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Staff scheduling: Development of information-providing technologies for effective use of optimization algorithms in the field

Research Project

Project/Area Number 19K11843
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60020:Mathematical informatics-related
Research InstitutionSeikei University

Principal Investigator

IKEGAMI ATSUKO  成蹊大学, 理工学部, 教授 (90146936)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 伊藤 靖彦  成蹊大学, 理工学部, 研究員 (50838993)
加藤 晴康  成蹊大学, 理工学部, 研究員 (60838994)
呉 偉  静岡大学, 工学部, 助教 (90804815)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsスケジューリング / 最適解の分布 / 多様性と類似性 / 公平性 / ロバスト / 解の多様性と類似性 / ロバスト最適化 / 解空間把握
Outline of Research at the Start

ナース・スケジューリングを代表とする勤務スケジューリングにおいては,勤務表作成者が持つ潜在的な制約条件や評価尺度などの暗黙知について「事前に知ること」や「たたき台として与えた解に反映すること」が難しい.本研究では,解の修正を支援する「最適解の分布」情報を得ることに加え,解が持つ「バランス」(勤務者の負荷等,勤務表を構成する要素の平準化,公平性)と「入力変更に耐えうる解のロバスト性」に焦点をあて,それらを考慮した解を高速に得るためのアルゴリズムを構築する.具体的には,研究目的に挙げた(課題1)最適解の分布を提供,(課題2)公平性を持つ解を提供,(課題3)ロバストな解を提供,に取り組む.

Outline of Final Research Achievements

We aimed to provide information for reflecting latent constraints and priorities in nurse scheduling, considering the distribution of optimal solutions, fairness and robustness.
We used value differences in decision variables appearing frequently in the formulation constraints as a diversity measure and created models that provide diverse solutions. We defined two types of transitions between solutions and observed the solution quality in the transition process. In distance-based transitions, we efficiently obtained many optimal solutions. Information from integrating diverse and similar solutions allowed efficient modifications of solutions.In soccer league matches, to fairly balance each team’s load, we proposed an algorithm to minimize the total carry-over effect. For robustness, we proposed an iterated dual substitution method for a min-max regret 0-1 integer programming model that can represent scheduling problems with uncertainty and implemented a python solver using this method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人が持つ暗黙知,言語化していない制約や評価尺度が存在する問題では,最適化アルゴリズムの現場利用が難しい.最適化技術(モデルやアルゴリズム)が現場で真に利用されるためには,「暗黙知をうまく反映・吸収すること」を支援できる情報が必要である.本研究は,最適解の分布(多様性と類似性)を提供して,現場における解の選択,修正,評価の可能性を広げる.加えて,解が与える公平性,解のロバスト性が,現場の意思決定を助ける.最適化研究においては,最適解を1つ得ることが一般的であり,最適解間の関係に主眼を置いた研究は少ない.多様性と類似性の視点を持って分布を議論することはユニークな試み(学術的な問い)だと考える.

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (48 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 6 results) Presentation (40 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 8 results)

  • [Journal Article] ナーススケジューリングにおける多様な解の生成2022

    • Author(s)
      加藤尚瑛,呉偉,池上敦子
    • Journal Title

      情報処理学会論文誌数理モデル化と応用(TOM)

      Volume: 15 Pages: 1-10

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  • [Journal Article] An iterated dual substitution approach for binary integer programming problems under the min-max regret criterion2022

    • Author(s)
      W. Wu, M. Iori, S. Martello and M. Yagiura
    • Journal Title

      INFORMS Journal on Computing

      Volume: - Issue: 5 Pages: 1-17

    • DOI

      10.1287/ijoc.2022.1189

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] GENERATING DECISION SUPPORT INFORMATION FOR NURSE SCHEDULING INCLUDING EFFECTIVE MODIFICATIONS OF SOLUTIONS2021

    • Author(s)
      Hasebe Masaya、Nonobe Koji、Wu Wei、Katoh Naoaki、Tanabe Takahito、Ikegami Atsuko
    • Journal Title

      Journal of the Operations Research Society of Japan

      Volume: 64 Issue: 2 Pages: 109-127

    • DOI

      10.15807/jorsj.64.109

    • NAID

      130008031548

    • ISSN
      0453-4514, 2188-8299
    • Year and Date
      2021-04-30
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An Iterated Local Search Heuristic for the Staff Scheduling Problem for Part-Time Employees in Japan2021

    • Author(s)
      W. Wu, N. Katoh, A. Ikegami
    • Journal Title

      Asia-Pacific Journal of Operational Research

      Volume: - Issue: 05 Pages: 1-20

    • DOI

      10.1142/s0217595921500378

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  • [Journal Article] 処理時間の不確かさを考慮したバッチスケジューリング2021

