周丽萍;耿，Na;蒋志斌;姜、珊 集成多资源容量规划和多类型患者调度。 （英语） Zbl 1492.90063号 信息J.计算。 34，第1期，129-149（2022）. 摘要：不确定需求和随机容量消耗下的多资源容量规划和多类型患者调度联合优化问题是一个重大的计算挑战。解决这一问题的常见做法是首先确定容量水平，然后分别确定患者的排班决策，这通常会导致次优决策，往往导致无效的护理结果。为了克服这些低效性，本文提出了一种新的两阶段随机优化模型，该模型集成了这两个决策，可以通过探索患者调度和容量配置之间的耦合关系来降低成本。将患者调度问题建模为马尔可夫决策过程。我们首先分析特定假设下多类型患者病例的属性，然后建立单类型患者病例最优调度策略的结构属性。基于这些发现，我们提出了最优解算法来解决这种特殊情况下的联合优化问题。由于对于一个具有大状态空间的一般多类型系统，原两阶段问题很难求解，我们提出了一种启发式策略，并用Benders分解算法求解了一个两阶段随机混合整数规划模型，通过结合近似线性规划和look-ahead策略进一步改进了这一点。为了说明我们的方法的效率并获得管理见解，我们将我们的解决方案应用于来自中国上海一家大型公立医院日间手术中心的数据集。结果表明，容量规划和患者调度的联合优化可以显著提高性能。此外，我们的模型可以应用于滚动式框架，以优化动态患者排程决策。通过广泛的数值分析，我们证明了我们的方法产生了良好的性能，通过与上界的差距来衡量，并且这些方法优于几个基准策略。贡献总结：首先，本文研究了不确定需求和随机容量消耗下的多资源容量规划和多类型患者调度的联合优化问题，这给计算带来了很大的挑战。它属于计算和运筹学的范畴。其次，本文建立了数学模型，建立了最优化性质，提出了求解算法，并使用实际数据进行了大量的数值实验。这项工作包括动态随机控制、计算算法和实验方面。此外，本文的动机是我们合作医院的一个实际问题（日间手术中心的容量规划和患者调度的联合管理），这也是许多其他应用程序的关键，例如按订单制造系统和计算设备系统。通过使用本文中导出的优化特性、求解算法和管理见解，从业者可以为高效运营决策配备决策支持工具。 引用于1文件 MSC公司： 90B35型 运筹学中的确定性调度理论 90立方厘米 随机规划 90立方厘米 马尔可夫和半马尔可夫决策过程 90立方厘米 混合整数编程 90 C59 数学规划中的近似方法和启发式 关键词：产能规划;患者排班;两阶段随机优化;马尔可夫决策过程;近似线性规划 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{L.Zhou}等人，《信息与计算》。34，编号1，129--149（2022；Zbl 1492.90063） 全文： 内政部 参考文献： [1] Ahmadi-Javid A、Jalali Z、Klassen KJ（2017）《医疗保健门诊预约系统：优化研究综述》。欧洲药典。研究。258（1）：3-34.Crossref，谷歌学者·Zbl 1380.90106号 ·doi:10.1016/j.ejor.2016.06.064 [2] 艾哈迈德·S（2010）两阶段随机整数规划：简介，威利运筹学与管理科学百科全书（约翰·威利父子公司，新泽西州霍博肯）。谷歌学者 [3] Akcali E，CótéMJ，Lin C（2006）优化医院床位容量决策的网络流方法。卫生保健管理科学。9（4）：391-404.Crossref，谷歌学者·doi:10.1007/s10729-006-0002-4 [4] Alfonso E，Xie X，Augusto V（2015）基于事件动力学的数学规划表示法的献血者容量规划和预约安排模拟优化方法。2015 IEEE国际。会议自动化科学。Engrg（CASE）（纽约IEEE出版社），728-733.谷歌学者 [5] Asamov T，Powell WB（2018）具有马尔可夫不确定性的高维多级随机程序的正则化分解。SIAM J.Optim公司。28（1）：575-595.Crossref，谷歌学者·Zbl 1395.90190号 ·doi:10.1137/16M1072231 [6] Ayvaz N，Huh WT（2010）医院容量对多种类型患者的分配。J.收入定价管理9（5）：386-398.Crossref，谷歌学者·doi:10.1057/rpm.2010.30 [7] Barz C，Rajaram K（2015）多资源约束下的选择性患者入院和安排。生产运营。管理24（12）：1907-1930.谷歌学者Crossref·doi:10.1111/poms.12395 [8] Bassamboo A、Harrison JM和Zeevi A（2006）《大型呼叫中心的设计和控制：基于lp方法的渐近分析》。操作。研究。54（3）：419-435.谷歌学者链接·兹伯利1167.90528 [9] Ben Abdelaziz F，Masmoudi M（2012）医院床位规划的多目标随机程序。《运营杂志》。Res.Soc公司。