Math Problem Statement

Hacettepe Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümü’nde 2024-2025 güz dönemi sonunda büyük bir heyecan başlıyor: Yaklaşık 40 lisans bitirme projesi, 10 yüksek lisans tezi ve 5 doktora tezi sunumu için yoğun bir sunum maratonu kapıda! Bu sunumlar için kapsamlı bir takvim hazırlanması gerekiyor. Ancak bazı jüri üyeleri hem lisans hem de lisansüstü sunumlarda yer aldığından, çakışmalar kaçınılmaz hale geliyor ve bu durum hem jüri üyelerini hem de öğrencileri fazladan strese sokuyor. Bölümün çözüm odaklı öğretim üyesi Erdi Hoca, bu zorlu görevin başında. Jüri üyelerinin görevli oldukları sunumları göz önünde bulundurarak, çakışmaları en aza indiren bir sunum takvimi hazırlamak için kolları sıvıyor. Neyse ki, Erdi Hoca’nın gizli bir kozu var: EMÜ679 dersini alan parlak zekalı öğrencileri! Onların geliştireceği matematiksel optimizasyon modeliyle bu karmaşayı çözebileceğine inanıyor. Bu problem için bir matematiksel optimizasyon modeli tasarlayınız. İşte düzeltilmiş hali: (İpucu: Endekslemenin gücünü kullanın; amaç fonksiyonu doğrusal olmayan bir fonksiyon olmalı ve modelin, değişken tanımlayıcı kısıtlar dışındaki kısıtları tek bir satırda ifade edilebilmelidir).

Solution

Bu problemde, Hacettepe Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümü’nde gerçekleşecek olan sunumların zamanlaması için bir matematiksel optimizasyon modeli tasarlamamız gerekiyor. Amaç, jüri üyeleri ve öğrenciler için çakışmaları en aza indiren bir takvim oluşturmaktır. Bu tür bir problemi çözmek için sıklıkla zamanlama (scheduling) problemleri üzerine kurulu doğrusal olmayan optimizasyon yöntemleri kullanılır. Problemde hem lisans hem de lisansüstü tez sunumları göz önüne alındığı için çakışma riskini minimize etmemiz gerekiyor.

Modelin bileşenleri

  1. Amaç fonksiyonu: Jüri üyelerinin birbiriyle çakışan sunumlarını minimize etmek.
  2. Kısıtlar:
    • Her sunum, belirlenen zaman diliminde gerçekleşmeli.
    • Jüri üyeleri aynı anda birden fazla sunuma katılamaz.
    • Her jüri üyesi, belirlenen sunumlara atanan bir görevli olmalıdır.

Karar Değişkenleri

  • xijtx_{ijt}: Eğer jüri üyesi ii, sunum jj'de zaman diliminde tt'de görevlendirilirse 1, aksi halde 0.
  • yjy_j: Sunum jj'nin gerçekleştiği zaman dilimi.

Amaç Fonksiyonu

Amaç, jüri üyelerinin çakışan sunum sayısını minimize etmektir. Jüri üyesi çakışmaları, aynı jüri üyesinin aynı zaman diliminde birden fazla sunuma atanmasıyla oluşur. Bu durumda, çakışmayı tespit eden doğrusal olmayan bir fonksiyon önerilebilir:

Minimize:i=1Nt=1T(j=1Jxijt)2\text{Minimize:} \sum_{i=1}^{N} \sum_{t=1}^{T} \left( \sum_{j=1}^{J} x_{ijt} \right)^2

Bu amaç fonksiyonunda, (j=1Jxijt)2\left( \sum_{j=1}^{J} x_{ijt} \right)^2, jüri üyesi ii'nin zaman dilimi tt'de birden fazla sunuma atanması durumunda çakışmayı arttıran bir terimdir.

Kısıtlar

  1. Her sunum bir zaman diliminde yapılmalı: t=1Txijt=1j\sum_{t=1}^{T} x_{ijt} = 1 \quad \forall j

  2. Her jüri üyesi aynı anda yalnızca bir sunumda görev almalı: j=1Jxijt1i,t\sum_{j=1}^{J} x_{ijt} \leq 1 \quad \forall i, t

  3. Her sunum için yeterli jüri üyesi atanmalı: i=1Nxijt=1j\sum_{i=1}^{N} x_{ijt} = 1 \quad \forall j

  4. Sunumlar belirli bir zaman diliminde yapılmalı ve her sunumda bir jüri üyesi bulunmalı: yj=tsunumjzaman dilimity_j = t \quad \text{sunum} \, j \quad \text{zaman dilimi} \, t

Açıklama

Bu model, lisans ve lisansüstü sunumlarının tamamını ele alır. Jüri üyelerinin birden fazla sunuma aynı zaman diliminde atanmasını önlemeye çalışırken, aynı zamanda her sunumun belirli bir zaman diliminde gerçekleştirilmesini ve jüri üyesi sayısının yeterli olmasını sağlamak için kısıtlar eklenmiştir.


Detay veya sorular ister misiniz?

İşte soruyu genişletmek için 5 ilgili soru:

  1. Modelde kullanılan doğrusal olmayan fonksiyonları doğrusal hale getirmek mümkün mü?
  2. Jüri üyelerinin çakışma durumunu daha fazla minimize edecek başka bir yöntem kullanılabilir mi?
  3. Optimizasyon problemini çözmek için hangi algoritmalar kullanılabilir?
  4. Zaman dilimleri arasındaki boşluklar veya aralar göz önüne alınmalı mı?
  5. Yüksek lisans ve doktora sunumları için ek kısıtlar gerekli mi?

Tip: Zamanlama problemlerinde greedy algoritmalar hızlı çözümler sağlar ama optimum olmayabilir.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Non-linear optimization
Scheduling problem
Mathematical modeling
Minimization techniques

Formulas

Minimize: ∑(i=1 to N) ∑(t=1 to T) (∑(j=1 to J) x_ijt)^2
∑(t=1 to T) x_ijt = 1 ∀ j
∑(j=1 to J) x_ijt ≤ 1 ∀ i, t
∑(i=1 to N) x_ijt = 1 ∀ j
y_j = t ∀ j

Theorems

Non-linear objective function for conflict minimization
Linear constraints in optimization models

Suitable Grade Level

Graduate Level