Local and Online Algorithms for Facility Location

Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit dem Facility Location Problem. Dies ist ein Optimierungsproblem, bei dem festgelegt werden muss an welchen Positionen Ressourcen zur Verf{\"u}gung gestellt werden, so dass diese von Nutzern gut erreicht werden k{\"o}nnen. Es sollen dabei Kosten minimiert werden, die zum einen durch Bereitstellung von Ressourcen und zum anderen durch Verbindungskosten zwischen Nutzern und Ressourcen entstehen. Die Schwierigkeit des Problems liegt darin, dass man einerseits m{\"o}glichst wenige Ressourcen zur Verf{\"u}gung stellen m{\"o}chte, andererseits daf{\"u}r sorgen muss, dass sich Nutzer nicht all zu weit weg von Ressourcen befinden. Dies w{\"u}rde n{\"a}mlich hohe Verbindungskosten nach sich ziehen. Das Facility Location Problem wurde bereits sehr intensiv in vielen unterschiedlichen Varianten untersucht. In dieser Arbeit werden drei Varianten des Problems modelliert und neue Algorithmen f{\"u}r sie entwickelt und bez{\"u}glich ihres Approximationsfaktors und ihrer Laufzeit analysiert. Jede dieser drei untersuchten Varianten hat einen besonderen Schwerpunkt. Bei der ersten Varianten handelt es sich um ein Online Problem, da hier die Eingabe nicht von Anfang an bekannt ist, sondern Schritt f{\"u}r Schritt enth{\"u}llt wird. Die Schwierigkeit hierbei besteht darin unwiderrufliche Entscheidungen treffen zu m{\"u}ssen ohne dabei die Zukunft zu kennen und trotzdem eine zu jeder Zeit gute L{\"o}sung angeben zu k{\"o}nnen. Der Schwerpunkt der zweiten Variante liegt auf Lokalit{\"a}t, die z.B. in Sensornetzwerken von großer Bedeutung ist. Hier soll eine L{\"o}sung verteilt und nur mit Hilfe von lokalen Information berechnet werden. Schließlich besch{\"a}ftigt sich die dritte Variante mit einer verteilten Berechnung, bei welcher nur eine stark beschr{\"a}nkte Datenmenge verschickt werden darf und dabei trotzdem ein sehr guter Approximationsfaktor erreicht werden muss. Die bei der Analyse der Approximationsfaktoren bzw. der Kompetitivit{\"a}t verwendeten Techniken basieren zum großen Teil auf Absch{\"a}tzung der primalen L{\"o}sung mit Hilfe einer L{\"o}sung des zugeh{\"o}rigen dualen Problems. F{\"u}r die Modellierung von Lokalit{\"a}t wird das weitverbreitete LOCAL Modell verwendet. In diesem Modell werden f{\"u}r die Algorithmen subpolynomielle obere Laufzeitschranken gezeigt.