TY - GEN A1 - Eisenblätter, Andreas A1 - Grötschel, Martin A1 - Koster, Arie M.C.A. T1 - Frequency Planning and Ramifications of Coloring N2 - This paper surveys frequency assignment problems coming up in planning wireless communication services. It particularly focuses on cellular mobile phone systems such as GSM, a technology that revolutionizes communication. Traditional vertex coloring provides a conceptual framework for the mathematical modeling of many frequency planning problems. This basic form, however, needs various extensions to cover technical and organizational side constraints. Among these ramifications are $T$-coloring and list coloring. To model all the subtleties, the techniques of integer programming have proven to be very useful. The ability to produce good frequency plans in practice is essential for the quality of mobile phone networks. The present algorithmic solution methods employ variants of some of the traditional coloring heuristics as well as more sophisticated machinery from mathematical programming. This paper will also address this issue. Finally, this paper discusses several practical frequency assignment problems in detail, states the associated mathematical models, and also points to public electronic libraries of frequency assignment problems from practice. The associated graphs have up to several thousand nodes and range from rather sparse to almost complete. T3 - ZIB-Report - 00-47 KW - frequency assignment KW - graph coloring Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-6152 ER - TY - GEN A1 - Eisenblätter, Andreas A1 - Grötschel, Martin A1 - Koster, Arie M.C.A. T1 - Frequenzplanung im Mobilfunk N2 - Telekommunikation ist seit Jahren \glqq in\grqq. Zunächst gab es einen enormen Aufschwung; neue Technologien und Dienste haben eine überwältigende, nicht vorhersehbare Akzeptanz gefunden. Derzeit ist -- ausgelöst durch die UMTS-Lizenzversteigerungen, Rezessions- und Sättigungstendenzen -- eine Krise zu verzeichnen. Viele (auch wir) sind davon überzeugt, dass technischer Fortschritt und nützliche Dienste demnächst die Stimmung wieder ändern werden. Wenigen ist allerdings bewusst, welche Rolle Mathematik bei der Entwicklung und dem effizienten Einsatz vieler der neuen Kommunikationstechnologien spielt. In diesem Artikel soll kein Überblick über diesen umfangreichen Themenkreis gegeben werden. Wir zeigen lediglich an einem konkreten Beispiel aus dem Mobilfunk, der Frequenzplanung in GSM-Funknetzen, was man durch geeignete Modellierung der praktischen Fragestellung und den Einsatz problemadäquater Algorithmen erreichen kann. T3 - ZIB-Report - 02-09 KW - Telekommunikation KW - Frequenzplanung KW - Mobilfunk KW - GSM-Funknetze Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-6762 ER - TY - GEN A1 - Aardal, Karen I. A1 - Hoesel, Stan P.M. van A1 - Koster, Arie M.C.A. A1 - Mannino, Carlo A1 - Sassano, Antonio T1 - Models and Solution Techniques for Frequency Assignment Problems N2 - {\begin{rawhtml} Revised Version unter http://dx.doi.org/10.1007/s10479-007-0178-0 \end{rawhtml}} Wireless communication is used in many different situations such as mobile telephony, radio and TV broadcasting, satellite communication, and military operations. In each of these situations a frequency assignment problem arises with application specific characteristics. Researchers have developed different modelling ideas for each of the features of the problem, such as the handling of interference among radio signals, the availability of frequencies, and the optimization criterion. This survey gives an overview of the models and methods that the literature provides on the topic. We present a broad description of the practical settings in which frequency assignment is applied. We also present a classification of the different models and formulations described in the literature, such that the common features of the models are emphasized. The solution methods are divided in two parts. Optimization and lower bounding techniques on the one hand, and heuristic search techniques on the other hand. The literature is classified according to the used methods. Again, we emphasize the common features, used in the different papers. The quality of the solution methods is compared, whenever possible, on publicly available benchmark instances. T3 - ZIB-Report - 01-40 KW - frequency assignment Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-6667 