Master's Thesis

Multicommodity Flows and their Optimization

Final Thesis 1006.28 kB Appendix 39.7 kB

Author of thesis: Bc. Štefan Kučinský

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jakub Kůdela, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Jan Faltýnek, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis deals with multicommodity flows in networks and their optimization. The theoretical part summarizes the basic concepts of network flows, the relationship between single-commodity and multicommodity problems, the main formulations of multicommodity flow, and selected solution methods. The practical part focuses on a direct linear programming formulation of the minimum-cost multicommodity flow problem, its implementation in GAMS and GAMSPy, and numerical experiments on a reference network and AerTransPo benchmark instances.

Keywords:

multicommodity flows, network flows, linear programming, minimum cost flow, capacity constraints, GAMS, GAMSPy, AerTransPo

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student obeznámil komisi s výsledky své DP. Po přečtení posudků následovaly dotazy oponenta (viz posudek) a komise: Optimální řešení řešiče (potvrzení). Praktický význam pro komunikační sítě. Použití modelů v dopravních společnostech. Dotaz na reference. Zazněla kritika studentovy citace. Student na všechny dotazy oponenta i komise odpovídal uspokojivě.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Computer Science and Control (N-AIŘ-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Oldřich Trenz, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jakub Kůdela, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Kurfürst, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Švihálek (člen)
prof. Ing. Petr Doležel, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jakub Kůdela, Ph.D.

Student se ve své diplomové práci zabývá problematikou víceproduktových toků v sítích a jejich optimalizací. Jedná se o téma, které spojuje oblasti teorie grafů, operačního výzkumu a matematické optimalizace s praktickou implementací optimalizačních modelů. Původním vedoucím této práce byl prof. Šeda.

Práce je zpracována systematicky a logicky. V teoretické části autor přehledně shrnuje základní pojmy toků v sítích, postupně přechází od jednoproduktových modelů k víceproduktovým úlohám a vhodně vysvětluje jejich matematickou podstatu i praktické souvislosti. Rešerše relevantních odborných textů je nicméně velmi strohá. Bibliografie je krátká a opírá se hlavně o několik klasických zdrojů; chybí výraznější opora v novější literatuře, systematické porovnání přístupů nebo hlubší zmapování současného stavu oboru.

Praktická část práce představuje její hlavní přínos. Autor samostatně formuloval model víceproduktového toku s minimálními náklady, implementoval jej v prostředích GAMS a GAMSPy a následně provedl sérii experimentů nad referenčními i benchmarkovými instancemi. Nicméně, provedená analýza je relativně úzká. Těžiště analýzy je v jediné instanci (jl209) a pak hlavně v okolí jednoho uzlu (74) a v perturbaci vybrané komodity (k074). Diskuze je limitována na jednu konkrétní instanci, ne na problematiku jako takovou.

Po formální stránce je práce na velmi dobré úrovni, ovšem i zde se objevují drobné nedostatky (např. jednopísmenná slova na konci řádků).

Cíle práce byly splněny. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm C/dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Mgr. Jan Faltýnek, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Štefana Kučinského se zabývá víceproduktovými toky v sítích a jejich optimalizací, což sice není nové téma, ale díky širokému praktickému využití a komplexnosti těchto úloh zůstává dlouhodobě relevantní pro výzkum.

Z formálního hlediska má práce standardní strukturu, kterou lze parafrázovat jako úvod (1), teorie a rešerše (2-4), zvolená metodika a implementace (4-5), analýza výsledků (6) a závěr (7). Po jazykové stránce je práce na dobré úrovni, použitý jazyk je srozumitelný a tok textu je také adekvátní, až na některé výrazně se opakující sekce (přelom kapitol 2 a 3, nebo sekce 3.5, která výrazně opakuje obsah sekcí 3.2 a 3.3). Autor se místy nevyvaroval překlepů, drobných grafických nedostatků (italika v matematickém zápisu funkcí max a min, ...) a nejednotností. Za mírně rušivé považuji i (neanotované) střídání slovenských, českých a anglických výrazů, například u pojmu feasibility/realizovatelnost. Konečně z pohledu nároků na odborný text má práce některé další nedostatky, které uvádím na konci posudku.

