Smart Routes: A System for Development and Comparison of Algorithms for Solving Vehicle Routing Problems with Realistic Constraints

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Задача оптимизации маршрутов с реалистичными ограничениями становится крайне актуальной в условиях глобального роста городского населения. Подходы к оптимизации маршрутов, включая точные методы, сталкиваются с проблемой экспоненциальной сложности при увеличении размера задачи оптимизации маршрутов. В работе сравнивается точный решатель SCIP с эвристическими методами (LKH, 2-OPT, 3-OPT, ORTools) и моделью глубокого обучения JAMPR+. Для задач размером 50 глубокое обучение и классические эвристики достигают точности, сравнимой с SCIP, но требуют меньше времени. Для задач размером 100, эвристики и нейронные сети значительно опережают SCIP как по времени, так и по качеству первого найденного решения. Для проведения экспериментов разработана платформа Smart Routes для решения задачи оптимизации маршрутов, которая включает в себя точные, эвристические и нейросетевые модели и облегчает удобное интегрирование собственных алгоритмов и наборов данных.

Keywords

About the authors

A. G Soroka

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: andrew.soroka@student.msu.ru

G. V Mikhelson

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: mikhelson.g@gmail.com

A. V Mescheryakov

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт космических исследований РАН

Email: mesch@cosmos.ru
канд. физ.-мат. наук

S. V Gerasimov

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: sergun@gmail.com

References

  1. Laporte G., Nobert Y. A branch and bound algorithm for the capacitated vehicle routing problem // Operations-Research-Spektrum. 1983. V. 5. P. 77–85.
  2. Cook W., Rich J.L. A parallel cutting-plane algorithm for the vehicle routing problem with time windows // Technical Report TR99-04, Computational and Applied Mathematics, Rice University, Housten. 1999.
  3. Augerat P., Naddef D., Belenguer J.M., et al. Computational results with a branch and cut code for the capacitated vehicle routing problem / Research report — IMAG. 1995.
  4. IBM ILOG Cplex V12. 1: User’s Manual for CPLEX // Int. Busin. Machin. Corporat. 2009. V. 46. No. 53. P. 157.
  5. Bestuzheva K., Besancon M., Chen W.-K., et al. The SCIP Optimization Suite 8.0 // Technical Report, Optimization Online. 2021. http://www.optimization-online.org/DB_HTML/2021/12/8728.html
  6. Gurobi Optimization, LLC Gurobi Optimizer Reference Manual // 2023. https://www.gurobi.com
  7. Nazari M., Oroojlooy A., Snyder L., et al. Reinforcement learning for solving the vehicle routing problem // Conf. Advances Neural Inform. Proc. Syst. 2018. V. 31.
  8. Vinyals O., Fortunato M., Jaitly N. Pointer networks // Conf. Advances Neural Inform. Proc. Syst. 2015. V. 28.
  9. Kool W., Hoof H.V., Welling M. Attention, learn to solve routing problems! // 2018. arXiv preprint arXiv:1803.08475.
  10. Vaswani A., Shazeer N., Parmar N., et al. Attention is all you need // Conf. Advances Neural Inform. Proc. Syst. 2017. V. 30.
  11. Falkner J.K., Schmidt-Thieme L. Learning to solve vehicle routing problems with time windows through joint attention // arXiv preprint arXiv:2006.09100. 2020.
  12. Chen X., Tian Y. Learning to perform local rewriting for combinatorial optimization // Conf. Advances Neural Inform. Proc. Syst. 2019. V. 32.
  13. Lu H., Zhang X., Yang S. A learning-based iterative method for solving vehicle routing problems // International conference on learning representations. 2019.
  14. Li S., Yan Z., Wu C. Learning to delegate for large-scale vehicle routing // Conf. Advances Neural Inform. Proc. Syst. 2021. V. 34.
  15. Soroka A.G., Meshcheryakov A.V., Gerasimov S.V. Deep Reinforcement Learning for the Capacitated Pickup and Delivery Problem with Time Windows // Patt. Recognit. Imag. Anal. 2023. V. 33. No. 2. P. 169–178.
  16. Gro¨er C., Golden B., Wasil E. A library of local search heuristics for the vehicle routing problem // Math. Program. Comput. 2010. V. 2. P. 79–101.
  17. Helsgaun K. An effective implementation of the Lin–Kernighan traveling salesman heuristic // Eur. J. Oper. Res. 2000. V. 126. No. 1. P. 106–130.
  18. C¸ etinkaya C., Karaoglan I., G¨okcen H. Two-stage vehicle routing problem with arc time windows: A mixed integer programming formulation and a heuristic approach // Eur. J. Oper. Res. 2013. V. 230. No. 3. P. 539–550.
  19. Tahernejad S., Ralphs T.K., DeNegre S.T. A branch-and-cut algorithm for mixed integer bilevel linear optimization problems and its implementation // Math. Program. Comput. 2020. V. 12. P. 529–568.
  20. Perron L. Operations research and constraint programming at google // International Conference on Principles and Practice of Constraint Programming. 2011. P. 2–2.
  21. Solomon M.M. Algorithms for the vehicle routing and scheduling problems with time window constraints // Oper. Res. Inf. 1987. V. 35. No. 2. P. 254–265.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences