• Sonuç bulunamadı

3.  LİTERATÜR TARAMASI

3.3. Kesin (Exact) Çözüm Yöntemleri

Sezgisel  yöntemlere  göre  literatürde  fazla  tercih  edilmese  de,  kesin  çözüm  yöntemleri  üzerine  de  önemli  çalışmalar  yapılmıştır.    Genel  olarak  dinamik  programlama, dal ve sınır (branch­and­bound) yöntemi, dal ve kesme (branch­and­cut)  yöntemi  ve  0­1  tamsayı  programlama  yöntemleri  tercih  edilmiştir.    Problem  boyutu  kesin çözüm yöntemleri için önemli bir ölçüt olarak karşımıza çıkmaktadır. 

Hayes  and  Norman  (1984)  Dinamik  Programlama  tekniği  ile  Orienteering  yarışması  planlayıcılarının  yarışmacıların  bulması  gereken  kontrol  noktalarını  (hedefleri)  yerleştirmelerine  yardımcı  olmak  amacıyla,  basit  bir  fonksiyonel  denklem  kullanarak,  kontrol  noktaları  arasındaki  optimal  rotaları  analiz  etmişlerdir.    Tamamen  Orienteering  sporuna  yönelik  olan  bu  çalışma  literatür  açısından  ilkler  arasında  yer  aldığından  ve  bu  sporu  anlamaya  da  katkısı  olacağından  detaylı  olarak  incelenmiştir. 

OP  için  bir  uygulama  olmamakla  birlikte  Puan  Orienteering  için  de  benzer  şekilde  optimal rota analizleri yapılabilir. 

Çalışmada özel bir arazide yapılan ve planlayıcıların çok dikkatli olması gereken  4­8 saat gibi uzun zaman alan, sınırlar dahilinde hem fiziksel hem de zihinsel rekabetin

üst  düzeyde  olduğu  zor  yarışmalar  dikkate  alınmıştır.    Kontrol  noktalarının  yanında,  yarışma  hakemleri  ile  kaybolma  ve  sağlık  problemleri  halinde  kurtarma  ekipleri  için  arazide  yer  analizi  yapılmıştır.    Temel  olarak  izohips  bilgilerinden  faydalanarak  bir  çözüme ulaşılmak istenmiştir. 

1/25  000  ölçekli  bir  harita  üzerinde  1  santimetrelik  (arazide  250m)  19x19’luk  gridler  oluşturularak,  kesişim  noktalarındaki  yüksekliklerle  yine  19x19’luk  bir  yükseklik  tablosu  elde  edilmektedir.    Bu  bilgilerden  faydalanarak  optimal  rotalar  bulunmaya  çalışılmaktadır.    Arazisi  kötü  olan  bölüm  yükseklikleri  ve  kontrol  noktalarına ait yükseklikler özel olarak işaretlenmiştir. 

Seyahat süreleri  her  grid  için  ve o gride  yakın  noktalar  arasında  hesap edilmiş,  kurallar  hiking sporunda kullanılan Naismith  Kurallarından türetilmiştir.  Genel olarak  arazinin düzlük olması, tırmanış veya iniş olması ve bu tırmanış ve inişin yüksekliği ile  birlikte  eğimi,  arazinin  zorluk  derecesi  süreyi  belirlemek  için  kullanılan  bilgilerdir. 

Örneğin  1  mil  düzlük  arazi  için  10  dakika,  1  mil  tırmanış  için  10  dakikaya  her  1000’ 

(feet) için 10 dakika ilave edilmektedir. 

2  nokta  arasında  optimal  rotayı  tespit  etmek  için  noktalar  yakın  olsa  bile  çok  farklı  yollar  mevcuttur.  Tanımlanan  yöntemde gridin  merkezinden 2 adımlık (adım:  1  noktadan komşu/yakın  noktaya gidiş)  hareket için 56 farklı  yol, 3 adımlık  hareket  için  ise 368 farklı yol olduğu ve optimal rotanın 20­30 adımdan oluşabileceği belirtilmiştir. 

i  :  ağda herhangi bir nokta,  ) 

(i 

n  : i  noktasından  bir  terminal  noktaya  en  fazla  n  adımda  gitmek  için  optimal (minimum) süre, 

)  ,  (  j i 

t  :  i  noktasından  komşu/yakın  bir  j  noktasına  1  adımda  gitme  süresi  olmak  üzere,  en  kısa  rotayı  bulmak  için  çalışmada  dinamik  programlama  fonksiyonel  denklemi f (i ) =  min j 

[

+ f n- 1 

şeklinde  verilmiştir.    Hesaplama  prosedürü  önce tüm f1(i) olmak üzere, sırasıyla f2(i), f3(i)... değerlerini bulmaktadır.

