We propose a methodology at the nexus of operations research and machine learning (ML) leveraging generic approximators available from ML to accelerate the solution of mixed-integer linear two-stage stochastic programs. We aim at solving problems where the second stage is highly demanding. Our core idea is to gain large reductions in online solution time while incurring small reductions in first-stage solution accuracy by substituting the exact second-stage solutions with fast, yet accurate supervised ML predictions. This upfront investment in ML would be justified when similar problems are solved repeatedly over time, for example, in transport planning related to fleet management, routing and container yard management. Our numerical results focus on the problem class seminally addressed with the integer and continuous L-shaped cuts. Our extensive empirical analysis is grounded in standardized families of problems derived from stochastic server location (SSLP) and stochastic multi knapsack (SMKP) problems available in the literature. The proposed method can solve the hardest instances of SSLP in less than 9% of the time it takes the state-of-the-art exact method, and in the case of SMKP the same figure is 20%. Average optimality gaps are in most cases less than 0.1%.


翻译:我们提出一种方法,在业务研究和机器学习(ML)的交汇点上,利用ML提供的通用近似方法,加速解决混合整数线线直线双阶段随机程序。我们的目标是解决第二阶段要求很高的问题。我们的核心想法是大幅缩短在线解决方案时间,同时通过以快速、但准确的监控 ML 预测取代精确的第二阶段解决方案,使第一阶段解决方案准确度小幅降低。如果在时间上反复解决类似问题,例如在与车队管理、路由和集装箱后院管理有关的运输规划方面,对ML的这种先期投资是合理的。我们的数字结果侧重于以整数和连续L形削减为主的问题类半解决。我们广泛的实证分析基于标准化的分类,即由文献中的随机服务器位置(SSLP)和随机多卡纳普卡(SMKP)问题产生的问题。拟议的方法可以解决SSLP最难的事例,其时间不到9 %,例如与车队管理、路途路线和集装箱后院落管理有关的运输规划。我们的数字结果侧重于以整型和连续的L形的截肢截肢截肢截断为半。我们的广泛经验分析基于标准化的20 %的图。同样的是相同的例子。

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