Exaktné a približné riešenie rozsiahlych multikriteriálnych lokačných úloh
Školitel
doc. Ing. Marek Kvet, PhD.
Študijný program
Aplikovaná informatika
Študijný odbor
Informatika
Detailnejší opis problému
Téma sa zaoberá problematikou navrhovania obslužných systémov s konfliktnými kritériami, akým je napríklad Záchranná zdravotná služba (ZZS). Pozornosť bude venovaná viacerým spôsobom optimalizácie siete staníc, teda úlohám, v ktorých sa má rozmiestniť istý počet stredísk tak, aby systém garantoval požadovanú kvalitu poskytovanej služby. Na systém ZZS sú kladené rôzne kritéria a iné dodatočné obmedzujúce podmienky, ktoré sú často vo vzájomnom rozpore. Keďže rozsiahle prípady takto formulovaných úloh predstavujú ťažko riešiteľný kombinatorický problém a obvykle presahujú možnosti bežne dostupných IP-solverov, stali sa metódy jeho riešenia predmetom výskumu v oblasti aplikovanej informatiky. Hlavným cieľom práce bude v teoretickej časti poskytnúť ucelený prehľad existujúcich metód založených na matematickom modelovaní, ktoré umožňujú efektívne riešenie rozsiahlych úloh s prihliadnutím na špecifiká záchranného systému a viaceré konfliktné kritériá ako férovosť, robustnosť a podobne. Okrem prístupov založených na princípoch matematického modelovania sa predpokladá analýza dostupných techník vychádzajúcich z pokročilých metód zhlukovej analýzy, clusteringu a pattern recognition v súvislosti so sieťou, po ktorej je služba poskytovaná. Okrem toho by autor práce mal priniesť prehľad ďalších algoritmov, ktoré sa dajú aplikovať pri riešení tohto špecificky formulovaného problému. V prípade, že štruktúra navrhnutého modelu alebo iné obmedzenia algoritmu neumožnia jeho efektívne riešenie, úlohou doktoranda bude navrhnúť alternatívne spôsoby modelovania alebo heuristické riešiace techniky. Samozrejmosťou bude výskum vlastností a správania sa vytvorených riešiacich metód na stredne veľkých úlohách. Okrem teoretického prehľadu dostupných riešiacich algoritmov a ich podrobnej analýzy bude pozornosť venovaná vlastnej tvorivej činnosti s cieľom navrhnúť a implementovať efektívny nástroj tak, aby prekonal slabé stránky dostupných riešení a prispel k rozvoju študovaného odboru.
Predpokladaný vedecký prínos (algoritmy, metodológie, ...)
Hlavným prínosom práce má byť výskum vlastností navrhnutých exaktných a heuristických metód riešenia rozsiahlych viackriteriálnych úloh, ktorý by mal viesť k návrhu a implementácií vlastnej sofistikovanej riešiacej metódy. V prípade, ak budú algoritmy citlivé na nastavenie parametrov, predpokladá sa výskum v oblasti hľadania ich optimálnych hodnôt aj pomocou metód strojového učenia a s využitím prostriedkov umelej inteligencie.
Odporučány postup vedeckého bádania
- analýza existujúcich techník vyvinutých riešiteľským kolektívom FRI UNIZA počas riešenia aktuálnych i predchádzajúcich projektov a ich adaptácia na viackriteriálne úlohy, - overenie ich nárokov na výpočtové prostriedky (pamäť a výpočtový čas), - vývoj alternatívnych algoritmov, výskum ich presnosti v závislosti od parametrov, - syntéza získaných poznatkov a návrh vhodnej množiny riešiacich metód.
Druh výskumu
aplikovaný výskum a experimentálny vývoj
Výskumná úloha, ktorej súčasťou bude riešená téma
Riešená téma môže byť čiastočne pokrytá projektami VEGA 1/0138/24 „Regionálna rovnosť v prístupe k verejnej službe“ INTERREG SK-CZ/2023, žádost NFP403801DPH2 - Přeshraniční spolupráce systémů zdravotnické záchranné služby (VŠB-Ostrava-ŽU Žilina) Predpokladá sa tiež podanie žiadosti o podporu v rámci Grantového systému UNIZA.
