An Efficient Application of Goal Programming to Tackle Multiobjective Problems with Recurring Fitness Landscapes
Creators
- 1. University of Nottingham
 - 2. Mahidol University
 - 3. Universidade Estadual de Maringá
 
Description
Many real-world applications require decision-makers to assess the quality of solutions while considering multiple conflicting objectives. Obtaining good approximation sets for highly constrained many-objective problems is often a difficult task even for modern multiobjective algorithms. In some cases, multiple instances of the problem scenario present similarities in their fitness landscapes. That is, there are recurring features in the fitness landscapes when searching for solutions to different problem instances. We propose a methodology to exploit this characteristic by solving one instance of a given problem scenario using computationally expensive multiobjective algorithms to obtain a good approximation set and then using Goal Programming with efficient single-objective algorithms to solve other instances of the same problem scenario. We use three goal-based objective functions and show that on benchmark instances of the multiobjective vehicle routing problem with time windows, the methodology is able to produce good results in short computation time. The methodology allows to combine the effectiveness of state-of-the-art multiobjective algorithms with the efficiency of goal programming to find good compromise solutions in problem scenarios where instances have similar fitness landscapes.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تتطلب العديد من التطبيقات الواقعية من صانعي القرار تقييم جودة الحلول مع مراعاة الأهداف المتضاربة المتعددة. غالبًا ما يكون الحصول على مجموعات تقريبية جيدة للمشاكل متعددة الأهداف المقيدة للغاية مهمة صعبة حتى بالنسبة للخوارزميات الحديثة متعددة الأهداف. في بعض الحالات، تظهر حالات متعددة من سيناريو المشكلة أوجه تشابه في مناظرها الطبيعية للياقة البدنية. أي أن هناك ميزات متكررة في مناظر اللياقة البدنية عند البحث عن حلول لحالات المشكلات المختلفة. نقترح منهجية لاستغلال هذه الخاصية من خلال حل حالة واحدة من سيناريو مشكلة معين باستخدام خوارزميات متعددة الأهداف مكلفة حسابيًا للحصول على مجموعة تقريبية جيدة ثم استخدام برمجة الهدف مع خوارزميات فعالة أحادية الهدف لحل الحالات الأخرى من نفس سيناريو المشكلة. نستخدم ثلاث وظائف للأهداف القائمة على الأهداف ونوضح أنه في الحالات المعيارية لمشكلة توجيه المركبات متعددة الأهداف مع النوافذ الزمنية، فإن المنهجية قادرة على تحقيق نتائج جيدة في وقت حساب قصير. تسمح المنهجية بالجمع بين فعالية الخوارزميات متعددة الأهداف الحديثة وكفاءة برمجة غول لإيجاد حلول وسط جيدة في سيناريوهات المشكلات حيث يكون للحالات مشهد لياقة بدنية مماثل.Translated Description (French)
De nombreuses applications du monde réel nécessitent que les décideurs évaluent la qualité des solutions tout en tenant compte de multiples objectifs contradictoires. Obtenir de bons ensembles d'approximations pour des problèmes à objectifs multiples fortement contraints est souvent une tâche difficile, même pour les algorithmes multiobjectifs modernes. Dans certains cas, plusieurs instances du scénario problématique présentent des similitudes dans leurs paysages de remise en forme. C'est-à-dire qu'il existe des fonctionnalités récurrentes dans les paysages de remise en forme lors de la recherche de solutions à différents problèmes. Nous proposons une méthodologie pour exploiter cette caractéristique en résolvant une instance d'un scénario de problème donné à l'aide d'algorithmes multiobjectifs coûteux en calcul pour obtenir un bon ensemble d'approximations, puis en utilisant la programmation d'objectifs avec des algorithmes à objectif unique efficaces pour résoudre d'autres instances du même scénario de problème. Nous utilisons trois fonctions d'objectifs basées sur des objectifs et montrons que sur les instances de référence du problème de routage de véhicules multi-objectifs avec des fenêtres temporelles, la méthodologie est capable de produire de bons résultats en un temps de calcul court. La méthodologie permet de combiner l'efficacité des algorithmes multiobjectifs de pointe avec l'efficacité de la programmation des objectifs pour trouver de bonnes solutions de compromis dans les scénarios de problèmes où les instances ont des paysages de remise en forme similaires.Translated Description (Spanish)
Muchas aplicaciones del mundo real requieren que los responsables de la toma de decisiones evalúen la calidad de las soluciones mientras consideran múltiples objetivos en conflicto. Obtener buenos conjuntos de aproximaciones para problemas de muchos objetivos altamente restringidos es a menudo una tarea difícil incluso para los algoritmos multiobjetivo modernos. En algunos casos, múltiples instancias del escenario problemático presentan similitudes en sus paisajes de aptitud física. Es decir, hay características recurrentes en los entornos de fitness a la hora de buscar soluciones a diferentes casos problemáticos. Proponemos una metodología para explotar esta característica resolviendo una instancia de un escenario de problema dado utilizando algoritmos multiobjetivo computacionalmente costosos para obtener un buen conjunto de aproximaciones y luego utilizando programación de objetivos con algoritmos eficientes de un solo objetivo para resolver otras instancias del mismo escenario de problema. Utilizamos tres funciones objetivas basadas en objetivos y mostramos que en instancias de referencia del problema de enrutamiento de vehículos multiobjetivo con ventanas de tiempo, la metodología es capaz de producir buenos resultados en un corto tiempo de cálculo. La metodología permite combinar la efectividad de los algoritmos multiobjetivo de última generación con la eficiencia de la programación de objetivos para encontrar buenas soluciones de compromiso en escenarios problemáticos donde las instancias tienen paisajes de aptitud similares.Files
      
        dls_icores2018_book.pdf.pdf
        
      
    
    
      
        Files
         (504.8 kB)
        
      
    
    | Name | Size | Download all | 
|---|---|---|
| 
          
          md5:ac85bf1819fccaa983f155f4cce7c81f
           | 
        
        504.8 kB | Preview Download | 
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
 - تطبيق فعال لبرمجة الأهداف لمعالجة المشاكل متعددة الأهداف مع المناظر الطبيعية المتكررة للياقة البدنية
 - Translated title (French)
 - Une application efficace de la programmation des objectifs pour résoudre les problèmes multi-objectifs avec des paysages de remise en forme récurrents
 - Translated title (Spanish)
 - Una aplicación eficiente de la programación de objetivos para abordar problemas multiobjetivo con entornos de fitness recurrentes
 
Identifiers
- Other
 - https://openalex.org/W2887211633
 - DOI
 - 10.1007/978-3-030-16035-7_8
 
            
              References
            
          
        - https://openalex.org/W1487465581
 - https://openalex.org/W1971654365
 - https://openalex.org/W1975622507
 - https://openalex.org/W1978111418
 - https://openalex.org/W198625222
 - https://openalex.org/W2026555082
 - https://openalex.org/W2029829232
 - https://openalex.org/W2036237730
 - https://openalex.org/W2038507294
 - https://openalex.org/W2042532809
 - https://openalex.org/W2046862415
 - https://openalex.org/W2055186906
 - https://openalex.org/W2057869134
 - https://openalex.org/W2066573536
 - https://openalex.org/W2091524691
 - https://openalex.org/W2116675171
 - https://openalex.org/W2126105956
 - https://openalex.org/W2143381319
 - https://openalex.org/W2146216407
 - https://openalex.org/W2191881503
 - https://openalex.org/W2477462894
 - https://openalex.org/W2592722866
 - https://openalex.org/W2790566542