TW2020 Optimalisering

Vergelijkbare documenten
TW2020 Optimalisering

l e x e voor alle e E

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

Samenvatting college 1-12

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

Optimalisering. Hoorcollege 4. Leo van Iersel. Technische Universiteit Delft. 23 september 2015

TW2020 Optimalisering

Branch-and-Bound en Cutting Planes

TW2020 Optimalisering

Optimalisering. Hoorcollege 4. Leo van Iersel. Technische Universiteit Delft. 28 september 2016

l e x e voor alle e E

Optimalisering. Hoorcollege 4. Leo van Iersel. Technische Universiteit Delft. 28 september 2016

TW2020 Optimalisering

Hoofdstuk 13: Integer Lineair Programmeren

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

2WO12: Optimalisering in Netwerken

Tentamen combinatorische optimalisatie Tijd:

TW2020 Optimalisering

Universiteit Utrecht Betafaculteit. Examen Discrete Wiskunde II op donderdag 6 juli 2017, uur.

Universiteit Utrecht Faculteit Wiskunde en Informatica. Examen Optimalisering op maandag 18 april 2005, uur.

Optimalisering en Complexiteit, College 11. Complementaire speling; duale Simplex methode. Han Hoogeveen, Utrecht University

Optimalisering/Besliskunde 1. College 1 3 september, 2014

2WO12: Optimalisering in Netwerken

Universiteit Utrecht Departement Informatica

Fundamentele Informatica

TU/e 2DD50: Wiskunde 2

2WO12: Optimalisering in Netwerken

1 In deze opgave wordt vijftien maal telkens drie beweringen gedaan waarvan er één juist is. Kruis de juiste bewering aan. (2pt. per juist antwoord).

Tentamen IN3105. Complexiteitstheorie. 16 april 2012, uur

Universiteit Utrecht Betafaculteit. Examen Discrete Wiskunde op donderdag 13 april 2017, uur.

Tentamen: Operationele Research 1D (4016)

Optimalisering en Complexiteit, College 1. Han Hoogeveen, Utrecht University

Optimalisering/Besliskunde 1. College 1 2 september, 2015

Sommige praktische IP problemen kunnen worden geformuleerd als optimalisering op een netwerk.

Grafen. Indien de uitgraad van ieder punt 1 is, dan bevat de graaf een cykel. Indien de ingraad van ieder punt 1 is, dan bevat de graaf een cykel.

Lineaire programmering

Hertentamen Optimalisering (Delft) en Besliskunde 1 (Leiden) 15 april 2014, uur

Benaderingsalgoritmen

Faculteit der Economie en Bedrijfskunde

(On)Doenlijke problemen

Optimaliseren in Netwerken

Overzicht. Inleiding. Modellering. Duaal probleem. αβ-algoritme. Maximale stroom probleem. Voorbeeld. Transportprobleem 1

Begrenzing van het aantal iteraties in het max-flow algoritme

Tie breaking in de simplex methode

Uitwerking Tweede Quiz Speltheorie,

Modeluitwerking Tentamen Computationele Intelligentie Universiteit Leiden Informatica Vrijdag 11 Januari 2013

1 Complexiteit. of benadering en snel

Transshipment problemen Simplex methode en netwerk optimalisatie algoritmes. Luuk van de Sande Begeleider: Judith Keijsper 20 januari 2013

Tie breaking in de simplex methode

Hoofdstuk 8: Algoritmen en Complexiteit

Netwerkstroming. Algoritmiek

Er zijn 4 opgaven, daarna volgen blanco bladzijden die u kan gebruiken om te antwoorden.

BESLISKUNDE 2 EN 3 L.C.M. KALLENBERG UNIVERSITEIT LEIDEN

Examen Discrete Wiskunde donderdag 12 april, 2018

Geheeltallige programmering

Netwerkstroming. Algoritmiek

BESLISKUNDE 2 L.C.M. KALLENBERG UNIVERSITEIT LEIDEN

Tentamen IN3105 Complexiteitstheorie

Tentamen Discrete Wiskunde 1 10 april 2012, 14:00 17:00 uur

Optimalisering en Complexiteit, College 10. Begrensde variabelen. Han Hoogeveen, Utrecht University

Z.O.Z. Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Analyse 1 WP001B 16 juni 2016, 12:30 15:30 (16:30)

Local search. Han Hoogeveen. 21 november, 2011

Tentamen TI1300 en IN1305-A (Redeneren en) Logica

Oefententamen in2505-i Algoritmiek

z x 1 x 2 x 3 x 4 s 1 s 2 s 3 rij rij rij rij

Afdeling Kwantitatieve Economie

Lineaire Optimilizatie Extra sessie. 19 augustus 2010

Discrete Wiskunde, College 12. Han Hoogeveen, Utrecht University

2WO12: Optimalisering in Netwerken

1 Vervangingsstrategie auto

Tentamen Deterministische Modellen in de OR Dinsdag 17 augustus 2004, uur vakcode

