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PORTALE DELLA DIDATTICA

Ottimizzazione per il problem solving

01QNKOA, 01QNKJM, 01QNKLI, 01QNKLM, 01QNKLN, 01QNKLP, 01QNKLS, 01QNKLX, 01QNKLZ, 01QNKMA, 01QNKMB, 01QNKMC, 01QNKMH, 01QNKMK, 01QNKMN, 01QNKMO, 01QNKMQ, 01QNKNX, 01QNKOD, 01QNKPC

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
MAT/09 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
Il corso di Ottimizzazione per il Problem Solving permette di affrontare e risolvere una vasta gamma di problemi di decisione propri dell’ingegneria o di altri settori del mondo reale: informatica, telecomunicazioni, industria manifatturiera, trasporti, logistica, economia, management, finanza, energia, terziario ed altri ancora. L’ottimizzazione richiede la modellazione del problema allo studio, cioè la costruzione di un modello matematico, sufficientemente rappresentativo del problema stesso, costituito dalle variabili del problema e da un obiettivo da perseguire nel rispetto di opportuni vincoli. Questo modello viene quindi risolto mediante opportuni algoritmi e solver di ottimizzazione.
The course Optimization for Problem Solving allows us to face and solve a wide range of decision problems in engineering or other areas of the real world: information technology, telecommunications, manufacturing, transportation, logistics, economics, management, finance, energy, services, and others. The optimization requires modeling of the problem to the study, namely the construction of a mathematical model that is sufficiently representative of the problem itself. Objective function and variables constitute this model, and appropriate constraints to be satisfied. Suitable algorithms and optimization solvers then solve the above model.
Conoscenze che l’insegnamento si propone di trasmettere agli studenti: gli studenti approfondiranno la teoria, i metodi e gli algoritmi per la risoluzione di problemi di ottimizzazione lineare continua (cioè, dove le variabili sono continue) e di flussi su reti. Verranno forniti alcuni cenni di ottimizzazione lineare intera (cioè, dove le variabili sono intere). Abilità che l’insegnamento si propone di trasmettere agli studenti: gli studenti svilupperanno l’abilità di costruire, dato un problema reale, un corrispondente ed adeguato modello matematico e risolverlo mediante opportuni algoritmi e solver di ottimizzazione. Gli studenti acquisiranno il corretto approccio al problem solving, che potranno proficuamente utilizzare nelle più svariate situazioni decisionali della loro vita.
The knowledge that the course aims to provide students with: students will explore the theory, methods, and algorithms for solving linear continuous optimization problems (i.e., where the variables are continuous) and flows on networks. Outline of linear integer optimization problems (i.e., where the variables are integer) will also be given. Skills that the course aims to provide students with: students will develop skills to construct, given real-life problems, corresponding and adequate mathematical models, and solve them using appropriate algorithms and optimization solvers.
Non sono richiesti prerequisiti. Le uniche conoscenze pregresse sono quelle già acquisite nei corsi di base di Ingegneria.
No prerequisites are required. The only prior knowledge is those already acquired in the first-year engineering courses.
1. Ottimizzazione lineare continua: problemi e modelli, metodo del simplesso e derivati, dualità (40% del corso). 2. Analisi della complessità computazionale dei problemi decisionali (5%). 3. Flussi su reti: concetti fondamentali di teoria dei grafi, ricerca di un albero ricoprente di costo minimo, problema dei trasporti, problema della ricerca di cammino minimo, problema del flusso di costo minimo, problema del massimo flusso, problema del minimo taglio (50% del corso). 4. Cenni di ottimizzazione lineare intera (ad es. problemi di progettazione di reti, localizzazione di servizi, analisi di dati, instradamento di traffico): metodi esatti (Branch and Bound) e metodi euristici (algoritmi greedy, Tabu Search, Simulated Annealing, Algoritmi Genetici) (5% del corso).
1. Continuous linear optimization: problems and models, simplex method, duality (40% of the course). 2. Analysis of the computational complexity of decision problems (5% of the course). 3. Flows on networks: fundamental concepts of graph theory, finding a spanning tree of minimum cost, transportation problem, shortest path problem, minimum cost flow problem, maximum flow problem, and minimum cut problem (50% of the course). 4. Outline of integer linear optimization (e.g., problems of network design, service location, data analysis, routing): exact methods (Branch and Bound) and heuristics (greedy algorithms, Tabu Search, Simulated Annealing, Genetic Algorithms) (5% of the course).
