КУРС:
МОДЕЛИ КОМБИНАТОРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ И КОНФИГУРАЦИИ СИСТЕМ
(предварительная версия: июнь 2012)
К.т.н. Марк Шмуилович Левин (ИППИ РАН).
http://www.mslevin.iitp.ru/
email: mslevin@acm.org
Кафедра технологии моделирования сложных систем,
Отделение "Прикладная математика и информатика"
Факультет "Бизнес информатика",
НИУ "Высшая школа экономики"
Лекция 1.
Модели комбинаторное оптимизации. Задача о рюкзаке.
Алгоритмическая сложность. Типы алгоритмов.
Лекция 2.
Многокритериальное принятие решений. Ранжирование альтернатив
(multicriteria ranking / sorting problem).
Лекция 3.
Задача блочного рюкзака (multiple choice problem).
Лекция 4.
Задача построения конфигурации систем:
(1) выбор компонентов системы,
(2) выбор компонентов системы с учетом их совместимости,
(3) построение иерархических структур
(задача о представителях, путь в многодольном графе, клика и др.).
Лекция 5.
Задача кластеризации. Задача о назначениях (о размещении).
Лекция 6.
Клика, клика в многодольном графе.
Комбинаторное проектирование конфигураций систем.
Лекция 7.
Составные комбинаторные схемы построения конфигураций систем.
Подключение пользователей к точкам доступа.
Лекция 8.
Задачи раскраски графа.
Лекция 9.
Построение иерархий (включая задачу добавления связей в иерархиях -
hotlink assignment problem).
Лекция 10.
Агрегирование иерархических структур/конфигураций.
Лекция 11.
Комбинаторный синтез с интервальными оценками в виде мультимножеств.
Лекция 12.
Реструктуризация в задачах комбинаторной оптимизации (reoptimization).
Лекция 13.
О реконфигурации систем. Примеры прикладных систем.
Лекция 14.
Задача о выполнимости (SAT problem).
Лекция 15.
Составные задачи: расписания в университетах, спорте, госпиталях
(timetabling problems).
Лекция 16.
Обсуждение курсовых работ, итогов курса.
В рамках данного курса
рассматриваются модели для конфигураций систем.
По каждой комбинаторной модели/семейству моделей:
(1) простейшие варианты модели (полиномиально разрешимые),
(2) сложные модели (NP-трудные),
(3) приближенные схемы решения / эвристики,
(4) примеры применения для конфигурации прикладных систем.
Данный курс направлен на реализацию следующего:
(1) передача студентам знаний
(традиционный подход в преподавании),
(2) совместное создание (генерация) знаний
(перспективный подход в преподавании).
Самостоятельная работа по курсу
(оформляется как отчет / курсовая работа и материалы для публикации и выступления на конференции):
Вариант 1:
выбор модели из курса и построение примера
конфигурации прикладной системы с расчетами
(например: конфигурация иерархической сети для группы пользователей
банка)
Вариант 2:
выбор модели из курса и построение модификации модели (включая прикладной пример)
Вариант 3:
выбор модели из курса и разработка модификации алгоритма для
модели (включая вычислительный эксперимент)
Можно использовать готовые программные блоки (в среде MATLAB):
(а) выделение множества Парето,
(б) метод порогов несравнимости (Electre),
(в) "жадный" алгоритм для задачи о рюкзаке,
(г) "жадный" алгоритм для задачи блочного рюкзака,
(д) агломеративный алгоритм для иерархической кластеризации.
ЛИТЕРАТУРА ПО КУРСУ:
К лекции 1:
1. Garey M.R., Johnson D.S.,
Computers and Intractability.
The Guide to the Theory of NP-Completeness.
W.H. Freeman and Company, San Francisco, 1979.
К лекции 2:
1. Simon H.A., Newell A., Heuristic problem solving:
the next advance in operations research.
Operations Research, 6(1), 1-10, 1958.
2. Левин М.Ш., Михайлов А.А.,
Фрагменты технологии стратификации множества объектов.
