Podrobno

Reševanje kombinatoričnih optimizacijskih problemov z uporabo modela QUBO
ID Gračner, Jan (Avtor), ID Mraz, Miha (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (2,24 MB)
MD5: EBAC7C665221E55719FDF50E74F96CB0

Izvleček
Kombinatorična optimizacija se ukvarja s problemi, pri katerih iščemo optimalno rešitev znotraj končne množice možnih rešitev, pri čemer je cilj minimizirati ali maksimizirati dano kriterijsko funkcijo. Takšni problemi so pogosto NP-težki, saj število možnih kombinacij rešitev eksponentno narašča s številom spremenljivk. Model QUBO (angl. Quadratic Unconstrained Binary Optimization) predstavlja enoten in praktičen zapis širokega spektra tovrstnih problemov ter omogoča njihovo reševanje s klasičnimi in kvantnimi pristopi. V pričujočem diplomskem delu obravnavamo celoten postopek reševanja optimizacijskega problema polnjenja nahrbtnika. Problem je najprej predstavljen v klasični formulaciji, nato pa postopno preveden v QUBO obliko. Končni rezultat postopka je matrika, ki kodira celoten optimizacijski problem. V nadaljevanju je problem rešen s kvantnim aproksimacijskim optimizacijskim algoritmom (QAOA), implementiranim v ogrodju Qrisp. Podrobno so opisani postopek pretvorbe QUBO matrike v Hamiltonov operator, gradnja pripadajočega kvantnega vezja ter zagon algoritma na simulatorju Qiskit Aer. V zaključnem delu so opisane tudi ovire pri izvajanju algoritma QAOA na dejanskih kvantnih računalnikih, kot so vpliv šuma, omejitve globine vezij ter napake pri meritvah, ki predstavljajo pomembne izzive pri uporabi algoritma v praksi.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:kombinatorična optimizacija, QUBO, problem polnjenja nahrbtnika, kvantni algoritem QAOA, ogrodje Qrisp
Vrsta gradiva:Diplomsko delo/naloga
Tipologija:2.11 - Diplomsko delo
Organizacija:FRI - Fakulteta za računalništvo in informatiko
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-172516 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:248735747 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:08.09.2025
Število ogledov:567
Število prenosov:178
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Solving combinatorial optimization problems using the QUBO model
Izvleček:
Combinatorial optimization deals with problems in which we seek an optimal solution within a finite set of possible solutions, with the goal of minimizing or maximizing a given objective function. Such problems are often NP-hard, since the number of possible solution combinations grows exponentially with the number of variables. The QUBO model (Quadratic Unconstrained Binary Optimization) provides a unified and practical formulation for a wide range of such problems, making them solvable by both classical and quantum approaches. In this thesis, we describe the complete process of solving the knapsack problem. The problem is first presented in its classical formulation and then gradually converted into the QUBO form. The end result of this process is a matrix that encodes the entire optimization problem. The problem is then solved with the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA), implemented in the Qrisp framework. We describe in detail the conversion of the QUBO matrix into a Hamiltonian operator, the construction of the corresponding quantum circuit, and the execution of the algorithm on the Qiskit Aer simulator. In the concluding part, we also discuss the obstacles to running QAOA on actual quantum computers, such as the effects of noise, circuit-depth limitations, and measurement errors, all of which pose significant challenges for the practical use of the algorithm.

Ključne besede:combinatorial optimization, QUBO (Quadratic Unconstrained Binary Optimization), knapsack problem, QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), Qrisp framework

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj