We study the general integer programming problem where the number of variables $n$ is a variable part of the input. We consider two natural parameters of the constraint matrix $A$: its numeric measure $a$ and its sparsity measure $d$. We show that integer programming can be solved in time $g(a,d)\textrm{poly}(n,L)$, where $g$ is some computable function of the parameters $a$ and $d$, and $L$ is the binary encoding length of the input. In particular, integer programming is fixed-parameter tractable parameterized by $a$ and $d$, and is solvable in polynomial time for every fixed $a$ and $d$. Our results also extend to nonlinear separable convex objective functions. Moreover, for linear objectives, we derive a strongly-polynomial algorithm, that is, with running time $g(a,d)\textrm{poly}(n)$, independent of the rest of the input data. We obtain these results by developing an algorithmic framework based on the idea of iterative augmentation: starting from an initial feasible solution, we show how to quickly find augmenting steps which rapidly converge to an optimum. A central notion in this framework is the Graver basis of the matrix $A$, which constitutes a set of fundamental augmenting steps. The iterative augmentation idea is then enhanced via the use of other techniques such as new and improved bounds on the Graver basis, rapid solution of integer programs with bounded variables, proximity theorems and a new proximity-scaling algorithm, the notion of a reduced objective function, and others. As a consequence of our work, we advance the state of the art of solving block-structured integer programs. In particular, we develop near-linear time algorithms for $n$-fold, tree-fold, and $2$-stage stochastic integer programs. We also discuss some of the many applications of these classes.


翻译:我们研究一般整数编程问题,其中变量数美元是投入的可变部分。 我们考虑限制矩阵的两个自然参数 $A 美元: 其数字计量 $$ 美元, 其宽度测量 $美元。 我们显示, 整数编程可以用时间解决 $g( a, d)\ textrm{poly}( n, L) 美元, $是参数的可计算功能 $和 $, 美元是输入的二进制编码长度。 特别是, 整数编程是固定的参数, 以美元和 美元为自动约束值为参数的可调整参数参数参数。 我们显示整数的整数度编程, 以每固定一个固定的美元和美元为缩放度计算。 我们的结果也可以扩大到非直线性 seal seal seal commal commal commal commal compliaculation, 也就是以新的(a) d) text- dretrial ladeal commaismal lades the the the motional- then, lear- fetal leas the find the fetal listal listal listal listal listal listal listal listal listal level level lections) sude sual sual subild.

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