Struktura instancji patologicznych dla algorytmów simpleks

17

O ile rozumiem, wszyscy znają deterministyczne reguły przestawne dla algorytmów simpleksowych mają określone dane wejściowe, na których algorytm wymaga czasu wykładniczego (lub przynajmniej nie wielomianowego), aby znaleźć optymalne. Nazwijmy te przypadki „patologicznymi”, ponieważ zwykle (tj. Na większości danych wejściowych) algorytm simpleks kończy się szybko. Pamiętam z mojego kursu programowania matematycznego, że standardowe przykłady patologicznych przypadków dla określonych reguł były wysoce ustrukturyzowane. Moje ogólne pytanie brzmi: czy jest to artefakt konkretnych przykładów, czy cecha patologicznych przypadków w ogóle?

Wyniki, takie jak wygładzona analiza i rozszerzający ją algorytm wielomianu czasu , zależą od zakłócenia danych wejściowych - co sugeruje, że przykłady patologiczne są bardzo szczególne. Stąd intuicja, że ​​patologiczne przypadki są wysoce ustrukturyzowane, nie wydaje się tak daleko idąca.

Czy ktoś ma jakieś szczegółowe spostrzeżenia na ten temat? A może jakieś odniesienia do istniejącej pracy? Byłem szczególnie niejasny co do tego, co rozumiem przez „ustrukturyzowany”, aby starać się być tak obejmujący, jak to możliwe, ale przydatne byłyby również sugestie, jak lepiej określić „ustrukturyzowany”. Wszelkie porady i referencje są mile widziane!

Artem Kaznatcheev
źródło
1
Nie jestem pewien, czy zrozumiałem twoje pytanie, ale przeciwieństwo „ustrukturyzowanego” wydaje się być „losowe”. Jeśli algorytm simpleksowy z pewną regułą przestawiania jest już nieefektywny w przypadkowych przypadkach (z dużym prawdopodobieństwem, zgodnie z pewnym rozkładem naturalnym ), prawdopodobnie ludzie nie są zainteresowani skonstruowaniem złego przykładu dla tej konkretnej reguły przestawnej, ponieważ ta konkretna zasada przestawna jest w większości bezużyteczna.
Tsuyoshi Ito
Pytasz: czy dla stałej reguły przestawiania istnieje prawdopodobieństwo, że przypadkowa instancja będzie patologiczna? tj. analiza algorytmu średniej wielkości przypadków?
Kaveh
Nie pytam o prawdopodobieństwo, że przypadkowa instancja jest patologiczna. Naprawdę pytam tylko, czy patologiczne przypadki mają dla nich specjalną strukturę. Jak zauważa Tsuyoshi, powinienem naprawdę ograniczyć to do „dobrych” zasad obrotu, cokolwiek to znaczy. Wszelkie sugestie, jak to wyjaśnić?
Artem Kaznatcheev
4
Wierzę, że wiele patologicznych przypadków to sześciany, których boki zostały złośliwie zakłócone, ale patrzyłem na to wystarczająco dawno temu, że moja pamięć mogła być całkowicie błędna.
Peter Shor

Odpowiedzi:

16

Amenta i Ziegler udowodnili, że wszystkie obecnie znane konstrukcje instancji czasu wykładniczego dla simpleksów mają szczególną strukturę, którą nazywają „produktami zdeformowanymi”:

Zdeformowane produkty i maksymalne cienie polytopów autorstwa Amenty i Zieglera

Nie sądzę jednak, aby istniał jakiś powód, by sądzić, że wszystkie złe instancje dla simpleks mają tę strukturę. To prawdopodobnie tylko artefakt procesu badawczego:

  1. Klee i Minty znaleźli pierwszy przykład czasu wykładniczego.
  2. Inni badacze przyglądali się technikom Klee i Minty i rozszerzyli je na inne zasady obrotu. Naturalnie wybrali ścieżkę najmniejszego oporu i podążyli za kostką Klee-Minty jak najbliżej.
  3. Gdy ktoś znajdzie jeden zły przykład reguły przestawnej, nie ma motywacji, by szukać więcej. W rezultacie wszystkie złe przykłady, które znamy, mają podobną strukturę.
Ian
źródło
1
Zawsze uwielbiam socjologiczne odpowiedzi na pytanie matematyczne;). Dziękuję za odpowiedź! Przyjrzę się bliżej AmentaZiegler1996, czy znasz wyniki od '96, które działają dobrze na zdeformowanych produktach? Znalazłem artykuł Normana Zadeha (z 1980 i 2009), który nawet w wersji z lat 80. [ stanford.edu/group/SOL/reports/OR-80-27.pdf ] wspomina o przezwyciężeniu zdeformowanej konstrukcji produktu.
Artem Kaznatcheev
„Zdeformowany produkt” był wyraźnie intuicyjnym pojęciem w społeczności LP na dekady zanim Nina i Gunter go sformalizowały. Z pewnością jest to dokładny opis kostek Klee-Minty!
Jeffε
1
Zobacz także wykładnicze dolne granice Matouška i Szabo dla RANDOM EDGE na „abstrakcyjnych kostkach”, które można postrzegać jako kombinatorycznych kuzynów zdeformowanych produktów Amenty
Jeffε