Ang mga packing espesyalista mula sa Mainz: Numero ng isa sa buong mundo

Ang mga siyentipikong Mainz ay nagtakda ng mga tala ng mundo para sa pinakamahusay na pag-aayos ng mga pabilog na disk - inilathala sa Physical Review E

Paano ko i-load ang isang kotse para sa lahat upang magkasya? Paano ako makakapag-pack ng isang pakete upang ito ay mahusay na puno? Gaano karaming mga pinggan ang napupunta sa isang cabinet ng kusina? Pagdating sa pag-iimpake, ang mga siyentipikong Mainz ay walang kapantay. Ang mga tala ng mundo, na itinakda sa internasyonal na kumpetisyon para sa pinakamahusay na solusyon sa isang partikular na problema sa pag-iimpake, ay maaaring itakda o matalo.

"Kami ay nagtatrabaho ng ilang oras sa isang interdisiplinang proyekto sa pagitan ng teoretikal na pisika at computer science upang mabuo ang pinakamahusay na posibleng computer algorithm para sa pag-iimpake ng mga problema," paliwanag ni Dr. Si Johannes Josef Schneider mula sa bagong itinatag na pagtuon sa mga pamamaraang pananaliksik na tinutulungan ng computer sa natural na agham sa Johannes Gutenberg University Mainz. Nang malaman ng mga siyentista ang tungkol sa kumpetisyon ilang sandali bago ito natapos, maaari lamang silang magtakda ng isang rekord sa mundo, kung hindi man ang mga resulta ng ilang iba pang mga grupo ay medyo mas mahusay. Hinimok ng ambisyon na talunin ang mga pinakamahusay na pangkat ng mundo, na ang ilan sa mga ito ay nagtatrabaho sa gayong mga problema sa loob ng maraming taon, karagdagang binuo nila ang kanilang mga computer algorithm at ngayon ay nakalas ang mga tala ng mundo na itinakda sa panahon ng kumpetisyon, at para sa pinaka-bahagi na makabuluhan. Ang akda ay nai-publish sa bantog na journal para sa statistic physics Physical Review E.

Ang kumpetisyon ay tungkol sa pag-aayos ng mga round disk ng iba't ibang laki sa isang bilog upang tumagal sila ng kaunting puwang hangga't maaari. Ang radius ng malaking bilog kung saan ang mas maliit na mga circular disk ay naka-pack ay dapat na maliit hangga't maaari. 155 grupo mula sa 32 mga bansa ang lumahok sa kompetisyon at nagsumite ng kanilang mga solusyon. Para sa mga problema na may 24 hanggang sa maximum na 50 pabilog na disc ng iba't ibang laki, Schneider, Prof. Dr. Si Elmar Schömer mula sa Institute of Computer Science at ang nagtapos na mag-aaral na si André Müller na natagpuan ng pinakamahuhusay na solusyon. Para sa mga mas maliliit na problema sa 23 mga pabilog na disk at mas kaunti, sila ay naaayon sa pinakamahusay na mga solusyon hanggang sa kasalukuyan - na nagmumungkahi na walang mas mahusay na solusyon para dito. "Kaya't nabuo namin ang pinakamahusay na algorithm sa pag-pack ng mundo para sa problemang ito sa mga pabilog na disc ng iba't ibang laki," nagbubuod kay Schneider.

Gayunpaman, hindi lamang isinasaalang-alang ng mga siyentipiko ang naturang mga problemang pang-agham, ngunit inilalapat din ang kanilang mga algorithm sa mga praktikal na aplikasyon. Halimbawa, ang grupo ay nagsisiyasat para sa isang malaking tagagawa ng sasakyan ng Aleman kung paano pinakamahusay na sukatin ang dami ng isang puno ng kahoy. Ayon sa pamantayang tinukoy ng European Union, ang mga tetrapaks ng isang tiyak na laki ay dapat na naka-pack sa isang tinukoy na puno ng kahoy upang ang puwang ay napuno hangga't maaari. "Sa ngayon, sinubukan ito sa pamamagitan ng kamay na may mga bloke ng kahoy upang mapaunlakan hangga't maaari," paliwanag ni Schneider. Sa Estados Unidos, sa kabilang banda, ang mga set ng maleta mula sa sobrang mga mayayaman ay dapat na nakaimpake sa puno ng kahoy hangga't maaari hangga't maaari, na ang dahilan kung bakit ang detalye ng kung gaano karaming puwang sa puno ng kahoy ang hindi eksaktong pareho sa pagitan ng mga polyeto sa advertising ng Aleman at Amerikano. Batay sa paghahambing sa mga resulta ng kumpetisyon, ang mga siyentipiko ay maaaring siguraduhin na ang kanilang algorithm ay maaari ring mahusay na malutas ang mga problemang ito ng packing.