ER - TY - GEN A1 - Abboud, Nadine A1 - Grötschel, Martin A1 - Koch, Thorsten T1 - Mathematical Methods for Physical Layout of Printed Circuit Boards: An Overview N2 - This article surveys mathematical models and methods used for physical PCB layout, i.e., component placement and wire routing. The main concepts are briefly described together with relevant references. T3 - ZIB-Report - 06-29 KW - PCB Design KW - placement KW - routing Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-9231 ER - TY - THES A1 - Bley, Andreas T1 - Routing and Capacity Optimization for IP Networks N2 - This thesis is concerned with dimensioning and routing optimization problems for communication networks that employ a shortest path routing protocol such as OSPF, IS-IS, or RIP. These protocols are widely used in the Internet. With these routing protocols, all end-to-end data streams are routed along shortest paths with respect to a metric of link lengths. The network administrator can configure the routing only by modifying this metric. In this thesis we consider the unsplittable shortest path routing variant, where each communication demand must be sent unsplit through the network. This requires that all shortest paths are uniquely determined. The major difficulties in planning such networks are that the routing can be controlled only indirectly via the routing metric and that all routing paths depend on the same routing metric. This leads to rather complicated and subtle interdependencies among the paths that comprise a valid routing. In contrast to most other routing schemes, the paths for different communication demands cannot be configured independent of each other. Part I of the thesis is dedicated to the relation between path sets and routing metrics and to the combinatorial properties of those path sets that comprise a valid unsplittable shortest path routing. Besides reviewing known approaches to find a compatible metric for a given path set (or to prove that none exists) and discussing some properties of valid path sets, we show that the problem of finding a compatible metric with integer lengths as small as possible and the problem of finding a smallest possible conflict in the given path set are both NP-hard to approximate within a constant factor. In Part II of the thesis we discuss the relation between unsplittable shortest path routing and several other routing schemes and we analyze the computational complexity of three basic unsplittable shortest path routing problems. We show that the lowest congestion that can be obtained with unsplittable shortest path routing may significantly exceed that achievable with other routing paradigms and we prove several non-approximability results for unsplittable shortest path routing problems that are stronger than those for the corresponding unsplittable flow problems. In addition, we derive various polynomial time approximation algorithms for general and special cases of these problems. In Part III of the thesis we finally develop an integer linear programming approach to solve these and more realistic unsplittable shortest path routing problems to optimality. We present alternative formulations for these problems, discuss their strength and computational complexity, and show how to derive strong valid inequalities. Eventually, we describe our implementation of this solution approach and report on the numerical results obtained for real-world problems that came up in the planning the German National Research and Education Networks G-WiN and X-WiN and for several benchmark instances. N2 - Die Arbeit befasst sich mit der Kapazitäts- und Routenplanung für Kommunikationsnetze, die ein kürzeste-Wege Routingprotokoll verwenden. Diese Art von Protokollen ist im Internet weit verbreitet. Bei diesen Routingverfahren wird für jede Verbindung im Netz ein Längenwert festgelegt, diese Längen formen die sogenannte Routingmetrik. Die Routingwege der Kommunikationsbedarfe sind dann die jeweiligen kürzesten Wege bezüglich dieser Metrik. Bei der in der Arbeit untersuchten Variante dieser Routingprotokolle wird zusätzlich verlangt, dass es je Kommunikationsbedarf genau einen eindeutigen kürzesten Weg gibt. Die Schwierigkeit bei der Planung solcher Netze besteht darin, dass sich die Routingwege einerseits nur indirekt über die Routingmetrik beeinflussen lassen, andererseits aber alle Routingwege von der gleichen