z h v e g x 33 p viii Danh sách hình x p 1.1 1.2 l p Ch i phí lo g i s t i c tí nh th eo ph a n t răm GDP a) M® t ví d n cho CVRP, t ro n g hì nh v n g kho hà n g, hì nh t rị n ch hà n g, so gh i dưó i mő i ch hà n g nh u c a u tươ n g ú n g; b) M® t lị i g i a i ho p l¾ .7 z x s y k y v o c z i g v p y z c z v z p k l v v e s x v c x p l c z s z g e z p p v c e l p l z p o i h p p c c y y o p p h x h v c p p c v p c e p @ y 2.1 2.2 2.3 Th u¾ t tố n t i e t k i¾m: t rưó c s a u kh i no i t u y e n x e 12 Th u¾ t tố n q t gó c .13 Sơ đo c u a g i a i th u¾ t d i t r u y e n 16 3.1 3.2 Thí n gh i¾m q u a n sá t k i e n 18 Thí n gh i¾m q u a n sá t k i e n 19 4.1 4.2 h v v p h v v p p h v z e v o h x c z z v x z l c v v e i l x h o z p z v h m e p p e h v g z v e p c z l h x p l v o z e p p c z l h x p l v o z e p h m e p Đo th% so sá nh kh i th a m so th a y đo i 27 B i e u đo c® t: so sá nh vó i th u¾ t tố n k i e n c .29 é v z e h l p l p v o l z l p v x i l l z v v x h m p v z v p o z e p o Danh sách bang x p 1.1 l @ x p c Khí th a i c u a x e t a i v x z h x p e v x z 4.1 D u l i¾ u C MT 26 4.2 K e t q u a: so sá nh vó i th u¾ t tố n k i e n c .28 4.3 K e t q u a: so sá nh vó i th u¾ t tố n k i e n c th eo ph a n t răm kho a n g cá ch30 4.4 Thò i g i a n ch a y ( n v% g iâ y) 31 h y z h k e v h x l l p i z v h v v p o z e p o e v h x l l p i z v h v v p o z e p o 3 z c z x p x m p p i c z m ix v e s x p v e l o x p c Vie t t at z e v v x v VRP V eh i c l e Ro u t i n g P ro b l em CVRP C a p a c i t a t e d V eh i c l e Ro u t i n g e z x s y x e z h v x v e v z p g c e e z @ y y e l e h v z p c P ro b l e m TSP T r a v e l i n g S a l e sm a n P ro b l e m e @ y e l e ACO x i e y z v z c x y e l l x p e @ y e l A n t Co lo n y p v y p m Op t i m iz a t io n GA s p l z x v z Ge ne tic p e p e v z a l go r i thm x y c e B&B z v l B r a n ch a n d Bo u n d e x p x p g h p g VRPTW V eh i c l e Ro u t i n g P ro b l e m T i m e W i n dows e z y e h v z p c e @ y e l z l e z p g l Chương p c Bài toán VRP bien the z v 1.1 k p i 3 @ z e p v e Me đa u e p x h Lo g is t i c q uá t rì nh lê n k e ho a ch, t r i e n kh a i k i em soá t q u y t rì nh v¾n c p p z l v z y h v e p y p o e x v e z e p o x z i o z e l l v h m v e p i p ch u y e n, lư u t r u hà n g hú a mđ t cỏ ch h iắ u q u a, t i e t k i¾m Lĩ nh v n c lo g is t i c đ a n g h m e p y h v e h p c x l v 3 z h h x v z e v o z l p i p y c z l v z p x p c đưo c r a t nh i e u nhà n gh iê n cú u q u a n tâm T ro n g th¾p k i q u a, lo g is t i c đưo c e x v p z e h p p c z n g to y e u to q u a n p c v y m e h v h x p p h T RQ N G V E P g C h x p v l e p c v s o z h x y c z l v z p p d a n đ e n s n nh cô n g h a y th a t b a i c u a cá c a nh x p p e p l p v p p c x m v x v @ x z h x 3 g x p n gh i¾p Lo g is t i c có a nh hưo n g ló n tó i n e n k i nh t e mơ i t rưị n g c z s c z l v z 3 x p p c y p v z p e p o z p v e i l z v e p c HÌ NH 1.1: 1Ch i phí lo g is t i c tí nh th eo ph a n t răm GDP l l z s y c z l v z v p v e s x p v e l N g uo n a nh: h t t p://www s c d i g e s t co m/ASSETS/FIRSTTHOUGHTS/14-06-17 ph p? c i d=8190 c h p x p v v s l g z c e l v l s s z g Lĩ nh v n c lo g is t i c t iê u to n r a t nh i e u tà i n g u yê n v e co n n gưò i cũ n g nh iê n l i¾ u p i p y c z l v z v z h v p e x v p z e h v z p c h m p i e p p c z p c p p z p y z h Hì nh 1.1 cho th a y lo g i s t i c ch i e m lê n tó i 10% GDP c u a Châ u  u t ro n g th¾ p k i q u a p v x m y c z l v z 3 z e l y p v z H¾ tho n g v¾ n ch u y e n l mđ t hắ tho n g q u a n v c i p h m e p y l v v p c h x p V T RQ N G E P p C x h h v e p c v s o z h x nh a t t ro n g h¾ tho n g phâ n i, x v v e p c v p c s p s z ch i em lê n tó i 50% ch i phí lo g is t i c (Zh u a n d Zh a i2017) Th eo tho n g kê, ch i phí v e i p h z e l y p v z z s y c z l v z h x p g x z e v p c o z s i e v¾ n ch u y e n c a u nh 10% ch i phí t