Monitavoiteoptimoinnista apua käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen aikataulutukseen (väitös: FM Outi Montonen, 18.9.2020, sovellettu matematiikka)
Turun yliopistossa tarkastettavassa väitöstutkimuksessaan FM Outi Montonen on kehittänyt optimointimenetelmiä monitavoiteoptimointitehtäville, jotka eivät välttämättä toteuta perinteisten optimointimenetelmien vaatimia oletuksia. Lisäksi yhtä kehitetyistä menetelmistä on hyödynnetty päätöksenteon tukena käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksessa.
Optimointi antaa työkalut parhaan mahdollisen ratkaisun löytämiseen. Paras ratkaisu riippuu kuitenkin siitä, mihin pyritään. Monissa käytännön tilanteissa ratkaisuun vaikuttaa usea, keskenään ristiriitainen tavoite. Tällöin puhutaan monitavoiteoptimoinnista, ja tehtävän ratkaisemiseksi tarvitaan kompromisseja tavoitteiden välillä. Näin tehtävällä ei ole vain yhtä ratkaisua, vaan ratkaisuja on useita, ja parhaan valitseminen on subjektiivista.
Montosen väitöstutkimuksessa monitavoiteoptimointia tarkastellaan erityisesti epäsileyden kannalta. Tämä tarkoittaa tilanteita, joissa funktiot eivät välttämättä ole kaikkialla jatkuvasti differentioituvia, vaan funktiossa voi esiintyä teräviä kärkiä.
– Epäsileys on verrattain yleistä, sillä monet mallinnettavat tilanteet ovat luonteeltaan epäsileitä tai esimerkiksi tietyt ratkaisutekniikat johtavat epäsileään tehtävään, huomauttaa Montonen.
Kansainvälisesti monitavoiteoptimointia on tutkittu laajalti ja yksitavoitteista epäsileää optimointiakin jonkin verran. Näiden yhdistelmä on kuitenkin saanut vähemmän huomiota osakseen, vaikka nämä ominaisuudet esiintyvät monissa käytännön sovelluksissa yhdessä.
Väitöskirja esittelee erilaisia menetelmiä
Väitöstutkimuksessa esitetyistä menetelmistä kolme on sellaisia, jotka parantavat kaikkien tavoitteiden arvoa joka kierroksella. Näiden lisäksi on kehitetty tekniikka, joka noudattaa perinteisempää linjaa monitavoiteoptimointitehtävän ratkaisuun eli muuntaa monitavoitteisen tehtävän yksitavoitteiseksi.
Numeeriset tulokset ovat osoittaneet, että kehitetyillä menetelmillä saadaan joko keskenään eri ratkaisuja, tai jos yksittäinen menetelmä tuottaa kerralla useita ratkaisuja, ovat ratkaisut erilaisia, vaikka käytettävä lähtötieto on sama.
– Erilaisista ratkaisuista on hyötyä esimerkiksi, kun halutaan arvioida ratkaisujoukkoa, tai sellaisissa interaktiivisissa menetelmissä, joissa päätöksentekijä ohjaa ratkaisuprosessia valitsemalla useasta erilaisesta ratkaisusta mieluisimman, havainnollistaa Montonen.
Niinpä väitöstutkimuksessa on kuvattu myös interaktiivinen menetelmä, joka hyödyntää muita esitettyjä menetelmiä. Eräässä käytännön sovelluksessa huomattiin, että tällä menetelmällä löydetyt ratkaisut jakautuivat selkeästi kahteen ryhmään, joista toinen olisi jäänyt kokonaan löytämättä perinteisemmällä lähestymistavalla.
Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että huomioimalla tehtävän tietyntyyppinen rakenne voidaan päästä ohi joistain paikallisista optimeista, joihin yleisempi ja rakennetta huomioimaton menetelmä pysähtyy.
Monitavoiteoptimoinnista apua loppusijoitukseen
Väitöstutkimuksessa on tarkasteltu Suomen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen aikataulun ja volyymin suunnittelua monitavoiteoptimoinnin avulla. Interaktiivinen menetelmä on tilanteeseen sopiva valinta, sillä kommunikointi tarjoaa päätöksentekijälle mahdollisuuden paitsi ohjata ratkaisuprosessia kohti mieluista ratkaisua, myös oppia mallissa ilmenevistä kompromisseista.
– Koska kyseessä on tärkeä ja yhteiskunnallisesti merkittävä sovellus, ei kustannusten minimointi yksin riitä. Hyödyntämällä monitavoiteoptimointia voidaan minimoida samalla esimerkiksi tiettyjä riskitekijöitä tai käytettävää kalliopinta-alaa. Tällöin on mahdollista saada ratkaisuja, jotka ovat kustannuksiltaan melko samanlaisia, mutta fysikaalisilta ominaisuuksiltaan eroavat toisistaan merkittävästi, tiivistää Montonen.
***
FM Outi Montonen esittää väitöskirjansa ”On Multiobjective Optimization from the Nonsmooth Perspective” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 18.9.2020 klo 12.00 (Turun yliopisto, Educarium, Edu 2 -luentosali, Assistentinkatu 5, Turku). Väitöskirjan lukukappale on Feeniks-kirjastossa.
Vastaväittäjänä toimii professori Marco Antonio López Cerdá (University of Alicante, Espanja) ja kustoksena professori Marko Mäkelä (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on sovellettu matematiikka.
Koronavirustilanteen vuoksi väitöstilaisuuden yleisömäärä paikan päällä on korkeintaan 50 henkilöä.
Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus
Väittelijän yhteystiedot: outi.montonen@utu.fi
> Väittelijän kuva
