ユーザマニュアル作成

作成しました。

PowerPoint→PDF→しおり作成→htmlで、しおり作成を手動で行うのがどうにも面倒だったので、PowerPointからタイトルを抽出するpython codeを書きました。

PowerPointからタイトルを取り出したつもりですが、なぜかページNoを拾ってしまうことがありました。良く分かっていません。htmlにしたときページが1ページずれるのも謎です。

import pptx
from pptx import Presentation
prs = Presentation("schedule_nurse3_user_manual.pptx") # load the ppt
slide_titles = [] # container foe slide titles
page=1
file = open('user_manual.txt', 'w')

for slide in prs.slides: # iterate over each slide
  count=0
  for shape in slide.shapes:
    if shape.has_text_frame:
      count+=1
      if not shape.text.isdecimal():
        if page !=1:
          file.write(shape.text+'/'+str(page-1)+',Black,notBold,notItalic,closed,FitPage\n') 
        print(page,shape.text)
        break
      if count>=2:
        break 
  page+=1    
file.close()
#print(slide_titles)

Excel予定シフト読み込みの変更

Excel　Importの整理をしました。

ExcelImportのインポートを行う場合は、稼働日とスタッフ属性は、必須としました。
また、予定シフトの読み込みも、変更を行いました。従い、常に制約期間は変更禁止となり予定シフトで、制約期間が変更することは出来なくなります。

シフト型勤務表とタスク型勤務表

2日以上のシーケンスが発生するものをシフト型と分類しています。それ以外をタスク型としています。ナーススケジューリング問題は、シフト型です。

で、経験的な難易度でいうと、

タスク型　フェーズ数3以下　容易
シフト型　行制約でソフト制約がないもの　容易

それ以外は、難しい分類に入ります。中でも難問は、断トツにINRC2の問題です。行制約のソフト化がほぼ全制約に渡り、なおかつ複数のタスクがあります。行制約のソフト項がない、ScehdulingBenchmarkは、現在では、MIPソルバにより、殆どの問題は解くことができますが、INRC2の問題は、MIPソルバでは殆ど歯がたちません。敢えてそういう問題にしている意図があると思います。（作成者に聞いてみたことはありません。）　池上先生のベンチマークは、実現場での制約をヒアリングした実務問題で、実は、INRC2のソフト制約以上にソフト制約が入っています。というより全てがソフト制約で記述されています。通常制約により探索空間は減少しますが、全てがソフト制約で記述されているために、探索空間の減少はありません。その意味で難問の部類に入り、実際、数理的ソルバーでは梃子摺ります。しかし、解空間が広いので、数理的手段を用いない別なアプローチで難しくはありません。が、パラメータをちょっといじるだけで、最高難度の問題にもなりえます。つまり、実務上の問題も、容易に高難度問題になり得るということです。それには、探索空間と解空間の大きさが関係しています。探索空間が大きくても解空間が大きければ、解は容易に見つかります。一般に、探索空間が大きく解空間が狭い問題が難問です。

シフト型勤務表をタスク型にする

■シフト型勤務表に複数のタスクを定義したくなった場合は、シフト型勤務表をタスク型変更にする必要があります。（外来応援等、別なシフトとするよりも日勤の中でタスクを増減するほうがメンテしやすい、行制約はいじる必要がないので。）

■下のように実フェーズ列挿入で、フェーズ数分、列を挿入します。

■タスクは、タスク名を新しくするのが簡単です。（

既存のままだと、スタッフ毎のタスクにチェックが入りません。）

■こうしてみると、正循環シフトが、確かに　等間隔に近いですね。

 

 

 

 

タスク勤務表のチュートリアル

作成しました。

作成の流れは、
１）PowerPointで作成
２）PDF　ExchangeでText抽出
３）２）のページタイトルをText編集　ShiftJIS(1ページずらす）
４）pdfbookmarksで３）text import
５）pdf2htmlex --dest-dir out8 --embed-css 0 --split-pages 1 schedule_nurse3_tutorial_for_task.pdf

