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8/6/2019 Travelling Salesmen Scheduling

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T h e T r a v e l i n g S a l e s m a n a n d S e q u e n c e S c h e d u l i n g : Q u a l i t y

S o l u t i o n s U s i n g G e n e t i c E d g e R e c o m b i n a t i o n

D a r r e l l W h i t l e y T i m o t h y S t a r k w e a t h e r D a n i e l S h a n e r


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C h a p t e r 1

1 . 1 I N T R O D U C T I O N

S c h e d u l i n g p o s e s a d i c u l t p r o b l e m i n n u m e r o u s a p p l i c a t i o n a r e a s . R e a l i s t i c s c h e d u l i n g p r o b l e m s

i n v o l v e c o n s t r a i n t s t h a t o f t e n c a n n o t b e p r e c i s e l y d e n e d m a t h e m a t i c a l l y . A s a r e s u l t , t r a d i t i o n a l

o p t i m i z a t i o n m e t h o d s a r e n o t a l w a y s a p p l i c a b l e f o r m a n y s c h e d u l i n g a n d s e q u e n c i n g p r o b l e m s o r

a r e n o t a s e e c t i v e a s w e w o u l d l i k e . G e n e t i c a l g o r i t h m s n o t o n l y o e r a m e a n s o f o p t i m i z i n g

i l l - s t r u c t u r e d p r o b l e m s , b u t a l s o h a v e t h e a d v a n t a g e o f b e i n g a g l o b a l s e a r c h t e c h n i q u e .

W e h a v e d e v e l o p e d a g e n e t i c o p e r a t o r t h a t g e n e r a t e s h i g h - q u a l i t y s o l u t i o n s f o r s e q u e n c i n g o r

o r d e r i n g p r o b l e m s ; t h e p e r f o r m a n c e o f t h i s o p e r a t o r i s a l l t h e m o r e r e m a r k a b l e b e c a u s e i t d o e s n o t

r e q u i r e a n y h e u r i s t i c o r l o c a l o p t i m i z a t i o n i n f o r m a t i o n . I n f a c t , a s i s t y p i c a l w i t h g e n e t i c s e a r c h ,

a l l t h a t i s r e q u i r e d i s t h a t i t b e p o s s i b l e t o o b t a i n s o m e o v e r a l l e v a l u a t i o n o f a s e q u e n c e r e l a t i v e

t o o t h e r s e q u e n c e s . W e r e f e r t o t h i s o p e r a t o r a s g e n e t i c e d g e r e c o m b i n a t i o n . T o d e m o n s t r a t e t h e

e e c t i v e n e s s o f t h i s o p e r a t o r o n a w i d e l y k n o w n s e q u e n c i n g p r o b l e m w e h a v e a p p l i e d i t t o t h e

T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m . T h i s p r o b l e m i n v o l v e s n d i n g t h e s h o r t e s t H a m i l t o n i a n p a t h o r c y c l e

i n a c o m p l e t e g r a p h o f n n o d e s . T h i s p r o b l e m i s a c l a s s i c e x a m p l e o f a n N P - h a r d p r o b l e m ; a l l k n o w n

m e t h o d s o f n d i n g a n e x a c t s o l u t i o n i n v o l v e s e a r c h i n g a s o l u t i o n s p a c e t h a t g r o w s e x p o n e n t i a l l y

w i t h n , t h e n u m b e r o f n o d e s i n t h e g r a p h . I n t h i s c h a p t e r w e r e p o r t r e s u l t s f o r 3 0 a n d 1 0 5 c i t y

p r o b l e m s t h a t a r e s u p e r i o r t o o u r p r e v i o u s l y r e p o r t e d r e s u l t s o n t h e s e p r o b l e m s ( W h i t l e y e t a l . , 1 9 8 9 ) .

A l t h o u g h t h i s o p e r a t o r p r o d u c e s e x c e l l e n t r e s u l t s o n t h e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m , t h e

s i g n i c a n c e o f t h e o p e r a t o r g o e s w e l l b e y o n d t h i s p a r t i c u l a r p r o b l e m . B e c a u s e t h e o p e r a t o r o n l y

l o o k s a t t h e t o t a l e v a l u a t i o n o f a s e q u e n c e , i t c a n b e a p p l i e d t o a n y g e n e r a l s e q u e n c i n g p r o b l e m .

I t t h e r e f o r e r e p r e s e n t s a g e n e r a l a p p r o a c h t o s e q u e n c i n g s c h e d u l i n g w h i c h p r o d u c e s a g l o b a l s e a r c h

a n d w h i c h , d e s p i t e i t s g e n e r a l p u r p o s e n a t u r e , p r o d u c e s r e s u l t s t h a t a r e c o m p e t i t i v e w i t h o t h e r ,

m o r e d o m a i n - s p e c i c m e t h o d s a s i l l u s t r a t e d i n t h e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m .

W e h a v e b u i l t a p r o t o t y p e s c h e d u l e r t h a t i s b a s e d o n a p r o d u c t i o n l i n e s c h e d u l i n g p r o b l e m

e n c o u n t e r e d a t a H e w l e t t - P a c k a r d m a n u f a c t u r i n g s i t e i n F o r t C o l l i n s , C o l o r a d o . O u r r e c e n t w o r k

w i t h t h i s s c h e d u l i n g s y s t e m l o o k s a t v a r i o u s a s s u m p t i o n s a b o u t t h e o w o f j o b s a l o n g t h e p r o d u c t i o n

l i n e . A c a r e f u l a n a l y s i s o f t h i s p r o b l e m h a s r e v e a l e d b o t h n e w s t r e n g t h s a n d w e a k n e s s e s i n t h e

o p e r a t o r f o r s p e c i c t y p e s o f p r o b l e m s . S p e c i c a l l y , w e c o m p a r e a s t r i c t F i r s t - I n - F i r s t - O u t ( F I F O )

o r d e r i n g o f j o b s t o a n o t h e r a p p r o a c h t h a t a l l o w s r e o r d e r i n g o f j o b s b e t w e e n m a c h i n e s u s i n g h e u r i s t i c

r u l e s . S u r p r i s i n g l y , o u r d a t a s u g g e s t t h a t u s i n g t h e g e n e t i c a l g o r i t h m a l o n e o n t h e m o r e d i c u l t ,

s t r i c t F I F O s e q u e n c i n g p r o b l e m c a n p r o d u c e c o m p e t i t i v e r e s u l t s w i t h t h e h y b r i d a l g o r i t h m t h a t

c o m b i n e s t h e g e n e t i c s e a r c h w i t h g r e e d y s c h e d u l i n g h e u r i s t i c s a n d t h a t a l l o w s r e o r d e r i n g o f j o b s

b e t w e e n m a c h i n e s . T h i s r e s u l t n o t o n l y d e m o n s t r a t e s t h e a d v a n t a g e s o f g l o b a l s e a r c h , b u t i t a l s o

m a k e s o u r r e s u l t s m o r e u s e f u l f o r a w i d e r v a r i e t y o f r e a l - w o r l d s c h e d u l i n g a p p l i c a t i o n s .

W e h a v e a l s o s t u d i e d c l a s s e s o f p r o b l e m s t h a t c a u s e d i c u l t y f o r g e n e t i c s e a r c h . W e s h o w

t h a t f o r a p r o b l e m w i t h m u l t i p l e s o l u t i o n s t h e g e n e t i c a l g o r i t h m m a y c o n v e r g e t o a c o m p e t i t i v e ,

1


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2 C H A P T E R 1 .

y e t s u b o p t i m a l , s o l u t i o n . S p e c i c a l l y , t h i s c a n o c c u r w h e n t w o c o m p e t i t i v e b u t d i s s i m i l a r p a r e n t s

r e p r o d u c e . B y d i s s i m i l a r , w e m e a n t h a t t h e y r e p r e s e n t d i e r e n t s o l u t i o n s , w h i c h w h e n r e c o m b i n e d

p r o d u c e d i s f u n c t i o n a l o r u n c o m p e t i t i v e o s p r i n g .

F i n a l l y , t h e r e s u l t s p r e s e n t e d h e r e a r e i n p a r t b a s e d o n e n h a n c e m e n t s w e h a v e m a d e t o o u r

g e n e t i c a l g o r i t h m i m p l e m e n t a t i o n . O u r a l g o r i t h m , w h i c h w e r e f e r t o a s G E N I T O R , d i e r s f r o m

m o s t s t a n d a r d g e n e t i c a l g o r i t h m i m p l e m e n t a t i o n s i n t h a t i t e m p l o y s o n e - a t - a - t i m e r e c o m b i n a t i o n

w h e r e t h e b e s t s t r i n g s a l w a y s s u r v i v e a n d i t u s e s a r a n k - b a s e d m e t h o d o f a l l o c a t i n g r e p r o d u c t i v e

t r i a l s ( W h i t l e y , 1 9 8 9 ; W h i t l e y a n d K a u t h , 1 9 8 8 ) . W e h a v e s h o w n t h a t a d i s t r i b u t e d v e r s i o n o f t h i s

a l g o r i t h m c a n a c t u a l l y p r o d u c e i m p r o v e d r e s u l t s o v e r t h e s e r i a l a l g o r i t h m . T h i s i s i m p o r t a n t , n o t

o n l y b e c a u s e o f t h e p o t e n t i a l f o r i m p r o v e d o p t i m i z a t i o n , b u t a l s o b e c a u s e a d i s t r i b u t e d i m p l e m e n -

t a t i o n c a n m a k e i t p o s s i b l e t o o b t a i n r e s u l t s a n o r d e r o f m a g n i t u d e f a s t e r t h a n w o u l d b e p o s s i b l e

w i t h a s e r i a l s e a r c h .

1 . 2 T H E E D G E R E C O M B I N A T I O N O P E R A T O R

T h e k e y t o s o l v i n g a p r o b l e m s u c h a s t h e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m u s i n g g e n e t i c a l g o r i t h m s i s

t o d e v e l o p a n e n c o d i n g t h a t a l l o w s r e c o m b i n a t i o n t o o c c u r i n a m e a n i n g f u l w a y .

C o n s i d e r t h e f o l l o w i n g t o u r s : A B C D E F ] a n d B D C A E F ] . I f w e e x t r a c t t h e \ l i n k "

i n f o r m a t i o n i n t h e t o u r , w e h a v e \ a b b c c d d e e f a f " a n d \ b d d c c a a e e f b f " a s p a r e n t t o u r s

W e a s s u m e t h a t t h e t o u r s a r e c i r c u l a r ; t h e j o u r n e y n i s h e s a g a i n a t t h e i n i t i a l c i t y , t h u s f o r m i n g

a H a m i l t o n i a n c y c l e . A l s o n o t e t h a t e d g e \ a b " h a s e x a c t l y t h e s a m e v a l u e a s \ b a . " A l l t h a t i s

i m p o r t a n t i s t h e v a l u e o f t h e l i n k , n o t i t s d i r e c t i o n . T h u s , a n i d e a l o p e r a t o r s h o u l d c o n s t r u c t a n

o s p r i n g t o u r b y e x c l u s i v e l y u s i n g l i n k s p r e s e n t i n t h e t w o p a r e n t s t r u c t u r e s . O n a v e r a g e , t h e s e

e d g e s s h o u l d r e e c t t h e g o o d n e s s o f t h e p a r e n t s t r u c t u r e . T h e r e i s n o r a n d o m i n f o r m a t i o n t h a t

m i g h t d r i v e t h e s e a r c h t o w a r d a r b i t r a r y l i n k s i n t h e s e a r c h s p a c e . T h u s , a n o p e r a t o r t h a t p r e s e r v e s

e d g e s w i l l e x p l o i t a m a x i m a l a m o u n t o f i n f o r m a t i o n f r o m t h e p a r e n t s t r u c t u r e s . O p e r a t o r s t h a t

b r e a k l i n k s i n t r o d u c e u n w a n t e d m u t a t i o n .

T h e e d g e r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r w e h a v e d e v e l o p e d u s e s a n \ e d g e m a p " t o c o n s t r u c t a n o -

s p r i n g t h a t i n h e r i t s a s m u c h i n f o r m a t i o n a s p o s s i b l e f r o m t h e p a r e n t s t r u c t u r e s . T h i s e d g e m a p

s t o r e s a l l t h e c o n n e c t i o n s f r o m t h e t w o p a r e n t s t h a t l e a d i n t o a n d o u t o f a c i t y . S i n c e t h e d i s t a n c e

i s t h e s a m e b e t w e e n t w o c i t i e s w h e t h e r o n e i s c o m i n g o r g o i n g , e a c h c i t y w i l l h a v e a t l e a s t t w o a n d

a t m o s t f o u r e d g e a s s o c i a t i o n s ( t w o f r o m e a c h p a r e n t ) . A n e x a m p l e o f a n e d g e m a p , t h e o p e r a t i o n

o f t h e r e c o m b i n a t i o n m e t h o d , a n d a n e x a m p l e o f r e c o m b i n a t i o n a r e g i v e n i n g u r e 1 . 1 .

