@masterthesis{Hendel, type = {Bachelor Thesis}, author = {Hendel, Gregor}, title = {New Rounding and Propagation Heuristics for Mixed Integer Programming}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0297-zib-13322}, school = {Zuse Institute Berlin (ZIB)}, pages = {95}, abstract = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Primalheuristiken f{\"u}r gemischt-ganzzahlige, lineare Optimierungsprobleme (engl.: mixed integer program MIP). Zahlreiche Optimierungsprobleme aus der Praxis lassen sich als MIP modellieren, Beispiele hierf{\"u}r sind u. a. Optimierungsprobleme im {\"o}ffentlichen Nah- und Fernverkehr, bei logistischen Fragestellungen oder im Bereich der Chip-Verifikation. Das L{\"o}sen von MIP ist NP-schwer und wird heutzutage meistens mit Hilfe von Branch-and-Bound-basierenden Algorithmen versucht. Das Branch-and-Bound-Ver\-fah\-ren profitiert unter Umst{\"a}nden von bereits fr{\"u}hzeitig zur Verf{\"u}gung stehenden L{\"o}sungen, daher sind wir sehr an heuristischen Verfahren interessiert, die in der Praxis schnell eine gute L{\"o}sung f{\"u}r eine große Zahl an MIPs liefern und somit die L{\"o}sezeit des Branch-and-Bound-Verfahrens erheblich beschleunigen k{\"o}nnen. Primalheuristiken sind Suchverfahren zum Auffinden zul{\"a}ssiger L{\"o}sungen eines MIP. Verschiedene Typen von Primalheuristiken sollen dabei den jeweiligen Bedarf des Anwenders zu unterschiedlichen Zeiten w{\"a}hrend der Branch-and-Bound-Suche decken. W{\"a}hrend Start- und Rundeheuristiken zu Beginn des L{\"o}seprozesses eine große Rolle bei der Suche nach der ersten zul{\"a}ssigen L{\"o}sung haben, arbeiten Verbesserungs-heuristiken auf schon bekannten L{\"o}sungen, um neue, bessere L{\"o}sungen zu produzieren. Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit Primalheuristiken, welche Teil des MIP-L{\"o}sers SCIP sind. Im ersten Kapitel werden nach der Erarbeitung grundlegender Definitionen viele der durch Tobias Achterberg und Timo Berthold in SCIP integrierten heuristischen Verfahren vorgestellt und kategorisiert. Auf dieser Grundlage bauen dann die Kapitel 2-4 der Arbeit auf. In diesen werden drei zus{\"a}tzliche Heuristiken vorgestellt, im Einzelnen sind dies ZI Round, eine Rundeheuristik, welche zuerst von Wallace beschrieben wurde, außerdem eine 2-Opt-Heuristik f{\"u}r MIP und eine neue Startheuristik, Shift-And-Propagate. Großer Wert wird in jedem Kapitel auf die algorithmische Beschreibung der Heuristiken gelegt, die stets anhand von motivierenden Beispielen eingef{\"u}hrt und anhand von Pseudocode-Algorithmen begleitet werden. Zus{\"a}tzlich enth{\"a}lt jedes Kapitel Auswertungen der mit den neuen Heuristiken gemessenen Ergebnisse von SCIP. Eine kurze Zusammenfassung in Kapitel 5 schließt diese Arbeit ab.}, language = {en} } @masterthesis{Akil, type = {Bachelor Thesis}, author = {Akil, Fatima}, title = {Lineare Gleichungssysteme modulo T}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0297-zib-71560}, pages = {52}, abstract = {Mit dem Voranschreiten der Technologie erhalten die {\"o}ffentlichen Verkehrsmittel eine gr{\"o}ßere Bedeutung. Die Bef{\"o}rderung mehrerer Personen er{\"o}ffnet der Gesellschaft viele M{\"o}glichkeiten, unter Anderem den Vorteil der Zeitersparnis. Die Dauer des Verkehrswegs mit {\"o}ffentlichen Verkehrsmitteln ist h{\"a}ufig geringer, als die mit individuellen Verkehrsmitteln. Jedes {\"o}ffentliche Transportmittel ist mit einem Fahrplan versehen. Dieser bietet Passagieren, die {\"o}ffentliche Verkehrsmittel {\"o}fter nutzen, eine Strukturierung und Planung ihrer Zeit. Dabei lassen sich Taktfahrpl{\"a}ne aufgrund ihres periodischen Verhaltens leicht einpr{\"a}gen. Dieses periodische Verhalten ist durch mathematische Modellierungen darstellbar. Das pers{\"o}nliche Nutzverhalten vieler B{\"u}rger im Personenverkehr ist auf die {\"o}ffentlichen Verkehrsmittel beschr{\"a}nkt. Diese beinhalten im Gegensatz zum individuellen Verkehrsmittel eine Wartezeit. Dabei stellt sich die Frage, ob man anhand mathematischer Modelle diese Wartezeit minimieren kann. Eine bekannte mathematische Modellierung dieses Problems ist das Periodic Event