Ang ganitong mga pag-optimize ng algorithm ay maaari ring magamit para sa ganap na magkakaibang mga katanungan. Halimbawa, ang mga paglalakbay ng isang planta ng gatas sa mga bukid ay maaaring mai-optimize upang ang mga distansya na sakop ng mga trak para sa koleksyon ng gatas ay maikli hangga't maaari - depende sa pagkakasunud-sunod kung saan ang mga bukid ay nilapitan. Ang isa pang halimbawa mula sa industriya ng automotiko ay ang pangwakas na pagpupulong ng mga sasakyan: Ang computer ay maaaring magamit upang matukoy ang pagkakasunud-sunod kung saan ang indibidwal na prefabricated na katawan ay dapat ilagay sa linya ng pagpupulong upang ang paggawa ay maaaring maisagawa bilang mabisa nang gastos hangga't maaari. Mayroon ding mga kumpetisyon para sa gayong mga problema, ang ilan sa mga ito ay naayos din ng mga kumpanya. Si Schneider, bilang isang mag-aaral ng doktor sa Regensburg, nag-iisa na naganap ang pang-apat na lugar sa isang kumpetisyon na inanunsyo ng isang tagagawa ng kotse ng Bavarian ilang taon na ang nakalilipas, na iniiwan ang mga kumpanya na mahusay na naitatag sa lugar ng pag-optimize at gumamit ng buong pangkat ng mga empleyado para sa kumpetisyon na malayo sa likuran. ,

Nahanap ng mga mananaliksik ng Mainz ang pinakamahusay na solusyon sa pamamagitan ng paglapit sa solusyon. Upang gawin ito, ang mga random na kaganapan ay ginagaya sa computer gamit ang mga simulation ng Monte Carlo - na pinangalanan sa distrito ng Monaco kasama ang sikat na casino. "Ito ay tulad ng sa isang casino, kung saan ang bilang ng labindalawang nangyayari upang mahulog sa talahanayan ng roulette, kaya ang computer ay sapalarang lumilikha ng isang pag-aayos," paliwanag ni Schneider. Sa halimbawa sa mga pabilog na disk, ang computer ay pagkatapos ay gumagalaw ng isa sa mga disk sa kung saan at inihambing ang bagong solusyon sa nauna. Ang pagbabagong ito ay baligtad kung ang lawak ng pagkasira ay napakahusay, kung hindi man ay nananatili ang bagong solusyon. "Sa ganitong paraan, binago mo ang pag-aayos ng pabilog na disk disk na hakbang-hakbang hanggang sa makukuha ang resulta."

Nakakaintriga na ang iba't ibang mga solusyon, na halos kasing ganda ng pinakamahusay na solusyon, ay madalas na mayroong isang bagay sa karaniwan. Ayon kay Schneider, may mga istruktura na madalas na matatagpuan. Sa kompetisyon ng pabilog na disk, halimbawa, ang pinakamahusay na mga solusyon sa pabilog ay madalas na magkasama ang pinakamalaking mga pabilog na disk. Sinisiyasat ng mga siyentipiko kung ano ang eksaktong mga magagandang solusyon at ang pinakamahusay na solusyon ay magkapareho sa kanilang sariling gawain, na lilitaw din sa ilang pagsusuri sa Physical Review E.

Ang pokus para sa mga paraan ng tulong na pananaliksik sa computer sa likas na agham ay bagong itinatag ng Johannes Gutenberg University upang mas mahusay na suportahan ang natitirang posisyon ng natural na agham sa Mainz sa pamamagitan ng mahusay at makabagong computer science.

Orihinal na trabaho:

André Müller, Johannes J. Schneider, Elmar Schömer Packing isang multidisperse system ng mga hard disk sa isang pabilog na kapaligiran Physical Review E, dami 79, numero 021102, Pebrero 2, 2009

Pinagmulan: Mainz [JGU]