Large Neighborhood Search (LNS) is a combinatorial optimization heuristic that starts with an assignment of values for the variables to be optimized, and iteratively improves it by searching a large neighborhood around the current assignment. In this paper we consider a learning-based LNS approach for mixed integer programs (MIPs). We train a Neural Diving model to represent a probability distribution over assignments, which, together with an off-the-shelf MIP solver, generates an initial assignment. Formulating the subsequent search steps as a Markov Decision Process, we train a Neural Neighborhood Selection policy to select a search neighborhood at each step, which is searched using a MIP solver to find the next assignment. The policy network is trained using imitation learning. We propose a target policy for imitation that, given enough compute resources, is guaranteed to select the neighborhood containing the optimal next assignment amongst all possible choices for the neighborhood of a specified size. Our approach matches or outperforms all the baselines on five real-world MIP datasets with large-scale instances from diverse applications, including two production applications at Google. It achieves $2\times$ to $37.8\times$ better average primal gap than the best baseline on three of the datasets at large running times.


翻译:大型邻里搜索( LNS) 是一个组合式优化优化策略, 首先是为要优化的变量分配值, 并且通过搜索当前任务周围的大街区来迭代改进它。 在本文中, 我们考虑对混合整数程序( MIPs) 采取基于学习的 LNS 方法。 我们训练神经下游模型, 以代表任务的概率分布, 与现成 MIP 求解器一起产生初始任务。 将随后的搜索步骤配置为Markov 决策程序, 我们训练神经邻里选择政策, 以在每步选择一个搜索区, 使用 MIP 求解答器搜索下一个任务。 政策网络是使用仿造学习来培训的。 我们建议了一个模拟目标政策, 在足够精选资源的情况下, 可以选择包含对指定大小的邻里所有可能选择的最佳选择。 我们的方法匹配或优于五个真实世界的 MIP 数据集的所有基线, 从不同应用程序中选择一个大尺度的基线, 包括两个在谷歌上的平均数据时间, 达到2\ 。

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