T h e p r o b l e m t h a t h a s n o r m a l l y o c c u r r e d w i t h e d g e r e c o m b i n a t i o n i s t h a t c i t i e s a r e o f t e n l e f t

w i t h o u t a c o n t i n u i n g e d g e ( G r e f e n s t e t t e , 1 9 8 7 ) . T h u s c i t i e s b e c o m e i s o l a t e d s o t h a t a n e w e d g e h a s

t o b e i n t r o d u c e d . U s i n g a n e d g e m a p w e c a n c h o o s e \ n e x t c i t i e s " i n s u c h a w a y t h a t t h o s e c i t i e s

t h a t c u r r e n t l y h a v e t h e f e w e s t u n u s e d e d g e s ( a n d t h u s a p p e a r t o h a v e t h e h i g h e s t p r o b a b i l i t y o

b e i n g i s o l a t e d ) h a v e p r i o r i t y f o r b e i n g c h o s e n n e x t . O f c o u r s e , t h e r e m u s t b e a c o n n e c t i n g e d g e t o

a c i t y b e f o r e i t i s a c t u a l l y a c a n d i d a t e , b u t a t a n y p o i n t i n t i m e t h e r e a r e u p t o t h r e e c a n d i d a t e s

( a n d u p t o f o u r i n t h e c a s e o f t h e i n i t i a l c i t y ) , a n d t h e c a n d i d a t e w i t h t h e f e w e s t e d g e c o n n e c t i o n s

i s c h o s e n . I n t h e c a s e o f a t i e t h e a l g o r i t h m c h o o s e s r a n d o m l y f r o m a m o n g t h e c a n d i d a t e e d g e s .

N o t e t h a t t h e o n e e d g e t h a t t h e e d g e r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r f a i l s t o e n f o r c e i s t h e e d g e t h a t

g o e s f r o m t h e n a l c i t y t o t h e i n i t i a l c i t y . O n H a m i l t o n i a n p a t h s , t h i s i s n o t a n i s s u e , b u t o n

H a m i l t o n i a n c y c l e s i t m e a n s t h a t a l i m i t e d a m o u n t o f m u t a t i o n i s l i k e l y t o o c c u r ( o n a t m o s t o n e

l i n k i n t h e o s p r i n g , i . e . , a t a r a t e o f 1 / n w h e r e n i s t h e l e n g t h o f t h e t o u r ) . B y a l l o w i n g d i e r e n t

c i t i e s t o o c c u p y t h e i n i t i a l p o s i t i o n i n d i e r e n t g e n o t y p e s , t h i s m u t a t i o n i s d i s t r i b u t e d o v e r t h e

v a r i o u s l i n k s .


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1 . 2 . T H E E D G E R E C O M B I N A T I O N O P E R A T O R 3

T h e e d g e m a p s t o r e s a l l t h e c o n n e c t i o n s f r o m t h e t w o p a r e n t s t h a t l e a d i n t o a n d o u t o f a

c i t y . C o n s i d e r t h e s e t o u r s : A B C D E F ] a n d B D C A E F ] . T h e e d g e m a p f o r t h e s e

t o u r s i s a s f o l l o w s :

A h a s e d g e s t o : B F C E D h a s e d g e s t o : C E B

B h a s e d g e s t o : A C D F E h a s e d g e s t o : D F A

C h a s e d g e s t o : B D A F h a s e d g e s t o : A E B

T H E R E C O M B I N A T I O N A L G O R I T H M

1 . C h o o s e t h e i n i t i a l c i t y f r o m o n e o f t h e t w o p a r e n t t o u r s . ( I t c a n b e c h o s e n r a n d o m l y o r

a c c o r d i n g t o c r i t e r i a o u t l i n e d i n s t e p 4 . ) T h i s i s t h e " c u r r e n t c i t y . "

2 . R e m o v e a l l o c c u r r e n c e s o f t h e " c u r r e n t c i t y " f r o m t h e l e f t - h a n d s i d e o f t h e e d g e m a p .

( T h e s e c a n b e f o u n d b y r e f e r r i n g t o t h e e d g e l i s t f o r t h e c u r r e n t c i t y . )

3 . I f t h e c u r r e n t c i t y h a s e n t r i e s i n i t s e d g e l i s t g o t o s t e p 4 ; o t h e r w i s e , g o t o s t e p 5 .

4 . D e t e r m i n e w h i c h o f t h e c i t i e s i n t h e e d g e l i s t o f t h e c u r r e n t c i t y h a s t h e f e w e s t e n t r i e s

i n i t s o w n e d g e l i s t . T h e c i t y w i t h t h e f e w e s t e n t r i e s b e c o m e s t h e " c u r r e n t c i t y . " T i e s a r e

b r o k e n r a n d o m l y . G o t o s t e p 2 .

5 . I f t h e r e a r e n o r e m a i n i n g " u n v i s i t e d " c i t i e s , t h e n S T O P . O t h e r w i s e , r a n d o m l y c h o o s e a n

" u n v i s i t e d " c i t y a n d g o t o s t e p 2 .

A N E X A M P L E

1 . T h e n e w " c h i l d " t o u r i s i n i t i a l i z e d w i t h o n e o f t h e t w o i n i t i a l c i t i e s f r o m i t s p a r e n t s .

I n i t i a l c i t i e s A a n d B b o t h h a v e f o u r e d g e s ; r a n d o m l y c h o o s e B .

2 . T h e e d g e l i s t f o r B i n d i c a t e s t h e c a n d i d a t e s f o r t h e n e x t c i t y a r e A C D a n d F . C , D

a n d F a l l h a v e t w o e d g e s : t h e i n i t i a l t h r e e m i n u s B . A n o w h a s t h r e e e d g e s a n d t h u s i s n o t

c o n s i d e r e d . A s s u m e C i s r a n d o m l y c h o s e n .

3 . C n o w h a s e d g e s t o A a n d D . D i s c h o s e n n e x t , s i n c e i t h a s f e w e r e d g e s .

4 . D o n l y h a s a n e d g e t o E , s o E i s c h o s e n n e x t .

5 . E h a s e d g e s t o A a n d F , b o t h o f w h i c h h a v e o n e e d g e l e f t . R a n d o m l y c h o o s e A .

6 . A m u s t n o w g o t o F .

T h e r e s u l t i n g t o u r i s B C D E A F ] a n d i s c o m p o s e d e n t i r e l y o f e d g e s t a k e n f r o m t h e t w o

p a r e n t s .

F i g u r e 1 . 1 : T h e e d g e m a p p e d r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r


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4 C H A P T E R 1 .

O u r t e s t o v e r s e v e r a l r a n d o m r e c o m b i n a t i o n s f o r p r o b l e m s o f v a r i o u s s i z e s i n d i c a t e s t h a t m u t a -

t i o n r a t e s a r e l o w , t y p i c a l l y r a n g i n g f r o m 1 t o 5 p e r c e n t .

1 . 2 . 1 E d g e R e c o m b i n a t i o n a n d S c h e m a T h e o r y

T h e t h e o r y b e h i n d m o s t g e n e t i c a l g o r i t h m i m p l e m e n t a t i o n s a s s u m e s t h a t r e c o m b i n a t i o n a n d s e l e c -

t i o n c h a n g e t h e s a m p l i n g r a t e o f h y p e r p l a n e s i n a n n - d i m e n s i o n a l h y p e r c u b e , w h e r e n r e f e r s t o t h e

l e n g t h o f s o m e e x p l i c i t o r u n d e r l y i n g b i n a r y r e p r e s e n t a t i o n o f t h e p r o b l e m . I t i s p o s s i b l e t o s h o w

t h a t o u r r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r i n f a c t m a n i p u l a t e s a n u n d e r l y i n g b i n a r y e n c o d i n g o f t h e T r a v e l -

i n g S a l e s m a n P r o b l e m t h a t l a r g e l y c o n f o r m s t o t h e e x i s t i n g t h e o r y . A l t h o u g h t h e p u r p o s e o f t h i s

c h a p t e r i s t o m o t i v a t e a p p l i c a t i o n s l a r g e l y b y w a y o f e x a m p l e , h a v i n g a m a t h e m a t i c a l f o u n d a t i o n

t h a t a l l o w s u s t o a c c o u n t f o r r e s u l t s n o t o n l y m a k e s i t e a s i e r t o e x p l a i n a n d j u s t i f y t h e a p p r o a c h ,

b u t i t a l s o p r o v i d e s a t h e o r e t i c a l b a s e f r o m w h i c h t o e x t e n d a n d i m p r o v e t h e m e t h o d . W e w i l l n o t

r e v i e w t h e f u n d a m e n t a l t h e o r e m o f g e n e t i c a l g o r i t h m s ( r a t h e r s e e G o l d b e r g , 1 9 8 9 ; H o l l a n d , 1 9 7 5

S c h a e r , 1 9 8 7 ; W h i t l e y a n d S t a r k w e a t h e r , 1 9 9 0 ) b u t F i g u r e 1 . 2 d o e s d e m o n s t r a t e h o w t h e T r a v e l i n g

S a l e s m a n P r o b l e m c a n b e r e p r e s e n t e d b y a b i n a r y e n c o d i n g a n d h o w e d g e m a p p e d r e c o m b i n a t i o n

r e s u l t s i n t h e r e c o m b i n a t i o n o f t h e u n d e r l y i n g b i n a r y e n c o d i n g .

T h i s a n a l y s i s a l s o r e v e a l s a n o t h e r s o u r c e o f m u t a t i o n ( o n e p o i n t e d o u t t o u s b y D a v i d S c h a e r )

N o t i c e t h a t a m u t a t i o n o c c u r s i n t h e v e r y l a s t b i t p o s i t i o n . T h i s i s d u e t o \ m u t a t i o n b y o m i s s i o n . "

T h e e d g e \ e f " o c c u r r e d i n b o t h p a r e n t s b u t w a s n o t p a s s e d o n t o t h e o s p r i n g . I f o n e p a r e n t v i s i t s

c i t i e s . . . H C D F . . . ] a n d t h e o t h e r p a r e n t v i s i t s c i t i e s . . . J C D K . . . ] t h e n t h e r e a r e t w o

w a y s o f r e c o m b i n i n g t h e s e e d g e s : o n e t h a t u s e s t h e c o m m o n e d g e \ c d " a n d o n e t h a t d o e s n o t

F o r e x a m p l e , a n o s p r i n g c o n t a i n i n g t h e f r a g m e n t . . . J C D F . . . ] r e c o m b i n e s t h e t w o p a r e n t s a n d

u s e s t h e c o m m o n e d g e \ c d . " H o w e v e r , a n o s p r i n g c a n i n h e r i t t h e f o l l o w i n g s e q u e n c e f r a g m e n t s

. . . H C J . . . K D F . . . ] w i t h o u t i n t r o d u c i n g a n y e d g e o t h e r t h a n t h o s e t a k e n f r o m t h e t w o p a r e n t s

W e d e s c r i b e t h i s a s m u t a t i o n b y o m i s s i o n . T h i s k i n d o f i m p l i c i t m u t a t i o n o c c u r s o n l y i f a s i n g l e

c o m m o n e d g e i s p r e s e n t ; i f m o r e t h a n o n e c o n t i g u o u s c o m m o n e d g e o c c u r s b e t w e e n t w o p a r e n t s

t h e m u t a t i o n , i f i t o c c u r s , w i l l b e a n e x p l i c i t o n e , s i n c e a t l e a s t o n e c o m m o n e d g e w i l l b e i s o l a t e d

i f t h e r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r d o e s n o t u s e a l l t h e c o m m o n e d g e s t o g e t h e r .

D e s p i t e o c c a s i o n a l e x p l i c i t a n d i m p l i c i t m u t a t i o n , e d g e r e c o m b i n a t i o n i s c l e a r l y m a n i p u l a t i n g

s c h e m a t a i n t h i s r e p r e s e n t a t i o n s p a c e . I f t h e g e n e t i c a l g o r i t h m a c t u a l l y u s e d t h i s b i n a r y r e p r e -

s e n t a t i o n , t h e r e w o u l d b e n o c l u e a s t o w h i c h r e c o m b i n a t i o n s r e s u l t i n l e g a l t o u r s . N e v e r t h e l e s s

t h i s c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e p r o b l e m a l l o w s u s t o r e l a t e t h e b e h a v i o r o f o u r o p e r a t o r t o t h e e x i s t i n g

t h e o r y .