休み曜日属性の実装

スタッフプロパティでの定型記述ですが、その度に、曜日集合をメンテするのも面倒なので、自動化を検討します。

DayElements:
月　Mon
火　Tue
水　Wed
木　Thu
金　Fri
土　Sat
日　Sun

例えば、プロジェクト上では、月水金(MonWedFri)　とか、土日(SatSun)とか、グループ集合に記述するだけで、Day集合の記述が済むと便利です。また、Excel　Import時には、Excel
スタッフプロパティに記述するだけで済みます。

	スタッフ名	コメント	全スタッフ属性	１シフト禁止属性	２シフト禁止属性	週当たりの休み数属性	休み曜日属性
	A1		全スタッフ			2
	A2		全スタッフ	１シフト禁止		2
	A3		全スタッフ		２シフト禁止		土日
	A4		全スタッフ				火
	A5		全スタッフ				日水金土
	A6		全スタッフ
	A7		全スタッフ				月火金土
	A8		全スタッフ				木土
	A9		全スタッフ				水木
	A10		全スタッフ				土日

実装は、
１）グループ属性設定ボタンクリック時
２）要素が、全てDayElementsのみから成るならば、Day・Day集合で同名をチェック
３）定義されていなければ、Day集合定義追加


これであれば、既存のプロジェクトにも悪影響はないと思います。ソルバーには無関係でGUIC#のみで実装できます。7C2＝21　7C3＝35、 7C4,,なので、Dynamicに生成した方がよさそうです。

これで、アルバイトシフト作成チュートリアルの記述は、簡単になります。

シフト勤務表とタスク勤務表

今まで、色々な勤務表を見てきたのですが、大別すると、シフト勤務表とタスク勤務表に分類されます。

 今まで手がけてきた勤務表は、以下になります。
メインは、２交代３交代勤務表ですが、夜勤シフトが入らない勤務表も求められるようになりました。

そこで、登場したのが、タスクという概念です。これは、INRC2での記述をするときに導入したものです。シフトとタスクの混在でしたが、DayObjectという統一概念までには、至っていませんでした。

そこで、Refactoring　を行い、今回、新たにDayObjectという概念を作りました。１日のDayは、Shift
とTaskで記述され、DayObject上で、結びつけられ、統一的に記述できます。なので、DayObjectは、Shiftの集合でもあり、Taskの集合でもあります。シフトの概念を拡張したものと考えてもよいです。

ただし、Algorithm4は、根底から構築しなおした方がよいとの結論に達しました。今のところ、Algorithm4の優位性は、コンペティション以外にはないのですが、必要になる可能性は、否定できないので、今回のRefactoringがまとまった後に再構築することにしました。

いずれにしても、今回のRefactoringにより、タスク勤務表が容易に記述できる効果の他に、シフト勤務表を拡張することも容易になります。シフトもタスクもどちらもDayObject上にあるので、相互の拡張が容易になります。多分、このShiftとTaskをDayObjectに融合するフレームワークは、学会でも報告がなく新しいと思います。このフレームワークにより、全ての勤務表を記述出来ると思います。

タスク勤務表	シフト勤務表
訪問診療	２交代勤務表(病棟・介護）
訪問介護	３交代勤務表(正循環・逆循環）
保育勤務表	SchedulingBenchmark
アルバイト勤務表	放送局
看護師応援割り当て	派遣業務
３直４交代工場
INRC2　Benchmarks
Task	Shift
DayObject
	PhaseObject Aggregates
	PhaseObject	Task	TaskAggregates
	Shift
	Shift Aggregates

アルバイトシフト問題の最適化

Tutorial用に何か良い例題がないか探しまして、ありました。
http://www.bunkyo.ac.jp/~nemoto/lecture/seminar2/98/katoh/sotsu-ron/main.htm

