DOI: https://doi.org/10.1287/inte.2024.0191
تاريخ النشر: 2025-05-26
المؤلف: Karel Devriesere وآخرون
الموضوع الرئيسي: حلول الجدولة وتحديد المواعيد
نظرة عامة
في هذا البحث، يقترح المؤلفون هيكل بطولة دوري غير مكتمل (iRR) كبديل للنظام التقليدي للدوري لمنافسات الهوكي الميداني للشباب في بلجيكا. الدافع وراء هذا التصميم الجديد هو تقليل وقت السفر للفرق، والذي تم تحديده كعامل مهم يساهم في معدلات التسرب في الرياضات الشبابية. تستخدم الدراسة أسلوب تحسين رياضي لحل المشكلات لتوليد جداول عالية الجودة، إلى جانب نموذج عدالة لمواءمة أوقات السفر مع تفضيلات الفرق. تشير النتائج إلى أن تصميم iRR يمكن أن يقلل من إجمالي وقت السفر بنسبة تصل إلى 25% مقارنة بالجدول الرسمي، مع تقليل بنسبة 20% حتى عند ضمان عدم تعرض أي فريق لظلم مفرط.
أدت النتائج إلى اعتماد الجمعية الملكية البلجيكية للهوكي تنسيق iRR لفئات عمرية مختلفة، مع خطط لمزيد من التنفيذ في الأقسام الأكبر سناً. يبرز المؤلفون مرونة هيكل iRR، الذي يسمح بإعادة جدولة فعالة في حالة انسحاب الفرق مع الحفاظ على الحد الأدنى من عدد المباريات. بالإضافة إلى ذلك، يشيرون إلى أن تصميم iRR يسهل تصنيفات أكثر معنى من خلال تمكين الفرق ذات القوة المماثلة من التنافس ضد بعضها البعض، مما يعالج قيد الأنظمة التقليدية. بشكل عام، تقترح الدراسة أن تنسيق iRR يمكن أن يكون أداة قيمة لمنظمات الرياضات الشبابية لتعزيز المشاركة من خلال تقليل أعباء السفر.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الشعبية المتزايدة للهوكي الميداني في بلجيكا، خاصة بعد نجاحات فريق الأسود الحمر، الفريق الوطني للرجال، الذي فاز ببطولات العالم والأوروبية في 2018 و2019، والذهب الأولمبي في 2020. أدى هذا الارتفاع في الاهتمام إلى زيادة كبيرة في العضوية داخل الجمعية الملكية البلجيكية للهوكي (RBHA)، التي تضم الآن أكثر من 50,000 عضو عبر 98 ناديًا. ومع ذلك، فإن استدامة هذا النمو تعتمد على تنظيم المنافسات الشبابية بشكل فعال، وهي مهمة أصبحت أكثر تحديًا بسبب العدد المتزايد من الفرق والأندية.
لمعالجة هذه التحديات، يقترح المؤلفون نظام جدولة آلي يعتمد على تصميم بطولة دوري غير مكتمل (iRR)، يهدف إلى تقليل أوقات السفر لأصغر المشاركين. أظهرت مراجعة منهجية أن قيود الوقت، وخاصة المتعلقة بالسفر، هي عامل رئيسي في معدلات تسرب الشباب من الرياضات. لا يقلل تنفيذ تصميم iRR من إجمالي وقت السفر فحسب، بل يعزز أيضًا توزيعًا أكثر عدلاً للمباريات بين الفرق، مما يعزز التجربة التنافسية. يقدم المؤلفون أدلة على كيفية تأثير هذا النهج الجديد في الجدولة بشكل إيجابي على الفرق خلال النصف الأول من موسم 2023-2024، مما دفع RBHA لاعتماد هذا النموذج لمنافسات الشباب المستقبلية.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة تحسينات كبيرة في الجدولة لمنافسات الرياضات الشبابية، تم تحقيقها من خلال تطبيق خوارزمية البحث في الجوار الكبير التكيفية (ALNS). باستخدام CPLEX 22.1.1 على نظام Windows 10، قللت الخوارزمية من إجمالي وقت السفر عبر الفئات العمرية U7-U9. تم حساب حل أولي باستخدام نهج ذو شقين، تلاه تكرارات من خوارزمية ALNS، التي تلاقت في النهاية بعد 12 ساعة من الحساب. قلل أفضل حل (المشار إليه بـ $S_1$) من إجمالي وقت السفر من 224,940 دقيقة إلى 166,666 دقيقة، مما يمثل تحسينًا بنسبة 25.9%. ومن الجدير بالذكر أن 86.9% من الأندية شهدت تقليلًا في أوقات السفر، على الرغم من أن توزيع أوقات السفر كان غير متساوٍ، حيث استفادت بعض الفرق بشكل كبير بينما واجهت أخرى زيادة في السفر.