Metrik abhängen. Dadurch können die Wege verschiedener Kommunikationsanforderungen nicht wie bei anderen Routingverfahren unabhängig voneinander gewählt werden. Im erstem Teil der Arbeit werden der Zusammenhang zwischen gegebenen Wegesystemen und kompatiblen Routingmetriken sowie die Beziehungen der Wege eines zulässigen eindeutige-kürzeste-Wege-Routings untereinander untersucht. Dabei wird unter Anderem gezeigt, dass es NP-schwer ist, eine kompatible Metrik mit kleinstmöglichen Routinglängen zu einem gegebenen Wegesystem zu finden. Es wird auch bewiesen, dass das Finden eines kleinstmöglichen Konfliktes in einem gegebenen Wegesystem, zu dem keine kompatible Metrik existiert, NP-schwer ist. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Approximierbarkeit von drei grundlegenden Netz- und Routenplanungsproblemen mit eindeutige-kürzeste-Wege-Routing untersucht. Für diese Probleme werden stärkere Nichtapproximierbarkeitsresultate als für die entsprechenden Einwege-Routing Probleme bewiesen und es werden verschiedene polynomiale Approximationsverfahren für allgemeine und Spezialfälle entworfen. Ausserdem wird die Beziehung zwischen eindeutige-kürzeste-Wege-Routing und anderen Routingverfahren diskutiert. Im dritten und letzten Teil der Arbeit wird ein (gemischt-) ganzzahliger Lösungsansatz für Planungsprobleme mit eindeutige-kürzeste-Wege-Routing vorgestellt. Für die im zweiten Teil diskutierten grundlegenden Netz- und Routenplanungsprobleme werden verschiedene (gemischt-) ganzzahlige lineare Modelle vorgestellt und es wird deren Lösbarkeit und die Stärke ihrer LP Relaxierungen untersucht. Es wird auch gezeigt, wie sich starke gültig Ungleichungen aus den in diesen Modellen enthalten Substrukturen ableiten lassen. Schlielich werden am Ende der Arbeit die Software-Implementierung dieses Lösungsverfahrens für eine praxisrelevante Verallgemeinerung der Planungsprobleme sowie die damit erzielten numerischen Ergebnisse vorgestellt und diskutiert. KW - kombinatorische Optimierung KW - gemischt-ganzzahlige Programmierung KW - kürzeste-Wege Routing KW - Approximationsalgorithmen KW - combinatorial optimization KW - mixed-integer programming KW - shortest path routing KW - approximation algorithms Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:83-opus-15530 SN - 978-3-86727-281-0 ER - TY - GEN A1 - Grötschel, Martin A1 - Krumke, Sven A1 - Rambau, Jörg T1 - Wo bleibt der Aufzug? N2 - Dieser Artikel gibt eine allgemeinverständliche Einführung in die spezielle Problematik kombinatorischer Online-Problem am Beispiel der Fahrstuhlsteuerung. T3 - ZIB-Report - SC-99-29 KW - Aufzugsteuerung KW - Online-Optimierung KW - Echtzeit-Optimierung KW - kompetitive Analyse Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-4175 ER - TY - THES A1 - Helmberg, Christoph T1 - Semidefinite Programming for Combinatorial Optimization N2 - This book offers a self-contained introduction to the field of semidefinite programming, its applications in combinatorial optimization, and its computational methods. We equip the reader with the basic results from linear algebra on positive semidefinite matrices and the cone spanned by them. Starting from linear programming, we introduce semidefinite programs and discuss the associated duality theory. We then turn to semidefinite relaxations of combinatorial optimization and illustrate their interrelation. In the second half we deal with computational methods for solving semidefinite programs. First, the interior point approach, its iteration complexity, and implementational issues are discussed. Next, we explain in great detail the spectral bundle method, which is particularly suited for large scale semidefinite programming. One of the most successful techniques in integer linear programming is the cutting plane approach which improves an initial relaxation by adding violated inequalities. We explore possibilities to combine the two solution methods with the cutting plane approach in order to strengthen semidefinite relaxations of combinatorial optimization problems. T3 - ZIB-Report - 00-34 KW - positive semidefinite matrices KW - semidefinite cone KW - semidefinite Programming KW - semidefinite duality KW - combinatorial optimization KW - max-cut KW - quadrati Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-6022 ER - TY - GEN A1 - Bley, Andreas T1 - Routing and Capacity Optimization for IP networks N2 - This article