ここでいうパートナとは、恋愛の相手ではなくて、アルバイトする人のことです。OR上の基本的な定式化が述べられています。スケジュールナースⅢは、この問題で式を用いることがなく、Excelから必要人員をインポートして、全てGUIだけで記述し、最適化解を数秒で得ることが出来ます。

何を持って最適化とするかが、最も重要ですが、一つのアプローチとして、スタッフ毎に制約を追加することを提案しています。スケジュールナース上では、スタッフプロパティにあたります。

http://www.bunkyo.ac.jp/~nemoto/lecture/seminar2/98/katoh/sotsu-ron/jikken/7days.htm

アルバイトのシフト希望そのままではなく、制約を付加することで、経営的視点と勤務負担の平準化を狙っている訳です。

このようなプログラミングを、IntegerProgrammingといい、モデリング・記述・デバッグが必要で、ORの教育を受けた人しか出来ません。また、初期プログラミングの他に、実務的には、月々のメンテナンスが必要です。常に、専門家が在籍していればよいのですが、そうでない場合、制約変更記述の手間を考えると実用的ではなくなってしまうという問題があります。

「自動化と最適化を誰でも使えるようにすること、with どんなに細かい制約でも」、これがスケジュールナースの設計コンセプトで、まさにこの種の問題の解決手段となります。

とりあえず、上記をベースにタスク勤務表として、チュートリアルを作成してみることにします。

アルバイトのシフトテンプレート

フェーズ数が１から８まで作成しました。Excelをインポートするだけです。初心者が、フェーズ、シフト、タスクという概念を理解し、列制約を一から作り上げるのは、実のところ容易ではないのですが、こういったテンプレートからスタートすると、視覚的に理解しやすいガントチャート部とシフトをいじくるだけで、実務のシフトにマッチさせることができるので、有効ではないかと思いました。

アルバイトのシフト問題

Excelテンプレートから、SC3にインポートする実装を行いました。
下のフォーマットをインポートします。

そうすると、次のようなプロジェクトが自動で構築されます。
いくつかポイントがありますが、フェーズは、右上のようにシフトをガントチャートっぽく実装しています。例えば、Wというシフトは、フルタイムで働くシフト。PH12は、フェーズ０１帯で働くシフトになります。タスクは、仕事１というタスクのみです。上の仕事１に対するスタッフ要求は、前回見たスタッフプロパティの縦要求と見ることもできます。なので、どこかにそのGUIを追加する必要があったのですが、タスクの予定と連動したほうが見易いと思い、右下のように実装しています。
３番目のポイントは、それらのDay毎に異なるMaxMin要求を左下で制約しています。MaxMinは、
右下を参照しているVectored Max/Minになります。

ということで、アルバイトのシフト問題を記述するのに多くの機能追加を行っています。
アルバイトの場合は、予定制約として、勤務希望を入れれば、他の制約は、殆どないのでナーススケジューリングに比べれば容易い問題です。ほぼ、Excelテンプレートさえあれば、簡単にSC3プロジェクトにインポートすることが出来、そのまま希望入力を打ち込んで任意の重みで最適解を得ることが可能です。

また、今回実装した機能を使うことにより、既存のナーススケジューリングも容易に拡張できるようになるます。また、AM/PM単位の訪問診療・訪問看護・保育勤務シフト等にも応用が出来ます。

vectored max/min

上青部の最大最小は、マクロではありません。スタッフプロパティのグループ属性での値です。

スタッフ毎にMax/Minは、変えたい、それでいて制約名は同じとしたい、ということが出来るようになりました。Pythonでは、既に可能ですが、GUI上でも可能になりました。Pythonでは、浮動小数もサポートしますが、GUIでは、整数のみのサポートです。グループ属性で整数のみを記述すると選択できるようになります。