Doterajšie výsledky riešenia na školiacom pracovisku, vrátane odkazov na dostupné zdroje
Záchranná zdravotná služba, ktorá predstavuje hlavnú oblasť aplikácií dosiahnutých výsledkov, patrí svojou povahou do skupiny verejných obslužných systémov, návrhu a optimalizácií, ktorým sa na Fakulte riadenia a informatiky Žilinskej univerzity v Žiline venuje veľká pozornosť už niekoľko desiatok rokov. Téma práce bude vychádzať z aktuálnych požiadaviek Operačného strediska ZZS a nadviaže na úspešné výsledky riešenia vedecko-výskumných projektov APVV-19-0441 „Prideľovanie obmedzených zdrojov do verejných obslužných systémov s konfliktnými kritériami kvality“, VEGA 1/0216/21 „Navrhovanie záchranných systémov s konfliktnými kritériami pomocou nástrojov umelej inteligencie“ a VEGA 1/0077/22 „Inovatívne predikčné metódy pre optimalizáciu verejných obslužných systémov“. V rámci riešenia výskumných úloh bolo doposiaľ obhájených množstvo dizertačných a diplomových prác. Preto je vysoký predpoklad, že výsledky dizertačnej práce by mohli byť použité ako čiastkové výstupy podaných projektov VEGA 1/0138/24 „Regionálna rovnosť v prístupe k verejnej službe“ a INTERREG SK-CZ/2023, NFP403801DPH2 - Přeshraniční spolupráce systémů zdravotnické záchranné služby, ktoré sú v procese schvaľovania. Relevantné zdroje: 1. Gendreau, M. and Potvin, J. (2010). Handbook of Metaheuristics, Springer Science & Business Media 2. Janáček, J., Kvet, M. (2016). Sequential approximate approach to the p-median problem. In Computers & Industrial Engineering 94 (2016), Elsevier, ISSN 0360-8352, pp. 83-92 3. Jánošíková, Ľ., Kvet, M., Jankovič, P., Gábrišová, L. (2019). An optimization and simulation approach to emergency stations relocation. In Central European Journal of Operations Research, ISSN 1435-246X, Roč.27, č.3 (2019), pp. 737-758 4. Jánošíková, Ľ. a kol. (2022). Reorganization of an emergency medical system in a mixed urban-rural area. International journal of environmental research and public health: open access journal, Bazilej: Multidisciplinary Digital Publishing Institute, ISSN 1661-7827, Roč. 19, č. 19 (2022), 17 s. 5. Kvet, M. (2015). Advanced Radial Approach to Resource Location Problems. In Studies in Computational Intelligence: Developments and Advances in Intelligent Systems and Applications: Springer, ISBN 978-3-319-58963-3, ISSN 1860-949X, pp. 29-48 6. Kvet, M. (2023). Overview of basic criteria and models applicable to emergency medical service system optimization. SN computer science, Heidelberg: Springer, ISSN 2661-8907, Roč. 4, č. 1 (2023), 11 s. 7. Kvet, M., Janáček, J. (2023). Directed search for non-dominated emergency medical system designs. Applied sciences, Bazilej: Multidisciplinary Digital Publishing Institute, ISSN 2076-3417, Roč. 13, č. 8 (2023), 12 s. 8. Leitner, B., Ballay, M., Kvet, M., Kvet, M. (2023). Optimization of fire brigade deployment by means of mathematical programming. Processes, Bazilej: Multidisciplinary Digital Publishing Institute, ISSN 2227-9717, Roč. 11, č. 4 (2023), 21 s.
V prípade otázok sa obráťte na vedúceho témy:
Marek.Kvet@fri.uniza.sk