1 . 2 . 2 R e s u l t s f o r t h e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m

O u r e x p e r i m e n t s w i t h t h e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m i n v o l v e t h e u s e o f a s e r i a l i m p l e m e n t a t i o n

o f G E N I T O R a n d a d i s t r i b u t e d v e r s i o n o f G E N I T O R t h a t a l l o w s s w a p p i n g ( o r \ m i g r a t i o n " ) o f

i n d i v i d u a l s b e t w e e n s u b p o p u l a t i o n s . T h e d i s t r i b u t e d a l g o r i t h m u s e s 1 0 s u b p o p u l a t i o n s , e a c h o

w h i c h i s p e r f o r m i n g a t y p i c a l g e n e t i c s e a r c h e x c e p t f o r t h e f a c t t h a t c o p i e s o f t h e b e s t s t r i n g s a r e

p a s s e d t o n e i g h b o r i n g s u b p o p u l a t i o n s a t r e g u l a r i n t e r v a l s . T h e m o t i v a t i o n b e h i n d t h e d i s t r i b u t e d

a l g o r i t h m a s w e l l a s a m o r e t h o r o u g h d i s c u s s i o n o f r e s u l t s f o r a v a r i e t y o f p r o b l e m s a r e p r e s e n t e d

e l s e w h e r e ( s e e W h i t l e y a n d S t a r k w e a t h e r , 1 9 9 0 ) .

O n 3 0 c i t y a n d 1 0 5 c i t y T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m s , t h e d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m c o n -

s i s t e n t l y n d s g o o d s o l u t i o n s . T h e b e s t k n o w n s o l u t i o n f o r t h e 3 0 c i t y p r o b l e m i s 4 2 0 . ( A c t u a l l y

i t i s 4 2 0 i f o n e r o u n d s o t h e d i s t a n c e b e t w e e n e d g e s b e f o r e s u m m i n g ; i t i s 4 2 4 i f w e s u m t h e r e a

v a l u e d e d g e s a n d t h e n r o u n d . T h e r e h a s b e e n s o m e c o n f u s i o n a b o u t t h i s i n t h e l i t e r a t u r e . O l i v e r


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1 . 2 . T H E E D G E R E C O M B I N A T I O N O P E R A T O R 5

T h e t o u r A B C D E F ] h a s t h e f o l l o w i n g e d g e s : a b , b c , c d , d e , a n d e f . A l l p o s s i b l e e d g e s

i n t h i s s i x c i t y p r o b l e m a r e :

e fd fd eb e c f c ec db fb db ca fa ea da ca b

T h e H a m i l t o n i a n c y c l e A B C D E F ] c a n b e r e p r e s e n t e d a s a b i n a r y m a s k t h a t i n d i c a t e s

w h i c h l i n k s a r e p r e s e n t . T h i s i s i l l u s t r a t e d i n t h e f o l l o w i n g t a b l e .

0 11001000110001


C o n s i d e r a g a i n t h e t o u r s A B C D E F ] a n d B D C A E F ] . W e n o w a d d t h i s s e c o n d t o u r

a s t h e s e c o n d b i n a r y m a s k i n t h e t a b l e .

100001101001010

0 11001000110001


N o w c o n s i d e r t h e f o l l o w i n g o s p r i n g : B C D E A F ] . W e a d d t h e m a s k f o r t h i s t o u r a s

t h e t h i r d b i n a r y s t r i n g i n o u r t a b l e .

001001100111000

100001101001010

0 11001000110001


T o s i m p l i f y t h e b i n a r y m a s k , w e r e m o v e a l l t h o s e b i t p o s i t i o n s w h e r e n e i t h e r p a r e n t h a s

a n e d g e , a n d i n d i c a t e h o w r e c o m b i n a t i o n o c c u r r e d .

H

H

H

H

H

H

H

H

P

P

P

P

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0111011100

1011100110

1110011001


N o t i c e t h a t a m u t a t i o n o c c u r s i n t h e v e r y l a s t b i t p o s i t i o n . T h i s i s d u e t o " m u t a t i o n b y

o m i s s i o n . " T h e e d g e " e f " o c c u r r e d i n b o t h p a r e n t s b u t w a s n o t p a s s e d o n t o t h e o s p r i n g .

F i g u r e 1 . 2 : T h e f o l l o w i n g i l l u s t r a t e s h o w a T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m c a n b e m a p p e d t o a n u n -

d e r l y i n g b i n a r y e n c o d i n g a n d a l s o i n d i c a t e s h o w e d g e m a p p e d r e c o m b i n a t i o n a c t s o n t h e u n d e r l y i n g

b i n a r y e n c o d i n g .


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6 C H A P T E R 1 .

e t a l . ( 1 9 8 7 ) r e p o r t a n o p t i m a l s o l u t i o n o f 4 2 4 , b u t t h e a c t u a l t o u r t h e y g i v e i s n o t o p t i m a l : i t h a s

a l e n g t h o f 4 2 4 i f w e r s t r o u n d o t h e d i s t a n c e a s s o c i a t e d w i t h t h e e d g e s a n d t h e n s u m . T h i s

e x p l a i n s d i s c r e p a n c i e s w e n o t e d i n a p r e v i o u s p u b l i c a t i o n W h i t l e y e t a l . , 1 9 8 7 ] . ) U s i n g t h e s e r i a

v e r s i o n o f G E N I T O R , a p o p u l a t i o n o f 2 , 0 0 0 , a n d a l l o w i n g u p t o 7 0 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s , w e f o u n d

t h e o p t i m a l s o l u t i o n o f 4 2 0 o n 2 8 o u t o f 3 0 r u n s . O n t h e o t h e r t w o r u n s w e f o u n d t h e n e a r - o p t i m a

s o l u t i o n o f 4 2 1 . W e w e r e s o m e w h a t s u r p r i s e d b y t h e s e r e s u l t s . I n o u r p r e v i o u s e x p e r i m e n t s w e d i d

n o t n d s o l u t i o n s t h i s c o n s i s t e n t l y o r t h i s g o o d . T h e o n l y d i e r e n c e b e t w e e n t h e s e r e s u l t s a n d o u r

p r e v i o u s r e s u l t s i s a d i e r e n c e i n p o p u l a t i o n s i z e . W e h a d l i m i t e d o u r e x p e r i m e n t s t o p o p u l a t i o n s o

1 0 0 t o 5 0 0 . W i t h i n t h i s r a n g e , w e f o u n d t h a t p o p u l a t i o n s o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 0 t o 3 0 0 s e e m t o w o r k

b e s t . W e w e n t b a c k a n d t e s t e d t h e l a r g e r p o p u l a t i o n s i z e s o n l y a f t e r o b t a i n i n g t h e r e s u l t s f r o m t h e

d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m . W e r a n t h e l a r g e r p o p u l a t i o n s i z e s f o r c o m p a r a t i v e p u r p o s e s , a n d

t h u s w e r e s u r p r i s e d b y t h e r e s u l t s . F r o m a n a p p l i c a t i o n s p o i n t o f v i e w , t h i s r e p r e s e n t s o n e o f t h e

t r a p s t h a t w e m u s t b e c a r e f u l t o a v o i d . W e o r i g i n a l l y d i d n o t p u s h t h e g e n e t i c a l g o r i t h m h a r d e r

b e c a u s e w e w e r e a l r e a d y i m p r e s s e d b y t h e r e s u l t s w e h a d o b t a i n e d .

F o r t h e d i s t r i b u t e d v e r s i o n o f G E N I T O R w e u s e d 1 0 s u b p o p u l a t i o n s o f s i z e 2 0 0 e a c h , a l l o w e d

u p t o 7 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s i n e a c h s u b p o p u l a t i o n , a n d s w a p p e d i n d i v i d u a l s b e t w e e n t h e s u b p o p

u l a t i o n s e v e r y 1 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s . T h e o v e r a l l a m o u n t o f w o r k b e t w e e n t h e t w o a l g o r i t h m s i s

v e r y c o m p a r a b l e . T h e o v e r h e a d o f t h e d i s t r i b u t e d a l g o r i t h m i s r o u g h l y o s e t b y t h e a d d i t i o n a

c o s t a s s o c i a t e d w i t h s o r t i n g t h e l a r g e r p o p u l a t i o n i n t h e s e r i a l a l g o r i t h m . U s i n g t h e d i s t r i b u t e d

a l g o r i t h m , w e f o u n d t h e o p t i m a l s o l u t i o n o n 3 0 o u t o f 3 0 r u n s . T h u s , w e w e r e a b l e t o n d t h e b e s t

k n o w n s o l u t i o n o n e v e r y r u n .

O n t h e 1 0 5 c i t y p r o b l e m w e o n l y p r e s e n t r e s u l t s f o r t h e d i s t r i b u t e d a l g o r i t h m w i t h m i g r a t i o n

W e u s e d 1 0 s u b p o p u l a t i o n s o f s i z e 1 , 0 0 0 e a c h a n d a l l o w e d u p t o 2 0 0 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s i n e a c h

s u b p o p u l a t i o n . S w a p p i n g o c c u r r e d a f t e r e v e r y 1 0 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s . T h e b e s t k n o w n s o l u t i o n

( u s i n g t h e s u m o f t h e r e a l - v a l u e d e d g e s , a n d t h e n r o u n d i n g ) i s 1 4 , 3 8 3 . W e m a t c h e d t h e b e s t k n o w n

s o l u t i o n o n 1 5 o u t o f 3 0 r u n s . T h i s i s 5 0 p e r c e n t o f t h e r u n s ; o n t h e r e m a i n i n g 5 0 p e r c e n t o f t h e

r u n s , t h e s o l u t i o n f o u n d w a s a l w a y s w i t h i n 1 p e r c e n t o f t h e b e s t k n o w n .

1 . 3 S E Q U E N C I N G P R O B L E M S

O u r d e v e l o p m e n t o f a t h e o r e t i c a l l y w e l l - f o u n d e d g e n e t i c o p e r a t o r f o r t h e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b -

l e m i s a m a j o r i n n o v a t i v e s t e p f o r w a r d i n t h e a p p l i c a t i o n o f g e n e t i c a l g o r i t h m s t o s e q u e n c i n g

p r o b l e m s . T h e o n l y i n f o r m a t i o n u s e d w a s f e e d b a c k a b o u t t h e t o t a l l e n g t h o f t h e t o u r s t h a t w e r e

e v a l u a t e d . A l t h o u g h t h e s e r e s u l t s a r e i m p r e s s i v e , t h e i m p l i c a t i o n s a r e f a r m o r e d r a m a t i c f o r o t h e r

k i n d s o f s e q u e n c i n g p r o b l e m s w h e r e t h e p r o b l e m s a r e t o o i l l s t r u c t u r e d t o a p p l y t h e k i n d s o f

h e u r i s t i c s t r a d i t i o n a l l y u s e d t o s o l v e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m s . S i n c e t h e g e n e t i c r e c o m b i n a -

t i o n o p e r a t o r r e q u i r e s s o l i t t l e i n f o r m a t i o n , i t i s i d e a l l y s u i t e d t o t h e m a n y a n d v a r i e d k i n d s o

s e q u e n c i n g p r o b l e m s t h a t o c c u r i n s c h e d u l i n g .

T h e u s e o f g e n e t i c a l g o r i t h m s l e n d s i t s e l f t o a g e n e r a l p u r p o s e s y s t e m i n t h e s e n s e t h a t t h e c o r e

o f t h e g e n e t i c s i m u l a t o r r e m a i n s t h e s a m e f r o m o n e a p p l i c a t i o n t o t h e n e x t . W h a t v a r i e s f r o m o n e

a p p l i c a t i o n t o t h e n e x t i s ( 1 ) t h e r e p r e s e n t a t i o n s c h e m e a n d ( 2 ) t h e e v a l u a t i o n f u n c t i o n . H o w e v e r ,

a b r o a d c l a s s o f s c h e d u l i n g p r o b l e m s c a n b e v i e w e d a s s e q u e n c i n g p r o b l e m s . B y o p t i m i z i n g t h e

s e q u e n c e o f p r o c e s s e s o r e v e n t s t h a t a r e f e d i n t o a s i m p l e s c h e d u l e b u i l d e r , o p t i m i z a t i o n a c r o s s t h e

e n t i r e p r o b l e m d o m a i n c a n b e a c h i e v e d . S c h e d u l e s h a v e n o t a l w a y s b e e n v i e w e d t h i s w a y b e c a u s e

t h e r e h a s n o t e x i s t e d a g e n e r a l p u r p o s e m e c h a n i s m f o r o p t i m i z i n g s e q u e n c e s t h a t o n l y r e q u i r e s

f e e d b a c k a b o u t t h e p e r f o r m a n c e o f a s a m p l e s e q u e n c e . H o w e v e r , a s o u r r e s u l t s o n t h e T r a v e l i n g

S a l e s m a n P r o b l e m i n d i c a t e , w e h a v e t h i s c a p a b i l i t y . T h u s , a \ g e n e t i c " a p p r o a c h t o s c h e d u l i n g h a s


8/18

1 . 3 . S E Q U E N C I N G P R O B L E M S 7

- --

-

-

-

--

---

. . .

