In order to deal with the high development time of exact and approximation algorithms for NP-hard combinatorial optimisation problems and the high running time of exact solvers, deep learning techniques have been used in recent years as an end-to-end approach to find solutions. However, there are issues of representation, generalisation, complex architectures, interpretability of models for mathematical analysis etc. using deep learning techniques. As a compromise, machine learning can be used to improve the run time performance of exact algorithms in a matheuristics framework. In this paper, we use a pruning heuristic leveraging machine learning as a pre-processing step followed by an exact Integer Programming approach. We apply this approach to sparsify instances of the classical travelling salesman problem. Our approach learns which edges in the underlying graph are unlikely to belong to an optimal solution and removes them, thus sparsifying the graph and significantly reducing the number of decision variables. We use carefully selected features derived from linear programming relaxation, cutting planes exploration, minimum-weight spanning tree heuristics and various other local and statistical analysis of the graph. Our learning approach requires very little training data and is amenable to mathematical analysis. We demonstrate that our approach can reliably prune a large fraction of the variables in TSP instances from TSPLIB/MATILDA (>85%$) while preserving most of the optimal tour edges. Our approach can successfully prune problem instances even if they lie outside the training distribution, resulting in small optimality gaps between the pruned and original problems in most cases. Using our learning technique, we discover novel heuristics for sparsifying TSP instances, that may be of independent interest for variants of the vehicle routing problem.


翻译:为了应对NP-硬组合优化问题精确和近似算法的高度开发时间,以及精确解决者运行时间过长,近年来以深层次学习技术作为端到端寻找解决方案的方法。然而,存在代表性、概括化、复杂的结构、数学分析模型的解释性等问题,使用深层次学习技术。作为一种妥协,机器学习可用来改进数学经济学框架中精确算法的运行时间性能。在本文中,我们使用一个粗略的超强利用机器学习作为预处理步骤,随后又采用精确的 Integer 编程方法。我们采用这一方法来消化典型流动销售者问题。但是,我们的方法学会基本图中的哪些优势不可能属于最佳解决办法,从而缓解图表,并大大减少决策变量的数量。我们使用从线性编程简化方法、切割飞机探索、最小重量的树脂脱脂脱脂以及其它本地和统计分析方法。我们的研究方法可以将最精细的精细的运算方法运用在T-PRLL中,我们最精细的运算方法可以使我们的精细的精细的数学分析。

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