    • Author(s)
      呉偉, 林多希与, 加藤晴康
    • Journal Title

      オペーレーションズ・リサーチ

      Volume: 66 Pages: 714-719

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  • [Journal Article] Feasible Home-Away Table Construction with Minimal Breaks and Team Assignment for Scheduling a Tournament2020

    • Author(s)
      仲田 周平、呉 偉、池上 敦子
    • Journal Title

      Journal of Japan Industrial Management Association

      Volume: 71 Issue: 2 Pages: 58-75

    • DOI

      10.11221/jima.71.58

    • NAID

      130007887787

    • ISSN
      1342-2618, 2187-9079
    • Year and Date
      2020-07-15
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  • [Journal Article] A heuristic algorithm for the periodic vehicle routing problem with flexible delivery dates2020

    • Author(s)
      H. Dong, Y. Tanaka, W. Wu and M. Yagiura
    • Journal Title

      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      Volume: 14 Issue: 5 Pages: JAMDSM0073-JAMDSM0073

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2020jamdsm0073

    • NAID

      130007868086

    • ISSN
      1881-3054
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  • [Journal Article] A Study on an Effective Assembly Sequences Generation Method Using Constraints2019

    • Author(s)
      市来嵜治,菊地宥人,高木聡,池上 敦子,篠田 心治
    • Journal Title

      Journal of Japan Industrial Management Association

      Volume: 70 Issue: 2 Pages: 71-80

    • DOI

      10.11221/jima.70.71

    • NAID

      130007691696

    • ISSN
      1342-2618, 2187-9079
    • Year and Date
      2019-07-15
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ナーススケジューリングにおける多様な解2022

    • Author(s)
      加藤尚瑛,池上敦子
    • Organizer
      スケジューリング学会リスクマネジメント研究部会
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    • Invited
  • [Presentation] 多様な最適解の間の推移2022

    • Author(s)
      加藤尚瑛,呉偉,池上敦子
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会春季研究発表会
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  • [Presentation] 最大納期遅れ最小化基準におけるロバストバッチスケジューリング2022

    • Author(s)
      呉偉, 梅野慶人, 渡邉夢大
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会春季研究発表会
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  • [Presentation] 総当たりリーグ戦における残存影響度最小化問題に対する反復局所探索法2022

    • Author(s)
      曹贇健, 呉偉, 柳浦睦憲
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会春季研究発表会
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  • [Presentation] 機械の取替時間を考慮する多機械スケジューリング問題に対する厳密解法2022

    • Author(s)
      沼口寛樹, 呉偉, 胡艶楠
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会春季研究発表会
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  • [Presentation] ナーススケジューリング:多様な解と類似な解2022

    • Author(s)
      池上敦子
    • Organizer
      日本オペレーションリサーチ学会中国・四国支部総会
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    • Invited
  • [Presentation] 工事立会者手配問題に対する制約生成法および集合被覆アプローチ2022

    • Author(s)
      高須賀将秀, 呉偉, 柳浦睦憲
    • Organizer
      情報処理学会第137回数理モデル化と問題解決研究発表会(MPS)
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  • [Presentation] 機械の取替時間を考慮する機械スケジューリング問題に対する動的計画法2022

    • Author(s)
      沼口寛樹, 呉偉, 胡艶楠
    • Organizer
      情報処理学会第84回全国大会
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  • [Presentation] スポーツスケジューリングにおける残存影響度最小化問題に対する発見的解法2022

    • Author(s)
      曹贇健, 呉偉, 柳浦睦憲
    • Organizer
      日本オペレーションズリサーチ学会中部支部第49回研究発表会
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  • [Presentation] 最大リグレット最小最短路問題に対する反復局所探索法2022

    • Author(s)
      寺本光貴, 呉偉, 柳浦睦憲
    • Organizer
      日本オペレーションズリサーチ学会中部支部第49回研究発表会
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  • [Presentation] Computational efficient and widely applicable models for nurse scheduling2021

    • Author(s)
      N. Katoh, W. Wu and A. Ikegami
    • Organizer
      International Symposium on Scheduling (ISS)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A heuristic dynamic programming method for the robust knapsack problem2021

    • Author(s)
      W. Wu, J. Zhang, Y. Hu and M. Yagiura
    • Organizer
      International Symposium on Scheduling (ISS)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generating diverse solutions for nurse scheduling2021

    • Author(s)
      N. Katoh, W. Wu and A. Ikegami
    • Organizer
      The 27th International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications (PDPTA'21)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Batch scheduling to minimize total completion time with uncertain processing times2021

