La struttura delle istanze patologiche per gli algoritmi simplex


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Per quanto ne so, tutti sanno che le regole pivot deterministiche per gli algoritmi simplex hanno input specifici su cui l'algoritmo richiede tempo esponenziale (o almeno non polinomiale) per trovare l'ottimale. Chiamiamo queste istanze "patologiche" poiché di solito (cioè sulla maggior parte degli input) l'algoritmo simplex termina rapidamente. Ricordo dal mio corso di programmazione matematica che gli esempi standard di istanze patologiche per regole specifiche erano altamente strutturati. La mia domanda generale è se questo è un artefatto degli esempi specifici o una caratteristica delle istanze patologiche in generale?

I risultati come l' analisi smussata e l'algoritmo del tempo polinomiale che lo estende si basano sulla perturbazione dell'input --- suggerendo che gli esempi patologici sono molto speciali. Quindi l'intuizione che le istanze patologiche sono altamente strutturate non sembra così inverosimile.

Qualcuno ha approfondimenti specifici su questo? O alcuni riferimenti a lavori esistenti? Sono stato specificamente vago su cosa intendo per "strutturato" per cercare di essere il più completo possibile, ma sarebbero utili anche suggerimenti su come definire meglio "strutturato". Qualsiasi consiglio o riferimento sono molto apprezzati!


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Non sono sicuro di aver compreso la tua domanda, ma il contrario di "strutturato" sembra essere "casuale". Se un algoritmo simplex con una certa regola di rotazione è già inefficiente per istanze casuali (con alta probabilità, secondo una distribuzione naturale ), probabilmente le persone non sono interessate a costruire un cattivo esempio per quella particolare regola pivotante perché quella particolare regola pivotante è per lo più inutile.
Tsuyoshi Ito,

Stai chiedendo: per una regola pivotante fissa, qual è la probabilità che un'istanza casuale sia patologica? cioè l'analisi del caso medio dell'algoritmo?
Kaveh,

Non sto chiedendo la probabilità che un'istanza casuale sia patologica. Sto solo chiedendo se le istanze patologiche hanno una struttura speciale per loro. Come sottolinea Tsuyoshi, dovrei davvero limitarlo a "buone" regole pivot, qualunque cosa significhi. Qualche suggerimento su come renderlo più chiaro?
Artem Kaznatcheev

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Credo che molte istanze patologiche siano cubi i cui lati sono stati maliziosamente perturbati, ma ho guardato così tanto tempo fa che la mia memoria potrebbe essere completamente sbagliata.
Peter Shor,

Risposte:


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Amenta e Ziegler hanno dimostrato che tutte le costruzioni attualmente conosciute di istanze di tempo esponenziale per simplex seguono una struttura particolare che chiamano "prodotti deformati":

Prodotti deformi e ombre massime di polipetti di Amenta e Ziegler

Tuttavia, non penso che ci sia motivo di credere che tutte le cattive istanze di simplex abbiano questa struttura. Questo è probabilmente solo un artefatto del processo di ricerca:

  1. Klee e Minty hanno trovato il primo esempio di tempo esponenziale.
  2. Altri ricercatori hanno esaminato le tecniche di Klee e Minty e le hanno estese ad altre regole pivot. Naturalmente presero la via della minor resistenza e seguirono il cubo Klee-Minty il più vicino possibile.
  3. Una volta che qualcuno trova un cattivo esempio per una regola pivot, non c'è incentivo per le persone a cercarne di più. Di conseguenza, tutti i cattivi esempi che conosciamo hanno una struttura simile.

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Amo sempre le risposte sociologiche alla domanda di matematica;). Grazie per la risposta! Esaminerò più da vicino AmentaZiegler1996, conosci i risultati dal '96 che funzionano bene su prodotti deformati? Ho trovato un articolo di Norman Zadeh (dal 1980 al 2009) che anche nella versione degli anni '80 [ stanford.edu/group/SOL/reports/OR-80-27.pdf ] menziona il superamento della costruzione deformata del prodotto.
Artem Kaznatcheev

"Prodotto deformato" era chiaramente un'idea intuitiva nella comunità LP decenni prima che Nina e Gunter lo formalizzassero. Certamente questa è una descrizione accurata dei cubi di Klee-Minty!
Jeffε,

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Vedi anche i limiti inferiori esponenziali di Matoušek e Szabo per RANDOM EDGE sui "cubi astratti", che possono essere visti come cugini combinatori dei prodotti deformati di Amenta e Ziegler: portal.acm.org/citation.cfm?id=1033164
Jeffε
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