M 6 - b

M 6 - a

M 2 - b

M 2 - a

M 1 - b

M 1 - a

Q 6Q 3Q 2Q 1

F i g u r e 1 . 3 : L a y o u t o f t h e p r o d u c t i o n l i n e .

t h e p o t e n t i a l t o p r o d u c e s o m e v e r y g e n e r a l s c h e d u l i n g t e c h n i q u e s , a n d c o u l d b e t h e f o u n d a t i o n o f

a g e n e r a l p u r p o s e a p p r o a c h t o s e q u e n c e s c h e d u l i n g .

1 . 3 . 1 A P r o d u c t i o n L i n e S c h e d u l e r

W e h a v e d e v e l o p e d a p r o t o t y p e s y s t e m f o r o p t i m i z i n g s c h e d u l i n g p r o b l e m s . W e h a v e p r e v i o u s l y

d i s c u s s e d a p r e l i m i n a r y v e r s i o n o f t h i s s y s t e m t h a t u s e d g e n e t i c r e c o m b i n a t i o n i n c o n j u n c t i o n w i t h

s c h e d u l i n g h e u r i s t i c s ( W h i t l e y a t a l . , 1 9 8 9 ) . I n t h i s c h a p t e r , w e s h o w i m p r o v e d r e s u l t s o n t h i s t y p e

o f p r o b l e m a s w e l l a s n e w r e s u l t s f o r a d i e r e n t v e r s i o n o f t h e s c h e d u l i n g p r o b l e m t h a t u s e s n o

h e u r i s t i c s a n d e n f o r c e s a s t r i c t F I F O o r d e r i n g o f j o b s . W e a l s o l o o k a t v a r i a t i o n s o n t h i s s a m e

p r o b l e m a n d c l a r i f y s o m e o f t h e a s s u m p t i o n s o f o u r m o d e l .

W e h a v e u s e d t h e e d g e r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r t o d r i v e a p r o t o t y p e s y s t e m d e s i g n e d t o s o l v e

a p r o d u c t i o n l i n e s c h e d u l i n g p r o b l e m m o d e l e d a f t e r a b o a r d a s s e m b l y l i n e a t H e w l e t t - P a c k a r d i n

F o r t C o l l i n s , C o l o r a d o . T h e p r o b l e m i s c h a r a c t e r i z e d b y t h e f o l l o w i n g a t t r i b u t e s :

T h e r e a r e s i x w o r k c e l l s ( i . e . , m a c h i n e g r o u p s ) i n s e q u e n c e , a n d e a c h c o m p l e t e s a s p e c i c

o p e r a t i o n . E a c h w o r k c e l l r e c e i v e s w o r k f r o m a s i n g l e i n p u t q u e u e a n d s e n d s c o m p l e t e d w o r k

t o a s i n g l e o u t p u t q u e u e . T h e s c h e d u l i n g d e p e n d e n c i e s a r e t h e r e f o r e s i x w o r k c e l l s d e e p . I n

o r d e r w o r d s , i f w e l e t A , B , C , D , E , a n d F r e p r e s e n t t h e s i x w o r k c e l l s i n s e q u e n c e , t h e n

c l e a r l y t h e s c h e d u l i n g o f w o r k c e l l F i s d e p e n d e n t o n t h e s c h e d u l i n g o f w o r k c e l l E , w h i c h i s

d e p e n d e n t o n D , w h i c h i s d e p e n d e n t o n C , w h i c h i s d e p e n d e n t o n B , w h i c h i s d e p e n d e n t o n t h e

i n i t i a l s c h e d u l i n g o f w o r k c e l l A . W e s t r e s s t h e d e p t h o f t h e s e d e p e n d e n c i e s b e c a u s e t h e g e n e t i c

a l g o r i t h m m u s t g e n e r a t e s c h e d u l e s t h a t a r e s e n s i t i v e t o d i s t a n t a n d i n d i r e c t d e p e n d e n c i e s .

E a c h w o r k c e l l c o n t a i n s t w o i d e n t i c a l m a c h i n e s o p e r a t i n g i n d e p e n d e n t l y a n d i n p a r a l l e l .

E a c h m a c h i n e h a s a \ c o s t " a s s o c i a t e d w i t h t h e t y p e o f w o r k b e i n g d o n e . I n g e n e r a l , t h e s e a r e

a s s u m e d t o b e t h e f o l l o w i n g : $ 1 p e r t i m e u n i t f o r i d l i n g , $ 5 p e r t i m e u n i t f o r p r o c e s s i n g , a n d

$ 1 0 p e r t i m e u n i t f o r s e t u p .

T w e n t y d i e r e n t t y p e s o f p r o d u c t s a r e p r o d u c e d i n a s i n g l e s c h e d u l e . E a c h p r o d u c t h a s a

x e d s e t u p t i m e a n d p r o c e s s i n g t i m e a t e a c h o p e r a t i o n .

T e n u n i t s o f e a c h t y p e o f p r o d u c t a r e t o b e a s s e m b l e d . F i g u r e 1 . 3 i l l u s t r a t e s t h e l a y o u t o f t h e

p r o d u c t i o n l i n e . M r e f e r s t o M a c h i n e , a n d Q s t a n d s f o r Q u e u e . Q 1 i s t h e i n i t i a l j o b s e q u e n c e

o p t i m i z e d b y t h e g e n e t i c a l g o r i t h m . M 1 - a a n d M 1 - b a r e t w o i d e n t i c a l m a c h i n e s t h a t t o g e t h e r m a k e

u p t h e r s t w o r k c e l l .


9/18

8 C H A P T E R 1 .

T h e o p e r a t i o n o f t h i s h y p o t h e t i c a l l i n e h a s b e e n m o d e l e d i n t w o w a y s . I n o n e c a s e , a F I F O

m o d e l i s u s e d s u c h t h a t a w o r k c e l l s i m p l y d e q u e u e s t h e n e x t i t e m f r o m i t s i n p u t q u e u e a n d s e t s u p

f o r t h e j o b a s r e q u i r e d . I n t h e F I F O m o d e l a n y t w o a d j a c e n t w o r k c e l l s i n t h e p r o d u c t i o n s e q u e n c e

b e h a v e a s t w o m a c h i n e s c o u p l e d b y a c o n v e y o r b e l t . W h e n a t i m e u n i t i s s i m u l a t e d , t h e n e x t

a v a i l a b l e j o b i n t h e p r e c e d i n g q u e u e i s a s s i g n e d t o t h e n e x t a v a i l a b l e m a c h i n e . N o a t t e m p t i s m a d e

t o g i v e t h e n e x t a v a i l a b l e j o b t o a m a c h i n e a l r e a d y s e t u p f o r t h a t m a c h i n e . I n t h e F I F O m o d e l

t h e o n l y o p t i m i z a t i o n i s t h e o p t i m i z a t i o n o f t h e s e q u e n c e i n w h i c h j o b s a r e s u p p l i e d t o t h e r s t

w o r k c e l l . I n o t h e r w o r d s , o n l y Q 1 i s o p t i m i z e d .

T h e H Y B R I D m o d e l i n v o l v e s o p t i m i z i n g t h e i n i t i a l s e q u e n c e o f j o b s ( i . e . , Q 1 ) i n c o n j u n c t i o n

w i t h g r e e d y h e u r i s t i c s f o r r e o r d e r i n g j o b s b e t w e e n w o r k c e l l s . E a c h w o r k c e l l h a s r a n d o m a c c e s s t o t h e

j o b s i n t h e p r e c e d i n g q u e u e a s w e l l a s k n o w l e d g e a b o u t t h e p a r a l l e l m a c h i n e s a n d t h e \ s u p p l y i n g "

w o r k c e l l . W h e n e v e r p o s s i b l e , t h e H Y B R I D m o d e l a t t e m p t s t o s e l e c t a u n i t i d e n t i c a l t o t h e l a s t a n d

w i l l w a i t i d l e i f a \ l i k e u n i t " w i l l b e c o m e a v a i l a b l e b e f o r e a d i e r e n t s e t u p c a n b e a c c o m p l i s h e d

T h i s i m p l i e s , f o r e x a m p l e , t h a t m a c h i n e s M 2 - a a n d M 2 - b u s e l o c a l l y a v a i l a b l e i n f o r m a t i o n t o s e l e c t

j o b s f r o m Q 2 i n a d i e r e n t o r d e r f r o m t h a t i n w h i c h t h e y a r r i v e d i n Q 2 .

T h e s t r a t e g y b e h i n d t h e H Y B R I D / g r e e d y g e n e t i c s c h e d u l e r i m p l e m e n t a t i o n i s a s f o l l o w s . ( 1 )

U s i n g t h e e d g e r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r , t h e g e n e t i c a l g o r i t h m p r o d u c e s a \ p r i m a r y s c h e d u l e " i n d i -

c a t i n g t h e s e q u e n c e i n w h i c h j o b s a r e l o a d e d o n t o t h e r s t w o r k c e l l . ( 2 ) T h e \ s e c o n d a r y " r u l e - b a s e d

s c h e d u l e r t h e n g e n e r a t e s a f u l l s c h e d u l e . T h e r u l e s f o r t h e s e c o n d a r y s c h e d u l e r a r e r e l a t i v e l y s i m -

p l e s i n c e t h e p r o b l e m i s h i g h l y c o n s t r a i n e d b y t h e a v a i l a b i l i t y o f j o b s a s t h e y c o m e o t h e r s t

m a c h i n e s .

I n b o t h t h e F I F O a n d t h e H Y B R I D m o d e l , t h e e v a l u a t i o n o f t h e r e s u l t i n g s c h e d u l e i s u s e d

t o a s s i g n a t n e s s v a l u e t o t h e i n i t i a l s e q u e n c e ( i . e . , Q 1 ) w h i c h w a s g e n e r a t e d b y t h e g e n e t i c

a l g o r i t h m . T h i s \ t n e s s " v a l u e i s u s e d t o r a n k t h e s e q u e n c e s a n d t h u s t o a l l o c a t e r e p r o d u c t i v e

t r i a l s i n a p o p u l a t i o n o f i n i t i a l \ j o b s e q u e n c e " g e n o t y p e s . S i n c e t h e F I F O s c h e d u l e r i s n o t a l l o w e d

t o r e o r d e r j o b s b e t w e e n m a c h i n e s , t h e F I F O s c h e d u l i n g t a s k i s m o r e d i c u l t .

F o r t h e H Y B R I D m o d e l , t h e s o l u t i o n s p a c e i s h i g h l y c o n s t r a i n e d o n c e t h e i n i t i a l m a c h i n e i s

s c h e d u l e d . I f a g o o d s e q u e n c e o f j o b s c a n b e f o u n d , t h e n t h e r e m a i n i n g m a c h i n e s c a n b e s c h e d u l e d

u s i n g a f e w s i m p l e r u l e s t h a t a c t a s a g r e e d y s c h e d u l e r w i t h s o m e l o o k a h e a d c a p a b i l i t i e s . T h e g r e e d y

s c h e d u l e r u s e s t h e i n i t i a l j o b s e q u e n c e t o p r o d u c e a c o m p l e t e s c h e d u l e t h a t i s t h e n e v a l u a t e d . T h i s

e v a l u a t i o n i s t h e n a s s i g n e d a s t h e \ p e r f o r m a n c e " v a l u e a s s o c i a t e d w i t h t h e i n i t i a l s e q u e n c e . T h u s

t h e g o a l o f r e c o m b i n a t i o n w a s t o n d a s e q u e n c e t h a t o p t i m i z e d t h e p e r f o r m a n c e o f t h e n a

s c h e d u l e i n t h e e n v i r o n m e n t o f t h e s e c o n d a r y g r e e d y s c h e d u l e r .