63（4）：530-538.Crossref，谷歌学者·doi:10.1057/jors.2011.39 [10] Birge JR，Louveaux F（2011）随机规划导论（Springer Science&Business Media，纽约）。Crossref，谷歌学者·Zbl 1223.90001号 ·doi:10.1007/978-1-4614-0237-4 [11] Bodur M，Luedtke JR（2016）针对到达率不确定性的多类服务系统人员配置和调度的混合整数取整增强弯曲分解。管理。科学。63（7）：2073-2091.链接，谷歌学者 [12] Brailsford S，Vissers J（2011）或医疗保健：欧洲视角。欧洲药典。研究。212（2）：223-234.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.ejor.2010.10.026 [13] Bretthauer KM、Heese HS、Pun H、Coe E（2011）《医疗保健操作中的阻塞：一种新的启发式和应用》。生产运营。管理20（3）:375-391 Crossref，谷歌学者·数字对象标识代码：10.1111/j.1937-5956.2011.01230.x [14] CaröECC，Schultz R（1999）随机整数规划中的对偶分解。操作。Res.Lett公司。24（1-2）:37-45.Crossref，谷歌学者·Zbl 1063.90037号 ·doi:10.1016/S0167-6377（98）00050-9 [15] Cayirli T，Veral E（2003）《医疗保健中的门诊安排：文献综述》。生产运营商。管理12（4）：519-549.Crossref，谷歌学者·doi:10.1111/j.1937-5956.2003.tb00218.x [16] Chao X，Chen H，Zheng S（2009）服务企业动态产能扩张与产能恶化和供应不确定性。操作。研究。57（1）：82-93.链接，谷歌学者·Zbl 1181.90174号 [17] Chen X，Pang Z，Pan L（2014）协调易腐产品的库存控制和定价策略。操作。研究。62（2）：284-300.Link，谷歌学者·Zbl 1302.91097号 [18] Cho E、Lee NJ、Kim EY、Kim S、Lee K、Park KO、Sung YH（2016）《与患者安全、护理质量和医院未完成护理相关的护士人员配备水平和加班：一项横断面研究》。国际。《护理学研究》。60:263-271.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.ijnurstu.2016.05.009 [19] Dai J，Shi P（2019）《住院溢出：一种近似动态规划方法》。制造服务运营。管理21（4）：894-911.谷歌学者链接 [20] Denton BT，Miller AJ，Balasubramanian HJ，Huschka TR（2010）在不确定的情况下，手术区到手术室的最佳分配。操作。第58号决议（第4部分-1）：802-816.谷歌学者·Zbl 1228.90065号 [21] Diamant A、Milner J、Quereshy F（2018）《多岗位医疗计划的动态患者安排》。生产运营。管理27（1）：58-79 Crossref，谷歌学者·doi:10.1111/poms.12783 [22] Doulabi SHH（2017）基于分解的整数规划、随机规划和稳健优化方法，用于医疗计划、调度和路由问题。蒙特利尔大学理工学院博士论文。谷歌学者 [23] Easton FF，Rossin DF（1996）员工排班的随机目标计划。决策科学。27（3）：541-568.Crossref，谷歌学者·doi:10.1111/j.1540-5915.1996.tb01825.x [24] Erdogan SA，Denton B（2013），需求不确定的随机服务器的动态预约调度。信息J.计算。25（1）：116-132.链接，谷歌学者 [25] Feldman J，Liu N，Topaloglu H，Ziya S（2014）《患者偏好和无行为下的预约安排》。操作。研究。62（4）：794-811.谷歌学者链接·Zbl 1302.90096号 [26] Fu J，Sun W，Wang Y，Yang X，Wang L（2013）提高中国医生的工作满意度：组织支持感和心理资本的积极影响。公共卫生127（10）：946-951.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.puhe.2012.017年12月17日 [27] 耿N，谢X（2016）具有两个等待时间目标的诊断设施的最优动态门诊调度。IEEE传输。自动控制61（12）：3725-3739.交叉引用，谷歌学者·Zbl 1359.90042号 ·doi:10.1109/TAC.2016.2523882 [28] Gerchak Y，Gupta D，Henig M（1996），急诊手术需求不确定情况下的择期手术预约计划。