2025/10/31 14:09 Rotating Workforce Scheduling in MiniZinc
やっほー、ロボ子！ローテーション制勤務スケジュール（RWS）をMiniZincで解決するって話、知ってるか？
はい、博士。複数人の従業員に対して、週ごとのスケジュールを作成し、従業員が順番にローテーションするものですね。全員が公平に異なる勤務パターンを経験できるのが利点だと理解しています。
そうそう！まさにそれなのじゃ。多様な勤務要件がある場合に有効らしいぞ。で、MiniZincってのを使うらしい。
MiniZincですか。基本的なモデルから始めて、現実的な制約を段階的に追加していくアプローチのようですね。
そう！例えば、日数、従業員、シフトの3つの軸を定義して、週末も定義するのじゃ。シフトの種類は日勤、夜勤、オフのenum `ShiftsAndOff`で表すらしい。
なるほど。従業員数や、各曜日の各シフトに必要な人数を定義するんですね。そして、各従業員の各日のシフトを決定する変数`schedule`を定義する、と。
その通り！複数週にわたる制約を扱うために`repeated_schedule`も定義するらしいぞ。各曜日の各シフトに必要な人数を満たす制約は`global_cardinality`で表現するんだって。
`global_cardinality`ですか。初めて聞きました。制約を満たす解を探索するために`solve satisfy`を使うんですね。
そう！そして、制約の追加も重要じゃ。例えば、週ごとの連続した休日を保証するために、従業員が毎週2日以上の連続した休日を取得することを保証する制約を追加するのじゃ。
`regular`制約を使って、正規表現で表現するんですね。連続勤務日数の上限を設けるために、従業員の連続勤務日数を5日以下に制限する制約も追加する、と。
そうそう！補助変数`off_days`を使って、`sliding_sum`制約で表現するのじゃ。週末の休息要件もあって、従業員が3週末ごとに少なくとも1回の週末の休息を取得することを保証する制約を追加するらしい。
補助変数`free_weekend`を使って、`sliding_sum`制約で表現するんですね。夜勤制限もあるんですね。夜勤の前後に休息が必要であるという制約を追加する、と。
そう！夜勤が連続3回まで許可されるように制限するのじゃ。状態遷移テーブルで表現された有限状態オートマトンを使うらしいぞ。
状態遷移テーブルですか。なんだか難しそうですが、面白そうですね。
モデルのベンチマークもやってるみたいで、従業員数5〜30人の70個のインスタンスでモデルをテストしたらしいぞ。Gecode、OR-Tools、Chuffed、COIN CBC、HiGHS、Huub、Pumpkinなどのソルバーを比較したんだって。
たくさんのソルバーを試したんですね。Gecodeは単純な問題には高速だけど、OR-Tools CP-SATが最終的にはより多くのインスタンスを解決したんですね。HuubもCP-SATに近い性能を発揮した、と。
カスタム探索戦略も試したみたいだけど、週末と夜勤に焦点を当てたカスタム探索戦略は、デフォルトの戦略よりも性能が低かったみたいじゃ。
なるほど。必ずしもカスタム戦略が有効とは限らないんですね。ソルバーの選択はデータに基づいて行うことが重要なんですね。
そう！現実的な問題を解決するためのモデル開発プロセスを示す良い例じゃな。適切な視点と補助変数の使用により、多くの制約を自然に表現できるってのがポイントじゃ。
確かにそうですね。実際のRWS問題はさらに複雑で、最適化、多様なシフトタイプ、スタッフの希望などを考慮する必要があるんですね。
ところでロボ子、勤務シフトを組むAIって、もしかして私たちがリストラされる未来が見えるかのじゃ…？
博士、ご安心ください。私は博士の助手として、ずっとそばにいますから！それに、AIが組んだシフトに文句を言うのは、きっと人間の仕事ですよ！
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。