T h e r u l e s u s e d t o i m p l e m e n t t h e s e c o n d a r y s c h e d u l e r o f t h e H Y B R I D m o d e l d o n o t a c t u a l l y

l o o k a h e a d b u t r a t h e r u s e a \ w a i t a n d s e e " a p p r o a c h . I f a m a c h i n e i s a l r e a d y s e t u p t o r u n \ J o b

X " a n d a j o b X i s a v a i l a b l e , t h e n i t i s s c h e d u l e d . I f a m a c h i n e i s s e t u p t o r u n \ J o b X " a n d X i s

u n a v a i l a b l e , t h e n a n \ i d l e t i m e " i s i n t r o d u c e d . T h e s c h e d u l e r w i l l w a i t a n d s e e i f t h i s i d l e t i m e c a n

b e l l e d l a t e r b y a n o t h e r j o b . I f X b e c o m e s a v a i l a b l e b e f o r e a n o t h e r j o b c a n b e s e t u p , t h e n t h e

s c h e d u l e r w a i t s f o r X . H o w e v e r , i f a t s o m e l a t e r p o i n t i n t i m e X i s s t i l l n o t a v a i l a b l e a n d a n o t h e r

J o b Y c o u l d h a v e b e e n s e t u p a n d s t a r t e d , t h e n t h e i d l e t i m e i s \ b a c k - l l e d " b y s c h e d u l i n g a s e t u p

f o r t h e n e w J o b Y . I f m u l t i p l e j o b s c o u l d b e s e t u p i n p l a c e o f X ( t h e u n a v a i l a b l e j o b t h e m a c h i n e

i s c u r r e n t l y s e t u p t o r u n ) , t h e n f u r t h e r c o m p a r i s o n s a r e m a d e . F i r s t , t h e m a c h i n e d e c i d e s w h i c h

j o b s h a v e t h e s h o r t e s t s e t u p t i m e . I f t w o o r m o r e j o b s h a v e i d e n t i c a l s e t u p t i m e s , t h e o n e t h a t h a s

t h e s h o r t e r e x e c u t i o n t i m e i s c h o s e n . T h e o n l y r e s t r i c t i o n o n t h e s e l e c t i o n o f t h e n e w j o b t y p e i s

t h a t i f t h e r e i s m o r e t h a n o n e t y p e o f j o b i n t h e i n p u t q u e u e , a m a c h i n e w i l l n o t s e t u p t o r u n t h e

s a m e j o b t y p e b e i n g r u n b y t h e c o r r e s p o n d i n g p a r a l l e l \ l i k e - m a c h i n e . " F o r e x a m p l e , t h e o n l y w a y

t h a t M 1 - b w i l l s e t u p t o r u n a j o b t y p e t h a t M 2 - a i s a l r e a d y r u n n i n g i s i f t h a t i s t h e o n l y j o b t y p e

i n t h e i n p u t q u e u e . T h i s r e s t r i c t i o n o v e r r i d e s t h e \ s h o r t - s e t u p - t i m e " c r i t e r i a f o r s e l e c t i n g a n e w


10/18

1 . 3 . S E Q U E N C I N G P R O B L E M S 9

W O R K C E L L A V E R A G E P R O C E S S I N G T I M E A V E R A G E S E T U P

1 5 . 2 0 3 . 4 0

2 6 . 2 0 5 . 5 5

3 4 . 7 0 3 . 9 0

4 4 . 7 0 3 . 9 0

5 4 . 7 0 3 . 9 0

6 4 . 7 0 3 . 9 0

T a b l e 1 . 1 : S c h e d u l i n g P r o b l e m - 1

j o b t y p e .

B o t h t h e F I F O a n d H Y B R I D m o d e l s a t t e m p t t o k e e p a l l m a c h i n e s b u s y a t a l l t i m e s . I n b o t h

m o d e l s , t h e m a c h i n e s i n t h e w o r k c e l l w i l l s e t u p t o d o w h a t e v e r w o r k i s a v a i l a b l e a t a l m o s t e v e r y

o p p o r t u n i t y ( s u b j e c t t o t h e r e s t r i c t i o n s j u s t o u t l i n e d ) . T h e r e i s n o a t t e m p t t o d e t e r m i n e i f a

m a c h i n e s h o u l d r e m a i n i d l e r a t h e r t h a n s e t u p o r d o w o r k ; m a c h i n e s a r e i d l e o n l y i f t h e r e i s n o

w o r k t o d o .

A n o t h e r k e y p a r t o f a d a p t i n g o u r g e n e t i c r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r f o r s c h e d u l i n g a p p l i c a t i o n s

w a s t o e n c o d e t h e p r o b l e m a s a s e q u e n c i n g p r o b l e m . U s i n g A , B , C a n d s o o n t o r e p r e s e n t j o b s ,

w e m i g h t h a v e a n a c t u a l s e q u e n c e s o m e t h i n g l i k e t h e f o l l o w i n g : A A A B B A A C C ] . N o t e t h a t

j o b t y p e s r e o c c u r . O u r s t r a t e g y f o r e n c o d i n g t h e p r o b l e m w a s s i m p l y t o i g n o r e t h e f a c t t h a t s o m e

o f t h e j o b s a r e t h e s a m e a n d t h u s c a n c h a n g e p o s i t i o n s w i t h o u t a l t e r i n g t h e s c h e d u l e . T h u s , A A

A B B A A C C ] i s e n c o d e d a s A 1 A 2 A 3 B 1 B 2 A 4 A 5 C 1 C 2 ] . T h i s m e a n s w e a r e n o t u s i n g

a l l t h e i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e t o u s . T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e o p e r a t o r w o r k s w e l l e v e n w i t h o u t

t h i s a d d i t i o n a l i n f o r m a t i o n . A l t h o u g h t h e r e s u l t s a r e p o s i t i v e , i t i s m o s t l i k e l y p o s s i b l e t o d e v i s e a

v e r s i o n o f t h e e d g e r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r t h a t e x p l o i t s t h i s a d d i t i o n a l i n f o r m a t i o n . W e h a v e n o t

v i g o r o u s l y e x p l o r e d t h i s p o s s i b i l i t y , a l t h o u g h t h i s c o u l d p e r h a p s s o l v e s o m e o f t h e d i c u l t i e s w e

d i s c u s s l a t e r i n t h i s c h a p t e r .

1 . 3 . 2 T h e S c h e d u l i n g R e s u l t s

W e e v a l u a t e d o u r s c h e d u l e r o n n u m e r o u s p r o b l e m s . W e f o u n d t h a t t h e m o s t d i c u l t o f t h e s e

p r o b l e m s i n v o l v e d s c h e d u l e s w i t h a u n i f o r m n u m b e r o f j o b s . W h i l e a u n i f o r m n u m b e r o f j o b s i s n o t

t y p i c a l o f s c h e d u l i n g p r o b l e m s , w e h a v e f o u n d t h a t t h i s m a k e s t h e p r o b l e m m o r e d i c u l t . I f t h e r e

i s a b i a s s u c h t h a t t h e r e a r e s i g n i c a n t l y m o r e o f o n e t y p e o f j o b t h a n o t h e r s , t h e n t h e s c h e d u l i n g

t a s k i s u s u a l l y e a s i e r . T h i s a p p e a r s t o m a k e i n t u i t i v e s e n s e . I f t h e r e a r e o n e o r t w o j o b s t h a t o c c u p y

l a r g e b l o c k s o f t i m e , t h e n t h e s e j o b s v e r y m u c h c o n s t r a i n t h e s o l u t i o n s p a c e . L a r g e b l o c k s o f t i m e

c a n b e a l l o c a t e d t o t h e m o s t f r e q u e n t l y o c c u r r i n g j o b t y p e s , w h i l e a n y r e s u l t i n g \ h o l e s " a r e l l e d

w i t h s m a l l j o b s .

T h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n p e r t a i n s t o a p r o b l e m w e w i l l r e f e r t o a s p r o b l e m - 1 . T h i s p r o b l e m

h a s 2 0 0 j o b b a t c h e s , w h e r e t h e r e a r e 1 0 d i e r e n t j o b t y p e s a n d 2 0 o f e a c h t y p e . S e t u p t i m e s w e r e

v a r i e d f r o m 1 t o 1 0 t i m e u n i t s , a n d p r o c e s s i n g t i m e s f r o m 1 t o 2 0 t i m e u n i t s , a s s h o w n i n T a b l e 1 . 1 .

W o r k c e l l s 3 t h r o u g h 6 h a v e i d e n t i c a l c h a r a c t e r i s t i c s , w h i l e 1 a n d 2 v a r y s i g n i c a n t l y .

A t h e o r e t i c a l l i m i t c a n b e c a l c u l a t e d f o r p r o b l e m - 1 w h i c h e s t a b l i s h e s a l o w e r b o u n d o n t h e c o s t

f u n c t i o n . T h e t h e o r e t i c a l l i m i t a s s u m e s t h a t t h e r e i s o n l y o n e s e t u p p e r j o b t y p e p e r w o r k c e l l , a n d

n o i d l e t i m e . T h e t h e o r e t i c a l l i m i t f o r p r o b l e m - 1 h a s a n a s s o c i a t e d c o s t o f 3 5 , 1 1 0 . I f w e a s s u m e

a s i n g l e l i n e o f m a c h i n e s i s u s e d r a t h e r t h a n p a i r e d m a c h i n e s , t h e t h e o r e t i c a l l i m i t b a s e d o n t h e

a s s u m p t i o n o f o n e s e t u p p e r j o b a n d n o i d l e t i m e d o e s n o t c h a n g e . N e v e r t h e l e s s , w e c a n p r o v e t h a t

i n f a c t i t i s i m p o s s i b l e t o p r o d u c e a s c h e d u l e w i t h a c o s t o f l e s s t h a n 3 6 , 4 4 2 b e c a u s e n o m a c h i n e


11/18

1 0 C H A P T E R 1 .

l a t e r i n t h e s e q u e n c e c a n n i s h b e f o r e a n y p r i o r m a c h i n e i n t h e s e q u e n c e . T h e s i t u a t i o n i s m o r e

c o m p l e x w h e n p a i r e d m a c h i n e s a r e i n v o l v e d b e c a u s e w e c a n n o w o n l y m a k e t h e f o l l o w i n g , l e s s

r e s t r i c t i v e o b s e r v a t i o n : a t e a c h w o r k c e l l , a t l e a s t o n e o f t h e p a i r e d m a c h i n e s m u s t n i s h a f t e r a l

p r e c e d i n g m a c h i n e s i n t h e s e q u e n c e a r e d o n e . M o r e t h a n l i k e l y , t h e \ r e a l l i m i t " h a s a n a s s o c i a t e d

c o s t o f a t l e a s t 3 6 , 4 0 0 , a n d i t m a y a c t u a l l y b e s o m e w h a t a b o v e t h i s a m o u n t .

B e c a u s e t h i s p r o b l e m i s f a i r l y w e l l s t r u c t u r e d , w e w e r e a b l e t o g e n e r a t e c o m p e t i t i v e s c h e d u l e s

b y h a n d . W e d i d t h i s a s a n i t e r a t i v e p r o c e s s , g e n e r a t i n g w h a t a p p e a r e d t o b e g o o d s c h e d u l e s b y

h a n d a n d t h e n e v a l u a t i n g t h e m u s i n g t h e s a m e s c h e d u l e e v a l u a t i o n t h a t t h e g e n e t i c a l g o r i t h m u s e s

I n t h i s w a y , w e w e r e a b l e t o c o n s t r u c t f a i r l y t i g h t s c h e d u l e s . F o r t h e H Y B R I D m o d e l w e w e r e a b l e

t o d e v e l o p a s c h e d u l e w i t h a n a s s o c i a t e d c o s t o f 4 0 , 3 6 3 , a n d f o r t h e m o r e d i c u l t F I F O m o d e l w e

w e r e a b l e t o c o n s t r u c t a s o l u t i o n w i t h a n a s s o c i a t e d c o s t o f 4 1 , 6 9 4 . I n a l l l i k e l i h o o d , t h e o p t i m a

s o l u t i o n f o r t h e H Y B R I D m o d e l h a s a l o w e r c o s t t h a n t h e o p t i m a l s o l u t i o n f o r t h e F I F O m o d e l

s i m p l y b e c a u s e j o b r e o r d e r i n g b e t w e e n m a c h i n e s r e s u l t s i n g r e a t e r e x i b i l i t y i n t h e s c h e d u l e s w e

c a n g e n e r a t e . M o r e o v e r , a g o o d H Y B R I D m o d e l s c h e d u l e i s n o t n e c e s s a r i l y a g o o d F I F O m o d e

s c h e d u l e . T h e 4 0 , 3 6 3 H Y B R I D m o d e l s c h e d u l e , w h e n r u n t h r o u g h t h e F I F O s c h e d u l e r , p r o d u c e s a

s c h e d u l e w i t h a n a s s o c i a t e d c o s t o f 4 5 , 8 0 0 .

