Local search is a well-known heuristic method used in optimization. In this thesis, we explore its capabilities on the vertex coloring problem, an $NP$-hard problem with relevance in both theoretical analysis and practical application. To recognize limitations in the applicability of local search of the vertex coloring problem, we analyze local search landscapes on differently-structured bipartite graphs. We identify structures that ensure only global optima can exist as well as ones that enable the existence of non-global local optima, showing that on general bipartite graphs, it is possible for local search to return arbitrarily bad results. Further, we analyze the capabilities of local search on graphs where a local optimum can be found. To do so, we introduce a gray-box local search mutation operator that removes less frequent colors with higher probability and prove that it finds an optimal coloring on complete bipartite graphs in an expected run time of $Θ(n \log n)$. This is a drastic improvement to the exponential tun time of the black-box Random Local Search, showing that gray-box mutation operators can improve the run time of local search.


翻译:局部搜索是一种著名的优化启发式方法。本文探讨了其在顶点着色问题上的能力,该问题是一个具有理论分析与实际应用双重意义的NP难问题。为认识局部搜索在顶点着色问题上适用性的局限性,我们分析了不同结构二分图上的局部搜索景观。我们识别出既能确保仅存在全局最优解、又能允许非全局局部最优解存在的结构,表明在一般二分图上,局部搜索可能返回任意差的结果。进一步,我们分析了局部搜索在可找到局部最优解的图上的能力。为此,我们引入了一种灰盒局部搜索变异算子,该算子以更高概率移除出现频率较低的色彩,并证明其在完全二分图上能在期望运行时间Θ(n log n)内找到最优着色。这较之黑盒随机局部搜索的指数级运行时间有显著改进,表明灰盒变异算子能够提升局部搜索的运行时间。

0
下载
关闭预览

相关内容

【WSDM2022】具有分层注意力的图嵌入
专知会员服务
36+阅读 · 2021年11月17日
专知会员服务
44+阅读 · 2020年12月13日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
深度学习应用在图像匹配的效果如何?
中国图象图形学报
10+阅读 · 2019年6月11日
论文浅尝 | 知识图谱相关实体搜索
开放知识图谱
14+阅读 · 2018年12月18日
基于图片内容的深度学习图片检索(一)
七月在线实验室
20+阅读 · 2017年10月1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
3+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
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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月6日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关基金
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
3+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
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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员