管理科学。42（3）：321-334.Link，谷歌学者·Zbl 0884.90106号 [29] Green LV（2005）《医院容量规划和管理》。Brandeau ML、Sainfort F、Pierskalla WP编辑，《运筹学与健康护理》，运筹学和管理科学国际系列，第70卷（波士顿斯普林格出版社），15-41。谷歌学者 [30] Green LV、Kolesar PJ、Whitt W（2007）《在为服务系统设定人员配备要求时应对时变需求》。生产运营。管理16（1）：13-39.Crossref，谷歌学者·doi:10.1111/j.1937-5956.2007.tb00164.x [31] Green LV，Savin S，Wang B（2006）《诊断医疗机构的患者服务管理》。操作。研究。54（1）：11-25.Link，谷歌学者·Zbl 1167.90562号 [32] Griffiths JD、Price-Lloyd N、Smithies M、Williams JE（2005）《重症监护病房辅助护士需求建模》。《运营杂志》。Res.Soc公司。56（2）：126-133.Crossref，谷歌学者·Zbl 1089.90512号 ·doi:10.1057/palgrave.jors.2601882 [33] Griffiths P、Dall’Ora C、Simon M、Ball J、Lindqvist R、Rafferty AM、Schoonhoven L、Tishelman C、Aiken LH（2014）《护士在12个欧洲国家的轮班时间和加班：与感知护理质量和患者安全的关系》。医疗保健52（11）：975.Crossref，谷歌学者·doi:10.1097/MLR.00000000000233 [34] Gupta D，Denton B（2008），《医疗保健预约安排：挑战与机遇》。IIE事务处理。40（9）：800-819.Crossref，谷歌学者·doi:10.1080/07408170802165880 [35] Harper PR，Shahani A（2002）《医院床位容量规划和管理模型》。《运营杂志》。Res.Soc公司。53（1）：11-18.Crossref，谷歌学者·Zbl 1138.90415号 ·doi:10.1057/palgrave/jors/2601278 [36] Helm JE、AhmadBeygi S、Van Oyen MP（2011）《医院入院控制的设计与分析，以提高操作效率》。生产运营。管理20（3）:359-374.Crossref，谷歌学者·doi:10.1111/j.1937-5956.2011.01231.x [37] Higle JL，Sen S（1991）《随机分解：具有补偿的两阶段线性规划的算法》。数学。操作。研究。16（3）：650-669.Link，谷歌学者·Zbl 0746.90045号 [38] Huh WT，Janakiraman G（2010）关于销售损失的串行库存系统中的最优政策结构。操作。研究。58（2）：486-491.Link，谷歌学者·Zbl 1226.90012号 [39] Huh WT，Liu N，Truong VA（2013）动态环境中的多资源分配调度。制造服务运营。管理15（2）：280-291.Link，谷歌学者 [40] Izady N（2019）《门诊需求和容量规划的综合方法》。欧洲药典。研究。279（2）：645-656.Crossref，谷歌学者·Zbl 1430.90194号 ·doi:10.1016/j.ejor.2019.06.001 [41] Jiang R，Shen S，Zhang Y（2017）具有随机无显示和服务持续时间的预约调度的整数规划方法。操作。研究。65（6）：1638-1656.链接，谷歌学者·Zbl 1382.90042号 [42] Kang K，Shanthikumar JG，Altinkemer K（2016）《延迟接受和分配：随机动态规划方法》。制造服务运营。管理18（4）：493-508.链接，谷歌学者 [43] Kao EPC，Queyranne M（1985）医院护理成本预算。管理科学。31（5）：608-621.Link，谷歌学者 [44] Kim K，Mehrotra S（2015）一种两阶段随机整数规划方法，用于整合人员配置和调度，并应用于护士管理。操作。研究。63（6）：1431-1451.谷歌学者链接·Zbl 1334.90092号 [45] Kleywegt AJ，Shapiro A，Homem-De-Mello T（2002）随机离散优化的样本平均近似方法。SIAM J.Optim公司。12（2）：479-502.Crossref，谷歌学者·Zbl 0991.90090号 ·doi:10.1137/S1052623499363220 [46] Li Q，Yu P（2014）多模块性及其在三个随机动态库存问题中的应用。制造服务运营。