Decision Diagrams (DDs) have emerged as a powerful tool for discrete optimization, with rapidly growing adoption. DDs are directed acyclic layered graphs; restricted DDs are a generalized greedy heuristic for finding feasible solutions, and relaxed DDs compute combinatorial relaxed bounds. There is substantial theory that leverages DD-based bounding, yet the complexity of constructing the DDs themselves has received little attention. Standard restricted DD construction requires $O(w \log(w))$ per layer; standard relaxed DD construction requires $O(w^2)$, where $w$ is the width of the DD. Increasing $w$ improves bound quality at the cost of more time and memory. We introduce implicit Decision Diagrams, storing arcs implicitly rather than explicitly, and reducing per-layer complexity to $O(w)$ for restricted and relaxed DDs. We prove this is optimal: any framework treating state-update and merge operations as black boxes cannot do better. Optimal complexity shifts the challenge from algorithmic overhead to low-level engineering. We show how implicit DDs can drive a MIP solver, and release ImplicitDDs.jl, an open-source Julia solver exploiting the implementation refinements our theory enables. Experiments demonstrate the solver outperforms Gurobi on Subset Sum.


翻译:决策图(DDs)已成为离散优化领域的重要工具,其应用范围正在迅速扩大。决策图是一种有向无环分层图:受限决策图是寻找可行解的广义贪心启发式方法,而松弛决策图则用于计算组合松弛边界。现有大量理论基于决策图边界方法,但决策图本身的构建复杂度却鲜少受到关注。标准受限决策图每层构建需要 $O(w \log(w))$ 复杂度;标准松弛决策图每层需要 $O(w^2)$ 复杂度,其中 $w$ 为决策图的宽度。增加 $w$ 可提升边界质量,但会消耗更多时间和内存。本文提出隐式决策图,通过隐式而非显式存储边,将受限与松弛决策图的每层复杂度降至 $O(w)$。我们证明该复杂度是最优的:任何将状态更新与合并操作视为黑盒的框架均无法取得更优结果。最优复杂度将挑战从算法开销转移至底层工程实现。我们展示了隐式决策图如何驱动混合整数规划求解器,并发布了开源Julia求解器ImplicitDDs.jl,该工具充分利用了我们理论所支持的实现优化。实验表明,该求解器在子集和问题上性能优于Gurobi。

0
下载
关闭预览

相关内容

《隐形战斗机选型的不确定性多标准决策分析》
专知会员服务
17+阅读 · 2024年12月11日
【干货书】决策优化模型,640页pdf
专知会员服务
79+阅读 · 2023年5月4日
图神经网络可解释性,附45页ppt,Simone Scardapane讲授
专知会员服务
84+阅读 · 2022年7月16日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年9月22日
专知会员服务
29+阅读 · 2020年8月8日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 3月7日
MDP Planning as Policy Inference
Arxiv
0+阅读 · 2月19日
Arxiv
0+阅读 · 2月5日
VIP会员
最新内容
人工智能在战场行动中的演进及伊朗案例
专知会员服务
6+阅读 · 4月18日
美AI公司Anthropic推出网络安全模型“Mythos”
专知会员服务
4+阅读 · 4月18日
【博士论文】面向城市环境的可解释计算机视觉
大语言模型的自改进机制:技术综述与未来展望
《第四代军事特种作战部队选拔与评估》
专知会员服务
3+阅读 · 4月18日
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员