describes the main concepts and techniques that have been developed during the last year at ZIB to solve dimensioning and routing optimization problems for IP networks. We discuss the problem of deciding if a given path set corresponds to an unsplittable shortest path routing, the fundamental properties of such path sets, and the computational complexity of some basic network planning problems for this routing type. Then we describe an integer-linear programming approach to solve such problems in practice. This approach has been used successfully in the planning of the German national education and research network for several years. T3 - ZIB-Report - 07-33 KW - kombinatorische Optimierung KW - gemischt-ganzzahlige Programmierung KW - kürzeste-Wege Routing KW - Approximationsalgorithmen KW - combinatorial optimization KW - mixed-integer programming KW - shortest path routing KW - approximation algorithms Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-10323 SN - 1438-0064 ER - TY - THES A1 - Weider, Steffen T1 - Integration of Vehicle and Duty Scheduling in Public Transport N2 - This thesis describes the algorithm IS-OPT that integrates scheduling of vehicles and duties in public bus transit. IS-OPT is the first algorithm which solves integrated vehicle and duty scheduling problems arising in medium sized carriers such that its solutions can be used in daily operations without further adaptions. This thesis is structured as follows: The first chapter highlights mathematical models of the planning process of public transit companies and examines their potential for integrating them with other planning steps. It also introduces descriptions of the vehicle and the duty scheduling problem. Chapter 2 motivates why it can be useful to integrate vehicle and duty scheduling, explains approaches of the literature, and gives an outline of our algorithm IS-OPT. The following chapters go into the details of the most important techniques and methods of IS-OPT: In Chapter 3 we describe how we use Lagrangean relaxation in a column generation framework. Next, in Chapter 4, we describe a variant of the proximal bundle method (PBM) that is used to approximate linear programs occurring in the solution process. We introduce here a new variant of the PBM which is able to utilize inexact function evaluation and the use of epsilon-subgradients. We also show the convergence of this method under certain assumptions. Chapter 5 treats the generation of duties for the duty scheduling problem. This problem is modeled as a resourceconstraint- shortest-path-problem with non-linear side constraints and nearly linear objective function. It is solved in a two-stage approach. At first we calculate lower bounds on the reduced costs of duties using certain nodes by a new inexact label-setting algorithm. Then we use these bounds to speed up a depth-first-search algorithm that finds feasible duties. In Chapter 6 we present the primal heuristic of IS-OPT that solves the integrated problem to integrality. We introduce a new branch-and-bound based heuristic which we call rapid branching. Rapid branching uses the proximal bundle method to compute lower bounds, it introduces a heuristic node selection scheme, and it utilizes a new branching rule that fixes sets of many variables at once. The common approach to solve the problems occurring in IS-OPT is to trade inexactness of the solutions for speed of the algorithms. This enables, as we show in Chapter 7, to solve large real world integrated problems by IS-OPT. The scheduled produced by IS-OPT save up to 5% of the vehicle and duty cost of existing schedules of regional and urban public transport companies. N2 - Diese Arbeit beschreibt den Algorithmus IS-OPT, welcher der erste Algorithmus ist, der integrierte Umlauf- und Dienstplanungsprobleme für mittelgroße Verkehrsunternehmen löst und dabei alle betrieblichen Einzelheiten berücksichtigt. Seine Lösungen können daher direkt in den täglichen Betrieb übernommen werden. Im ersten Kapitel werden mathematische Modelle für verschiedenen Probleme aus dem Planungsprozess von Nahverkehrsunternehmen beschrieben. Es werden Ansätze zur Integration der einzelnen Probleme untersucht. In diesem Kapitel werden außerdem das Umlauf- und das Dienstplanungsproblem eingeführt. Kapitel 2 motiviert, warum Integration von Umlauf- und Dienstplanung hilfreich ist oder in welchen Fällen sie sogar unabdingbar