An organizational and multi-agent approach to design metaheuristics, Application to transport networks optimization problems - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2008

An organizational and multi-agent approach to design metaheuristics, Application to transport networks optimization problems

Une approche organisationnelle et multi-agent pour la modélisation et l'implantation de métaheuristiques, Application aux problèmes d'optimisation de réseaux de transports

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David Meignan
  • Function : Author
  • PersonId : 860914

Abstract

The work presented in the PhD thesis promotes the idea that the analysis and design of metaheuristics can be facilitated and improved thanks to multi-agent systems approach. We first present AMF, an Agent Metaheuristic Framework that aims at supporting the design and hybridization of metaheuristics. The introduction of an agent-oriented approach allows to deal with flexibility, robustness and modularity in metaheuristics. This framework is based on an organizational model which describes at metaheuristic in term of roles. These roles correspond to the main components or tasks in a metaheuristic: intensification, diversification, memory and adaptation or self-adaptation. Starting from this organizational model of metaheuristic, some guidelines allow to obtain a multiagent system that correspond to a particular metaheuristic. In addition, we introduce an original metaheuristic called Coalition-Based Metaheuristic (CBM) to illustrate the use of AMF. Efficiency of CBM is illustrated thanks to its application to the Vehicle Routing Problem (VRP) and the Uncapacitated Facility Location Problem (UFLP).
Un objectif de cette thèse est de fournir des outils d'analyse, de conception et d'implantation des approches métaheuristiques pour l'optimisation combinatoire en les formulant dans le cadre des systèmes multi-agents. L'accent est mis sur la potentialité de mise en œuvre distribuée des approches et sur l'utilisation de techniques d'apprentissage permettant d'adapter dynamiquement des méthodes de recherche.

Dans le cadre de cette thèse nous proposons tout d'abord, un framework organisationnel et multi-agent pour la modélisation et l'implantation de métaheuristiques. Ce framework nommé AMF (Agent Metaheuristic Framework), introduit un modèle organisationnel de métaheuristiques qui décrit le système sous la forme d'une organisation composée de rôles en interaction. Le premier objectif de ce modèle est de donner un cadre d'analyse et de comparaison des différentes métaheuristiques existantes. Ensuite, il doit faciliter la conception de nouveaux algorithmes en encourageant une approche multi-agent. L'intérêt de l'approche organisationnelle, actuellement utilisée dans les systèmes multi-agents, est de pouvoir décrire un système aussi bien comme un tout, le système multi-agent, que comme un assemblage de composants, les agents. De plus, cette approche permet de distinguer l'analyse des fonctions du système, de l'analyse de son architecture. Enfin, l'approche organisationnelle encourage la modularité et la réutilisation des modèles. Nous proposons en complément de ce modèle un guide méthodologique. Il définit un ensemble d'étapes permettant de passer du modèle organisationnel à une méthode d'optimisation exprimée en termes d'agent.

Ensuite, nous présentons une métaheuristique fondée sur la métaphore de la coalition, CBM (Coalition Based Metaheuristic), mettant en avant l'intérêt d'utiliser les systèmes multi-agents pour la conception de métaheuristiques. Dans cette métaheuristique, la recherche de solution est effectuée par un ensemble d'agents regroupés dans une coalition. Chaque agent est capable d'effectuer indépendamment des autres une recherche dans l'espace des solutions à l'aide d'opérateurs de déplacement dans un voisinage de la solution courante et d'adapter sa stratégie par apprentissage par renforcement. Des mécanismes de coopération entre agents permettent d'améliorer l'efficacité de la recherche. La structure de coalition permet d'intégrer naturellement au système de résolution des aspects de distribution et de décentralisation du contrôle, de même que des procédés d'apprentissage individuels et collectifs. L'efficacité de notre approche est évaluée expérimentalement en traitant deux problèmes d'optimisation combinatoire : un problème de tournées de véhicules et un problème de positionnement.
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Dates and versions

tel-00391811 , version 1 (04-06-2009)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00391811 , version 1

Cite

David Meignan. Une approche organisationnelle et multi-agent pour la modélisation et l'implantation de métaheuristiques, Application aux problèmes d'optimisation de réseaux de transports. Autre [cs.OH]. Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00391811⟩
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