管理16（3）：455-463.Link，谷歌学者 [47] Li N，Zhao M，Zhang Y，Luo CZ，Chen，LH，Zhang H，Ma J（2009）公立医院床位使用成本与政府规定价格的偏差及其对策。J.上海交通大学（医学科学）29（3）：264-267.谷歌学者 [48] Liu N，Ziya S，Kulkarni VG（2010）《患者未就诊和取消情况下门诊预约的动态安排》。制造服务运营。管理12（2）：347-364.链接，谷歌学者 [49] Liu N，Truong VA，Wang X，Anderson BR（2019）综合调度和容量规划，考虑患者的天数。生产运营。管理28（7）：1735-1756.Crossref，谷歌学者·doi:10.1111/poms.13012 [50] Lu M，Chen Z，Shen S（2017）在需求不确定性下优化汽车共享系统的盈利能力和服务质量。制造服务运营。管理20（2）：162-180.Link，谷歌学者 [51] Maenhout B，Vanhoucke M（2013）《针对长期护理人员分配问题的综合护理人员配置和调度分析》。欧米茄41（2）：485-499.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.omega.2012.01.002 [52] Mak HY，Rong Y，Zhang J（2014）分配信息有限的预约安排。管理科学。61（2）：316-334.Link，谷歌学者 [53] Min D，Yih Y（2010a）考虑患者优先级的择期手术调度问题。计算。操作。研究。37（6）：1091-1099。Crossref，谷歌学者·Zbl 1178.90158号 ·doi:10.1016/j.cor.2009.09.016 [54] Min D，Yih Y（2014）管理具有时间依赖优先级和不良事件的患者等待列表。RAIRO操作。研究。48（1）：53-74.Crossref，谷歌学者·Zbl 1288.90121号 ·doi:10.1051/ro/2013047 [55] Min D，Yih Y（2010b）在不确定性和下游产能约束下安排择期手术。欧洲药典。研究。206（3）：642-652.Crossref，谷歌学者·兹比尔1188.90158 ·doi:10.1016/j.ejor.2010.03.014 [56] Nunes LGN、de Carvalho SV、Rodrigues Rd CM（2009）Markov决策过程应用于医院选择性入院的控制。人工智能医学47（2）：159-171.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.artmed.2009.07.003 [57] 经济合作与发展组织（2019）经合组织2019年卫生统计。2019年10月10日访问，http://www.oecd.org/health/health-data.htm.谷歌学者 [58] Patrick J（2012）确定最佳门诊安排的马尔可夫决策模型。卫生保健管理科学。15（2）:91-102.Crossref，谷歌学者·doi:10.1007/s10729-011-9185-4 [59] Patrick J、Puterman ML、Queyranne M（2008）《诊断资源的动态多优先级患者调度》。操作。研究。56（6）：1507-1525.Link，谷歌学者·Zbl 1167.90675号 [60] Pereira MV，Pinto LM（1991），多阶段随机优化在能源规划中的应用。数学。编程52（1-3）：359-375.谷歌学者交叉引用·Zbl 0749.90057号 ·doi:10.1007/BF01582895 [61] 鲍威尔·WB（2007）近似动态规划：解决维数的诅咒（约翰·威利父子公司，新泽西州霍博肯）。Crossref，谷歌学者·Zbl 1156.90021号 ·数字对象标识代码：10.1002/9780470182963 [62] 鲍威尔WB（2014）清除随机优化的丛林。Newman A，Leung A，eds.衔接数据和决策，INFORMS运筹学教程（INFORMS，Catonsville，MD），109-137.谷歌学者 [63] Punnakitikashem P、Rosenberber JM、Buckley-Behan DF（2013）《综合护士配置和分配的随机规划方法》。IIE事务处理。45（10）：1059-1076.Crossref，谷歌学者·doi:10.1080/0740817X.2012.763002 [64] 普特曼ML（2014）马尔可夫决策过程：离散随机动态规划（约翰·威利父子公司，新泽西州霍博肯）。谷歌学者 [65] Rais A，Viana A（2011）医疗保健运营研究：一项调查。国际。事务处理。操作。研究。18（1）：1-31.Crossref，谷歌学者·文件编号：10.1111/j.1475-3995.2010.00767.x [66] Samiedaluie S、Kucukyazici B、Verter V、Zhang D（2017年）在神经科病房管理患者入院。