L’insegnamento integra opportunamente ore di lezione ed ore di esercitazioni, nella misura di circa 60% e 40% del corso, rispettivamente. Le esercitazioni vengono svolte in aula e seguono gli argomenti delle lezioni. Nel laboratorio LADISPE ttp://www.ladispe.polito.it/ sono a disposizione degli studenti i migliori solver di ottimizzazione esistenti sul mercato per risolvere problemi reali, anche di grandi dimensioni. Vengono fornite in aula le istruzioni per il loro uso. Non sono comunque richieste particolari competenze di programmazione.
The course integrates properly teaching hours and hours of practice, to the extent of about 60% and 40% of the course, respectively. The exercises are carried out in the classroom and follow the lecture topics. In the LADISPE laboratory, http://www.ladispe.polito.it/ up-to-date, optimization solvers able to solve real-life problems are available to students. Instructions for their use will be provided in the classroom. No specialized programming skills are required.
Testi utilizzati per l’insegnamento: R. Tadei, F. Della Croce, Elementi di Ricerca Operativa, Progetto Leonardo, Editrice Esculapio, Bologna, 2010. M. Ghirardi, A. Grosso, G. Perboli, Esercizi di Ricerca Operativa, Progetto Leonardo, Editrice Esculapio, Bologna, 2009. Altro materiale didattico, assieme ad esempi di esami precedenti, è disponibile sul portale della didattica. Testi consigliati per approfondimenti: H. P. Williams, Model building in Mathematical Programming, 4th ed., Wiley, 1999. H. P. Williams, Logic and Integer Programming, Springer, 2009.
Books used for teaching: R. Tadei, F. Della Croce, Elementi di Ricerca Operativa, Progetto Leonardo, Editrice Esculapio, Bologna, 2010. M. Ghirardi, A. Grosso, G. Perboli, Esercizi di Ricerca Operativa, Progetto Leonardo, Editrice Esculapio, Bologna, 2009. Other teaching materials, along with examples of previous exams, is available on the course website. Recommended books for further information: H. P. Williams, Model building in Mathematical Programming, 4th ed., Wiley, 1999. H. P. Williams, Logic and Integer Programming, Springer, 2009.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L’esame si svolge tramite l'ausilio della piattaforma Exam (accessibile dalla propria pagina studente, nella sezione “Esami in remoto”, 30 minuti prima dell’inizio dell’appello a cui si risulta iscritti), della Virtual Classroom e della sezione Elaborati (tab accessibili dalla pagina web principale del corso). Inoltre, il software Respondus viene utilizzato per garantire l’inibizione di qualsiasi software oltre al browser sul proprio computer. Il programma d’esame e la sua struttura restano invariati rispetto a quanto scritto nel Manifesto degli Studi. Inoltre, viste le complicazioni introdotte dalla modalità in remoto, la difficoltà e la lunghezza dell’esame sono ridimensionate in modo che esso sia completabile in 1 ora e mezza invece che in 2 ore, come negli anni precedenti. La restante ora, delle 2 ore e mezza a disposizione per l’esame, è necessaria per lo svolgimento delle Fasi I e III (si veda più avanti). Dotazione necessaria • Un computer (d’ora in avanti PC) dotato di webcam, microfono, altoparlanti e accesso a internet [servirà principalmente per visualizzare il tema d’esame]. Sul PC deve essere installato il programma “Respondus LockDown Browser”. Il PC deve essere collegato alla presa di corrente per tutta la durata della prova. • Un dispositivo mobile, come un telefono cellulare o un tablet (d’ora in avanti CELL), dotato di fotocamera e accesso a internet [servirà per interfacciarsi con il docente e per la scansione/caricamento finale del compito]. Sul CELL deve essere installata una app per la creazione di pdf a partire da immagini della fotocamera (si consiglia CamScanner). Il CELL deve essere collegato alla presa di corrente per tutta la durata della prova. Dovranno essere disabilitate tutte le notifiche a video (es. WhatsApp, Telegram, messaggi di posta, ecc.). • Penna e fogli bianchi a sufficienza. Non è consentito l’uso di qualsiasi altro dispositivo elettronico, accessorio o periferica (es: auricolari, cuffie, smart watch, cellulari, schermi aggiuntivi, ecc.). Non è consentito l’utilizzo e la consultazione di libri, appunti o altro materiale. È tuttavia ammesso l’utilizzo di matite, gomma e righello. È anche possibile avere qualcosa da bere (es. bottiglietta d’acqua). L’esame deve essere svolto in un luogo silenzioso e correttamente illuminato della propria abitazione, privo di altre persone per tutta la durata della prova. Il CELL va posizionato in modo che si abbia una buona e ampia inquadratura tramite fotocamera del busto/viso dello studente e della postazione (mani e fogli). Inoltre il CELL non deve essere raggiungibile dallo studente quando seduto alla postazione. Si consiglia di trovare in anticipo la posizione migliore. Svolgimento della prova Lo svolgimento della prova, della durata complessiva di 2 ore e mezza, prevede le seguenti fasi in sequenza. FASE I – Appello e controlli [massimo 40 min] Lo studente si collega alla Virtual Classroom tramite il CELL entro l’orario indicato per l’esame, tenendo