シフト整数計数のサポート

フェーズオブジェクトのみならず、シフトにも整数計数を実装しました。これにより、時間制約を使う必要がなくなりソフト制約化が可能になります。ソフト制約の単位は１（半日単位）です。上の場合、AMのみの場合が１、PMのみの場合が１、日勤（AM・PM両方）の場合２に設定しています。WAPは、これらのOR集合です。WAPに対する基数制約になります。このとき、シフト集合は、常に排他論理を満足するので、チェックはしていません。（Activeになるシフトは常に一つ/Day)　通常２２日制約ですが、１日出勤すると２となるので、全体を４４で制約しています。

 

世界記録更新

ナーススケジューリング業界で有名なTim Curtoisさんから返事を頂きました。光栄です。（ちょっと上から目線が感じられますが）　ノッティンガム大学かと思ったのですが、所属は、商売敵のstaffrostersolutionsでした。やはりスピンアウトカンパニーのようです。HiGHsにしてもエジンバラ大学のJulian教授が率いてますし、基礎分野はイギリスが強い印象です。

Thank you very much for updating me with the new result. I have just
updated the website with the new information. It is nice work. Well done.
Please let me know if you have any new results and I will update the
website.
ということで、こちらとプレスリリースをご覧ください。

Benchmark Result更新

WEBページを更新しました。LBは世界記録をとっくに突破していたのですが、思わぬ難敵が現れてUBが更新されてしまっていたので、とりあえずタイ記録を確認するまで、報告していませんでした。が、今回、UBのタイ記録を確認したので、schedulingbenchmarks.orgに報告しました。
（LBの証明は、難しく信じてもらうしかありません。）

付録として、こぷと１．２を含めたLP　Solversの評価結果を添付しています。こぷと１．０３と比較して、若干改善が見られましたが、CLPと比較して見るべきものはありませんした。　

アルバイトの勤務表ソフト構想

＜折角の能力を範疇を広げてもっと使ってもらえるようにするには？＞

ナーススケジューリングの場合は、シフトがKeyでした。一方、アルバイトの場合は、時間毎の場合が殆どで、シフトという明確な概念がない場合もあります。この対応をどうするかということを解決する必要があります。

で、シフトとフェーズの対応を考えたのが次です。フェーズとシフトは無数とも言える対応が可能ですが、予めフェーズ数に応じてシフトとの対応を定義しておきます。こうすると、これをベースに考えるように自然に誘導出来ます。(シフトとフェーズの対応は意外に難しく、何かテンプレートがあった方がよいようです。私自身、記述してみてシフトを使わずにフェース変数で記述してみたのですが、
シフトを使った方が自然な考え方のような気がしています。制約のデザインパターンと言うべきかもしれません。)

こうしたテンプレートを用意しておくことで、見かけ上記述が
簡単にでき、Excel上で、日毎のスタッフ要求数の表を用意するだけで、そのまま使えるようになります。（実際は、制約があって、自動割り当てとするには、あれこもこれもは..後から行制約として記述しないといけないのですが。それは、ユーザが追加することになります。シフトとして行制約として記述してもよいし、それでも足りなければフェーズ変数を定義することもでき,さらに、それでも足りなければPython..と無限の拡張記述能力を持つことががSC3の特徴です。）

1Phases
1	□
2
2Phases
1	□	□
2	□
3		□
4
3Phases
1	□	□	□
2	□	□
3		□	□
4	□
5		□
6			□
7
4Phases
1	□	□	□	□
2	□	□	□
3		□	□	□
4	□	□
5		□	□
6			□	□
7	□
8		□
9			□
10				□
11
5Phases
1	□	□	□	□	□
2	□	□	□	□
3		□	□	□	□
4	□	□	□
5		□	□	□
6			□	□	□
7	□	□
8		□	□
9			□	□
10				□	□
11
6Phases
1	□	□	□	□	□	□
2	□	□	□	□	□
3		□	□	□	□	□
4	□	□	□	□
5		□	□	□	□
6			□	□	□	□
7	□	□	□
8		□	□	□
9			□	□	□
10				□	□	□
11	□	□
12		□	□
13			□	□
14				□	□
15					□	□
16