Optimisation stochastique

Ref: 3GS5240

Description

L'optimisation sous incertitude est cruciale en ingénierie et en gestion, englobant divers problèmes d'allocation de ressources et de décision. Ces problèmes se manifestent dans divers domaines, tels que la planification des investissements dans les infrastructures publiques, l'exploitation des systèmes électriques, la planification de la production, la planification de la maintenance, la gestion de flotte, la planification du trafic, la conception de réseaux, la gestion de projet, les télécommunications, le cloud computing et le contrôle des processus. Souvent, ces défis peuvent être présentés comme des problèmes d’optimisation. De plus, de nombreuses tâches de calcul et d’apprentissage automatique reposent sur des techniques d’optimisation.

Ce cours approfondit les concepts, principes et techniques fondamentaux de l'optimisation stochastique, en particulier dans des conditions d'incertitude. Les étudiants apprendront à modéliser des problèmes d'optimisation impliquant des risques et des incertitudes à l'aide de modèles analytiques et de logiciels spécialisés. Le programme couvre les modèles analytiques essentiels, notamment l'optimisation convexe, la programmation stochastique, le contrôle des risques dans l'optimisation stochastique, la programmation stochastique en deux étapes, les algorithmes de décomposition, les processus de décision de Markov et la programmation dynamique.

Le cours met l'accent sur un mélange d'analyse théorique (comprendre les principes et le raisonnement derrière les modèles et les algorithmes) et de compétences pratiques de mise en œuvre (appliquer ces méthodes pour résoudre des problèmes du monde réel). À la fin du cours, les étudiants seront équipés pour comprendre la théorie sous-jacente et utiliser efficacement les techniques d'optimisation stochastique dans des scénarios pratiques.

Prérequis

Connaissances élémentaires du calcul, de l'algèbre linéaire, de l'optimisation linéaire, de la théorie des probabilités et des statistiques, codage en Python.

Syllabus

Voici une liste provisoire de sujets que nous aborderons dans ce cours :
Cours 1 : Introduction : concepts de base et fondements mathématiques
Cours 2 : Problèmes d'optimisation convexe et théorie de la dualité
Cours 3 : Modèles d'optimisation stochastique (modèles statiques et linéaires à deux étapes avec recours)
Cours 4 : Mesures et contrôle des risques en optimisation stochastique
Cours 5 : Méthodes de Monte Carlo et algorithmes de décomposition
Cours 6 : Méthodes de Monte Carlo et algorithmes de décomposition
Cours 7 : Programmes stochastiques multi-étapes et processus de décision markoviens
Cours 8 : Programmation dynamique : itération de valeur, itération de politique
Cours 9 : Suite de la programmation dynamique et perspective programmation linéaire
Cours 10 : Présentation du projet de cours

Composition du cours

Cours, TD et Travaux pratiques

Ressources

Équipe pédagogique : Yiping Fang
Matériel : Collection de transparents et de documentation relative aux cas d'utilisation
Outils informatiques : Python / CPLEX/GUROBI

Résultats de l'apprentissage couverts par le cours

Dans ce cours, nous introduisons les modèles mathématiques et les méthodes algorithmiques nécessaires aux problèmes de prise de décision avec incertitudes. Les objectifs de ce cours sont :

· comprendre les concepts de base et les éléments clés de la modélisation des problèmes d'optimisation en présence d'incertitudes ;

· savoir comment modéliser des problèmes pratiques de prise de décision à l'aide de modèles d'optimisation mathématiques couramment utilisés ;

· comprendre comment utiliser les outils et logiciels informatiques (Python et CPLEX/Gurobi) pour aider à mettre en œuvre les modèles et à les résoudre dans la pratique ;

· comprendre comment appliquer les méthodes théoriques pour soutenir la prise de décision dans la pratique et analyser les résultats à travers des exemples concrets issus de l'industrie et un projet de cours final.

Support de cours, bibliographie

· Diapositives de cours et matériel de lecture des conférenciers

· Birge, J.R. et Louveaux, F. (2011). Introduction à la programmation stochastique. Médias scientifiques et commerciaux Springer.

· Kochenderfer, MJ (2015). Prise de décision dans l'incertitude : théorie et application. Presse du MIT.