momentaneamente disattivata webcam e microfono, e attende le istruzioni del docente. L’invito alla Virtual Classroom sarà inviato 30 minuti prima dell’inizio dell’esame. Lo studente si collega anche ad Exam tramite PC, in cui sarà presente il tema d’esame (ma non sarà accessibile perché protetto da password). Il docente avvia la registrazione e svolge l’appello. Lo studente che, per qualsiasi motivo, non risponderà all’appello entro 15 minuti dal suo inizio sarà considerato “assente”. Il docente interagisce, quindi, con ogni singolo studente (il quale attiverà webcam e microfono del CELL). Verrà chiesto di: • mostrare un documento valido di riconoscimento • mostrare la conformità della postazione di lavoro e dell’ambiente circostante • posizionare il CELL e stabilizzare l’inquadratura che dovrà mantenersi per tutta la durata dell’esame. Il CELL viene mutato e lo studente si siede alla postazione aspettando l‘inizio della prova. FASE II – Svolgimento dell’esame [1 ora e mezza] 1. Il docente comunica oralmente la password a tutti i presenti. 2. Lo studente avvia l’esame (questo comporta il blocco del browser da parte di Respondus) e svolge la prova. 3. Allo scadere del tempo, notificato dal docente, tutti gli studenti smettono immediatamente di scrivere. Lo studente che dovesse finire prima deve comunque attendere la scadenza. FASE III – Caricamento del compito [massimo 20 min] 1. Su indicazione del docente, gli studenti interrompono il blocco del browser (Respondus) su PC e lo streaming audio/video su Virtual Classroom dal CELL e accedono alla Virtual Classroom tramite PC (con webcam e audio attivati). 2. Tramite il CELL, lo studente scannerizza il proprio compito e lo carica sul portale nell’apposita sezione “Elaborati” (si vedano sotto le modalità di caricamento e formato del compito). Si consiglia agli studenti di ricontrollare, scaricandolo su PC dalla sezione “Elaborati”, che il file caricato sia leggibile, corretto e completo. In caso contrario, cancellare la vecchia versione e caricarne una nuova. 3. Lo studente soddisfatto del suo caricamento, lo comunica al docente. ll docente si assicura dell’avvenuta consegna e comunica allo studente che è libero di lasciare la Virtual Classroom, terminando l’esame. Lo studente che per qualsiasi motivo non sia stato in grado di caricare il proprio compito sarà considerato “ritirato”. Solo le parti di compito consegnate saranno valutate. Non saranno valutati caricamenti/cancellazioni di esami avvenuti dopo il termine dell’esame. Altre importanti precisazioni Caricamento e formato del compito Ogni foglio del compito dovrà riportare cognome, nome e matricola dello studente. Lo studente dovrà caricare UN UNICO FILE, in formato pdf e denominato “CognomeNome.pdf”, ottenuto aggregando le fotografie dei diversi fogli tramite un’apposita app (es. CamScanner). Comportamento da tenere per tutta la durata della prova • lo streaming audio/video sia in entrata sia in uscita dal CELL deve essere attivo; • non è possibile alzarsi o allontanarsi dalla postazione; • non è possibile contattare/comunicare con altre persone al di fuori del docente; • nessuno deve entrare nella stanza dello studente; • non è possibile utilizzare il CELL se non durante le fasi di controllo iniziale o di caricamento finale del compito, e solamente per quelle operazioni; • non è possibile mangiare. Si raccomanda il massimo silenzio per non disturbare gli altri studenti. Chi volesse fare una domanda durante la prova può farlo specificando prima il proprio cognome e nome. Ritiri Uno studente può ritirarsi dall’esame in qualsiasi momento. In quel caso però lo studente deve tenere il seguente comportamento: • comunicare la propria decisione al docente, il quale notificherà il ritiro. Tale decisione sarà irrevocabile; • dovrà rimanere connesso alla Virtual Classroom e attenersi alle norme di cui sopra fino alla fine della Fase II; a quel punto, non deve caricare nessun file e può abbandonare la Virtual Classroom. Infrazioni Viene invalidato il compito a chiunque, per qualsiasi motivo, non rispetti anche una sola delle regole citate o che sia scoperto (anche successivamente tramite l’ausilio delle registrazioni) in comportamenti non conformi ad esse. Se tale violazione avviene durante la prova, lo studente è costretto a ritirarsi su richiesta del docente e deve comportarsi come sopra (vedere “Ritiri”). In base alla gravità dell’infrazione, il docente può decidere se comunicare tale comportamento alle opportune commissioni disciplinari d’Ateneo. Special Needs Lo studente che richiede Special Needs avrà a disposizione il 30% in più del tempo (quindi, mezz’ora) per lo svolgimento della prova. In ogni caso, alla fine della FASE II, anche tale studente smetterà momentaneamente di scrivere in modo che il docente possa dedicarsi alla consegna da parte degli altri studenti e lo studente non sia disturbato da tali operazioni. Una volta terminata la consegna, e ritornato il silenzio, lo studente potrà riprendere la sua prova. Emergenze Per qualunque emergenza durante l’esame gli studenti possono chiamare i seguenti numeri di cellulare: Prof. Roberto Tadei 335 6604376 