ist; es gibt einen Überblick über die vorhanden Literatur zur integrierten Umlauf- und Dienstplanung und umreißt unseren Algorithmus IS-OPT. Die weiteren Kapitel behandeln die in IS-OPT verwendeten Methoden: In Kapitel 3 beschreiben wir, wie Spaltenerzeugung für lineare Programme mit Lagrange-Relaxierung und Subgradienten-Verfahren kombiniert werden kann. In Kapitel 4 wird unsere Variante der proximalen Bündelmethode beschrieben. Diese wird benutzt um näherungsweise primale und duale Lösungen von lineare Programmen zu berechnen. Unsere Variante ist angepasst, um auch mit ungenauer Funktionsauswertung und Epsilon-Subgradienten arbeiten zu können. Wir zeigen die Konvergenz dieser Variante unter bestimmten Annahmen. Kapitel 5 behandelt das Erzeugen von Diensten für das Dienstplanungsproblem. Dieses Problem ist als ein Kürzeste-Wege-Problem mit nichtlinearen Nebenbedingungen und fast linearer Zielfunktion modelliert. Wir lösen es, indem zuerst Schranken für die reduzierten Kosten von Diensten, die bestimmte Knoten benutzen, berechnet werden. Diese Schranken werden benutzt, um in einem Tiefensuchalgorithmus den Suchbaum klein zu halten. Im Kapitel 6 präsentieren wir die neu entwickelte Heuristik "Rapid Branching", die eine ganzzahlige Lösung des integrierten Problems berechnet. Rapid Branching kann als eine spezielle Branch-and-Bound-Heuristik gesehen werden, welche die Bündelmethode benutzt. In den Knoten des Suchbaums können mehrere Variablen auf einmal fixiert werden, die mit Hilfe einer Perturbationsheuristik ausgewählt werden. In Kapitel 7 schließlich zeigen wir, daß wir mit IS-OPT auch große Probleminstanzen aus der Praxis lösen können und dabei bis zu 5% der Fahrzeug- und Dienstkosten sparen können. KW - Öffentlicher Personennahverkehr KW - lineare Optimierung KW - Umlaufplanung KW - Dienstplanung KW - Integration KW - Public Transport KW - linear Optimization KW - vehicle scheduling KW - duty scheduling KW - integration Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:83-opus-16240 ER - TY - THES A1 - Borndörfer, Ralf T1 - Mathematical Optimization and Public Transportation N2 - This cumulative thesis collects the following six papers for obtaining the habilitation at the Technische Universität Berlin, Fakultät II – Mathematik und Naturwissenschaften: (1) Set packing relaxations of some integer programs. (2) Combinatorial packing problems. (3) Decomposing matrices into blocks. (4) A bundle method for integrated multi-depot vehicle and duty scheduling in public transit. (5) Models for railway track allocation. (6) A column-generation approach to line planning in public transport. Some changes were made to the papers compared to the published versions. These pertain to layout unifications, i.e., common numbering, figure, table, and chapter head layout. There were no changes with respect to notation or symbols, but some typos have been eliminated, references updated, and some links and an index was added. The mathematical content is identical. The papers are about the optimization of public transportation systems, i.e., bus networks, railways, and airlines, and its mathematical foundations, i.e., the theory of packing problems. The papers discuss mathematical models, theoretical analyses, algorithmic approaches, and computational aspects of and to problems in this area. Papers 1, 2, and 3 are theoretical. They aim at establishing a theory of packing problems as a general framework that can be used to study traffic optimization problems. Indeed, traffic optimization problems can often be modelled as path packing, partitioning, or covering problems, which lead directly to set packing, partitioning, and covering models. Such models are used in papers 4, 5, and 6 to study a variety of problems concerning the planning of line systems, buses, trains, and crews. The common aim is always to exploit as many degrees of freedom as possible, both at the level of the individual problems by using large-scale integer programming techniques, as well as on a higher level by integrating hitherto separate steps in the planning process. KW - set packing KW - set partitioning KW - set covering KW - polyhedral combinatorics KW - public transport KW - railways Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-13613 ER - TY - GEN A1 - Grötschel, Martin A1 - Borndörfer, Ralf T1 - Mathematik im Verkehr N2 - Nach einem kurzen Abriss über die Bedeutung