We study optimization problems where the objective function is modeled through feedforward neural networks with rectified linear unit (ReLU) activation. Recent literature has explored the use of a single neural network to model either uncertain or complex elements within an objective function. However, it is well known that ensembles of neural networks produce more stable predictions and have better generalizability than models with single neural networks, which suggests the application of ensembles of neural networks in a decision-making pipeline. We study how to incorporate a neural network ensemble as the objective function of an optimization model and explore computational approaches for the ensuing problem. We present a mixed-integer linear program based on existing popular big-$M$ formulations for optimizing over a single neural network. We develop two acceleration techniques for our model, the first one is a preprocessing procedure to tighten bounds for critical neurons in the neural network while the second one is a set of valid inequalities based on Benders decomposition. Experimental evaluations of our solution methods are conducted on one global optimization problem and two real-world data sets; the results suggest that our optimization algorithm outperforms the adaption of an state-of-the-art approach in terms of computational time and optimality gaps.


翻译:我们研究的是,在目标功能模式上,通过调整线性单元(ReLU)激活的饲料向前神经网络进行模拟的优化问题;最近的一些文献探索了使用单一神经网络在客观功能中模拟不确定或复杂的元素;然而,众所周知,神经网络的集合产生更稳定的预测,比单一神经网络的模型更加普遍,这表明在决策管道中应用神经网络的集合;我们研究如何将神经网络集合作为优化模型的客观功能,并探索随之产生的问题的计算方法;我们根据现有的流行的大-M$配方,提出了一个混合整数线性方案,以优化单一神经网络;我们为模型开发了两种加速技术,第一种是收紧神经网络关键神经的预处理程序,而第二种是一套基于Benders变异状态的有效不平等。我们解决方案方法的实验性评价是针对一个全球优化问题和两个真实世界数据集进行的;我们提出一个混合整数线性方案,以现有流行的大-M$配方为基础,以优化单一神经网络的配方;我们为模型开发了两种加速技术,第一种预处理程序是为了收紧固神经网络中的关键神经网络的界限,而第二个是一套基于Benders变异状态的有效不平等。我们解决方案方法的实验性评估了一种全球优化方法的模型的计算方法的模型的模型的计算结果。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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