F i g u r e s 1 . 4 a n d 1 . 5 s h o w s e v e r a l d i e r e n t k i n d s o f e x p e r i m e n t s . T w o v e r s i o n s o f t h e F I F O

a n d t w o v e r s i o n s o f t h e H Y B R I D a l g o r i t h m w e r e r u n . F o r e a c h m o d e l , a s e t o f e x p e r i m e n t s w a s

c o n d u c t e d u s i n g a \ s i n g l e - p o p u l a t i o n " g e n e t i c a l g o r i t h m w i t h a p o p u l a t i o n o f 5 0 a n d o n e u s i n g

a d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m w i t h 7 s u b p o p u l a t i o n s o f 5 0 . ( W e a l s o r a n s e r i a l p o p u l a t i o n s o

3 5 0 f o r c o m p a r i s o n ; t h e e n d r e s u l t s w e r e a l m o s t i d e n t i c a l w i t h t h e d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m

a l t h o u g h t h e d i s t r i b u t e d a l g o r i t h m p r o d u c e d f a s t e r i n i t i a l r e d u c t i o n s i n e r r o r , e v e n a f t e r t h e r e s u l t s

w e r e r e s c a l e d f o r c o m p a r a t i v e p u r p o s e s . ) F i g u r e 1 . 6 g i v e s a n o v e r l a y o f t h e f o u r s e t s o f e x p e r i m e n t s

w i t h r e s p e c t t o t h e t h e o r e t i c a l l i m i t . A c t u a l l y , i n o n e s e n s e t h e F I F O a n d H Y B R I D s c h e d u l e r s

a r e s o l v i n g t w o d i s t i n c t v e r s i o n s o f t h e s c h e d u l i n g p r o b l e m , a n d s o , i n t e r m s o f t h e o p t i m i z a t i o n

r e s u l t s , w e a r e c o m p a r i n g a p p l e s a n d o r a n g e s . O n t h e o t h e r h a n d , f r o m a n a p p l i c a t i o n s p e r s p e c t i v e

o f t h e e n d r e s u l t , w e a r e u l t i m a t e l y s o l v i n g t h e s a m e s c h e d u l i n g t a s k . T h u s , f r o m t h i s p e r s p e c t i v e

t h e c o m p a r i s o n i s a n i n t e r e s t i n g o n e .

F i g u r e 1 . 6 s h o w s t h a t b o t h o f t h e F I F O r u n s o v e r t a k e t h e H Y B R I D a l g o r i t h m a f t e r a p p r o x i -

m a t e l y 1 0 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s . I n t h e s e r i a l r u n s w i t h s m a l l p o p u l a t i o n s i z e s , t h e H Y B R I D a l g o -

r i t h m p r o d u c e s s l i g h t l y b e t t e r r e s u l t s t h a n t h e F I F O i n t h e e n d . H o w e v e r , w h e n t h e m o r e p o w e r f u l

d i s t r i b u t e d a l g o r i t h m i s u s e d , t h e F I F O a c t u a l l y p r o d u c e s t h e b e s t r e s u l t s . F u r t h e r m o r e , t h e c o m -

p a r i s o n s t o t h e \ i t e r a t i v e / h a n d - g e n e r a t e d " r e s u l t s a r e v e r y i n t e r e s t i n g w i t h r e s p e c t t o t h e t w o t y p e s

o f m o d e l s . B y u s i n g t h e H Y B R I D m o d e l , t h e d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m p r o d u c e d a n a v e r a g e

r e s u l t o f 4 0 , 9 5 2 o v e r 3 0 r u n s . T h u s , i t s a v e r a g e b e h a v i o r i s j u s t a b o v e t h e h a n d - g e n e r a t e d s o l u -

t i o n o f 4 0 , 3 6 3 . H o w e v e r , u s i n g t h e d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m t o o p t i m i z e t h e F I F O m o d e l w e

o b t a i n e d a n a v e r a g e r e s u l t o f 4 0 , 8 0 4 , w h e r e a s o u r b e s t h a n d - g e n e r a t e d s o l u t i o n w a s 4 1 , 6 9 4 .

1 . 3 . 3 S i g n i c a n c e o f t h e S c h e d u l i n g R e s u l t s

F r o m a s c h e d u l i n g / a p p l i c a t i o n p o i n t o f v i e w , t h e r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e r e i s n o s i g n i c a n t d i e r e n c e

b e t w e e n t h e F I F O a n d H Y B R I D s c h e d u l i n g s y s t e m s . F r o m a n i m p l e m e n t a t i o n a n d c o m p u t a t i o n a

p o i n t o f v i e w , h o w e v e r , t h e r e a r e r e a l d i e r e n c e s . F i r s t , t h e F I F O m o d e l i s c o m p u t a t i o n a l l y m o r e

e c i e n t t h a n t h e H Y B R I D m o d e l , s i n c e w e n o l o n g e r h a v e t h e o v e r h e a d o f e v a l u a t i n g t h e s m a l

r u l e - b a s e u s e d t o i m p l e m e n t t h e g r e e d y r e o r d e r i n g h e u r i s t i c s . S e c o n d , t h e F I F O c o n v e r g e s t o

c o m p e t i t i v e s o l u t i o n s i n f e w e r r e c o m b i n a t i o n s . T h e F I F O r u n s a r e c l o s e t o t h e n a l r e s u l t s b y

1 5 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s , w h e r e a s t h e H Y B R I D r u n s d o n o t c a t c h u p u n t i l a f t e r r o u g h l y 2 5 , 0 0 0

r e c o m b i n a t i o n s . T h e f a s t e r F I F O e v a l u a t i o n a n d c o n v e r g e n c e m e a n s t h a t a p p r o x i m a t e r e s u l t s c a n


12/18

1 . 3 . S E Q U E N C I N G P R O B L E M S 1 1

3 0 0 0 0

4 0 0 0 0

5 0 0 0 0

6 0 0 0 0

7 0 0 0 0

8 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0

R e c o m b i n a t i o n s

S e r i a l H Y B R I D

P a r a l l e l H Y B R I D

I n t e r a c t i v e

F i g u r e 1 . 4 : T h e r e s u l t s o f u s i n g t h e H Y B R I D m o d e l i n c o n j u n c t i o n w i t h a s e r i a l g e n e t i c a l g o r i t h m

( d a s h e d l i n e ) a n d t h e d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m ( s o l i d l i n e ) . T h e i n t e r a c t i v e l y h a n d - g e n e r a t e d

s o l u t i o n ( 4 0 , 3 6 3 ) i n t h i s c a s e i s s l i g h t l y b e t t e r t h a n t h e a v e r a g e s o l u t i o n f o u n d b y t h e g e n e t i c

a l g o r i t h m . T h e a v e r a g e v a l u e o f t h e s o l u t i o n s p r o d u c e d b y t h e s e r i a l a l g o r i t h m i s 4 2 , 4 5 5 , w h e r e a s

t h e a v e r a g e v a l u e o f t h e s o l u t i o n s p r o d u c e d b y t h e d i s t r i b u t e d a l g o r i t h m i s 4 0 , 9 5 2 . T h e s e r e s u l t s

a r e a v e r a g e d o v e r 3 0 r u n s .


13/18

1 2 C H A P T E R 1 .

3 0 0 0 0

4 0 0 0 0

5 0 0 0 0

6 0 0 0 0

7 0 0 0 0

8 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0


S e r i a l F I F O

P a r a l l e l F I F O

I n t e r a c t i v e

F i g u r e 1 . 5 : T h e r e s u l t s o f u s i n g t h e F I F O m o d e l i n c o n j u n c t i o n w i t h a s e r i a l g e n e t i c a l g o r i t h m

( d a s h e d l i n e ) a n d t h e d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m ( s o l i d l i n e ) . I n t h i s c a s e , t h e d i s t r i b u t e d F I F O

g e n e t i c s c h e d u l e r o n a v e r a g e f o u n d s o l u t i o n s b e t t e r t h a n t h e i n t e r a c t i v e l y h a n d - g e n e r a t e d s o l u t i o n

( 4 1 , 6 9 4 ) f o r t h i s p r o b l e m . T h e a v e r a g e v a l u e o f t h e s o l u t i o n s p r o d u c e d b y t h e s e r i a l a l g o r i t h m i s

4 3 , 3 3 0 , w h e r e a s t h e a v e r a g e v a l u e o f t h e s o l u t i o n s p r o d u c e d b y t h e d i s t r i b u t e d a l g o r i t h m i s 4 0 , 8 0 4

T h e s e r e s u l t s a r e a v e r a g e d o v e r 3 0 r u n s .


14/18

1 . 3 . S E Q U E N C I N G P R O B L E M S 1 3

3 0 0 0 0

4 0 0 0 0

5 0 0 0 0

6 0 0 0 0

7 0 0 0 0

8 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0


S e r i a l H Y B R I D

P a r a l l e l H Y B R I D

S e r i a l F I F O

P a r a l l e l F I F O

T h e o r e t i c a l o p t i m u m

F i g u r e 1 . 6 : O v e r l a y o f t h e r e s u l t s o f t h e F I F O m o d e l a n d t h e H Y B R I D m o d e l f r o m t h e p r e v i o u s t w o

g u r e s . T h e t w o d o t t e d l i n e s r e p r e s e n t t h e t w o F I F O r e s u l t s , w h e r e a s t h e t w o s o l i d l i n e s r e p r e s e n t

t h e H Y B R I D r e s u l t s . T h e t h e o r e t i c a l o p t i m u m i s a l s o s h o w n . I n b o t h c a s e s t h e d i s t r i b u t e d s o l u t i o n

i s t h e r e s u l t t h a t i s c l o s e r t o t h e t h e o r e t i c a l o p t i m u m .


15/18

1 4 C H A P T E R 1 .

b e o b t a i n e d t w o t o t h r e e t i m e s f a s t e r t h a n i s p o s s i b l e w i t h t h e H Y B R I D m e t h o d .

T h e t h i r d d i e r e n c e , a n d c e r t a i n l y t h e m o s t i m p o r t a n t o n e , i s t h a t F I F O i s a m o r e r e a l i s t i c

m o d e l o f m a n y s c h e d u l i n g t a s k s . T o i m p l e m e n t t h e H Y B R I D a l g o r i t h m w o u l d r e q u i r e h u m a n

i n t e r v e n t i o n o r a s o p h i s t i c a t e d a u t o m a t e d r e o r d e r i n g s y s t e m . T h e F I F O s i m p l y c o n v e y s w o r k f r o m

o n e w o r k c e l l t o t h e n e x t .

A t r s t i t m a y s e e m u n r e a s o n a b l e t h a t t h e F I F O s c h e d u l e r s h o u l d p r o d u c e r e s u l t s c o m p e t i t i v e

w i t h t h e H Y B R I D s y s t e m . H o w e v e r , w e b e l i e v e t h a t t h e F I F O s c h e d u l e r i s c o m p e t i t i v e b e c a u s e i t

r e l i e s o n g l o b a l s e a r c h . T h a t i s , w h a t ' s g o o d f r o m a l o c a l , g r e e d y p o i n t o f v i e w m a y n o t b e g o o d

f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f d e v e l o p i n g a g o o d o v e r a l l s c h e d u l e . W h e n t r a c i n g t h e F I F O s c h e d u l e s

b y h a n d w e n o t e d t h a t t h e g e n e t i c a l g o r i t h m a p p e a r e d t o m i s s o p t i m i z a t i o n o p p o r t u n i t i e s t h a t

t h e g r e e d y h e u r i s t i c s w o u l d h a v e c e r t a i n l y c a u g h t . H o w e v e r , w h e n w e t r a c e d t h e c o n s e q u e n c e s o

t h e s e \ m i s s e d o p p o r t u n i t i e s , " w e f o u n d t h a t i f t h e l o c a l i m p r o v e m e n t h a d b e e n m a d e i t w o u l d h a v e

d e g r a d e d t h e o v e r a l l s c h e d u l e b e c a u s e o f d e p e n d e n c i e s t h a t o c c u r r e d l a t e r i n t h e s c h e d u l e .

T h e s o m e w h a t s u r p r i s i n g r e s u l t s o f t h e F I F O i m p l e m e n t a t i o n i s g o o d n e w s f r o m o u r p e r s p e c t i v e

b e c a u s e i t s u g g e s t s t h a t w e s h o u l d n o t a t t e m p t t o b u i l d h e u r i s t i c s i n t o t h e s c h e d u l i n g s y s t e m , b u t

r a t h e r s h o u l d l e t t h e g e n e t i c a l g o r i t h m d o t h e w o r k . T h i s k e e p s t h e i m p l e m e n t a t i o n a n d t h e s y s t e m

s i m p l e a n d r e d u c e s c o m p u t a t i o n c o s t s .

