Специалистите на опаковки от Майнц: номер едно в света
Учените в Майнц победи световни рекорда за най-добър режим на кръгли дискове - Публикуване в Physical Review E
Както се зарежда кола, така че всичко, което се вписва? Как мога да сложа пакет, така че да е добре изпълнен? Колко ястия отива в кухненски шкаф? Когато става въпрос за опаковане, Майнц учени са непобедим. записите на света, че са създадени на международен конкурс за най-доброто решение на конкретен проблем опаковка, всички могат да се адаптират или ритъм.„От известно време работим в интердисциплинарен проект между теоретична физика и компютърни науки, за да разработим възможно най-добрия компютърен алгоритъм за опаковане на проблеми“, обяснява д-р. Йоханес Йозеф Шнайдер от новоучредения фокус върху компютърно подпомагани изследователски методи в естествените науки в университета Йоханес Гутенберг, Майнц. Когато учените разбраха за състезанието малко преди да приключи, те можеха да поставят само един световен рекорд, иначе резултатите на някои други групи бяха малко по-добри. Водени от амбицията да победят най-добрите световни групи, някои от които са работили по подобни проблеми в продължение на много години, те доразвиха своите компютърни алгоритми и вече успяха да подбият световните рекорди, поставени по време на състезанието, и в по-голямата си част значително. Работата е публикувана в известното списание за статистическа физика Physical Review E.
Състезанието беше за подреждане на кръгли дискове с различни размери в кръг, така че да заемат възможно най -малко място. Следователно радиусът на големия кръг, в който са опаковани по -малките кръгли дискове, трябва да бъде възможно най -малък. 155 групи от 32 държави участваха в конкурса и представиха своите решения. Шнайдер, проф. Д -р Елмар Шьомер от Института за компютърни науки и аспирантът Андре Мюлер намериха далеч най -добрите решения. За по -малките проблеми с 24 кръгови диска и по -малко, те бяха наравно с най -добрите решения досега - което предполага, че не може да има още по -добро решение. "Ние разработихме най -добрия алгоритъм за опаковане в света за този проблем с кръгови дискове с различни размери", обобщава Шнайдер.
Учените обаче не само разглеждат подобни научни проблеми, но и прехвърлят своите алгоритми в практически приложения. Например групата проучва как обемът на багажника може да бъде измерен най -добре за голям немски производител на автомобили. Съгласно стандарта, определен от Европейския съюз, Тетрапакс с определен размер трябва да бъде опакован в даден багажник, така че пространството да се запълни възможно най -добре. „Досега се опитвахме да поставим възможно най -много тетрапаци с дървени блокове на ръка“, обяснява Шнайдер. В САЩ, от друга страна, комплектите куфари за свръхбогатите трябва да бъдат опаковани възможно най-оптимално в багажника, поради което информацията за това колко място има в багажника не съвпада точно между германската и американската реклама брошури. Въз основа на сравнението с резултатите от състезанието учените вече са сигурни, че техният алгоритъм може също оптимално да реши тези проблеми с опаковането на багажника.
Но такива алгоритми за оптимизация могат да се използват и за напълно различни въпроси. Например, пътуванията на една млечна фабрика до фермите могат да бъдат оптимизирани, така че разстоянията, които камионите да изминат за събиране на мляко, да бъдат възможно най -кратки - в зависимост от реда, в който се приближават фермите. Друг пример от автомобилната индустрия е окончателното сглобяване на превозни средства: С помощта на компютъра може да се определи в какъв ред отделните сглобяеми каросерии трябва да бъдат изнесени на монтажната линия, така че производството да може да се осъществи възможно най-рентабилно колкото е възможно. Съществуват и състезания за подобни проблеми, някои от които дори се организират от компании. Като докторант в Регенсбург, Шнайдер заема четвърто място сам в състезание, което баварски автомобилен производител е рекламирал преди няколко години, оставяйки компании, които са утвърдени в областта на оптимизацията и наемат цели групи служители за конкуренцията.
Учените от Майнц намират най -добрия метод на решение, като се приближат до решението. За тази цел на компютъра се симулират случайни събития със симулации в Монте Карло - кръстени на квартала на Монако с известното казино. „Това е като в казиното, където числото дванадесет се случва произволно на масата за рулетка, така че компютърът създава произволна подредба“, обяснява Шнайдер. В примера с кръговите дискове компютърът след това премества един от дисковете някъде и сравнява това ново решение с предишното. Тази промяна се отменя, ако степента на влошаване е твърде голяма, в противен случай новото решение остава. "По този начин променяте подреждането на кръговите дискове стъпка по стъпка, докато не стане налице крайният резултат."
Забележимо е, че различните решения, които са почти толкова добри, колкото най -доброто решение, често имат нещо общо. Според Шнайдер има структури, които често се срещат. В конкуренцията с кръгови дискове, например, с добрите решения, най -големите кръгли дискове често са близки един до друг. Какво общо имат добрите решения и най -доброто решение, се изследва от учените в собствената им статия, която скоро ще се появи и във Physical Review E.
Фокусът върху компютърно подпомаганите методи на изследване в естествените науки е новосъздаден от Университета Йоханес Гутенберг с цел по-добра подкрепа на изключителната позиция на естествените науки в Майнц чрез ефективни и иновативни компютърни науки.
Оригинална публикация:
André Müller, Johannes J. Schneider, Elmar Schömer Опаковане на многодисперсна система от твърди дискове в кръгова среда Physical Review E, том 79, номер 021102, 2 февруари 2009 г.
Източник: Майнц [JGU]
