The incorporation of cutting planes within the branch-and-bound algorithm, known as branch-and-cut, forms the backbone of modern integer programming solvers. These solvers are the foremost method for solving discrete optimization problems and thus have a vast array of applications in machine learning, operations research, and many other fields. Choosing cutting planes effectively is a major research topic in the theory and practice of integer programming. We conduct a novel structural analysis of branch-and-cut that pins down how every step of the algorithm is affected by changes in the parameters defining the cutting planes added to the input integer program. Our main application of this analysis is to derive sample complexity guarantees for using machine learning to determine which cutting planes to apply during branch-and-cut. These guarantees apply to infinite families of cutting planes, such as the family of Gomory mixed integer cuts, which are responsible for the main breakthrough speedups of integer programming solvers. We exploit geometric and combinatorial structure of branch-and-cut in our analysis, which provides a key missing piece for the recent generalization theory of branch-and-cut.


翻译:将切割机纳入分支和约束算法(称为分支和切割)构成了现代整数编程求解器的骨干。 这些解答器是解决离散优化问题的首要方法,因此在机器学习、操作研究和其他许多领域有着广泛的应用。 选择切除机是整数编程理论和实践中的一个主要研究课题。 我们对分支和切割进行新颖的结构分析,将算法的每个步骤如何受到定义切除机的参数变化的影响,加入输入整数程序。 我们本分析的主要应用是获取样本复杂性保证,以便利用机器学习来确定哪些切割机在分支和切割期间应用。这些保证适用于无限的剪切除机,例如Gomory混合整数剪裁机系列,它们负责整数编程解算器的主要突破速度。 我们在分析中利用分支和切割机的几何和组合结构,这为最近关于分划的概括理论提供了关键的缺失部分。

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