ao r a m® t s a n ph am (Ro d r i g u e, Com to is, a n d p h m e p x h v p z s v x e x l v l x p s x l g e z c h e l v z l x p g S l a c k2016) Vi¾ c to i u cá c t u y e n đưị n g v¾n ch u y e n có th e t i e t ki¾m cho cá c y x o z v z h 3 v h m e p p p c i p h m e p v e v z e v o z l 3 n g t y lê n tó i 5% (H as l e, L i e, a n d Q u a k2007) Đ i e u nà y có ý n ghĩ a r a t ló n p c v m y p v z x l y e z e x p g h x o é z e h p m p c x e x v y p Bà i toá n đ% nh t u y e n x e - VRP (V eh i c l e Ro u t i n g P ro b l em) m® t ló p cá c bà i z v p p p v h m e p p e e z y e h v z p c e @ y e l y l v y s 3 @ z toá n q u a n tâ m tó i v i¾ c tì m cá ch đ% nh t u y e n cá c x e cho hà n g đ e v¾ n ch u y e n v p h x p v l v z i z v l 3 p p v h m e p 3 p e p c p e i p h m e p hà n g hó a tự mđ t hoắ c nh i e u kho hà n g tó i cá c đ% a đ i em c a n ch u y e n đ e n Bà i toá n p c x v l v p z e h o p c v z 3 p x p z e l x p h m e p p e p z v p VRP l iê n q u a n t r n c t i e p tó i v i¾ c v¾ n ch u y e n, phâ n i hà n g hó a cho nê n n gh iê n y z p h x p v e p v z e s v z i z i p h m e p s p s z p c x p p p c z p cú u có ú n g d n n g ló n t ro n g v i¾ c g i a m ch i phí lo g is t i c h p p c g p p c y p v e p c i z c z x l z s y c z l v z BÂNG 1.1: Khí th a i c u a x e t a i l v CO2 X e t a i 26% e v x x z h SO2 43% z x p e v x z NOx 38% l P M10 59% k p Khơ n g ch i có a nh hưo n g tó i k i nh t e, ch i phí v¾ n ch u y e n g i a tă n g đo n g n ghĩ a vó i p i z x p p c v z o z p v e z s i p h m e z c z x v p c p p c p c x i z p z p n gh iêm c z l V y z h v z h T RQ N G tó i E P v C z l v p c z x v p c g x p v z y p c o v x z v p c v p x p p c mơ i t rưị n g X e t a i th a i r a nh i e u lo a i khí đ®c h a i C n th e, tho n g kê z v e p c e v x z v x z e x p z e h y x z o p x z p v e v p c o v e lưo n g khí th a i x e t a i đưo c cho o b a n g1.1(D a b l a n c2013) X e t a i thưò n g đưo c e g p y p c o v x z g p e v x z p 3 @ x p c x @ y x p e v x z v p c p dù n g đ e v¾ n ch u y e n hà n g hó a Do đó, n gh iê n cú u bà i tố n VRP khơ n g nh u n g có ý p c p e i p h m e p p c x p p c z p h @ z v p o p c p h p c n ghĩ a đo i vó i k i nh t e mà cị n có ý n ghĩ a tó i v i¾ c b ao v¾ mơ i t rưò n g c x p z i z o z p v e l p p c x v z i z @ x i l Lóp bà i tố n VRP cũ n g có nh i e u ý n ghĩ a t ro n g kho a s l p v i¾ c nh iê n l i¾ u t iê u th n g i a tă n g, d a n tó i lưo n g khí th a i tă n g, tù a nh hưo n g p i c @ z v p p c p z e h p c x v e p c o z v HQ C x e p c Bà i toá n đưo c n g z v p p p 3 p c m i nh NP- khó Do nh u n g th u¾ t tố n chí nh xá c dù n g đ e g i a i n g ch i có th e c v z p y l o p p h p c v h v v p p p g p c p e c z x z p c z v e g i a i đưo c bà i tố n vó i kí ch thưó c nho Đ e g i a i đưo c bà i tố n vó i kí ch thưó c ló n, z x z p @ z v p i z o v p é e c z x z p @ z v p i z o v y p p có nh i e u n g t rì nh n gh iê n cú u áp d n n g cá c phươ n g pháp m e t ah e u r is t i c cho bà i p z e h p c v e p p c z p h s g p p c 3 s p c s s l e v x e h e z l v z 3 @ z toá n VRP, ví d n dù n g g i a i th u¾ t d i t r u y e n (GA – g e n e t i c a l go r i thm), tìm k i em p i g p p g p c c z x z v h v g z v e h m e p c e p e v z x y c e z v l v l o z e l T a b u (T a b u s e a r ch), th u¾ t tố n l u y¾n k im (S im u l a t e d a n n e a l i n g) Mđ t so th uắ t x v @ h x @ h l e x e v h v v p y h m p o z l z l h y x v e g x p p e x y z p c k v l v h v toá n m e t ah e u r is t i c to t nh a t h i¾ n n a y có th e cho lị i g i a i vó i đ® to t 0.5% đ e n p l e v x e h e z l v z v v p x v z p p x m v e y z c z x z i z p v v o l p e p 1% so vó i lị i g i a i to i u cho cá c bà i tố n lê n tó i hà n g t răm đ i em g i ao hà n g (V i d a l, l i z y z c z x z v z h 3 @ z v p y C r a i n i c, M i ch e l G e n d r e a u, a n d P r i ns2014) e x z p z k z e y e p g e e x h x p g e z p l p v z p c v e l p z e l c z x p c z g x y