Prof. Daniele Manerba 339 5454453. Codice d’onore Almeno 48 ore prima dell’inizio dell’esame e non prima di 7 giorni dal giorno dell’esame, gli studenti iscritti all’esame devono caricare sul portale del corso sotto “Elaborati” un file in formato pdf, denominato “CognomeNome_codeofhonour.pdf”, contenente il modulo “CODE-OF-HONOUR-STATEMENT ON WRITTEN & ORAL EXAMS IN REMOTE MODE”, debitamente compilato e firmato. Lo studente che non carica il file nel periodo di tempo previsto non può sostenere l’esame. Valutazione Come di consueto, gli studenti riceveranno tramite il portale la notifica del risultato della prova. Contestualmente, verranno comunicate data e ora della visione dei compiti, che avverrà tramite Virtual Classroom. La registrazione dell’esame seguirà immediatamente la visione dei compiti. Lo studente che volesse rifiutare il proprio voto, anche a seguito della visione del compito, dovrà comunicarlo via email al Prof. Tadei (roberto.tadei@polito.it) entro la data della registrazione.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam takes place with the help of the Exam platform (accessible from the student page, in the "Esami in remoto" section, 30 minutes before the start of the appeal to which you are enrolled), the Virtual Classroom and the Elaborati section (tab accessible from the main web page of the course). Besides, the Respondus software is used to inhibit any software in addition to the browser on the student computer. The exam program and its structure remain unchanged compared to what is written in the Study Manifesto. Furthermore, due to possible complications introduced by the remote mode, the exam difficulty and length are reduced, so that it can be completed in one hour and a half instead of in two hours, as in previous years. The remaining hour, of the two and a half hours available for the exam, will be devoted to performing Phases I and III (see below). Equipment needed • A computer (hereafter PC) equipped with a webcam, microphone, speakers, and internet access [will mainly serve to view the exam text]. The "Respondus LockDown Browser" program must be installed on the PC. The PC must be connected to the power outlet for the duration of the test. • A mobile device, such as a mobile phone or tablet (henceforth CELL), equipped with a camera and internet access [will be used to interface with the teacher and for the final scan/upload of the homework]. An app for creating pdfs from camera images must be installed on the CELL (CamScanner is recommended). The CELL must be connected to the power outlet for the duration of the test. All on-screen notifications must be disabled (e.g., WhatsApp, Telegram, email messages, etc.). • Pen and enough white sheets. The use of any other electronic device, accessory or peripheral (e.g., earphones, headphones, smartwatches, cell phones, additional screens, etc.) is not allowed. The use and consultation of books, notes, or other materials are not allowed. However, the use of pencils, erasers, and rulers is permitted. It is also possible to have something to drink (e.g., a bottle of water). The exam must be carried out in a quiet and adequately lit place in your home, free of other people for the duration of the test. The CELL must be positioned in such a way that a good and full camera frames the student's torso/face and position (hands and sheets). Furthermore, the CELL must not be reachable by the student when sitting at the desk. We recommend finding the best location in advance. Conduct of the test The conduct of the test, lasting a total of two and a half hours, involves the following steps in sequence. PHASE I - Appeal and checks [maximum 40 min] The student connects to the Virtual Classroom through the CELL within the time indicated for the exam, keeping the webcam and microphone temporarily disabled, and awaits the teacher's instructions. The invitation to the Virtual Classroom will be sent 30 minutes before the exam begins. The student also connects to Exam via PC, where the exam topic will be present (but will not be accessible because it is password protected). The teacher starts the registration and carries out the appeal. The student who, for any reason, will not respond to the appeal within 15 minutes of its start will be considered "absent". The teacher then interacts with each student (who will activate the CELL webcam and microphone). The student will be asked to: • show a valid identification document • show the compliance of the workplace and the surrounding environment • position the CELL and stabilize the frame, which must be maintained for the whole duration of the exam. The CELL is muted, and the student sits at the station, waiting for the start of the test. PHASE II - Examination procedure [1 hour and a half] 1. The teacher orally communicates the password to all those present. 2. The student starts the exam (this involves Respondus blocking the browser) and carries out the test. 3. At the end of the time, notified by the teacher, all students immediately stop writing. The student who finishes first must still wait for the deadline. PHASE III - Loading the homework [maximum 20 min] 1. Upon instruction from the teacher, students stop the browser block (Respondus) on the PC and the audio/video streaming on Virtual Classroom from the CELL and access the Virtual Classroom via PC (with webcam and audio-activated). 