Örnek haritalar üzerinde bir hedefe gitmek için bilgisayar modeliyle elde edilen  optimal rotalar  verilmiş  ve  yarışmacıların kullandığı rotalarla karşılaştırma  yapılmıştır. 

Çalışmada  yer  alan  Harita  1’de  yarışmayı  kazanan  sporcunun  rotası  ile  bilgisayarın  belirlediği  rota  arasında  son  bölüm  haricinde  büyük  bir  uyum  olduğu  ve  bu  farkın  nedeninin sporcu ile yapılan mülakat neticesinde, sporcunun su ihtiyacını gidermek için  rota  tercihinden  kaynaklandığı  tespit  edilmiştir.    Ayrıca  bilgisayarın  bulduğu  rotaya  göre  diğer  sporcular  son  bölümde  yürürken  kazanan  yarışmacı  rotasını  uzatmasına  rağmen  tüm  rotayı  koşmuştur.    Bilgisayar  ile  tespit  edilen  rotalara  göre,  kurtarma  ekibini yerleştirmek ve yarışmayı kontrol etmek için noktalar önerilmiştir.  Çalışmadaki  Harita  3’te  ise  Karrimor  Dağ  Maratonunda  yarışmacıların  ikili  gruplar  halinde  1981  yılında  koştuğu  parkurun  analizi  yapılmış,  yarışma  sonunda  katılımcıların  sekiz  farklı  rota  kullandıkları  tespit  edilmiştir.    En  çok  tercih  edilen  rota  bilgisayar  tarafından  bulunan  optimal  rotaya  yakın  olmasına  rağmen,  en  iyi  dereceyi  elde  eden  grup  son  bölüm  haricinde  bilgisayar  rotasından  farklı  bir rota izlemiş  ve diğer  yarışmacılar  bazı  yerlerde  yürürken  onlar  kullandıkları  rotada  koşmuşlardır.    Üçüncü  en  iyi  dereceyi  yapan grup planlamacının kullanılacağına ihtimal vermediği bir rota izlemiş ve kayalık  bir  bölgeden dar  bir patika kullanmışlardır.  Bilgisayar  modelinde  bu rota olmamasına  rağmen  (zor  arazi  olarak  tanımlandığından),  pratikte  uygun  bir  rota  olduğundan  veri  bankalarına  özel  girdi  yapılması  gerektiği  belirtilmiştir.    Diğer  bazı  farkların  ise  parkurun  tamamı  stratejisi  yerine  direkt  pusula  yönü,  yüksekliği  kaybetmeme  ve  en  yakın patikaya gitme gibi tekniklerin tercih edilmesinden kaynaklandığı ifade edilmiştir. 

Model  sonuçlarına  göre  arazi  sınıflandırmasının,  kullanılan  grid  aralığının,  yolculuk  sürelerini  hesaplamada  alternatif  yolların  (hızlı  koşucular  nedeniyle  hiking  temelinden  gelen  hesaplamanın  gözden  geçirilmesi  gerekliliği),  yarışmacının  özel  durumu  ve  farklı  optimal  olmayan  yolları  seçme  nedenleri  olabileceğinden  analitik  metodun  gözden  geçirilmesi  gerektiği  ve  en  iyi  stratejinin  kazananın/kazanmanın  stratejisi olduğu belirtilmiştir. 

Orienteering rotalarını planlama ve kontrol noktalarını yerleştirmek için basit bir  dinamik  programlama  modelinin  gösterildiği,  verilerin  toplanmasının  biraz  zaman  alabileceği  ama  bir  kez  yapıldıktan  sonra  aynı  verilerin  defalarca  kullanılabileceği,

planlamacının  kullanacağı  araziyi  incelemesi  gerektiği  ve  bilgisayar  merkezli  bir  sistemle alternatifli çalışmalar yapılabileceği belirtilmiştir. 

Laporte  and  Martello  (1990)  OP  için  literatürde  ilk  kesin  çözüm  yöntemi  çalışmasını yapmışlardır.  Bu çalışmada OP yerine STSP (Selective Traveling Salesman  Problem) tanımı kullanılmış olup, önemli özellikleri başlangıç ile bitiş noktalarının aynı  olması  nedeniyle elde edilecek çözümün  bir tur olması  ve  bu  noktanın puan değerinin  de pozitif olarak alınabilmesidir.  Tüm noktalara pozitif puanlar atanmakta ve noktalar  arasındaki  kuş  uçuşu  mesafe  maliyet  fonksiyonunu  oluşturmaktadır.    Amaç  belli  bir  maliyet  kısıtı  altında  maksimum  puanı  sağlayacak  turun  bulunmasıdır.    Başlangıç  çözümünü oluşturmak için iki adet  sezgisel algoritma kullanılmış, dal ve sınır yöntemi  ile  farklı  sayıda  noktalardan  oluşan  örnek  problemler  üzerinde  çözüm  araştırması  yapılmıştır. 