Scheduling Problem (PESP). Die optimale Planung eines periodischen Taktfahrplanes steht im Vordergrund. W{\"a}hrend ich dieses Problem betrachtet habe, wurde ich auf das Rechnen mit linearen Gleichungssystemen modulo T aufmerksam. Bei periodischen Taktfahrpl{\"a}nen wird ein einheitliches zeitliches Muster, welches sich nach T Minuten wiederholt, betrachtet. Das dabei zu betrachtende L{\"o}sungsproblem er{\"o}ffnet ein Teilgebiet der Mathematik, welches bislang nicht im Vordergrund stand: Das L{\"o}sen linearer Gleichungen modulo T, wobei T f{\"u}r die Zeit in Minuten steht und somit 60 ist. Da 60 keine Primzahl ist, kann - wie im Laufe der Arbeit pr{\"a}sentiert - das lineare Gleichungssystem nicht mehr {\"u}ber einen K{\"o}rper gel{\"o}st werden. Lineare Gleichungssysteme werden nun {\"u}ber Nicht-K{\"o}rpern betrachtet. Die Literatur weist sowohl im deutschsprachigem als auch im englischsprachigen Raum wenig Umfang bez{\"u}glich linearer Gleichungssysteme {\"u}ber Nicht-K{\"o}rper auf. Der Bestand an Fachliteratur bez{\"u}glich den Themen lineare diophantische Gleichungssysteme, Hermite- Normalform und Smith-Normalform ist zurzeit gering, dennoch erreichbar, beispielsweise in [1], welches in dieser Bachelorarbeit genutzt wurde. Insbesondere wurde ich bei der Suche nach geeigneter Literatur zu linearen Gleichungssystemen {\"u}ber Restklassenringe, die keinen K{\"o}rper bilden, nicht f{\"u}ndig. Dabei recherchierte ich sowohl in den Universit{\"a}tsbibliotheken als auch in webbasierenden Suchmaschinen. Aufgrund dem geringen Bestand an Fachliteratur in diesem Kontext, war ich gezwungen, an vielen Stellen eigene logische Verkn{\"u}pfungen zu konzipieren und zu beweisen. Dies brachte viele Schwierigkeiten mit sich, die mit bestm{\"o}glichem Verst{\"a}ndnis bearbeitet wurden. Abseits der Zug{\"a}nglichkeit der Literatur, finde ich es sehr {\"u}berraschend, dass sich viele Professoren der Mathematik mit diesem Themenbereich nicht besch{\"a}ftigten. Insbesondere gingen von den Dozenten, die ich um Literaturempfehlung bat, kein Werk aus. Damit wurde das Thema "Lineare Gleichungssysteme Modulo T" einerseits eine große Herausforderung, andererseits eine große Motivation, da ich mit dieser Bachelorarbeit vielen Interessenten der Mathematik als Sekund{\"a}rliteratur dienen kann.}, language = {de} } @masterthesis{Vornberger, type = {Bachelor Thesis}, author = {Vornberger, Leo}, title = {Approximation von Windkomponenten in der Luftfahrt durch lineare Interpolation}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0297-zib-71570}, pages = {49}, abstract = {Das Wind-Interpolation-Problem (WIP) ist ein bisher selten diskutiertes Problem der Flugplanungsoptimierung, bei dem es darum geht, Wind-Komponenten auf einer Luftstraße zu approximieren. Anhand von Winddaten, die vektoriell an den Gitterpunkten eines den Globus umspannenden Gitters vorliegen, soll bestimmt werden, wie viel Wind entlang der Luftstraße und quer zu ihr weht. Thema dieser Arbeit ist ein Spezialfall des WIP, n{\"a}mlich das statische WIP auf einer Planfl{\"a}che (SWIPP). Dazu wird zuerst ein Algorithmus besprochen, der das SWIPP zwar l{\"o}st, aber einem Ansatz zugrunde liegt, der bei genauerem Hinsehen nicht sinnvoll erscheint: hier wird Wind zwischen vier Punkten interpoliert, wozu es keine triviale Methode gibt. {\"A}hnlich zu diesem Algorithmus, der heute als State-of-the-Art gilt, wird als Ergebnis dieser Arbeit ein neuer Algorithmus vorgestellt, der das SWIPP akkurater und schneller l{\"o}st. Hier wird deutlich seltener auf die Interpolation zwischen vier Punkten zur{\"u}ckgegriffen - stattdessen wird fast immer linear zwischen zwei Punkten interpoliert. Die Algorithmen zum L{\"o}sen des SWIPP werden auf ihre Genauigkeit, asymptotische Laufzeit und Geschwindigkeit untersucht und verglichen. Als Testareal dienen zum einen echte Wetterdaten sowie das Luftstraßennetz, das die Erde umspannt, und zum anderen ein eigens generiertes Windfeld und fiktive Luftstraßen. Es wird gezeigt, dass der hier vorgestellte Algorithmus die State-of-the-Art-Variante in allen genannten Aspekten {\"u}bertrifft.}, language = {de} }