2. Through the CELL, the student scans his/her assignment and uploads it to the portal in the appropriate "Elaborati" section (see the upload and format of the assignment). Students are advised to recheck by downloading it to the PC from the "Elaborati" section, that the uploaded file is readable, correct, and complete. If not, delete the old version and upload a new one. 3. The student, satisfied with its uploading, communicates it to the teacher. The teacher makes sure of the delivery and talks to the student that he/she is free to leave the Virtual Classroom, ending the exam. Students, who for any reason, have not been able to upload their assignment will be considered "withdrawn". Only the parts of the homework delivered will be evaluated. Uploads/cancellations of assignments after the end of the exam will not be evaluated. Other important clarifications Homework upload and format Each sheet of the assignment must include the student's family name, name, and registration number. The student must upload ONE SINGLE FILE, in pdf format and named "FamilynameName.pdf", obtained by aggregating the photographs of the different sheets through a particular app (e.g., CamScanner). The behavior to be maintained for the duration of the test • the audio/video streaming both in and out of the CELL must be active; • it is not possible to get up or move away from the position; • it is not possible to contact/communicate with other people outside the teacher; • no one must enter the student's room; • it is not possible to use the CELL except during the initial control or final loading phases of the homework, and only for those operations; • it is not possible to eat. Maximum silence is recommended so as not to disturb other students. Anyone wishing to ask a question during the test can do so by specifying their family name and name first. Withdrawals A student can withdraw from the exam at any time. In that case, however, the student must have the following behavior: • communicate their decision to the teacher, who will notify the withdrawal. This decision will be permanent; • must remain connected to the Virtual Classroom and comply with the above rules until the end of Phase II. At that point, the student must not upload any files and can abandon the Virtual Classroom. Infringements The exam is invalidated for anyone, for any reason, who does not comply with even one of the rules above or who is discovered (even later with the aid of the registrations) in behaviors that do not comply with them. If these violations occur during the test, students must withdraw at the request of the teacher, and they must behave as in "Withdrawals". Based on the gravity of the infringement, the teacher may decide whether to communicate this behavior to the appropriate University disciplinary commissions. Special Needs Students who request Special Needs will have 30% more time (therefore, half an hour more) available for the test. In any case, at the end of PHASE II, those students will also temporarily stop writing, so that the teacher can devote himself to the delivery by the other students, and they are not disturbed by these operations. Once the delivery is over, and silence returns, those students can resume their test. Emergencies For any emergency during the exam, students can call the following mobile numbers: Prof. Roberto Tadei 335 6604376 Prof. Daniele Manerba 339 5454453. Honor code At least 48 hours before the start of the exam and not earlier than 7 days from the day of the exam, students enrolled in the exam must upload a file in pdf format on the course portal under "Elaborati", called "SurnameName_codeofhonour.pdf" , containing the form "CODE-OF-HONOR-STATEMENT ON WRITTEN & ORAL EXAMS IN REMOTE MODE", duly completed and signed. Students who do not upload the file within the scheduled time cannot take the exam. Rating As usual, students will receive notification of the test result via the portal. At the same time, the date and time of the vision of the homework will be communicated, which will take place through Virtual Classroom. The registration of the exam will immediately follow the vision of the homework. Students, who wish to reject their mark, even after viewing the assignment, must communicate it by email to Prof. Tadei (roberto.tadei@polito.it) by the date of registration.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
Esame da remoto: Si veda "Criteri, regole e procedure per l'esame in remoto". Esame in presenza: Come per l'esame da remoto, ma in questo caso l'esame scritto viene sostenuto in classe invece che da remoto.
Exam: Written test; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
Online exam: See "Assessment and grading criteria for online exam". Onsite exam: As for the online exam, where the exam test is done in the classroom instead of online.


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