Başlangıç  çözümü  için  kullanılan  sezgisel  algoritmalardan  ilki  en  yakın  komşulukla  ilgili  olup,  puan/maliyet  oranı  en  büyük  olan  noktalardan  başlayarak  rota  oluşturulmaktadır.    İkinci  sezgisel  algoritmada  ise  rotada  minimum  maliyet  artışına  neden  olan  noktalardan  başlayarak  rota  oluşturulmakta,  bir  noktanın  puanı  ile  rotaya  eklenmesi halinde sağladığı maliyetin oranı dikkate alınmaktadır. 

:  j’nci noktanın ağırlığı, 

* 

z  : sırt çantası probleminin optimal çözüm değeri,  c  : maliyet kısıtı 

Başlangıç  çözümü  olarak  2  sezgisel  algoritma  ile  elde  edilen  en  iyi  sonuç  alınmaktadır.    Hesap  edilen  üst  sınır  başlangıç  çözümüne  eşitse  algoritma  sonlandırılmakta aksi halde dallanma sürecine geçilmektedir. 

Uygulama  aşamasında  algoritma  rassal  olarak  üretilen,  10­90  arası  noktadan  oluşan  problemler  üzerinde  test  edilmiştir.    Problemin  sıkılığı  için  b Î( 0 , 1 ]  kontrol  parametresi  kullanılmış  olup,  parametre  değerinin  büyüklüğünün  problemin  çözüm  kolaylığı  ile doğru orantılı olduğu  ve 20  noktadan sonra  yöntemin etkinliğini  yitirdiği,  işlem  sürelerinin  hızla  büyüdüğü  belirtilmektedir.  Bununla  birlikte kullanılan sezgisel  yöntemler  de  çok  kısa  işlem  süresiyle  optimale  yakın  ve  bazı  durumlarda  optimal  sonuçlar vermiştir. 

Ramesh, et al., (1992) OP’nin optimal çözümü  için dal  ve  sınır  yöntemi  içinde  Lagrange  gevşetmesi  kullanarak,  oluşturulan  algoritmanın  performansını  10­150  arasında noktalardan oluşan test problemleri üzerinde değerlendirmişlerdir.  Çalışmada  OP  için  başlangıç  ve  bitiş  noktaları  aynı  kabul  edilmiş  ve  Orienteering  Tur  Problemi  (OTP) tanımı kullanılmıştır. 

Problem  modellenirken  birbirine  bağlı  iki  noktanın  puanlarının  ortalaması,  bu  iki  nokta arasındaki  yola aktarılmıştır.  Ayrıca  modele puanı  sıfır olan  bir kukla  nokta  ve  tüm  noktalardan  bu  noktaya  maliyeti  sıfır  olan  kukla  yollar  eklenmektedir. 

Algoritma;  başlangıç  Lagrange  çarpanlarının  seçimi  ve  dal  sınır  süreci  olmak  üzere  2  temel aşamadan meydana gelmektedir.  Bu aşamalar ise başlangıç çarpanlarının seçimi,  çarpanların  geliştirilmesi,  bütçe  kısıtı  için  ölçek  faktörü  seçimi,  alt  ve  üst  sınırların  hesaplanması,  problem  boyutunun  indirgenmesi,  ayırma  ve  dallanma  kurallarından  meydana  gelmektedir.    Algoritma  Fortran  77    yazılımı  ile  kodlanarak  oluşturulan  test  problemleri  üzerinde  başarıyla  uygulanmış  ve  orta  ile  büyük  boyut  arasında  problemlerin çözümü için elverişli olduğu belirtilmiştir. 

Leifer,  et  al.,  (1994)  OP’nin  optimal  çözümü  için  0­1  tamsayı  programlama  modelinde  doğrusal  programlama  (LP)  gevşetmesi  kullanmışlardır.    Çalışmada  LP

gevşetmesi  kısıtlar  ve  geçerli  eşitsizlikler  eklemek  suretiyle  sıkılaştırılmıştır.    Üst  sınırları  elde  etmek  için  3  adet  doğrusal  programın  çözümünden  oluşan  bir  prosedür  kullanılmış,  Tsiligirides’in  test  problemleri  üzerinde  yöntem  test  edilerek  literatürdeki  bilinen en iyi alt sınırlar ile elde edilen üst sınırlar arasında %5’ten az bir sapma olduğu  belirtilmiştir. 

