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Lotsize optimization leading to a p-median problem with cardinalities (2007)

Constantin Gaul Sascha Kurz Jörg Rambau

We consider the problem of approximating the branch and size dependent demand of a fashion discounter with many branches by a distributing process being based on the branch delivery restricted to integral multiples of lots from a small set of available lot-types. We propose a formalized model which arises from a practical cooperation with an industry partner. Besides an integer linear programming formulation and a primal heuristic for this problem we also consider a more abstract version which we relate to several other classical optimization problems like the p-median problem, the facility location problem or the matching problem.

A bijection between the d-dimensional simplices with distances in {1,2} and the partitions of d+1 (2005)

Christian Haase Sascha Kurz

We give a construction for the d-dimensional simplices with all distances in {1,2} from the set of partitions of d+1.

Local Approximation of Discounted Markov Decision Problems by Mathematical Programming Methods (2011)

Stefan Heinz Jörg Rambau Andreas Tuchscherer

We develop a method to approximate the value vector of discounted Markov decision problems (MDP) with guaranteed error bounds. It is based on the linear programming characterization of the optimal expected cost. The new idea is to use column generation to dynamically generate only such states that are most relevant for the bounds by incorporating the reduced cost information. The number of states that is sufficient in general and necessary in the worst case to prove such bounds is independent of the cardinality of the state space. Still, in many instances, the column generation algorithm can prove bounds using much fewer states. In this paper, we explain the foundations of the method. Moreover, the method is used to improve the well-known nearest-neighbor policy for the elevator control problem.

Inclusion-maximal integral point sets over finite fields (2007)

Michael Kiermaier Sascha Kurz

We consider integral point sets in affine planes over finite fields. Here an integral point set is a set of points in $GF(q)^2$ where the formally defined Euclidean distance of every pair of points is an element of $GF(q)$. From another point of view we consider point sets over $GF(q)^2$ with few and prescribed directions. So this is related to Redeis work. Another motivation comes from the field of ordinary integral point sets in Euclidean spaces. In this article we study the spectrum of integral point sets over $GF(q)^2$ which are maximal with respect to inclusion. We give some theoretical results, constructions, conjectures, and some numerical data.

The Integrated Size and Price Optimization problem (2012)

Miriam Kießling Sascha Kurz Jörg Rambau

We present the Integrated Size and Price Optimization Problem (ISPO) for a fashion discounter with many branches. Based on a two-stage stochastic programming model with recourse, we develop an exact algorithm and a production-compliant heuristic that produces small optimality gaps. In a field study we show that a distribution of supply over branches and sizes based on ISPO solutions is significantly better than a one-stage optimization of the distribution ignoring the possibility of optimal pricing.

Das Optimierungslabor – ein Erfahrungsbericht (2012)

Miriam Kießling Tobias Kreisel Sascha Kurz Jörg Rambau Konrad Schade Cornelius Schwarz

Seit mehreren Jahren besuchen uns Schülerinnen und Schüler an der Universität zu Anlässen wie dem Tag der Mathematik, dem Girls’ Day, der MINT-Universität oder einfach auf Initiative ihrer Klassenleitungen. Sie möchten einen Einblick in die Welt der Mathematik über die Schulmathematik hinaus bekommen. Doch wie lässt sich die Brücke vom Schulstoff zu den Inhalten der Universitätsmathematik schlagen? Und: findet man einen Themenschwerpunkt, bei dem ein aktives Mitmachen trotz fehlender Vorkenntnisse in Anbetracht begrenzter Zeit möglich wird? In der diskreten Optimierung lassen sich Problem-Modellierung und Problem-Lösung sehr gut trennen. Selbst forschungsnahe Modelle der ganzzahligen linearen Optimierung (MILP-Modelle) basieren auf sehr elementaren Überlegungen, wie die Entscheidungsmöglichkeiten, Ziele und Restriktionen eines Alltagsproblems in Variablen, Bewertungsfunktionen, Gleichungen und Ungleichungen ausgedrückt werden können. Wie dann optimale Lösungen gefunden werden, erfordert zwar tiefergehende Mathematik, es gibt aber Software dafür, in der das Wissen aus Teilen des Mathematik-Studiums und der mathematischen Forschung kondensiert vorliegt. Unser Vermittlungsziel: Schülerinnen und Schüler wissen nach dem Besuch, dass man verschiedenste Probleme angreifen kann, indem man sie in die Sprache der Mathematik übersetzt, denn in Software gegossenes mathematisches Know-How kann dann diese Probleme lösen, ohne etwas über die Probleme selbst zu wissen. Unsere Idee für eine Maßnahme: Ein Optimierungslabor. Die Schülerinnen und Schüler isolieren in Teamarbeit die wesentlichen logischen Merkmale von Sudokulösen, Rucksackpacken, Routenplanung u.v.a.m. Dann übersetzen sie die Problemstellungen in die Sprache der Mathematik (hier: MILP-Modelle) und lassen sie (unterstützt durch unser Team) von Computerprogrammen lösen (MILP-Löser), die nichts anderes als diese Sprache verstehen. Schließlich übersetzen sie die mathematischen Lösungen wieder in die Sprache der Problemstellung. Erfahrungen mit der Modellierung auf Basis linearer Gleichungssysteme können dabei aus dem Schulunterricht eingebracht werden. In diesem Bericht wollen wir unsere Erfahrungen mit konkreten Details der Umsetzung schildern.

Enumeration of generalized polyominoes (2006)

Matthias Koch Sascha Kurz

Wir verallgemeinern den Begriff von Polyominoes (Tetrisbausteine) und betrachten Seite-an-Seite benachbarte überschneidungsfreie Vereinigungen von regelmäßigen k-Ecken. Für n<=4 geben wir Formeln für die Anzahl a_k(n) von verallgemeinerten Polyominoes, bestehend aus n regelmäßigen k-Ecken, an. Für weitere kleine Werte von k und n tabellieren wir durch computerunterstützte Enumeration gewonnene Anzahlen. Zum Abschluss erwähnen wir ein paar ungelöste Probleme für verallgemeinerte Polyominoes.

A note on Erdös-Diophantine graphs and Diophantine carpets (2005)

Axel Kohnert Sascha Kurz

A Diophantine figure is a set of points on the integer grid $\mathbb{Z}^{2}$ where all mutual Euclidean distances are integers. We also speak of Diophantine graphs. The vertices are points in $\mathbb{Z}^{2}$ (the coordinates)and the edges are labeled with the distance between the two adjacent vertices, which is integral. In this language a Diophantine figure is a complete Diophantine graph. Two Diophantine graphs are equivalent if they only differ by translation or rotation of vertices. Due to a famous theorem of Erdös and Anning there are complete Diophantine graphs which are not contained in larger ones. We call them Erdös-Diophantine graphs. A special class of Diophantine graphs are Diophantine carpets. These are planar triangulations of a subset of the integer grid. We give an effective construction for Erdös-Diophantine graphs and characterize the chromatic number of Diophantine carpets.

Integral point sets over Z_n^m (2007)

Axel Kohnert Sascha Kurz

There are many papers studying properties of point sets in the Euclidean space or on integer grids, with pairwise integral or rational distances. In this article we consider the distances or coordinates of the point sets which instead of being integers are elements of Z_n, and study the properties of the resulting combinatorial structures.

There are integral heptagons, no three points on a line, no four on a circle (2007)

Tobias Kreisel Sasch Kurz

We give two configurations of seven points in the plane, no three points in a line, no four points on a circle with pairwise integral distances. This answers a famous question of Paul Erdös.

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