This study proposes a hybrid deep-learning-metaheuristic framework with a bi-level architecture to solve road network design problems (NDPs). We train a graph neural network (GNN) to approximate the solution of the user equilibrium (UE) traffic assignment problem, and use inferences made by the trained model to calculate fitness function evaluations of a genetic algorithm (GA) to approximate solutions for NDPs. Using two NDP variants and an exact solver as benchmark, we show that our proposed framework can provide solutions within 5% gap of the global optimum results given less than 1% of the time required for finding the optimal results. Moreover, we observe many interesting future directions, thus we propose a brief research agenda for this topic. The key observation inspiring influential future research was that fitness function evaluation time using the inferences made by the GNN model for the genetic algorithm was in the order of milliseconds, which points to an opportunity and a need for novel heuristics that 1) can cope well with noisy fitness function values provided by neural networks, and 2) can use the significantly higher computation time provided to them to explore the search space effectively (rather than efficiently). This opens a new avenue for a modern class of metaheuristics that are crafted for use with AI-powered predictors.


翻译:这项研究提出了一种混合的深学习-数学框架,并有一个双层结构来解决公路网络设计问题。我们训练了一个图形神经网络(GNN),以大致解决用户平衡(UE)交通分配问题,并使用经过培训的模式所作的推论来计算基因算法(GA)的健身功能评价,以大致解决NDP问题。我们用两个NDP变量和一个精确的求解器作为基准,我们表明,我们提议的框架可以在全球最佳结果的5%差距内提供解决方案,这种差距不到找到最佳结果所需时间的1%。此外,我们观察了许多有趣的未来方向,因此我们为这个主题提出了一个简短的研究议程。令人振奋人心的未来研究的关键观察是,利用GNNM模型对基因算法所作的推论来计算健身功能评价时间是微秒之近,这表明有机会和需要新的超自然学学,1 能够很好地应对神经网络提供的噪音健身功能值,2 我们可以利用为它们提供的更高级的计算时间来有效探索搜索空间(比高效地利用智能动力),这是与新飞行器的接触。</s>

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