Cíle diplomové práce byly stanoveny ve třech bodech: popsat příklady praktických úloh víceproduktových toků a provést rešerši odborných textů, odvodit model pro úlohu minimální ceny víceproduktového toku v sítích a navržený model implementovat ve vhodném optimalizačním softwaru. Tyto cíle práce v zásadě splňuje, nicméně s některými výhradami. Silnou stránkou výsledkové části je například použití sestaveného modelu na datech AerTransPo, studium vlivu konkrétních změn sítě nebo poptávky na realizovatelnost a možnost následné (minimální) opravy. To považuji za přínosné a interpretačně zajímavé. Současně je však škoda, že práce s optimalizací v názvu nenabízí podrobnější kvantitativní analýzu dat a porovnání výsledků. Práce také uvádí pouze devět bibliografických zdrojů, což je podle mého názoru u diplomové práce opravdu málo. Například rešeršní část tak nutně zůstává spíše na úrovni popisu základních principů a metod (často z jednoho zdroje) než na úrovni zhodnocení současného stavu poznání a jasného vymezení práce vůči existujícím studiím a nástrojům. Podobně i v diskusi výsledků zůstává nevyužitý potenciál ke konfrontaci s jinými autory.

Celkově diplomovou práci hodnotím jako přínosnou a přes uvedené výhrady ji doporučuji k obhajobě a hodnocení známkou C za předpokladu uspokojivé diskuse nad položenými otázkami.





Některé konkrétní připomínky:
- Pojem účelové funkce není v textu samostatně zaveden (ani jeho značení).
- Nejsou vždy dostatečně zavedeny některé symboly (např. v 2.1 prvky množin „V“ a „H“, tedy „v“ a „h“). Navíc se bez vysvětlení střídá značení hran písmenem a dvojicí vrcholů.
- V části 5.1 je pro další text práce kapacita hrany přeznačena jako „u“, avšak ve druhém vztahu této sekce je jako kapacita použito původní „c“.
- Podobně je v obrázku 5 u hran použito písmeno „c“, pravděpodobně též jako kapacita.
- Použití značení množin vrcholů „S“ v definici 3.2 není vysvětleno ve vztahu k již zavedeným množinám „X“ a „Y“, které v daném kontextu plní velmi podobnou roli. Formulace s podmínkou „Ak...“ pak působí spíše převzatě. Také si nejsem jistý konvencí, ale název množiny shodný s názvem sítě (definice 3.1) vypadá nešťastně.
- Lehkým formálním nedostatkem je také neuspořádání bibliografických odkazů podle prvního výskytu v textu. To může mít někdy opodstatnění, ale bez něj to působí jako opomenutí.
- Přiřazení bibliografických odkazů na konec odstavce je méně adresné než přiřazení ke konkrétním výrokům.
- Nezavedení množiny „C“ v části Řez v síti a „Δ“ v Definici 3.5 v textu (alespoň to ale přímo navazuje)
- Místy se také střídá konvence značení v sumacích, například v zápisu Kirchhoffova zákona, kde se objevují kombinace „(u,v)“, „(v,u)“, přičemž vhodnější se mi zdá použít pro koncové body vstupních a výstupních hran jiné písmeno, podobně jako u rovnice zachování toku na s. 15.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací D
Topics for thesis defence:
  1. Mohl byste vysvětlit rozdíl mezi benchmarkovou instancí a reálnou aplikační úlohou? Jaká omezení má interpretace výsledků získaných na benchmarkových instancích?
  2. Zkoumáte scénář, kdy velmi malý růst poptávky komodity k074 vede k nerealizovatelnosti. Jakou roli hrají v tomto ohledu typické nejistoty solveru?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová