Designing efficient transit route networks is an NP-hard problem with exponentially large solution spaces that traditionally relies on manual planning processes. We present an end-to-end reinforcement learning (RL) framework based on graph attention networks for sequential transit network construction. To address the long-horizon credit assignment challenge, we introduce a two-level reward structure combining incremental topological feedback with simulation-based terminal rewards. We evaluate our approach on a new real-world dataset from Bloomington, Indiana with topologically accurate road networks, census-derived demand, and existing transit routes. Our learned policies substantially outperform existing designs and traditional heuristics across two initialization schemes and two modal-split scenarios. Under high transit adoption with transit center initialization, our approach achieves 25.6% higher service rates, 30.9\% shorter wait times, and 21.0% better bus utilization compared to the real-world network. Under mixed-mode conditions with random initialization, it delivers 68.8% higher route efficiency than demand coverage heuristics and 5.9% lower travel times than shortest path construction. These results demonstrate that end-to-end RL can design transit networks that substantially outperform both human-designed systems and hand-crafted heuristics on realistic city-scale benchmarks.


翻译:设计高效的公交线路网络是一个NP难问题,其解空间呈指数级增长,传统上依赖于人工规划流程。我们提出了一种基于图注意力网络的端到端强化学习框架,用于序列化公交网络构建。为解决长时程信用分配挑战,我们引入了一种结合增量拓扑反馈与基于仿真的终端奖励的双层奖励结构。我们在印第安纳州布卢明顿市的新现实世界数据集上评估了该方法,该数据集包含拓扑精确的道路网络、人口普查衍生的出行需求以及现有公交线路。在两个初始化方案和两种交通方式分担情景下,我们学习到的策略显著优于现有设计和传统启发式方法。在公交中心初始化且公交出行比例较高的情景下,与真实世界网络相比,我们的方法实现了25.6%更高的服务覆盖率、30.9%更短的候车时间以及21.0%更优的公交车利用率。在随机初始化且混合交通模式条件下,该方法比需求覆盖启发式方法提升了68.8%的线路效率,比最短路径构建方法降低了5.9%的出行时间。这些结果表明,端到端强化学习能够设计出在现实城市级基准测试中显著优于人工设计系统和手工启发式方法的公交网络。

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