Computing maximum weight independent sets in graphs is an important NP-hard optimization problem. The problem is particularly difficult to solve in large graphs for which data reduction techniques do not work well. To be more precise, state-of-the-art branch-and-reduce algorithms can solve many large-scale graphs if reductions are applicable. Otherwise, their performance quickly degrades due to branching requiring exponential time. In this paper, we develop an advanced memetic algorithm to tackle the problem, which incorporates recent data reduction techniques to compute near-optimal weighted independent sets in huge sparse networks. More precisely, we use a memetic approach to recursively choose vertices that are likely to be in a large-weight independent set. We include these vertices into the solution, and further reduce the graph. We show that identifying and removing vertices likely to be in large-weight independent sets opens up the reduction space and speeds up the computation of large-weight independent sets remarkably. Our experimental evaluation indicates that we are able to outperform state-of-the-art algorithms. For example, our two algorithm configurations compute the best results among all competing algorithms for 205 out of 207 instances. Thus can be seen as a useful tool when large-weight independent sets need to be computed in~practice.


翻译:在图中计算最大权独立集是一个重要的NP-hard优化问题。当数据降维技术不奏效时,该问题在大型图中的解决变得尤其困难。确切地说,最先进的分支和削减算法可以解决许多大规模图形,如果可以应用降维。否则,由于分支需要指数时间,它们的性能很快会下降。在本文中,我们开发了一种先进的蚂蚁算法来解决该问题,该算法结合了最近的数据降维技术,可以在巨大的稀疏网络中计算近似最优的权重独立集。 更确切地说,我们使用有记忆的方法来递归选择可能在大权重独立集中的顶点。我们将这些顶点包含在解决方案中,并进一步减少图形。我们表明,识别和删除可能在大权重独立集中的顶点会打开减少空间,并显着加速计算大权重独立集。我们的实验评估表明,我们能够超越最先进的算法。例如,我们的两种算法配置在207个实例中的205个中计算出最佳结果,可以在实践中被视为一个有用的工具。

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