動的計画法で最短路問題を解く 最適性原理に基づいて時間ごとの最適政策を求 める方法を、動的計画法(Dynamic Programming; DP)という。 ベルマンの最適性原理とは、直観的に言えば全 体の問題の最適解の部分解は部分問題の最適 解に一致するということであるが、厳密には次の 再帰方程式によって定式化される。 DPによる最短路解法 1 ベルマンの再帰方程式 目的関数を f とする。有限期の場合、最終期Tとすると、1≦t ≦Tに対して任意の t 期以降の部分問題を考えることができ る。第 t 期の状態をs(t)とし、以降の部分問題の目的関数 の最適値を f[s(t) ]と書く。 またc[s‘(t)、s(t)]をs(t)から状態s(t+1)=s’(t)に移る ための遷移費用とする。このとき最適政策は次のような再帰 的条件によって表される。 f[s(t) ] = Mins(k+1) (c[s(k+1),s(k)]+f[s(k+1) ])、1 ≦k≦T、ただしc[s(T+1),s(T)]=0とする。 すなわち遷移費用と後継状態以降の最適政策が分かってい れば、 t期以降の最適政策が計算できる。全体のfはf(s (0))に等しい。 DPによる最短路解法 2 後方帰納 図の最短路問題のよ うに有限期の場合は、 後方帰納(Backwad Induction)と呼ばれる 推論を使えば最適政 策が求まる。 任意のノードnから6 までの最短ツアー距 離をf(n)とすると、以 下の式がすべて成立 つので、逐次代入し て解いていけばよい。 DPによる最短路解法 3 例題 13 9 9 0 始点まで遡っ て解いて始め て最短路が 完成する 6+5 17 19 5 f(6)= 0、 f(6)=0、 f(6)=0 f(5)=5+0、 f(5)=5+0=5 f(5)= 5+f(6)、 → 5 f(4)=min(9+0、 f(4)= min(9+f(6)、 6+5)、 6+5)=9 6+f(5))、 →9 f(3)=min(10+f(4)、18+f(5))、 f(3)=min(10+9、18+5)=19 f(3)= min(10+f(4)、18+f(5))、 → f(2)=min(16+f(4)、 f(2)=min(16+9、 f(2)= min(16+f(4)、 8+5、3+19)=13 8+f(5)、3+f(3))、 8+f(5)、3+f(3))、→ f(1)=min(4+f(2)、 f(1)=min(4+13、 f(1)= min(4+f(2)、 5+19)= 5+f(3)). 5+f(3)). 17→ DPによる最短路解法 例題の出典:荒木勉(1999).経営科学.情報処理テキストシリーズ.実教出版. 4 経済的ロットサイズモデル 経済的ロットサイズ生産スケジュール ないし経済的発注量は、生産と在庫 についての数量的管理技法としてよく 知られる。 例えば発注点法と呼ばれる方法では、 毎回予め決まった発注点まで在庫水 準が落ちると、自動的に予め決めてお いた最適発注量(EOQ)が発注される [*1]。 EOQを求めるにはWilsonの公式が用 いられた。繰越在庫のある場合や多 段階生産販売の場合[*2]は、動的計 画法を用いてネットワーク最短路問題 に翻訳できる。(満足解を見つけるア ルゴリズムの研究や、近年のSCMへ の応用も注目される分野である。) 需要1 +需要2 +需要3 DPによる最短路解法 •需要1+需要2+需要3 =輸送1 + 輸送2 +輸送3 •需要1=輸送1 +在庫0 -在庫1 •需要2=輸送2 +在庫1 -在庫2 •需要3=輸送3 +在庫2 -在庫3 •在庫0 =在庫3=0 輸送1 輸送2 輸送3 在庫1 需要1 在庫2 需要2 需要3 5
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