1. Optimization Problems in Graphs with Locational Uncertainty
- Author
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Marin Bougeret, Jérémy Omer, Michael Poss, Algorithmes, Graphes et Combinatoire (ALGCO), Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Methods, Algorithms for Operations REsearch (MAORE), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Agro Rennes Angers, INSA Lyon, ANR-11-LABX-0020,LEBESGUE,Centre de Mathématiques Henri Lebesgue : fondements, interactions, applications et Formation(2011), AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Méthodes Algorithmes pour l'Ordonnancement et les Réseaux (MAORE), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 1 (UR1), and Université de Rennes (UNIV-RENNES)
- Subjects
FOS: Computer and information sciences ,cutting plane algorithms ,General Engineering ,robust optimization ,[INFO.INFO-RO]Computer Science [cs]/Operations Research [cs.RO] ,cutting plane algorithm ,NP ,hardness ,68W25, 68Q27 ,Computer Science - Data Structures and Algorithms ,[MATH.MATH-CO]Mathematics [math]/Combinatorics [math.CO] ,NP-hardness ,Data Structures and Algorithms (cs.DS) ,combinatorial optimization ,F.2.2 ,approximation algorithms ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,MathematicsofComputing_DISCRETEMATHEMATICS - Abstract
Many discrete optimization problems amount to selecting a feasible set of edges of least weight. We consider in this paper the context of spatial graphs where the positions of the vertices are uncertain and belong to known uncertainty sets. The objective is to minimize the sum of the distances of the chosen set of edges for the worst positions of the vertices in their uncertainty sets. We first prove that these problems are [Formula: see text]-hard even when the feasible sets consist either of all spanning trees or of all s – t paths. Given this hardness, we propose an exact solution algorithm combining integer programming formulations with a cutting plane algorithm, identifying the cases where the separation problem can be solved efficiently. We also propose a conservative approximation and show its equivalence to the affine decision rule approximation in the context of Euclidean distances. We compare our algorithms to three deterministic reformulations on instances inspired by the scientific literature for the Steiner tree problem and a facility location problem. History: Accepted by David Alderson, Area Editor for Network Optimization: Algorithms & Applications. Supplemental Material: The online appendix is available at https://doi.org/10.1287/ijoc.2023.1276 .
- Published
- 2023