Combinatorial optimization problems near algorithmic phase transitions represent a fundamental challenge for both classical algorithms and machine learning approaches. Among them, graph coloring stands as a prototypical constraint satisfaction problem exhibiting sharp dynamical and satisfiability thresholds. Here we introduce a physics-inspired neural framework that learns to solve large-scale graph coloring instances by combining graph neural networks with statistical-mechanics principles. Our approach integrates a planting-based supervised signal, symmetry-breaking regularization, and iterative noise-annealed neural dynamics to navigate clustered solution landscapes. When the number of iterations scales quadratically with graph size, the learned solver reaches algorithmic thresholds close to the theoretical dynamical transition in random graphs and achieves near-optimal detection performance in the planted inference regime. The model generalizes from small training graphs to instances orders of magnitude larger, demonstrating that neural architectures can learn scalable algorithmic strategies that remain effective in hard connectivity regions. These results establish a general paradigm for learning neural solvers that operate near fundamental phase boundaries in combinatorial optimization and inference.


翻译:组合优化问题在算法相变附近对经典算法和机器学习方法均构成根本性挑战。其中,图着色作为典型的约束满足问题,展现出尖锐的动力学与可满足性阈值。本文提出一种物理启发的神经计算框架,通过将图神经网络与统计力学原理相结合,学习解决大规模图着色实例。该方法融合了基于植入的监督信号、对称破缺正则化以及迭代噪声退火神经动力学,以导航聚类化的解空间景观。当迭代次数与图规模呈二次方关系时,学习得到的求解器在随机图中可达到接近理论动力学转变的算法阈值,并在植入推断机制中实现接近最优的检测性能。该模型能够从训练阶段的小规模图泛化至规模大数个数量级的实例,证明神经架构能够学习可扩展的算法策略,并在困难连通区域保持有效性。这些结果为学习在组合优化与推断基本相边界附近运行的神经求解器建立了通用范式。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学和计算机科学之中,算法(Algorithm)为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。精确而言,算法是一个表示为有限长列表的有效方法。算法应包含清晰定义的指令用于计算函数。 来自维基百科: 算法
【清华大学】图随机神经网络,Graph Random Neural Networks
专知会员服务
156+阅读 · 2020年5月26日
【GNN】深度学习之上,图神经网络(GNN )崛起
产业智能官
16+阅读 · 2019年8月15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
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
5+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
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
3+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
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
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
8+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
6+阅读 · 5月29日
相关VIP内容
【清华大学】图随机神经网络,Graph Random Neural Networks
专知会员服务
156+阅读 · 2020年5月26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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+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
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
3+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员