Препринт, ИСА РАН, Москва, 60 С., 1988.
3.Белкин А.Р., Левин М.Ш.,
Принятие решений: Комбинаторные модели аппроксимации информации.
Наука, Физматлит, Москва, 1990.
Book (pdf-file)
4. Zoponidis N., Doumpos M.,
Multicriteria classification and sorting mehtods: A literature review.
EJOR, 138(2), 229-246, 2002.
5. Levin M.Sh.,
Composite strategy for multicriteria ranking/sorting
(methodological issues, examples).
Electronic preprint. 24 pp., Nov. 9, 2012.
http://arxiv.org/abs/1211.2245 [math.OC]
К лекции 3:
1. Garey .M.R., Johnson D.S.,
Computers and Intractability.
The Guide to the Theory of NP-Completeness.
W.H. Freeman and Company, San Francisco, 1979.
2. Kelleler H., Pferschy U., Pisinger D.,
Knapsack Problems, Springer, 2004.
3. Martello S., Toth P., Knapsack Problems:
Algorithms and Computer Implementation.
Wiley, 1990.
(accessible via Internet)
К лекции 4:
1. Levin M.Sh.,
Combinatorial optimization in system configuration design.
Autom. and Remote Control, 70(3), 519-561, 2009.
Версия на русском:
Левин М.Ш.,
Комбинаторная оптимизация при проектировании конфигураций систем.
"Информационные процессы", 8(4), 256-300 , 2008.
К лекции 5:
1. Jain A.K., Murty M.N., Flynn P.J.,
Data clustering: a review.
ACM Comput. Surv., 31(3), 264-323, 1992.
2. Mirkin B., Muchnik I., Combinagtorial optimization in clustering.
In: D.-Z. Du, P. Pardalos, (Eds.),
Kluwer, 261-329, 1998.
3. Levin M.Sh.,
Towards hierarchical clustering,
In: V. Diekert, M. Volkov, A. Voronkov, (Eds.),
CSR 2007, LNCS 4649, Springer,
205-215, 2007.
4. Garey M.R., Johnson D.S.,
Computers and Intractability.
The Guide to the Theory of NP-Completeness.
W.H. Freeman and Company, San Francisco, 1979.
К лекции 6:
1. Levin M.Sh., Composite Systems Decisions.
Springer, 2006.
2. Levin M.Sh.,
Morphological methods for design of modular systems (a survey).
Electronic preprint. 20 pp., Jan. 9, 2012.
http://arxiv.org/abs/1201.1712 [cs.SE]
3. Levin M.Sh.,
Towards configuration of applied Web-based information system.
Electronic preprint. 13 pp., Aug. 31, 2011.
http://arxiv.org/abs/1108.6223 [cs.SE]
4. Levin M.Sh.,
Towards electronic shopping of composite product.
Electronic preprint. 10 pp., March 3, 2012.
http://arxiv.org/abs/1203.0648 [cs.SE]
К лекции 7:
1. Levin M.Sh., Four-layer framework for combinatorial
optimization problems domain.
Advances in Engineering Software, 42(12), 1089-1098, 2011.
(journal site)
2. Левин М.Ш., Комбинированная схема построения маркетинговой стратегии.
Бизнес информатика, вып. 2, 42-51, 2009.
(сайт выпуска 4 журнала)
3. Levin M.Sh.,
Selection of user's connection in last mile problem.
IEEE Trans. SMC - Part A, 41(2), 370-374, 2011.
К лекции 8:
1. Pachos V.Th., Polynomial approximation and graph coloring.
Computing, 70(1), 41-86, 2003.
2. Johnson D.S., Trick M.A. (Eds.),
Cliques, Coloring, and Satisfiability:
Second DIMACS Implementation Challendge, Providence, RI, AMS, 1996.
3. Garey M.R., Johnson D.S.,
Computers and Intractability.
The Guide to the Theory of NP-Completeness.
W.H. Freeman and Company, San Francisco, 1979.