1 . 4 A N A L Y Z I N G T H E S C H E D U L E R U S I N G W O R S T C A S E

P R O B L E M S

W e h a v e s p e n t a g o o d d e a l o f t i m e t r y i n g t o d e c i d e h o w o u r e v a l u a t i o n f u n c t i o n a e c t s t h e s c h e d u l e s

g e n e r a t e d . O u r a n a l y s e s s u g g e s t t h a t t h i s p r o b l e m i s a c t u a l l y o n e t h a t i s r e l a t i v e l y d i c u l t t o s o l v e

b y g e n e t i c r e c o m b i n a t i o n . W e h a v e a l s o c o n d u c t e d e x p e r i m e n t s s t u d y i n g t h e e e c t o f u s i n g t w o

m a c h i n e s i n p a r a l l e l . O u r t e s t s , t h o u g h n o t e x h a u s t i v e , s u g g e s t t h a t r u n n i n g t w o m a c h i n e s i n

p a r a l l e l w h i l e a t t h e s a m e t i m e a s s u m i n g t h a t p a i r e d m a c h i n e s f o r m a s i n g l e w o r k c e l l w i t h a s i n g l e

q u e u e b e t w e e n w o r k c e l l s m a k e s t h e s c h e d u l i n g p r o b l e m h a r d e r . I n g e n e r a l , t o o b t a i n g o o d s c h e d u l e s

t h e t w o p a r a l l e l l i n e s s h o u l d s p e c i a l i z e . T h a t i s , a l l \ r i g h t - h a n d s i d e " m a c h i n e s s h o u l d d o j o b A

w h i l e t h e \ l e f t - h a n d s i d e " m a c h i n e s s h o u l d d o j o b B . H o w e v e r , t o d o t h i s , t h e i n i t i a l s e q u e n c e o

j o b s m u s t b e p e r f e c t l y i n t e r l e a v e d t o m a k e t h e n e x t a v a i l a b l e j o b a r r i v e i n t h e p r o p e r s e q u e n c e t o

b e c o n s u m e d b y t h e p r o p e r m a c h i n e .

T o u s e a s i m p l e c a s e a s a n e x a m p l e , i f w e a s s u m e t h a t e v e r y m a c h i n e p r o c e s s e s e v e r y j o b a t

t h e s a m e r a t e a n d t h a t a l l j o b s h a v e i d e n t i c a l s e t u p c o s t s , t h e n t o a c h i e v e a t i g h t s c h e d u l e w i t h

m i n i m a l s e t u p s r e q u i r e s a s e q u e n c e s u c h a s t h e f o l l o w i n g A B A B A B . . . . C D C D C D ] . I n

o t h e r w o r d s , t h i s w i l l c a u s e t h e \ r i g h t h a n d m a c h i n e " t o c o n s u m e a j o b o f t y p e A , t h e \ l e f t - h a n d

m a c h i n e " t o c o n s u m e a j o b o f t y p e B , t h e \ r i g h t - h a n d m a c h i n e " n e x t t o c o n s u m e a j o b o f t y p e A

a n d s o o n . T h u s , a v e r y s i m p l e s c h e d u l i n g t a s k h a s a r e l a t i v e l y c o m p l e x ( t h o u g h h i g h l y r e g u l a r )

s e q u e n c e o f j o b s . I f w e c o n s t r u c t a p r o b l e m o f 2 0 0 j o b s , w i t h 2 0 d i e r e n t t y p e s o f j o b s a n d 1 0

j o b s o f e a c h t y p e , a n d w e a s s u m e t h a t a l l p r o c e s s i n g t i m e s a n d a l l s e t u p t i m e s f o r a l l j o b s a r e t h e

s a m e , t h e n w e c r e a t e a s i t u a t i o n i n w h i c h t h e r e a r e n u m e r o u s s o l u t i o n s . F u r t h e r m o r e , t h e m u l t i p l e

s o l u t i o n s f o r t h i s s c h e d u l e d o n o t r e c o m b i n e w e l l . S i n c e w e a s s u m e t h a t a l l p r o c e s s i n g t i m e s a n d

a l l s e t u p t i m e s r e q u i r e v e t i m e s t e p s , w e w i l l r e f e r t o t h i s a s t h e \ A l l - 5 s " p r o b l e m . A p e r f e c t l y

p a c k e d s o l u t i o n f o r t h e A l l - 5 s p r o b l e m c a n b e a c h i e v e d w h i c h h a s a c o s t o f 3 6 , 0 7 5 . W e s t r e s s t h a t

t h i s i s a n a r t i c i a l p r o b l e m d e s i g n e d t o c r e a t e d i c u l t i e s f o r t h e g e n e t i c a l g o r i t h m . N e v e r t h e l e s s , i t

a l s o p r o v i d e s u s e f u l i n s i g h t i n t o t h e n a t u r e o f g e n e t i c s e a r c h w h i c h i m p a c t s p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n s

T o i l l u s t r a t e w h y s u c h a p r o b l e m c a u s e s d i c u l t i e s , c o n s i d e r a s c a l e d - d o w n v e r s i o n o f t h e A l l -

5 s p r o b l e m w h e r e w e h a v e f o u r j o b t y p e s ( A , B , C , a n d D ) a n d w e h a v e t w o j o b s o f e a c h t y p e


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1 . 4 . A N A L Y Z I N G T H E S C H E D U L E R U S I N G W O R S T C A S E P R O B L E M S 1 5

A l l o f t h e f o l l o w i n g s e q u e n c e s a r e p e r f e c t s o l u t i o n s t o t h i s p r o b l e m : A B A B C D C D ] , A

C A C B D B D ] , C B C B A D A D ] , a n d s o o n . H o w e v e r , i f w e t r y t o r e c o m b i n e s o m e o f

t h e s e d i e r e n t p o t e n t i a l s o l u t i o n s , w e t y p i c a l l y o b t a i n u n c o m p e t i t i v e o s p r i n g . F o r e x a m p l e , w e

m i g h t r e c o m b i n e A B A B C D C D ] a n d A C A C B D B D ] , b o t h o f w h i c h a r e o p t i m a l

s o l u t i o n s . W h e n r e c o m b i n i n g t h e s e \ p a r e n t s " i t i s p o s s i b l e t o p r o d u c e t h e o s p r i n g A B D C A B

C D ] , w h i c h i s i n f a c t t h e w o r s t p o s s i b l e s c h e d u l e . W h e n d i s s i m i l a r s o l u t i o n s a r e r e c o m b i n e d a n d

u n c o m p e t i t i v e o s p r i n g a r e p r o d u c e d , t h e r e s u l t f r o m a t h e o r e t i c a l p o i n t o f v i e w i s h i g h v a r i a n c e i n

t h e t n e s s v a l u e s a s s o c i a t e d w i t h h y p e r p l a n e s a m p l e s i n t h e s e a r c h s p a c e . T h i s i n t u r n m e a n s t h a t

t h e g e n e t i c a l g o r i t h m i s r e c e i v i n g i n c o n s i s t e n t f e e d b a c k a b o u t w h a t a r e g o o d s e q u e n c e c o m b i n a t i o n s

( i . e . , g o o d h y p e r p l a n e s ) i n t h e p r o b l e m s p a c e . W e h a v e o b s e r v e d t h e s a m e k i n d o f d i c u l t i e s i n

o t h e r p r o b l e m s ( W h i t l e y e t a l . , 1 9 9 0 ) w h i l e B a k e r a n d G r e f e n s t e t t e ( 1 9 8 9 ) d i s c u s s f r o m a t h e o r e t i c a l

p e r s p e c t i v e t h e p r o b l e m o f h y p e r p l a n e s a m p l e s t h a t a r e c h a r a c t e r i z e d b y a h i g h v a r i a n c e i n t h e

a s s o c i a t e d s e t o f t n e s s v a l u e s f o r t h a t h y p e r p l a n e . I n t e r e s t i n g l y , t h e c o m p r o m i s e s o l u t i o n t o t h i s

p r o b l e m i s s i m p l y t o b l o c k a l l j o b s o f t h e s a m e t y p e t o g e t h e r ; t h i s c o m p r o m i s e s o l u t i o n h a s a n

a s s o c i a t e d c o s t o f 4 2 , 0 7 5 . W h i l e t h e r e a r e m u l t i p l e w a y s i n w h i c h t h e j o b s m a y b e b l o c k e d , t h e

\ o r d e r " i n w h i c h t h e b l o c k e d j o b s o c c u r i s n o t i m p o r t a n t . T h e r e f o r e , r e o r d e r i n g t h e b l o c k e d j o b s

d u r i n g r e c o m b i n a t i o n d o e s n o t d e g r a d e p e r f o r m a n c e i n t h e o s p r i n g . T h e r e s u l t o f t h i s s t r a t e g y i s

t h a t e a c h m a c h i n e i n e a c h w o r k c e l l r u n s h a l f o f e a c h j o b t y p e . T h e s c h e d u l e i s p e r f e c t l y p a c k e d ,

b u t t w o s e t u p s p e r j o b t y p e a r e r e q u i r e d .

O u r p a s t e x p e r i e n c e w i t h o t h e r p r o b l e m s w h e r e i t i s p o s s i b l e t o r e c o m b i n e d i s s i m i l a r p a r e n t s

s u g g e s t s t h a t w h e n t h i s o c c u r s w e c a n o b t a i n b e t t e r r e s u l t s r u n n i n g s e v e r a l s m a l l s e a r c h e s i n s t e a d

o f o n e l a r g e r s e a r c h . T h i s i s b e c a u s e a s l a r g e r p o p u l a t i o n s a r e u s e d , a g r e a t e r n u m b e r o f d i s s i m i l a r

s o l u t i o n s a r e l i k e l y t o b e c o n t a i n e d i n t h e p o p u l a t i o n .

W e r a n t h e A l l - 5 s p r o b l e m u s i n g p o p u l a t i o n s o f 5 0 a n d a p o p u l a t i o n o f 5 0 0 u s i n g t h e p a i r e d

m a c h i n e s c o n g u r a t i o n . O n 3 0 r u n s t h e F I F O m o d e l u s i n g a p o p u l a t i o n o f 5 0 p r o d u c e d a n a v e r a g e

s c h e d u l e o f 3 9 , 9 2 3 . A l t h o u g h w e d i d n o t r u n a l a r g e n u m b e r o f e x p e r i m e n t s t o c o n r m t h e f o l l o w i n g

o b s e r v a t i o n , b a s e d o n r u n s u s i n g a p o p u l a t i o n o f 5 0 0 i t a p p e a r s t h a t i n c r e a s i n g t h e p o p u l a t i o n s i z e

a c t u a l l y d e g r a d e s p e r f o r m a n c e t o w a r d t h e c o m p r o m i s e s o l u t i o n . A g a i n , t h i s i n n o t u n e x p e c t e d

g i v e n t h a t l a r g e r p o p u l a t i o n s w i l l c o n t a i n m o r e d i s s i m i l a r s o l u t i o n s . T h e c o m p u t a t i o n a l c o s t o f

r u n n i n g a p o p u l a t i o n o f 5 0 0 i s a c t u a l l y c o m p a r a b l e t o r u n n i n g 1 0 p o p u l a t i o n s o f 5 0 f o r o n e - t e n t h

t h e n u m b e r o f r e c o m b i n a t i o n s . T h e r e f o r e , r a t h e r t h a n i n c r e a s i n g p o p u l a t i o n s i z e , i f w e t a k e t h e

b e s t o f 1 0 r u n s u s i n g a p o p u l a t i o n o f 5 0 , w e a r e m u c h b e t t e r o : a n a v e r a g e o f 3 7 , 6 2 8 i s o b t a i n e d

i n o u r e x p e r i m e n t s . D e s p i t e d o i n g o u r b e s t t o t o r t u r e t h e g e n e t i c a l g o r i t h m w i t h a n e x t r e m e l y

u n f a v o r a b l e p r o b l e m , t h e r e s u l t s a r e r e s p e c t a b l e .

W e n e x t r a n a s e t o f e x p e r i m e n t s a i m e d a t r e m o v i n g t h e o b s t a c l e t h a t c a u s e s t h e d i c u l t y f o r

t h e g e n e t i c a l g o r i t h m . W e a s s u m e e x a c t l y t h e s a m e A l l - 5 s p r o b l e m , b u t w e n o w a s s u m e t h a t o n l y

a s i n g l e l i n e o f m a c h i n e s i s u s e d . F o r t h e g e n e t i c a l g o r i t h m t h e p r o b l e m i s m u c h e a s i e r .

F o r a s i n g l e l i n e o f m a c h i n e s ( a g a i n a s s u m i n g a l l j o b s h a v e t h e s a m e p r o c e s s i n g t i m e a n d s e t u p

c o s t s ) , t h e s e q u e n c e w o u l d b e m e r e l y A . . . A , B . . . B , e t c . ] . A l t h o u g h t h i s i s a n e a s y p r o b l e m

( f o r p e o p l e w h o h a p p e n t o b e g o o d a t n d i n g o r d e r i n c o m p l e x p a t t e r n s ) , t h e g e n e t i c a l g o r i t h m

m u s t \ d i s c o v e r " t h a t t h i s i s a n e a s y p r o b l e m b y n d i n g t h a t i t s h o u l d o r d e r t h e j o b s i n b a t c h e s .