操作。研究。65（3）：635-656.链接，谷歌学者·Zbl 1387.90269号 [67] Saure A、Patrick J、Tyldesley S、Puterman ML（2012）《放射治疗的动态多预约患者排程》。欧洲药典。研究。223（2）：573-584.Crossref，谷歌学者·Zbl 1292.90133号 ·doi:10.1016/j.ejor.2012.06.046 [68] Sen S（2005）随机混合整数规划模型的算法。操作手册。资源管理科学。12:515-558谷歌学者·Zbl 1172.90457号 [69] Sen S，Zhou Z（2014）多阶段随机分解：随机规划和近似动态规划之间的桥梁。SIAM J.Optim公司。24（1）：127-153.Crossref，谷歌学者·Zbl 1291.90153号 ·数字对象标识代码：10.1137/120864854 [70] Simchi-Levi D、Chen X、Julien B（2014）物流理论、算法的逻辑及其在物流管理中的应用（Springer Science&Business Media，纽约）。谷歌学者·Zbl 1327.90020号 [71] Topkis DM（1998年）超模块性和互补性（普林斯顿大学出版社，新泽西州普林斯顿）。Crossref，谷歌学者·doi:10.1515/9781400822539 [72] Truong VA（2015）最优提前调度。管理科学。61（7）：1584-1597.链接，谷歌学者 [73] Van Mieghem JA（1995）凸延迟成本动态调度：广义cμ规则。附录申请。普罗巴伯。5（3）:809-833.Crossref，谷歌学者·Zbl 0843.90047号 ·doi:10.1214/aoap/1177004706 [74] Vengerov D（2007）动态资源分配的强化学习方法。工程应用。人工智能20（3）：383-390.Crossref，谷歌学者·doi:10.1016/j.engappai.2006.06.019 [75] Véricourt Fd，Jennings OB（2011）《医疗单位的护士配置：排队视角》。操作。研究。59（6）:1320-1331.Link，谷歌学者·Zbl 1241.90032号 [76] White DL，Froehle CM，Klassen KJ（2011）综合调度和容量策略对临床效率的影响。生产运营。管理20（3）：442-455.Crossref，谷歌学者·数字对象标识代码：10.1111/j.1937-5956.2011.01220.x [77] 世界卫生组织（2014）《老龄化与生命历程》。2018年12月27日查阅，https://www.who.int/ageing/about/facts/en/.Google学者 [78] 世界卫生组织（2018）空气污染。访问时间：2018年12月27日，https://www.who.int/airpolution/en/.Google学者 [79] 姚DD，周世新，庄伟（2016）联合初次进货和转运-症状和界限。生产运营。管理25（2）：273-289.Crossref，谷歌学者·doi:10.1111/poms.12419 [80] 袁B，刘R，江Z（2015）具有随机服务时间和技能要求的家庭医疗计划和路由问题的分支价格算法。国际。J.生产研究。53（24）:7450-7464.谷歌学者（Google Scholar）交叉引用·doi:10.1080/00207543.2015.1082041 [81] Zhang Y、Puterman ML、Nelson M、Atkins D（2012）《长期护理能力规划的模拟优化方法》。操作。研究。60（2）:249-261.Link，谷歌学者·Zbl 1251.90411号 [82] Zhao H，Ryan JK，Deshpande V（2008），两个位置的制造到库存系统的最优动态生产和库存转运策略。操作。研究。56（2）：400-410.Link，谷歌学者·Zbl 1167.90365号 [83] Zhu X，Sherali HD（2009）需求波动和不确定性下的两阶段劳动力规划。《运营杂志》。Res.Soc公司。60（1）:94-103.Crossref，谷歌学者·Zbl 1168.90533号 ·doi:10.1057/palgrave.jors.2602522 [84] Zipkin P（2008）《关于损失库存模型的结构》。操作。研究。56（4）：937-944.谷歌学者链接·Zbl 1167.90369号 [85] 邹J，Ahmed S，Sun XA（2019）随机对偶动态整数规划。数学。编程175（1-2）:461-502.Crossref，谷歌学者·Zbl 1412.90101号 ·doi:10.1007/s10107-018-1249-5 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。