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Learn to Solve Vehicle Routing Problems ASAP: A Neural Optimization Approach for Time-Constrained Vehicle Routing Problems with Finite Vehicle Fleet

Deineko, Elija und Kehrt, Carina (2024) Learn to Solve Vehicle Routing Problems ASAP: A Neural Optimization Approach for Time-Constrained Vehicle Routing Problems with Finite Vehicle Fleet. ArXiv. [sonstige Veröffentlichung]

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966kB

Offizielle URL: https://arxiv.org/abs/2411.04777

Kurzfassung

Finding a feasible and prompt solution to the Vehicle Routing Problem (VRP) is a prerequisite for efficient freight transportation, seamless logistics, and sustainable mobility. Traditional optimization methods reach their limits when confronted with the real-world complexity of VRPs, which involve numerous constraints and objectives. Recently, the ability of generative Artificial Intelligence (AI) to solve combinatorial tasks, known as Neural Combinatorial Optimization (NCO), demonstrated promising results, offering new perspectives. In this study, we propose an NCO approach to solve a time-constrained capacitated VRP with a finite vehicle fleet size. The approach is based on an encoder-decoder architecture, formulated in line with the Policy Optimization with Multiple Optima (POMO) protocol and trained via a Proximal Policy Optimization (PPO) algorithm. We successfully trained the policy with multiple objectives (minimizing the total distance while maximizing vehicle utilization) and evaluated it on medium and large instances, benchmarking it against state-of-the-art heuristics. The method is able to find adequate and cost-efficient solutions, showing both flexibility and robust generalization. Finally, we provide a critical analysis of the solution generated by NCO and discuss the challenges and opportunities of this new branch of intelligent learning algorithms emerging in optimization science, focusing on freight transportation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211015/
Dokumentart:sonstige Veröffentlichung
Zusätzliche Informationen:Pre-Print
Titel:Learn to Solve Vehicle Routing Problems ASAP: A Neural Optimization Approach for Time-Constrained Vehicle Routing Problems with Finite Vehicle Fleet
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Deineko, ElijaElija.Deineko (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kehrt, CarinaCarina.Kehrt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Verlag:ArXiv
Name der Reihe:ArXiv
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Neural Combinatorial Optimization; Vehicle Routing Problem; Reinforcement Learning; Generative AI in Optimization; VRP with time constraints;
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - KoKoVI - Koordinierter kooperativer Verkehr mit verteilter, lernender Intelligenz, V - VMo4Orte - Vernetzte Mobilität für lebenswerte Orte, R - Künstliche Intelligenz
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Verkehrsforschung > Verkehrsmärkte und -angebote
Hinterlegt von: Deineko, Elija
Hinterlegt am:13 Jan 2025 14:02
Letzte Änderung:13 Jan 2025 14:02

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