Searching for a path between two nodes in a graph is one of the most well-studied and fundamental problems in computer science. In numerous domains such as robotics, AI, or biology, practitioners develop search heuristics to accelerate their pathfinding algorithms. However, it is a laborious and complex process to hand-design heuristics based on the problem and the structure of a given use case. Here we present PHIL (Path Heuristic with Imitation Learning), a novel neural architecture and a training algorithm for discovering graph search and navigation heuristics from data by leveraging recent advances in imitation learning and graph representation learning. At training time, we aggregate datasets of search trajectories and ground-truth shortest path distances, which we use to train a specialized graph neural network-based heuristic function using backpropagation through steps of the pathfinding process. Our heuristic function learns graph embeddings useful for inferring node distances, runs in constant time independent of graph sizes, and can be easily incorporated in an algorithm such as A* at test time. Experiments show that PHIL reduces the number of explored nodes compared to state-of-the-art methods on benchmark datasets by 58.5\% on average, can be directly applied in diverse graphs ranging from biological networks to road networks, and allows for fast planning in time-critical robotics domains.


翻译:图形中两个节点之间的路径是计算机科学中最受研究最深、最根本的问题之一。在机器人、AI或生物学等众多领域,实践者开发了搜索超光学以加速其路由算算法。然而,这是一个基于问题和特定使用案例结构的手动设计超光层的过程。这里我们展示了PHIL(光学与仿造学习平整),一个新颖的神经结构和一种通过利用模仿学习和图形代表学习的最新进展从数据中发现图形搜索和导航超常学的培训算法。在培训时间,我们将搜索轨迹和地貌最短路径距离的数据集加在一起,我们用路径调查过程的步骤来反向正确描述一个专门的图形线性网络。 我们的超光学功能是学习有助于推断结点距离的图表嵌嵌入图,以固定的时间与图表大小无关,并且可以很容易地纳入A* 类仿造图学习时间序列中的搜索轨迹和地貌最短路径距离。我们用这个方法来训练一个专门的图形网络,在测试时间范围内,可以将PL 实验显示,在快速测测测测测测算中可以将数据序列中将数据缩成。

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