Transport-, Routing- en Schedulingproblemen. Wi4062TU / Wi487TU / a86g. Uitwerkingen

Transport-, Routing- en Schedulingproblemen. Wi4062TU / Wi487TU / a86g. Uitwerkingen

Overzicht. Inleiding. Toepassingen. Verwante problemen. Modellering. Exacte oplosmethode: B&B. Insertie heuristieken. Local Search

Hebzucht loont niet altijd

NP-volledigheid. Algoritmiek

Heuristieken en benaderingsalgoritmen. Algoritmiek

NP-Volledigheid. Wil zo snel mogelijke algoritmes om problemen op te lossen. De looptijd is polynomiaal: O n k - dat is heel erg mooi

1. Het aantal optimale oplossingen van een LP probleem is 0, 1, of oneindig. 2. De vereniging van twee konvexe verzamelingen is niet convex. 3.

Week Hier vind je uitwerkingen van enkele opgaven uit het dictaat Grafen: Kleuren en Routeren.

Twaalfde college complexiteit. 11 mei Overzicht, MST

Optimalisering en Complexiteit, College 1. Han Hoogeveen, Utrecht University

2WO12: Optimalisering in Netwerken

EXAMEN LINEAIRE ALGEBRA EN MEETKUNDE I

Stabiele koppelingen (Engelse titel: Stable Matchings)

SPECIALE LINEAIRE MODELLEN

Modellen en Simulatie Speltheorie

In dit gedeelte worden drie problemen genoemd die kunnen voorkomen in netwerken.

Examenvragen D0H45 (Lineaire optimalizatie)

Examen Datastructuren en Algoritmen II

Transcriptie:

TW2020 Optimalisering Hoorcollege 13 Leo van Iersel Technische Universiteit Delft 9 december 2015 Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 1 / 13

Vraag Wat moet ik kennen en kunnen voor het tentamen? Let op! Dit is niet een uitputtende lijst van mogelijke tentamenopgaven! Modelleren van optimaliseringsprobleem als LP of ILP probleem. Oplossen van LP probleem met de Simplex methode. Formuleren van de duale van een LP probleem. De dualiteitsstellingen kennen en begrijpen en weten wat de mogelijke combinaties zijn voor het primale/duale paar (niet-toegelaten, onbegrensd, begrensd optimum). Gebruiken van de Complementary Slackness condities. Variant van Farkas lemma afleiden uit de standaard vorm. Oplossen van LP probleem met de Duale Simplex methode. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 2 / 13

De Max Flow Min Cut stelling kennen en begrijpen. Toepassen van Ford-Fulkerson algoritme om een maximum stroom te vinden. Formuleren van probleem als maximum stroom probleem. Toepassen van algoritme van Dijkstra voor het vinden van een kortste pad. Toepassen van algoritmes van Prim-Dijkstra, Kruskal en Borůvka voor het vinden van een minimum opspannende boom. De looptijd van een algoritme afschatten. De big-oh notatie gebruiken. Bepalen of een matrix totaal unimodulair is, en de gevolgen daarvan kennen. Oplossen van een ILP probleem met de Branch & Bound methode. Vinden van Gomory cutting planes, en nieuwe LP-relaxatie oplossen met duale Simplex methode. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 3 / 13

Bewijzen dat een beslissingsprobleem NP-volledig is. Toepassen van het boomalgoritme voor TSP. De prestatiegarantie van een approximatiealgoritme bepalen. Beweringen bewijzen die lijken op de huiswerkopgaven en deeltentamenopgaven. Begrippen kennen en begrijpen zoals: toegelaten oplossing, optimale oplossing, buurruimte, lokaal optimaal, globaal optimaal, basisoplossing, duaal-toegelaten, gedegenereerd, polyeder, polytoop, standaardvorm (van een LP), onbegrensd, P, NP, NP-moeilijk, NP-volledig, reductie, invoergrootte, polynomiaal, exponentiëel, totaal unimodulair, cutting plane, prestatiegarantie. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 4 / 13

Vraag Wat is de beste manier om te leren voor het tentamen? Maak alle werkcollegeopgaven, huiswerkopgaven en deeltentamenopgaven en zorg dat je deze begrijpt. Lees de slides en je aantekeningen door en zorg dat je deze begrijpt. Voor meer uitleg over modelleren met (I)LP, kun je het dictaat op de website lezen. Voor extra informatie of uitleg van de theorie kun je het boek raadplegen. Voor extra oefening kun je oude tentamens maken (staan op de website). Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 5 / 13

Vraag Wat hoef ik niet te doen? Bewijzen uit je hoofd leren. (Zorg dat je de bewijzen begrijpt.) Alle details uit het boek kennen of begrijpen. (Alle verplichte stof staat op de slides en in je collegeaantekeningen, mits je die gemaakt hebt, van wat ik op het bord behandeld heb.) Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 6 / 13