تم تطوير حلول لاحقة ($S_2$ و $S_3$) لمعالجة مخاوف العدالة، حيث يضمن $S_2$ أن الفريق الأكثر تضررًا سيسافر فقط 166 دقيقة أكثر من الجدول الأصلي، بينما حسن $S_3$ هذا إلى 105 دقائق أكثر، مع الحفاظ على تقليل إجمالي وقت السفر بأكثر من 20%. تشير النتائج إلى أن النهج الجديد في الجدولة لا يلتزم فقط بسعات المواقع ولكن يعزز أيضًا العدالة بين الفرق، كما يتضح من تقليل التحيز في توزيع أوقات السفر. اعتمدت RBHA هذا التصميم المبتكر للجدولة لمنافسات U7 وU8، مما يبرز كفاءة وتوفير الموارد لعملية الجدولة الآلية مقارنة بالطرق التقليدية.
المناقشة
ت outlines قسم المناقشة في الورقة التعقيدات المتعلقة بجدولة مباريات الهوكي الميداني للشباب تحت رعاية الجمعية الملكية البلجيكية للهوكي (RBHA). يجب أن تلتزم الجدولة بمختلف القيود، بما في ذلك عطلات نهاية الأسبوع المحدودة، وتصنيفات قوة الفرق، وسعات المواقع، مع ضمان العدالة وتقليل وقت السفر. تفرض RBHA على الفرق لعب ما لا يقل عن تسع مباريات لكل نصف موسم، مع قيود محددة على المباريات بين المناطق بسبب اختلاف جداول العطلات في فلاندرز ووالونيا. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تستوعب الجدولة فرقًا متعددة من نفس النادي، التي تشترك في المرافق، وتجنب التكرار المفرط للمباريات بين نفس الفرق.
تتضمن الطريقة التقليدية للجدولة التي تستخدمها RBHA تقسيم الفرق إلى دوريات وتنظيمها في تنسيق دوري. ومع ذلك، أثبتت هذه الطريقة أنها غير عملية للفئات الأكبر، مما أدى إلى نتائج جدولة غير مثالية. يقترح المؤلفون تصميم بطولة دوري غير مكتمل (iRR) كبديل أكثر فعالية. يسمح هذا التصميم للفرق بمواجهة مجموعة فرعية من الخصوم بدلاً من جميعهم، مما يوسع مساحة الحل ويستوعب بشكل أفضل قيود الدوريات الشبابية. تؤكد الورقة أنه بينما يعقد تصميم iRR عملية التصنيف، فإن RBHA تعطي الأولوية للجوانب التنموية والاستمتاع في الرياضات الشبابية على النتائج التنافسية. يقدم المؤلفون أيضًا نهج حل رياضي يجمع بين البرمجة الصحيحة مع الطرق الاستدلالية لتوليد جداول قابلة للتطبيق بكفاءة مع تقليل وقت السفر وضمان الامتثال لمتطلبات RBHA.
DOI: https://doi.org/10.1287/inte.2024.0191
Publication Date: 2025-05-26
Author(s): Karel Devriesere et al.
Primary Topic: Scheduling and Timetabling Solutions
Overview
In this research, the authors propose an incomplete round-robin (iRR) tournament structure as an alternative to the traditional league system for youth field hockey competitions in Belgium. The motivation behind this redesign is to minimize travel time for teams, which has been identified as a significant factor contributing to dropout rates in youth sports. The study employs a fix-and-optimize matheuristic to generate high-quality schedules, alongside an equity model to align travel times with team preferences. Results indicate that the iRR design can reduce total travel time by up to 25% compared to the official schedule, with a 20% reduction even when ensuring no team is excessively disadvantaged.