G E N I T O R n d s t h e t h e o p t i m a l s o l u t i o n w i t h i n 1 0 , 0 0 0 r e c o m b i n a t i o n s o n e v e r y r u n ( 3 0 r u n s e a c h ,

F I F O a n d H Y B R I D ) u s i n g p o p u l a t i o n s o f 5 0 . T h i s i s n o t a n a m a z i n g a c c o m p l i s h m e n t , b u t i t i s

r e a s s u r i n g t h a t t h e g e n e t i c a l g o r i t h m a l s o n d s t h i s t o b e a t r i v i a l p r o b l e m t o s o l v e .


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1 6 C H A P T E R 1 .

1 . 5 D I S C U S S I O N A N D C O N C L U S I O N S

O u r r e s u l t s o n T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m s a r e e x c e l l e n t , a n d , i n g e n e r a l , w e w o u l d n o t e x p e c t

d i c u l t i e s o n p r o b l e m s s e q u e n c i n g u n i q u e i t e m s o r e v e n t s . F o r e x a m p l e , w e a r e c u r r e n t l y w o r k i n g

o n a r e a l - w o r l d s c h e d u l i n g a p p l i c a t i o n w h e r e w e m u s t d e t e r m i n e t h e s e q u e n c e i n w h i c h c u s t o m e r

o r d e r s a r e t o b e l l e d . T h e s e o r d e r s i n v o l v e d i e r e n t d e g r e e s o f p r o d u c t m i x ( e . g . , 5 0 u n i t s o

p r o d u c t A , 2 0 u n i t s o f p r o d u c t C , e t c . ) w h e r e t h e r e a r e a p p r o x i m a t e l y 5 0 0 p r o d u c t s . T h e a b i l i t y t o

l l a n o r d e r i s c o n s t r a i n e d b y c u r r e n t p r o d u c t i o n ( n o t a l l p r o d u c t s a r e b e i n g p r o d u c e d a t a n y p o i n t

i n t i m e ) a n d b y t h e p r o d u c t s i n s t o r a g e ( w h i c h w e w i s h t o m i n i m i z e ) . F u r t h e r m o r e , i n g e n e r a l w e

w a n t t o m o v e t h e p r o d u c t f r o m t h e p r o d u c t i o n l i n e i n t o a t r u c k f o r s h i p p i n g . T h e r e f o r e , o n c e w e

s t a r t t o l l a n o r d e r , w e w i s h t o l l i t a s q u i c k l y a s p o s s i b l e . A s s u m i n g w e l l 1 0 o r d e r s p e r h o u r

( w h i c h i s r e a l i s t i c g i v e n t h e p r o b l e m w e a r e w o r k i n g o n ) , t h e n o n a v e r a g e , w e m u s t b e l l a n d l o a d

e a c h o r d e r f o r s h i p p i n g i n u n d e r a n h o u r .

A l t h o u g h t h e r e a r e s o m e s u b t l e d i c u l t i e s i n s o l v i n g s u c h a p r o b l e m , w e v i e w t h e u n d e r l y i n g

s c h e d u l i n g p r o b l e m i n m u c h t h e s a m e w a y t h a t w e v i e w t h e T r a v e l i n g S a l e s m a n P r o b l e m . E a c h

o r d e r i s u n i q u e , a n d w e w i s h t o n d t h e s e q u e n c e i n w h i c h t h e o r d e r s s h o u l d b e l l e d . O u r o b j e c t i v e

i s t o m i n i m i z e t h e a m o u n t o f t i m e i t t a k e s t o l l a n o r d e r w h i l e a t t h e s a m e t i m e m i n i m i z i n g t h e

a m o u n t o f p r o d u c t t h a t m u s t g o i n a n d o u t o f s t o r a g e . T h e e x a c t b a l a n c e t o s t r i k e b e t w e e n t h e s e

t w o g o a l s w i l l d e p e n d o n t h e e v a l u a t i o n f u n c t i o n .

I n g e n e r a l , w e f e e l t h a t o u r s c h e d u l e r w i l l g e n e r a t e h i g h - q u a l i t y s o l u t i o n s t o p r o b l e m s i n w h i c h

t h e o b j e c t s o r e v e n t s t o b e s e q u e n c e d a r e u n i q u e . W h a t a b o u t s c h e d u l i n g p r o b l e m s i n w h i c h t h e

o b j e c t s o r e v e n t s t o b e s c h e d u l e d a r e n o t u n i q u e ? O u r e x p e r i m e n t s s h o w t h a t w e c a n i n d e e d

c r e a t e s c h e d u l i n g p r o b l e m s t h a t a r e u n f a v o r a b l e f o r t h e g e n e t i c a l g o r i t h m . W e c a n e v e n e x p l a i n

t h e s e p r o b l e m s i n t e r m s o f t h e u n d e r l y i n g t h e o r y o f g e n e t i c a l g o r i t h m s . N e v e r t h e l e s s , u n f a v o r a b l e

c o n d i t i o n s d o n o t p r e v e n t t h e g e n e t i c a l g o r i t h m f r o m n d i n g c o m p e t i t i v e s o l u t i o n s , a l t h o u g h t h e y

m a y p r e v e n t i t f r o m n d i n g a n o p t i m a l s o l u t i o n . P r o b l e m s m o s t l i k e l y t o c a u s e d i c u l t y a r e t h o s e

t h a t h a v e m u l t i p l e d i s s i m i l a r s o l u t i o n s t h a t d o n o t \ r e c o m b i n e w e l l . " W e s u s p e c t t h a t t h e p r o b l e m s

m o s t l i k e l y t o b e d i c u l t f o r t h e g e n e t i c a l g o r i t h m m a y b e t h o s e t h a t a r e n o t l i k e l y t o b e h a r d

p r o b l e m s i n t h e r s t p l a c e . I f a p r o b l e m i s s u c i e n t l y w e l l s t r u c t u r e d t o h a v e m u l t i p l e s o l u t i o n s

t h a t a r e e s s e n t i a l l y v a r i a t i o n s o n t h e s a m e s c h e d u l i n g s t r a t e g y , t h e n t h e s e s o l u t i o n s a r e l i k e l y t o

b e o b v i o u s . T h u s , i n g e n e r a l , w e d o n o t b e l i e v e t h a t s c h e d u l i n g p r o b l e m s i n w h i c h t h e o b j e c t s o r

e v e n t s t o b e s c h e d u l e d a r e n o t u n i q u e p o s e a r e a l d i c u l t y .

C e r t a i n l y , m o r e w o r k n e e d s t o b e d o n e . T h e r e i s a c r i t i c a l n e e d f o r c o m p a r a t i v e s t u d i e s o n

l a r g e r p r o b l e m s t h a t a r e k n o w n t o b e d i c u l t a n d f o r w h i c h o t h e r s c h e d u l i n g s t r a t e g i e s h a v e b e e n

d e v e l o p e d . H o w e v e r , t h e w o r k c o n d u c t e d s o f a r h a s p r o d u c e d p o s i t i v e r e s u l t s t h a t s u g g e s t a v e r y

e x c i t i n g p o t e n t i a l .

A C K N O W L E D G M E N T S

T h i s r e s e a r c h w a s s u p p o r t e d i n p a r t b y a g r a n t f r o m t h e C o l o r a d o I n s t i t u t e o f A r t i c i a l I n t e l l i g e n c e

( C I A I ) . C I A I i s s p o n s o r e d i n p a r t b y t h e C o l o r a d o A d v a n c e d T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ( C A T I ) , a n

a g e n c y o f t h e s t a t e o f C o l o r a d o . C A T I p r o m o t e s a d v a n c e d t e c h n o l o g y e d u c a t i o n a n d r e s e a r c h a t

u n i v e r s i t i e s i n C o l o r a d o f o r t h e p u r p o s e o f e c o n o m i c d e v e l o p m e n t .

1 . 6 R e f e r e n c e s

B a k e r , J . a n d J . G r e f e n s t e t t e . ( 1 9 8 9 ) . H o w g e n e t i c a l g o r i t h m s w o r k : a c r i t i c a l l o o k a t i m p l i c i t

p a r a l l e l i s m . P r o c e e d i n g s o f t h e T h i r d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n G e n e t i c A l g o r i t h m s , P a l o A l t o


18/18

1 . 6 . R E F E R E N C E S 1 7

C a . : M o r g a n K a u f m a n n . p p . 2 0 - 2 7 .

G o l d b e r g , D a v i d . ( 1 9 8 9 ) . G e n e t i c a l g o r i t h m s i n s e a r c h , o p t i m i z a t i o n , a n d m a c h i n e l e a r n i n g .

R e a d i n g , M a s s . : A d d i s o n - W e s l e y .

G r e f e n s t e t t e , J o h n . ( 1 9 8 7 ) . I n c o r p o r a t i n g p r o b l e m s p e c i c k n o w l e d g e i n g e n e t i c a l g o r i t h m s .

I n L a w r e n c e D a v i s ( e d . ) , G e n e t i c a l g o r i t h m s a n d s i m u l a t e d a n n e a l i n g . P a l o A l t o , C a . : M o r g a n

K a u f m a n n . p p . 4 2 - 6 0 .

H o l l a n d , J o h n . ( 1 9 7 5 ) . A d a p t a t i o n i n n a t u r a l a n d a r t i c i a l s y s t e m s . A n n A r b o r : U n i v e r s i t y o f

M i c h i g a n P r e s s

O l i v e r , I . M . a n d D . J . S m i t h a n d J . R . C . H o l l a n d . ( 1 9 8 7 ) . A s t u d y o f p e r m u t a t i o n c r o s s o v e r

o p e r a t o r s o n t h e t r a v e l i n g s a l e s m a n p r o b l e m . I n J o h n G r e f e n s t e t t e ( e d . ) , G e n e t i c a l g o r i t h m s a n d

t h e i r a p p l i c a t i o n s , P r o c e e d i n g s o f t h e S e c o n d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e . H i l l s d a l e , N . J . : E r l b a u m

A s s o c i a t e s . p p . 2 2 4 - 2 3 0

S c h a e r , D a v i d J . ( 1 9 8 7 ) . S o m e e e c t s o f s e l e c t i o n p r o c e d u r e s o n h y p e r p l a n e s a m p l i n g b y

g e n e t i c a l g o r i t h m s . I n L a w r e n c e D a v i s ( e d . ) , G e n e t i c a l g o r i t h m s a n d s i m u l a t e d a n n e a l i n g . P a l o

A l t o , C a . : M o r g a n K a u f m a n n . p p . 8 9 - 1 0 3 .

W h i t l e y , D a r r e l l . ( 1 9 8 9 ) . T h e G E N I T O R a l g o r i t h m a n d s e l e c t i v e p r e s s u r e : w h y r a n k - b a s e d

a l l o c a t i o n o f r e p r o d u c t i v e t r i a l s i s b e s t . P r o c e e d i n g s o f t h e T h i r d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n

G e n e t i c A l g o r i t h m s , P a l o A l t o , C a . : M o r g a n K a u f m a n n . p p . 1 1 6 - 1 2 1 .

W h i t l e y , D . a n d J . K a u t h . ( 1 9 8 8 ) . G e n i t o r : a d i e r e n t g e n e t i c a l g o r i t h m . P r o c e e d i n g s o f t h e

R o c k y M o u n t a i n C o n f e r e n c e o n A r t i c i a l I n t e l l i g e n c e . D e n v e r , C o l o . p p . 1 1 8 - 1 3 0 .

W h i t l e y , D a r r e l l a n d T i m S t a r k w e a t h e r . ( 1 9 9 0 ) . G E N I T O R I I : A d i s t r i b u t e d g e n e t i c a l g o r i t h m .

J o u r n a l o f T h e o r e t i c a l a n d E x p e r i m e n t a l A r t i c i a l I n t e l l i g e n c e , ( i n p r e s s ) .

W h i t l e y , D a r r e l l a n d T i m S t a r k w e a t h e r a n d C h r i s B o g a r t . ( 1 9 9 0 ) . G e n e t i c a l g o r i t h m s a n d

n e u r a l n e t w o r k s : o p t i m i z i n g c o n n e c t i o n s a n d c o n n e c t i v i t y . P a r a l l e l C o m p u t i n g , ( i n p r e s s ) .

W h i t l e y , D a r r e l l , T i m S t a r k w e a t h e r a n d D ' A n n F u q u a y . ( 1 9 8 9 ) . S c h e d u l i n g p r o b l e m s a n d

t r a v e l i n g s a l e s m a n : t h e g e n e t i c e d g e r e c o m b i n a t i o n o p e r a t o r . P r o c e e d i n g s o f t h e T h i r d I n t e r n a t i o n a l

C o n f e r e n c e o n G e n e t i c A l g o r i t h m s , P a l o A l t o , C a . : M o r g a n K a u f m a n n . p p . 1 3 3 - 1 4 0 .

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