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LP-Based Algorithms For Capacitated Facility Location

Résumé

Linear programming (LP) has played a key role in the study of algorithms for combinatorial optimization problems. In the field of approximation algorithms, this is well illustrated by the uncapacitated facility location problem. A variety of algorithmic methodologies, such as LP-rounding and the primal-dual method, have been applied to and evolved from algorithms for this problem. Unfortunately, this collection of powerful algorithmic techniques had not yet been applicable to the more general capacitated facility location problem. In fact, all of the known algorithms with good performance guarantees were based on a single technique, local search, and no LP relaxation was known to efficiently approximate the problem. In this paper, we present an LP relaxation with a constant integrality gap for the capacitated facility location. We demonstrate that the fundamental theories of multicommodity flows and matchings provide key insights that lead to the strong relaxation. Our algorithmic proof of integrality gap is obtained by finally accessing the rich toolbox of LP-based methodologies: we present a constant factor approximation algorithm based on LP-rounding.

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Relaxation continue
En informatique théorique et en recherche opérationnelle, la relaxation continue est une méthode qui consiste à interpréter de façon continue un problème combinatoire ou discret. Cette méthode est utilisée afin d'obtenir des informations sur le problème discret initial et parfois même pour obtenir sa solution. Les problèmes discrets ou combinatoires sont en effet très difficiles à traiter en raison de l'explosion combinatoire et il est courant de les traiter par une méthode de séparation et évaluation (branch and bound en anglais) : la relaxation continue fait partie des algorithmes d'évaluation nécessaire à la mise en œuvre de cette méthode.
Optimisation linéaire
thumb|upright=0.5|Optimisation linéaire dans un espace à deux dimensions (x1, x2). La fonction-coût fc est représentée par les lignes de niveau bleues à gauche et par le plan bleu à droite. L'ensemble admissible E est le pentagone vert. En optimisation mathématique, un problème d'optimisation linéaire demande de minimiser une fonction linéaire sur un polyèdre convexe. La fonction que l'on minimise ainsi que les contraintes sont décrites par des fonctions linéaires, d'où le nom donné à ces problèmes.
Algorithme d'approximation
En informatique théorique, un algorithme d'approximation est une méthode permettant de calculer une solution approchée à un problème algorithmique d'optimisation. Plus précisément, c'est une heuristique garantissant à la qualité de la solution qui fournit un rapport inférieur (si l'on minimise) à une constante, par rapport à la qualité optimale d'une solution, pour toutes les instances possibles du problème.
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