The findings have led to the Belgian Royal Hockey Association adopting the iRR format for various age categories, with plans for further implementation in older divisions. The authors highlight the flexibility of the iRR structure, which allows for effective rescheduling in the event of team dropouts while maintaining a minimum number of games. Additionally, they note that the iRR design facilitates more meaningful rankings by enabling teams of similar strengths to compete against each other, addressing a limitation of traditional league systems. Overall, the study suggests that the iRR format could serve as a valuable tool for youth sports organizations to enhance participation by reducing travel burdens.
Introduction
The introduction highlights the growing popularity of field hockey in Belgium, particularly following the successes of the Red Lions, the men’s national team, which won world and European championships in 2018 and 2019, and Olympic gold in 2020. This surge in interest has led to a significant increase in membership within the Royal Belgian Hockey Association (RBHA), which now boasts over 50,000 members across 98 clubs. However, the sustainability of this growth relies on effectively organizing youth competitions, a task that has become increasingly challenging due to the rising number of teams and clubs.
To address these challenges, the authors propose an automated scheduling system based on an incomplete round-robin (iRR) tournament design, aimed at minimizing travel times for the youngest participants. A systematic review indicated that time constraints, particularly related to travel, are a major factor in youth sports dropout rates. The implementation of the iRR design not only reduces overall travel time but also promotes a fairer distribution of games among teams, enhancing the competitive experience. The authors present evidence of how this new scheduling approach could have positively impacted teams during the first half of the 2023-2024 season, leading the RBHA to adopt this model for future youth competitions.
Results
The results of the study demonstrate significant improvements in scheduling for youth sports competitions, achieved through the application of the Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) algorithm. Utilizing CPLEX 22.1.1 on a Windows 10 system, the algorithm minimized total travel time across age categories U7-U9. An initial solution was computed using a two-slot approach, followed by iterations of the ALNS algorithm, which ultimately converged after 12 hours of computation. The best solution (denoted as $S_1$) reduced total travel time from 224,940 minutes to 166,666 minutes, marking a 25.9% improvement. Notably, 86.9% of clubs experienced reduced travel times, although the distribution of travel times was uneven, with some teams benefiting significantly while others faced increased travel.
Subsequent solutions ($S_2$ and $S_3$) were developed to address equity concerns, with $S_2$ ensuring that the worst-off team traveled only 166 minutes more than in the original schedule, while $S_3$ further improved this to 105 minutes more, all while maintaining over a 20% reduction in total travel time. The findings indicate that the new scheduling approach not only adheres to venue capacities but also enhances fairness among teams, as evidenced by the reduced skewness in travel time distribution. The RBHA has adopted this innovative scheduling design for U7 and U8 competitions, highlighting the efficiency and resource savings of the automated scheduling process compared to traditional methods.
Discussion
The discussion section of the paper outlines the complexities involved in scheduling youth field hockey games under the auspices of the Royal Belgian Hockey Association (RBHA). The scheduling must adhere to various constraints, including limited weekends, team strength ratings, and venue capacities, while ensuring fairness and minimizing travel time. The RBHA mandates that teams play a minimum of nine games per half-season, with specific restrictions on inter-regional matches due to differing holiday schedules in Flanders and Wallonia. Additionally, the scheduling must accommodate multiple teams from the same club, which share facilities, and avoid excessive repetition of matchups between the same teams.
The traditional scheduling approach employed by the RBHA involves partitioning teams into leagues and organizing them in a round-robin format. However, this method has proven impractical for larger categories, leading to suboptimal scheduling outcomes. The authors propose an incomplete round-robin (iRR) tournament design as a more effective alternative. This design allows teams to face a subset of opponents rather than all, thereby expanding the solution space and better accommodating the constraints of the youth leagues. The paper emphasizes that while the iRR design complicates the ranking process, the RBHA prioritizes the developmental and enjoyment aspects of youth sports over competitive outcomes. The authors also introduce a matheuristic solution approach that combines integer programming with heuristic methods to efficiently generate feasible schedules while minimizing travel time and ensuring compliance with the RBHA’s requirements.