К лекции 9:
1. Levin M.Sh.,
Towards hierarchical clustering,
In: V. Diekert, M. Volkov, A. Voronkov, (Eds.),
CSR 2007, LNCS 4649, Springer,
205-215, 2007.
2. Левин М.Ш., Кудинов О.П.,
О структурном подходе к политическому управлению.
"Информационные процессы", 11(4), 466-475, 2011.
3. Levin M.Sh.,
Towards design of hierarchy (research survey).
Electronic preprint. 36 pp., Dec. 8, 2012.
http://arxiv.org/abs/1212.1735 [math.OC]
4. Воронин А.А., Мишин С.П., Оптимальные иерархические структуры. Москва, ИПУ РАН, 2003.
5. Губко М.Б., Поиск оптимальных организационных иерархий при однородных функциях затрат менеджеров.
Автоматика и телемеханика, 1, 97-113, 2008.
6. Bose P., Kranakis E., Kriznc D., Martin M.,
Czyzowicz M.V., Pelc A., Gasieniec L.,
Strategies for hotlink assignment.
LNCS 1969, Springer, 23-34, 2000.
7. Fuhrmann S., Krumke S.,
Multiple hotlink assignment. LNCS 2204, Springer, 189-200, 2001.
К лекции 10:
1. Levin M.Sh.,
Aggregation of composite solutions:
strategies, models, examples.
Electronic preprint. 72 pp., Nov. 29, 2011.
http://arxiv.org/abs/1111.6983 [cs.SE]
К лекции 11:
1. M.Sh. Levin,
Multiset estimates and combinatorial synthesis.
Electronic preprint. 30 pp., May 9, 2012.
http://arxiv.org/abs/1205.2046 [cs.SY]
2. Левин М.Ш.,
Модульное проектирование и улучшение системы управления в умном доме
с использованием интервальных оценок в виде мультимножеств.
"Информационные процессы", 12(2), 141-154, 2012.
(pdf.file)
3. M.Sh. Levin,
Composition of modular telemetry system with interval
multiset estimates.
Electronic preprint. 9 pp., July 25, 2012.
http://arxiv.org/abs/1207.6051 [cs.SY]
К лекции 12:
1. Levin M.Sh., Restructuring in combinatorial optimization.
Electronic preprint.
11 pp., Febr. 8, 2011.
http://arxiv.org/abs/1102.1745 [cs.DS]
2. Bockenhauer H.-J., Hromkovic J., Momke T., Widmayer P.,
On the hardness of reoptimization.
LNCS 4910, Springer, 50-65, 2008.
К лекции 13:
1. Levin M.Sh.,
Towards communication network development
(structural systems issues, combinatorial problems).
IEEE Region 8 Int. Conf. Sibircon 2010,
vol. 1, 204-208, 2010.
2. Levin M.Sh., Andrushevich A., Klapproth A.,
Improvement of building automation system.
In: K.G. Mehrotra et al. (Eds.),
Proc. of 24th Int. Conf. IEA/AIE 2011,
LNCS 6704, Part II, Springer, 459-468, 2011.
К лекции 14:
1. Garey M.R., Johnson D.S.,
Computers and Intractability.
The Guide to the Theory of NP-Completeness.
W.H. Freeman and Company, San Francisco, 1979.
2. Johnson D.S., Trick M.A. (Eds.),
Cliques, Coloring, and Satisfiability:
Second DIMACS Implementation Challendge, Providence, RI, AMS, 1996.
К лекции 15:
1. de Werra D., An introduction to timetabling.
EJOR, 19(2), 151-162, 1985.
2. Nemhauser G.I., Trick M.A.,
Scheduling a major college basketball conference.
Operations Research, 46(1), 1-8, 1998.
3. Schaerf A.,
A survey of automated timetabling.
Artif. Intell. Review, 13(2), 87-127, 1999.