des Verkehrssektors als eine wichtige Schlüsseltechnologie im gesamten Verlauf der Menschheitsgeschichte skizzieren wir die Rolle der Mathematik für Verkehr und Transport. Wir spekulieren dann über zukünftige Entwicklungen, insbesondere im Bereich des öffentlichen Personenverkehrs, und begründen, dass die in diesem Bereich anstehenden Herausforderungen nur mit dem Einsatz mathematischer Methoden angemessen bewältigt werden können. Die demographischen Prozesse, die in verschiedenen Teilen der Welt unterschiedlich verlaufen, wie z.B. Überalterung in Europa oder dynamische Trends zu Megastädten in Entwicklungsländern, sich ändernde Lebens- und Produktionsverhältnisse, stark wachsender Bedarf nach Mobilität und enormes Anwachsen der Komplexität der Verkehrsplanung und -durchführung, machen einen verstärkten Zugriff auf mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung notwendig. Diese Entwicklung stellt sowohl große Herausforderungen an die Mathematik, wo vielfach noch keine geeigneten Methoden vorhanden sind, als auch an die Praktiker im Bereich von Verkehr und Transport, die sich mit neuen Planungs- und Steuerungstechnologien befassen und diese effizient einsetzen müssen. Hier wird intensive Kooperation zwischen vielen beteiligten Akteuren gefragt sein. T3 - ZIB-Report - 14-03 KW - Optimierung KW - öffentlicher Verkehr Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-50287 SN - 1438-0064 ER - TY - THES A1 - Schweiger, Jonas T1 - Exploiting structure in non-convex quadratic optimization and gas network planning under uncertainty N2 - The amazing success of computational mathematical optimization over the last decades has been driven more by insights into mathematical structures than by the advance of computing technology. In this vein, we address applications, where nonconvexity in the model and uncertainty in the data pose principal difficulties. The first part of the thesis deals with non-convex quadratic programs. Branch&Bound methods for this problem class depend on tight relaxations. We contribute in several ways: First, we establish a new way to handle missing linearization variables in the well-known Reformulation-Linearization-Technique (RLT). This is implemented into the commercial software CPLEX. Second, we study the optimization of a quadratic objective over the standard simplex or a knapsack constraint. These basic structures appear as part of many complex models. Exploiting connections to the maximum clique problem and RLT, we derive new valid inequalities. Using exact and heuristic separation methods, we demonstrate the impact of the new inequalities on the relaxation and the global optimization of these problems. Third, we strengthen the state-of-the-art relaxation for the pooling problem, a well-known non-convex quadratic problem, which is, for example, relevant in the petrochemical industry. We propose a novel relaxation that captures the essential non-convex structure of the problem but is small enough for an in-depth study. We provide a complete inner description in terms of the extreme points as well as an outer description in terms of inequalities defining its convex hull (which is not a polyhedron). We show that the resulting valid convex inequalities significantly strengthen the standard relaxation of the pooling problem. The second part of this thesis focuses on a common challenge in real world applications, namely, the uncertainty entailed in the input data. We study the extension of a gas transport network, e.g., from our project partner Open Grid Europe GmbH. For a single scenario this maps to a challenging non-convex MINLP. As the future transport patterns are highly uncertain, we propose a robust model to best prepare the network operator for an array of scenarios. We develop a custom decomposition approach that makes use of the hierarchical structure of network extensions and the loose coupling between the scenarios. The algorithm used the single-scenario problem as black-box subproblem allowing the generalization of our approach to problems with the same structure. The scenario-expanded version of this problem is out of reach for today's general-purpose MINLP solvers. Yet our approach provides primal and dual bounds for instances with up to 256 scenarios and solves many of them to optimality. Extensive computational studies show the impact of our work. N2 - Der bemerkenswerte Erfolg der angewandten mathematischen Optimierung in den letzten Dekaden ist mehr auf Einsichten in mathematische Strukturen zurückzuführen, als auf eine Steigerung der Rechenleistung. In diesem Sinne adressieren wir Anwendungen, in denen Nichtkonvexität und Unsicherheit in den Daten die Hauptschwierigkeiten darstellen. