Treewidth is a fundamental graph invariant that quantifies how tree-like a given graph is. It is extensively used with dynamic programming to design fixed-parameter tractable algorithms for many NP-hard graph combinatorial optimization problems. However, despite broad theoretical applicability, treewidth dynamic programming (TDP) does not scale in practice beyond graphs with very small treewidth. Rather than applying TDP as a standalone technique, in this paper, we demonstrate that TDP can serve as a broadly applicable enhancer for a wide range of graph combinatorial optimization algorithms. Our framework leverages the concept of treewidth modulators, which refer to vertex sets whose removal significantly reduces the treewidth. We further propose an empirically efficient procedure for generating such treewidth modulators. To enhance an algorithm $\textit{A}$, we use $\textit{A}$ to heuristically make decisions on the modulators vertices, after which the remaining decisions outside the treewidth modulators become scalable for TDP. To demonstrate the general applicability of our proposed framework. We experimented with three classic graph combinatorial optimization models: Maximum Independent Set, Minimum Vertex Cover, and Max Cut. We apply TDP to enhance algorithms across diverse paradigms, including evolutionary search, greedy heuristics, and graph-neural-network-based heuristics. For all combinations of optimization models and base algorithms, TDP significantly improves performance over the original methods. In many settings, TDP-enhanced greedy heuristics are competitive with, and sometimes clearly outperform, state-of-the-art commercial solvers.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

KDD25 | 大语言模型能否提高图神经网络的对抗鲁棒性?
专知会员服务
19+阅读 · 2024年12月18日
新书介绍 | 图算法指南,A Guide to Graph Algorithms
专知会员服务
57+阅读 · 2022年3月2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
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
论文浅尝 | 基于深度序列模型的知识图谱补全
开放知识图谱
29+阅读 · 2019年5月19日
【 关关的刷题日记53】 Leetcode 100. Same Tree
专知
10+阅读 · 2017年12月1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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+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
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 · 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
4+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 8月31日
VIP会员
最新内容
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
8+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
11+阅读 · 10月15日
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
10+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
14+阅读 · 10月13日
相关VIP内容
KDD25 | 大语言模型能否提高图神经网络的对抗鲁棒性?
专知会员服务
19+阅读 · 2024年12月18日
新书介绍 | 图算法指南,A Guide to Graph Algorithms
专知会员服务
57+阅读 · 2022年3月2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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+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
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 · 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
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员