СТУДЕНЧЕСКИЕ ПУБЛИКАЦИИ (на базе курса в МФТИ):
К лекции 3:
1. Левин М.Ш., Сафонов А.В.,
Проектирование и перепроектирование конфигурации оборудования коммуникационной сети.
"Информационные технологии и вычислительные системы",
вып. 4, 63-73, 2006.
(journal site)
(pdf.file)
2. Levin M.Sh., Safonov A.V.,
Improvement of regional telecommunications networks.
J. of Communications Technology and Electronics,
56(6), 770-778, 2011.
(journal site)
Версия на русском:
Левин М.Ш., Сафонов А.В.,
Об улучшении региональной телекоммуникационной сети.
"Информационные процессы",
10(3),212-223, 2010.
3. Levin M.Sh., Safonov A.V.,
Towards modular redesign of networked system.
2nd Int. Congress on Ultra Modern Telecommunications
and Control Systems and Workshops
ICUMT-2010, Moscow, 109-114, 2010.
К лекции 5:
1. Levin M.Sh., Petukhov M.V.,
Connection of users with a telecommunications network:
multicriteria assignment problem.
J. of Communications Technology and Electronics,
55(12), 1532-1541, 2010.
(journal site)
Версия на русском:
Левин М.Ш., Петухов М.В.,
Подключение пользователей к точкам дуступа телекоммуникационной сети
(многокритериальная задача о назначении).
"Информационные процессы", 9(4), 332-342, 2009.
2. Levin M.Sh., Petukhov M.V.,
Multicriteria assignment problem(selection of access points).
Proc. of 23rd
Int. Conf. IEA/AIE 2010,
"Trends in Applied Intelligent Systems",
LNCS 6097, part II,
Springer, pp. 277-287, 2010.
К лекции 6:
1. Levin M.Sh., Khodakovskii I.A.,
Structural composition of the telemetry system.
Automation and Remote Control, 68(9), 1654-1661, 2007.
Abstract in MAIK
Версия на русском:
Левин М.Ш., Ходаковский И.А.,
Композиция структуры телеметрической системы.
"Информационные процессы", 7(2), 191-198, 2007.
2. Levin M.Sh., Vishnitskiy R.O.,
Towards morphological design of GSM network.
"Information Processes" 7(2), 183-190, 2007
3. Levin M.Sh., Sharov S.Yu.,
Hierarchical morphological design of Web-hosting system.
Int. Journal of Integrated Design & Process Science,
13(1), 1-14, 2009.
(journal issue site)
4. Levin M.Sh., Leus A.V.,
Configuration of integrated security system.
7th IEEE Int. Conf. on Industrial Informatics INDIN 2009,
Cardiff, UK,
pp. 101-105, 2009.
6. Levin M.Sh., Fimin A.V.,
Design of modular wireless sensor.
Electronic preprint. 7 pp., March 9, 2012.
http://arxiv.org/abs/1203.2031 [cs.SE]
К лекции 7:
1. Левин М.Ш., Фимин А.В.,
Комбинаторная схема для анализа политических кандидатов и их стратегий.
"Информационные процессы", 9(2), 83-92, 2009.
2. Levin M.Sh., A.O. Merzlyakov,
Composite combinatorial scheme of test planning
(example for microprocessor systems)
IEEE Region 8 Int. Conf. "Sibircon-2008", Novosibirsk,
291-295, 2008.
К лекции 9:
1. Levin M.Sh., Nuriakhmetov R.I.,
Multicriteria Steiner tree problem
for communication network.
Electronic preprint.
http://arxiv.org/abs/1102.2524 [cs.DS], 11 pp., Febr. 12, 2011
2. Levin M.Sh., Zamkovoy A.A.,
Multicriteria Steiner tree with the cost of Steiner vertices.
J. of Communications Technology and Electronics,
56(12), 1527-1542, 2011.
(journal site)
Версия на русском:
Левин М.Ш., Замковой А.А.,
Многокритериальное дерево Штейнера с учетом стоимости вершин Штейнера.
"Информационные процессы", 11(1), 140-160, 2011.