We study a class of bilevel interdiction problems in which the follower's optimization problem is computationally intractable. Motivated by network defense applications, we introduce the Randomized Max-Vertex-Coverage Interdiction (RMVCI) problem under matroid constraints. In this zero-sum Stackelberg game, the leader commits to a randomized interdiction strategy over feasible vertex subsets, while the follower, after observing the induced protection probabilities, chooses a matroid-constrained attack to maximize the expected coverage of network edges. The main challenge stems from the fact that the follower's problem is a matroid-constrained maximum vertex coverage problem and is therefore NP-hard. To address this difficulty, we first develop a general approximation framework for bilevel optimization problems with hard follower responses. The framework is based on replacing the follower's value function by a surrogate objective that approximates the follower's optimal payoff while preserving tractability of the leader's optimization problem. For the RMVCI problem, we formulate the follower's problem as an integer linear program, establish a tight integrality gap of $4/3$ for its linear relaxation, and derive a polynomial-time $4/3$-approximation algorithm via pipage rounding. We then show that a carefully designed surrogate objective admits a marginal-probability reformulation that transforms the randomized interdiction problem into a tractable optimization problem over the leader's matroid polytope. This yields a polynomial-time $2$-approximation algorithm for RMVCI under general matroid constraints. Beyond the specific application studied here, our results provide a new perspective on approximation methods for {general} bilevel optimization problems.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【EMNLP 2023】基于大语言模型辩论的多智能体协作推理分析
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
论文浅尝 | GMNN: Graph Markov Neural Networks
开放知识图谱
20+阅读 · 2020年2月14日
论文盘点:CVPR 2019 - 文本检测专题
PaperWeekly
14+阅读 · 2019年5月31日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
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
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
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
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 6月18日
VIP会员
最新内容
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:36
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:26
边缘计算的军事应用
专知会员服务
8+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
9+阅读 · 8月8日
相关VIP内容
【EMNLP 2023】基于大语言模型辩论的多智能体协作推理分析
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
相关资讯
论文浅尝 | GMNN: Graph Markov Neural Networks
开放知识图谱
20+阅读 · 2020年2月14日
论文盘点:CVPR 2019 - 文本检测专题
PaperWeekly
14+阅读 · 2019年5月31日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
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
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
0+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
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
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员