The design of algorithms that leverage machine learning alongside combinatorial optimization techniques is a young but thriving area of operations research. If trends emerge, the literature has still not converged on the proper way of combining these two techniques or on the predictor architectures that should be used. We focus on operations research problems for which no efficient algorithms are known, but that are variants of classic problems for which ones efficient algorithm exist. Elaborating on recent contributions that suggest using a machine learning predictor to approximate the variant by the classic problem, we introduce the notion of structured approximation of an operations research problem by another. We provide a generic learning algorithm to fit these approximations. This algorithm requires only instances of the variant in the training set, unlike previous learning algorithms that also require the solution of these instances. Using tools from statistical learning theory, we prove a result showing the convergence speed of the estimator, and deduce an approximation ratio guarantee on the performance of the algorithm obtained for the variant. Numerical experiments on a single machine scheduling and a stochastic vehicle scheduling problem from the literature show that our learning algorithm is competitive with algorithms that have access to optimal solutions, leading to state-of-the-art algorithms for the variant considered.


翻译:利用机器学习与组合优化技术相结合的算法设计使机器学习与组合优化技术相结合的算法是一个年轻但繁荣的操作研究领域。 如果趋势出现,文献仍未在将这两种技术或应使用的预测结构结合起来的适当方式上趋同。 我们侧重于那些没有高效算法但有高效算法存在的经典问题的变种。 详细阐述最近的贡献,其中表明使用机器学习预测法将变量与经典问题相近,我们引入了一个操作研究问题的结构近似概念。 我们提供了一种适合这些近似的通用学习算法。 这种算法仅要求培训组的变异法实例,而以往的学习算法也要求这些实例的解决办法。 我们从统计学学理论中可以证明一个结果,显示了估计算法的趋同速度,并推断了为变异法获得的算法绩效的近似比率保证。 在单一机器时间安排上的数值实验和文献中发现的一个随机车辆调度问题表明,我们学习的算法与具有竞争性,能够找到最佳解决办法,从而导致国家变式算法。

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