Voorbeeld Beschouw het volgende LP probleem. min z = x 1 + 2x 2 o.d.v. x 1 + x 2 2 2x 1 + x 2 3 x 1, x 2 0 (a) Los dit probleem op met de Simplex methode. (b) Formuleer de duale van dit LP probleem. (c) Geef een optimale oplossing van het duale probleem. (d) Los het primale LP probleem nogmaals op, nu met de duale Simplex methode. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 7 / 13

Deeltentamen Opgave (2) Gegeven is het volgende Simplex tableaux voor een minimaliseringsprobleem. basis b x1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 1 5 1 1-2 0 0 0 0 x 7 2 0 1 0 0-1 0 1 x 4 1 0 0-3 1 0 1 0 z 1 0 3 d 0 1 2 0 Geef aan wanneer het bijbehorende (primale) probleem onbegrensd is, geen toegelaten oplossing heeft, één optimale oplossing heeft, of meerdere optimale oplossingen heeft, afhankelijk van de waarde van d. Dit kan zonder motivatie. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 8 / 13

Huiswerk 3 Opgave (2) Stel je bevindt je in een kamer midden in een labyrint en wilt de uitgang vinden. Je bedenkt daarvoor het volgende algoritme: Elke keer als je een gang inloopt markeer je die gang met een. Wanneer je een kamer voor de eerste keer binnenloopt, markeer je de gang waardoor je binnenkomt met een. Wanneer je een kamer verlaat: 1 loop je nooit een gang in die al gemarkeerd is met een ; 2 loop je alleen een gang in die gemarkeerd is met een als er geen andere opties zijn (d.w.z. als alle andere gangen gemarkeerd zijn met een ). (a) Bewijs dat je altijd een weg naar de uitgang vindt, mits die bestaat. (b) Geef de looptijd van dit algoritme in termen van het aantal kamers en het aantal gangen. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 9 / 13

Huiswerk 3 Oplossing (niet volledig) Je loopt nooit twee keer door dezelfde gang in dezelfde richting. Dus in eindige tijd zul je ofwel de uitgang vinden of vast komen te zitten. Stel dat je vast komt te zitten. Dan bevind je je in de beginkamer en heb je alle aanliggende gangen al in beide richtingen doorlopen. Als je van de i-de bezochte kamer alle aanliggende gangen in beide richtingen doorlopen hebt, dan ook de gang naar de (i + 1)-de kamer. Dus heb je de (i + 1)-de kamer verlaten door de gang met een. Dus heb je van (i + 1)-de kamer elke aanliggende gangen in beide richtingen doorlopen. Met volledige inductie volgt nu dat als je vast komt te zitten, je alle gangen die bereikbaar zijn vanuit de beginkamer al in beide richtingen doorlopen hebt. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 10 / 13

Opgave (4) We bestuderen n patiënten die aan een bepaalde ziekte lijden en m genen. We vermoeden dat in elk van de patiënten de ziekte veroorzaakt wordt door een mutatie van één van deze genen. Gegeven is een n m matrix M waarin M i,j = 1 als in patiënt i gen j gemuteerd is en anders is M i,j = 0. We willen er achter komen welke genen de ziekte veroorzaken. Daarom zoeken we een zo klein mogelijke verzameling J van genen zodanig dat in elke patiënt tenminste één gen uit J gemuteerd is. (a) Formuleer dit probleem als een ILP probleem. (b) De beslissingsvariant van dit probleem is als volgt: GENES Gegeven: n m matrix M met M i,j {0, 1} en k Z. Beslis: bestaat er een J {1,..., m} met J k zodanig dat voor alle i {1,..., n} er tenminste één j J bestaat met M i,j = 1. Bewijs dat GENES NP-volledig is. Je mag hierbij gebruiken dat het onderstaande VERTEX COVER probleem NP-volledig is. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 11 / 13

Oplossing (niet volledig) (b) GENES NP omdat, gegeven een J {1,..., m}, in polynomiale tijd gecontroleerd kan worden of aan de voorwaarden wordt voldaan. We laten zien dat GENES NP-moeilijk is d.m.v. een reductie vanuit VERTEX-COVER. Laat G = (V, E), B een instantie van VERTEX-COVER zijn. Laat M de getransponeerde van de node-edge incidentiematrix van G zijn en k := B. Dan heeft G een vertex cover van cardinaliteit B dan en slechts dan als er een verzameling J {1,..., m} van cardinaliteit k bestaat zodanig dat voor alle i {1,..., n} er tenminste één j J bestaat met M i,j = 1. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 12 / 13

Deeltentamen Opgave (4) Gegeven is Farkas lemma: Stelling Voor elke m n matrix A en vector b R m is precies één van de volgende twee beweringen waar: (a) {x R n Ax = b, x 0} (b) {π R m π T A 0, π T b < 0} Gebruik Farkas lemma om te bewijzen dat voor een m n matrix A, een m k matrix B en een vector b R m precies één van de volgende twee beweringen waar is: (i) x R n, y R k zodanig dat Ax + By = b en x 0; (ii) π R m zodanig dat π T A 0, π T B = 0 en π T b < 0. Leo van Iersel (TUD) TW2020 Optimalisering 9 december 2015 13 / 13