Problemin  0­1  tamsayı  programlama  modeli  verilmiş,  takiben  0­1  şartları  gevşetilerek  bir  noktanın  sadece  bir  kez  ziyaret  edilmesini  sağlayan  bağlantı  kısıtı  modelden çıkarılmıştır.  Modele yeni kısıtlar ve geçerli eşitsizlikler eklenerek çözülmüş  ve sonuçlar incelendikten sonra modele ilave kesmeler eklenerek yeniden çözülmüştür. 

Çalışmada  kısıt  eklemeden  önceki  temel  LP  gevşetmesi  modeli  ile  kesme  ve  eşitsizlikler  eklenerek  sıkılaştırılan  üç  LP  gevşetmesi  programı  ve  literatürdeki  bilinen  en  iyi  alt  sınır,  test  problemleri  üzerinde  gösterilmiştir.    Ayrıca  ortalama  kısıt  sayısı,  değişken sayısı, ortalama işlem süreleri ve alt sınıra göre sapma yüzdeleri verilmiştir. 

Fishetti,  et  al.,  (1998)  OP’nin  optimal  çözümü  için  dal  ve  kesme  metodunu  kullanmışlar  ve  500  noktaya  kadar  olan  problemler  üzerinde  kabul  edilebilir  işlem  süreleri  dahilinde  başarılı  sonuçlar  elde  edildiğini  belirtmişlerdir.    Kesin  çözüm  yöntemleri  içinde  iddialı  olan  bu  çalışmanın  dikkatli  ve  detaylı  biçimde  incelenmesi  gerekmektedir. 

Erken  elde  edilebilecek  geçerli  ve  iyi  bir  OP  çözümü  dal  ve  kesme  algoritmasının  performansını  artıracağından,  önce  doğrusal  programlama  bilgileriyle  yönlendirilen  iki  aşamalı  bir  sezgisel  yöntem  kullanılmaktadır.    Daha  sonra  kesme  düzlemi  aşaması  uygulanmakta  ve  son  olarak    dallanma  işlemine  başvurulmaktadır. 

Algoritmanın  C  programlama  diliyle  kodlanarak  literatürdeki  test  problemleri,  bazı  gerçek  problemler  ve  rassal  oluşturulan  farklı  boyutlardaki  problemler  üzerinde  test  edildiği ve başarılı sonuçlara ulaşıldığı belirtilmiştir. 

Kataoka,  et  al.,  (1998)  OP  yerine  Puan  Orienteering  Problemi  (SOP)  tanımını  kullanmışlar  ve SOP için MD1SP (Minimum Directed 1­Subtree Problem) yaklaşımını

ortaya koymuşlardır.  Çalışmada alt sınırları iyileştirmek için bir kesme ve ikil simpleks  metodu ile bir Lagrange gevşetmesi metodu tanımlanmış olup, bu 2 metot bir algoritma  ile birleştirilmiştir.  Algoritmanın rassal olarak üretilen test problemleri ile Kataoka and  Morito’da  (1991)  olduğu  gibi  oluşturulan  test  problemleri  üzerinde  başarıyla  uygulandığı belirtilmiştir. 

Boussier, et al., (2006) TOP  için 100  noktaya kadar  optimal çözüm araştırması  imkanı sağlayan bir BP (Branch and Price) algoritması kullanmışlardır.  Bu çalışmanın  TOP  için  yapılan  ilk  kesin  çözüm  yöntemi  çalışması  olarak  kabul  edilebileceği  belirtilmiştir.    Önerilen  yöntemin  farklı  OP  yaklaşımlarında  da  kullanılabileceği  ifade  edilmektedir.    Dal  ve  fiyat  algoritması,  dal  ve  sınır  yöntemi  ile  CG  (Column  Generation)  yöntemlerinin  bileşimi  şeklindedir.    Algoritmanın  performansını  artırmak  için  hızlanma  teknikleri  uygulanmıştır.    Algoritma  2,  3  ve  4  elemanlı  takımlardan  ve  farklı  nokta  sayılarından  oluşan  TOP  test  problemleri  ile  50  ve  100  noktadan  oluşan  SVRPTW  (Selective  Vehicle  Routing  Problem  with  Time  Windows)  test  problemleri  üzerinde incelenmiştir.