We consider a natural dynamic staffing problem in which a decision-maker sequentially hires workers over a finite horizon to meet an unknown demand revealed at the end. Predictions about demand arrive over time and become increasingly accurate, while worker availability decreases. This creates a fundamental trade-off between hiring early to avoid understaffing (when workers are more available but forecasts are less reliable) and hiring late to avoid overstaffing (when forecasts are more accurate but availability is lower). This problem is motivated by last-mile delivery operations, where companies such as Amazon rely on gig-economy workers whose availability declines closer to the operating day. To address practical limitations of Bayesian models (in particular, to remain agnostic to the underlying forecasting method), we study this problem under adversarial predictions. In this model, sequential predictions are adversarially chosen uncertainty intervals that (approximately) contain the true demand. The objective is to minimize worst-case staffing imbalance cost. Our main result is a simple and computationally efficient online algorithm that is minimax optimal. We first characterize the minimax cost against a restricted adversary via a polynomial-size linear program, then show how to emulate this solution in the general case. While our base model focuses on a single demand, we extend the framework to multiple demands (with egalitarian/utilitarian objectives), to settings with costly reversals of hiring decisions, and to inconsistent prediction intervals. We also introduce a practical "re-solving" variant of our algorithm, which we prove is also minimax optimal. Finally we conduct numerical experiments showing that our algorithms outperform Bayesian heuristics in both cost and speed, and are competitive with (approximate or exact) Bayesian-optimal policies when those can be computed.


翻译:我们研究一个自然的动态人员配置问题:决策者在有限时间范围内顺序雇佣工人,以满足最终揭示的未知需求。关于需求的预测随时间推移而不断到达并逐渐精确,而工人的可用性则持续下降。这导致了一个根本性的权衡:提前雇佣以避免人员不足(此时工人可用性较高但预测可靠性较低)与延迟雇佣以避免人员过剩(此时预测更准确但可用性更低)。该问题受到最后一公里配送运营的启发,例如亚马逊等公司依赖零工经济工人,而这些工人的可用性在临近运营日时会下降。为应对贝叶斯模型的实际局限性(特别是保持对底层预测方法不可知),我们在对抗性预测框架下研究此问题。在此模型中,顺序预测是对抗性选择的不确定性区间,这些区间(近似)包含真实需求。目标是最小化最坏情况下的人员配置失衡成本。我们的主要成果是一个简单且计算高效的在线算法,该算法具有极小极大最优性。我们首先通过一个多项式规模的线性规划刻画受限对抗情形下的极小极大成本,随后展示如何在一般情形中模拟该解。虽然基础模型聚焦于单一需求,但我们将框架扩展至多需求场景(采用平等主义/功利主义目标)、雇佣决策可逆但需付出代价的环境,以及不一致的预测区间情形。我们还提出一个实用的算法"重求解"变体,并证明其同样具有极小极大最优性。最后通过数值实验表明,我们的算法在成本和速度上均优于贝叶斯启发式方法,并且在可计算情况下与(近似或精确的)贝叶斯最优策略具有竞争力。

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