    • Author(s)
      W. Wu, T. Hayashi, H. Kato and L. Tang
    • Organizer
      the 31th European Conference on Operational Research (EURO)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナーススケジューリングにおける解の多様性と類似性2021

    • Author(s)
      池上敦子
    • Organizer
      科研費・学術変革領域研究(B)「組合せ遷移の展開に向けた計算機科学・工学・数学によるアプローチ の融合」公開シンポジウム
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  • [Presentation] ナーススケジューリングー実用解のための情報生成ー2021

    • Author(s)
      池上敦子
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      日本オペレーションリサーチ学会関西支部SSOR2021
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    • Invited
  • [Presentation] 工事立会者手配問題に対する制約生成法に基づく厳密解法2021

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      高須賀将秀, 呉偉, 柳浦睦憲
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      スケジューリングシンポジウム2021
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  • [Presentation] 最大リグレット最小最短路問題に対する局所探索2021

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      寺本光貴, 呉偉, 柳浦睦憲
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      スケジューリングシンポジウム2021
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  • [Presentation] SCMOPT ーサプライ・チェイン最適化ライブラリとWeb アプリー2021

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      久保幹雄, 呉偉
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  • [Presentation] スポーツスケジューリングにおける対戦相手の直前対戦チームの平準化問題に対する発見的解法2021

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      曹贇健, 呉偉, 柳浦睦憲
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      スケジューリングシンポジウム2021
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  • [Presentation] ナーススケジューリングにおける多様な解と類似な解2021

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      加藤尚瑛 , 呉偉 , 池上敦子
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      日本オペレーションリサーチ学会 春季研究発表会
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  • [Presentation] 加藤尚瑛 , 呉偉 , 池上敦子2021

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      最適化問題における多様な解の導出
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      情報処理学会 第83回全国大会
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  • [Presentation] 災害時の危険度を考慮した最短経路問題2021

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      原田聖斗, 佐々木伊織, 加藤尚瑛, 池上敦子
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      スケジューリング学会リストマネジメント研究部会
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  • [Presentation] 処理時間の不確かさを考慮する単一機械バッチスケジューリング2021

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      呉偉
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      日本オペレーションズ・リサーチ学会研究部会評価のOR第91回研究会
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      林多希与, 唐亮, 加藤晴康, 呉偉
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      日本オペレーションリサーチ学会 春季研究発表会
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      林多希与, 呉偉
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      日本オペレーションズ・リサーチ学会第48回中部支部研究発表会
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  • [Presentation] 処理時間の不確かさを考慮した総滞留時間最小化単一機械バッチスケジューリング2021

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      林多希与, 唐亮, 呉偉
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      情報処理学会第83回全国大会
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      加藤尚瑛 , 呉偉 , 池上敦子
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      池上敦子
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      寺本光貴, 呉偉, 胡艶楠, 柳浦睦憲
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会第47回中部支部研究発表会
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  • [Presentation] 最大リグレット最小最短路問題に対する発見的解法2020

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      呉偉,林洋,胡艶楠,柳浦睦憲
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会春季研究発表会
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  • [Presentation] 最適解空間分析のための基礎実験2020

    • Author(s)
      加藤尚瑛,呉偉,池上敦子
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会春季研究発表会
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  • [Presentation] ロバスト組合せ最適化問題に対する行生成アルゴリズム2019

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      呉偉
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      日本オペレーションズ・リサーチ学会研究部会最適化とその応用(OPTA)第7回研究会
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  • [Presentation] Bins and Lateness Minimization in One-Dimensional Packing Problems with Pattern-Dependent Processing Times2019

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      Andrea. Pizzuti, Fabrizio Marinelli, Wei Wu
    • Organizer
      the 30th European Conference on Operational Research (EURO)
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  • [Presentation] 対戦可能なブレイク数最小HAT作成とチーム割当 ーJ1リーグ2018の再スケジューリングー2019

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      仲田周平,呉偉 ,池上敦子
    • Organizer
      情報処理学会「数理モデル化と問題解決研究会」
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      Hang Dong, Yosuke Takada, Wei Wu, Mutsunori Yagiura
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  • [Presentation] ナーススケジューリングの改善モデル2019

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      加藤尚瑛,呉偉,池上敦子
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会秋季研究発表会
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      糸井雅貴,呉偉,池上敦子
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      Masaki Itoi, Wei Wu, Atsuko Ikegami:
    • Organizer
      the 9th Multidisciplinary International Conference on Scheduling: Theory and Applications (MISTA)
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URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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