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit nichtkonvexen quadratischen Optimierungsproblemen. Relaxierungen sind integraler Bestandteil von \BranchAndBound{}-Lösungsmethoden für diese Problemkategorie. Wir leisten folgende Beiträge: Erstens beschreiben wir eine neue Art fehlende Linearisierungsvariablen, in der so genannten Reformulation-Linearization-Technique (RLT), zu behandeln. Diese wird inzwischen in der kommerziellen Software CPLEX verwendet. Zweitens beschäftigen wir uns mit der Optimierung einer quadratischen Zielfunktion über die Standardsimplex oder einen so genannten Knapsack-Constraint. Solche grundlegenden Strukturen sind Teil vieler komplexer Modelle. Wir benutzen bekannte Verbindungen zum maximalen Cliquenproblem sowie zu RLT, um neue gültige Ungleichungen herzuleiten, die die Relaxierung verstärken. Drittens beschäftigen wir uns mit dem Pooling Problem, das z.B. in der Erdölindustrie relevant ist. Wie leiten eine neue Relaxierung her, die die wesentliche nicht-konvexe Struktur des Problems erfasst, aber klein genug für eine grundlegende Untersuchung ist. Wir geben eine innere Beschreibung in Form der Extrempunkte, sowie eine äußere Beschreibung in Form von Ungleichungen, die die konvexe Hülle (welche im Allgemeinen kein Polyeder ist) beschreiben, an. Wir zeigen, dass neuen die Ungleichungen die Relaxierung des Pooling Problems erheblich verstärken. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit einer weiteren Herausforderung in realen Anwendungen, nämlich Unsicherheit in den Eingabedaten. Konkret untersuchen wir die Optimierung des Ausbaus eines Gastransportnetzes, wie z.B. von unserem Projektpartner Open Grid Europe GmbH. Dieses Problem ist bereits bei gegebenen Eingabedaten ein schweres nicht-konvexes gemischt-ganzzahliges Optimierungsproblem. Da zukünftige Nutzungsmuster des Netzes mit großer Unsicherheit behaftet sind, beschreiben wir ein robustes Modell, um den Netzbetreiber gegen verschiedene Szenarien abzusichern. Wir entwickeln einen speziellen Dekompositionsalgorithmus unter Berücksichtigung der hierarchischen Struktur der Ausbauten und der schwachen Kopplung zwischen den Szenarien. Unser Ansatz liefert primale und duale Schranken für Instanzen mit bis zu 256 Szenarien und löst viele beweisbar optimal. Umfangreiche Rechnungen bestätigen die Effizient der vorgestellten Methoden. KW - Nonconvexity KW - Uncertainty KW - Quadratic Programming KW - Relaxations KW - Cutting Planes KW - Standard Quadratic Programming KW - Pooling Problem KW - Gas Network Planning KW - Robust Optimization KW - Decomposition KW - Computations Y1 - 2017 UR - http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6015 ER - TY - GEN A1 - Maristany de las Casas, Pedro A1 - Sedeno-Noda, Antonio A1 - Borndörfer, Ralf T1 - An Improved Multiobjective Shortest Path Algorithm N2 - We present a new label-setting algorithm for the Multiobjective Shortest Path (MOSP) problem that computes the minimal complete set of efficient paths for a given instance. The size of the priority queue used in the algorithm is bounded by the number of nodes in the input graph and extracted labels are guaranteed to be efficient. These properties allow us to give a tight output-sensitive running time bound for the new algorithm that can almost be expressed in terms of the running time of Dijkstra's algorithm for the Shortest Path problem. Hence, we suggest to call the algorithm \emph{Multiobjective Dijkstra Algorithm} (MDA). The simplified label management in the MDA allows us to parallelize some subroutines. In our computational experiments, we compare the MDA and the classical label-setting MOSP algorithm by Martins', which we improved using new data structures and pruning techniques. On average, the MDA is $\times2$ to $\times9$ times faster on all used graph types. On some instances the speedup reaches an order of magnitude. T3 - ZIB-Report - 20-26 KW - Multiobjective Shortest Path Problem KW - Output-Sensitive Multiobjective Combinatorial Problems KW - Network Optimization Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-79712 SN - 1438-0064 ER -