An evidential answer for the capacitated vehicle routing problem with uncertain demands

par Nathalie Helal

Thèse de doctorat en Génie Informatique et Automatique

Sous la direction de Eric Lefèvre.

Soutenue le 20-12-2017

à l'Artois , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .

  • Titre traduit

    Une réponse évidentielle pour le problème de tournée de véhicules avec contrainte de capacité et demandes incertaines


  • Résumé

    Le problème de tournées de véhicules avec contrainte de capacité est un problème important en optimisation combinatoire. L'objectif du problème est de déterminer l'ensemble des routes, nécessaire pour servir les demandes déterministes des clients ayant un cout minimal, tout en respectant la capacité limite des véhicules. Cependant, dans de nombreuses applications réelles, nous sommes confrontés à des incertitudes sur les demandes des clients. La plupart des travaux qui ont traité ce problème ont supposé que les demandes des clients étaient des variables aléatoires. Nous nous proposons dans cette thèse de représenter l'incertitude sur les demandes des clients dans le cadre de la théorie de l'évidence - un formalisme alternatif pour modéliser les incertitudes. Pour résoudre le problème d'optimisation qui résulte, nous généralisons les approches de modélisation classiques en programmation stochastique. Précisément, nous proposons deux modèles pour ce problème. Le premier modèle, est une extension de l'approche chance-constrained programming, qui impose des bornes minimales pour la croyance et la plausibilité que la somme des demandes sur chaque route respecte la capacité des véhicules. Le deuxième modèle étend l'approche stochastic programming with recourse: l'incertitude sur les recours (actions correctives) possibles sur chaque route est représentée par une fonction de croyance et le coût d'une route est alors son coût classique (sans recours) additionné du pire coût espéré des recours. Certaines propriétés de ces deux modèles sont étudiées. Un algorithme de recuit simulé est adapté pour résoudre les deux modèles et est testé expérimentalement.


  • Résumé

    The capacitated vehicle routing problem is an important combinatorial optimisation problem. Its objective is to find a set of routes of minimum cost, such that a fleet of vehicles initially located at a depot service the deterministic demands of a set of customers, while respecting capacity limits of the vehicles. Still, in many real-life applications, we are faced with uncertainty on customer demands. Most of the research papers that handled this situation, assumed that customer demands are random variables. In this thesis, we propose to represent uncertainty on customer demands using evidence theory - an alternative uncertainty theory. To tackle the resulting optimisation problem, we extend classical stochastic programming modelling approaches. Specifically, we propose two models for this problem. The first model is an extension of the chance-constrained programming approach, which imposes certain minimum bounds on the belief and plausibility that the sum of the demands on each route respects the vehicle capacity. The second model extends the stochastic programming with recourse approach: it represents by a belief function for each route the uncertainty on its recourses (corrective actions) and defines the cost of a route as its classical cost (without recourse) plus the worst expected cost of its recourses. Some properties of these two models are studied. A simulated annealing algorithm is adapted to solve both models and is experimentally tested.


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