Competitive multiple allocation p-hub location problems: models and exact algorithms

dc.creatorTainá Pôssas Abreu
dc.date.accessioned2026-04-10T17:30:24Z
dc.date.issued2026-02-13
dc.description.abstractThis thesis addresses the competitive multi-path multi-allocation p-hub location problem (MPMAPHLP), motivated by applications in the airline industry, in which a new airline seeks to compete with an established company in a consolidated market. In this context, we consider passenger route choice, making strategic hub-and-spoke network planning a crucial factor for market capture. Two new mathematical formulations are proposed: the first reformulates the original maximization problem from the literature into an equivalent minimization model. The second reinforces the problem’s coupling constraints, achieving greater scalability. This work is the first to address this type of problem through market loss and to use stronger coupling constraints, favoring scalability. To solve mixed-integer non-linear problems, we first use equivalent conic formulations, followed by new exact algorithms based on the outer approximation technique. Furthermore, this work pioneers the combination of conic reformulation with outer approximation in this context. Through extensive computational experiments using Civil Aeronautics Board (CAB) data with up to 70 nodes, we demonstrate that our models substantially outperform all previous work. Using a commercial conic solver, our proposed formulations achieved remarkable computational gains compared to the literature model: the initial minimization model achieves average speedups of 113 times, and the second formulation reaches average speedups of 1081 times, both faster than the maximization model, establishing a new standard in efficiency for competitive MPMAPHLP solutions. Performance gains were obtained by employing algorithms based on external approximation, demonstrating the efficiency of the newly developed algorithms.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/2424
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.subjectEngenharia de produção
dc.subjectLogística
dc.subjectAerovias
dc.subjectAlgoritmos - Simulação por computador
dc.subject.otherHub location
dc.subject.otherCompetitive location
dc.subject.otherEconomies of scale
dc.subject.otherMixed-integer secondorder cone programming
dc.subject.otherOuter approximation technique
dc.titleCompetitive multiple allocation p-hub location problems: models and exact algorithms
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor-co1Luiza Bernardes Real
local.contributor.advisor-co1Latteshttps://lattes.cnpq.br/0044563053595991
local.contributor.advisor1Ricardo Saraiva de Camargo
local.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/3129215067425344
local.contributor.referee1Elisangela Martins de Sá
local.contributor.referee1Gilberto de Miranda Junior
local.contributor.referee1Fatima Machado de Souza Lima
local.contributor.referee1Andréa Cynthia Santos Duhamel
local.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/4775827434264953
local.description.resumoEsta tese aborda o problema competitivo de localização de p-hubs com múltiplos caminhos e alocação múltipla (MPMAPHLP), motivado por aplicações na indústria aérea, na qual uma nova companhia aérea busca competir com uma empresa estabelecida em um mercado consolidado. Nesse contexto, levamos em consideração a escolha de rota pelo passageiro, tornando o planejamento estratégico de redes hub-and-spoke um fator crucial para a conquista de mercado. Duas novas formulações matemáticas são propostas: a primeira reformula o problema original de maximização da literatura em um modelo equivalente de minimização. A segunda reforça restrições de acoplamento do problema alcançando maior escalabilidade. Este trabalho é o primeiro a tratar este tipo de problema através da perda de mercado e a utilizar restrições de acoplamento mais fortes, favorecendo a escalabilidade. Para resolver os problemas inteiros mistos não lineares, primeiramente utilizamos formulações cônicas equivalentes, em seguida, novos algoritmos exatos baseados na técnica de aproximação externa do tipo Outer Approximation são desenvolvidos. Ademais, o trabalho é pioneiro na combinação de reformulação cônica com Outer Approximation nesse contexto. Através de extensivos experimentos computacionais usando dados da Civil Aeronautics Board com até 70 nós, demonstramos que nossos modelos superam substancialmente todo o trabalho anterior. Através de um solucionador cônico comercial, nossas formulações propostas alcançaram ganhos computacionais notáveis em relação ao modelo da literatura: o modelo de minimização inicial atinge acelerações médias de 113 vezes, e a segunda formulação chega a acelerações médias de 1081 vezes, ambas mais rápidas que o modelo de maximização, estabelecendo um novo padrão em eficiência de soluções para MPMAPHLP competitivo. Ganhos de performance foram obtidos ao empregar algoritmos baseados em aproximação externa OA, demonstrando a eficiência dos novos algoritmos desenvolvidos.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5901-3867
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENGENHARIA - ESCOLA DE ENGENHARIA
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA PRODUÇÃO
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Produção
local.subject.cnpqENGENHARIAS
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::PESQUISA OPERACIONAL
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::PESQUISA OPERACIONAL::PROGRAMACAO LINEAR, NAO-LINEAR, MISTA E DINAMICA
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES

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