A estrutura de instâncias patológicas para algoritmos simplex


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Tanto quanto eu entendo, todos sabem que as regras de pivô determinísticas para algoritmos simplex têm entradas específicas nas quais o algoritmo requer tempo exponencial (ou pelo menos não polinomial) para encontrar o melhor. Vamos chamar essas instâncias de "patológicas", já que geralmente (ou seja, na maioria das entradas) o algoritmo simplex termina rapidamente. Lembro-me do meu curso de programação matemática que os exemplos padrão de instâncias patológicas para regras específicas eram altamente estruturados. Minha pergunta geral é se esse é um artefato de exemplos específicos ou uma característica de instâncias patológicas em geral?

Resultados como análise suavizada e o algoritmo de tempo polinomial que a estende dependem da perturbação da entrada - sugerindo que os exemplos patológicos são muito especiais. Portanto, a intuição de que as instâncias patológicas são altamente estruturadas não parece tão absurda.

Alguém tem alguma ideia específica sobre isso? Ou algumas referências ao trabalho existente? Fui especificamente vago sobre o que quero dizer com 'estruturado' para tentar ser o mais abrangente possível, mas sugestões sobre como definir melhor o 'estruturado' também seriam úteis. Quaisquer conselhos ou referências são muito apreciados!


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Não tenho certeza se entendi sua pergunta, mas o oposto de "estruturado" parece ser "aleatório". Se um algoritmo simplex com uma certa regra de giro já é ineficiente para instâncias aleatórias (com alta probabilidade, de acordo com alguma distribuição natural) ), provavelmente as pessoas não estão interessadas em construir um mau exemplo para essa regra de giro específica, porque essa regra de giro é principalmente inútil.
Tsuyoshi Ito

Você está perguntando: para uma regra de rotação fixa, qual é a probabilidade de uma instância aleatória ser patológica? ou seja, a análise de caso médio do algoritmo?
Kaveh

Não estou pedindo a probabilidade de uma instância aleatória ser patológica. Estou realmente apenas perguntando se as instâncias patológicas têm uma estrutura especial para elas. Como aponta Tsuyoshi, eu deveria realmente restringi-lo a regras de pivô 'boas', o que quer que isso signifique. Alguma sugestão de como deixar isso mais claro?
Artem Kaznatcheev

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Acredito que muitas instâncias patológicas são cubos cujos lados foram maliciosamente perturbados, mas observei isso há tempo suficiente para que minha memória pudesse estar completamente errada.
quer

Respostas:


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Amenta e Ziegler provaram que todas as construções atualmente conhecidas de instâncias de tempo exponencial para simplex seguem uma estrutura específica que eles chamam de "produtos deformados":

Produtos deformados e sombras máximas de polítopos de Amenta e Ziegler

No entanto, acho que não há motivo para acreditar que todas as instâncias ruins para simplex tenham essa estrutura. Provavelmente, este é apenas um artefato do processo de pesquisa:

  1. Klee e Minty encontraram o primeiro exemplo de tempo exponencial.
  2. Outros pesquisadores examinaram as técnicas de Klee e Minty e as estenderam a outras regras de pivô. Eles naturalmente seguiram o caminho de menor resistência e seguiram o cubo de Klee-Minty o mais próximo possível.
  3. Quando alguém encontra um mau exemplo para uma regra de pivô, não há incentivo para as pessoas procurarem mais. Como resultado, todos os maus exemplos que conhecemos têm uma estrutura semelhante.

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Eu sempre amo respostas sociológicas para questões de matemática;). Obrigado pela resposta! Vou dar uma olhada em AmentaZiegler1996, você conhece os resultados desde 96 que funcionam bem em produtos deformados? Eu encontrei um artigo de Norman Zadeh (de 1980 e 2009) que mesmo na versão dos anos 80 [ stanford.edu/group/SOL/reports/OR-80-27.pdf ] menciona superar a construção de produtos deformados.
Artem Kaznatcheev

"Produto deformado" era claramente uma noção intuitiva na comunidade LP décadas antes de Nina e Gunter o formalizarem. Certamente essa é uma descrição precisa dos cubos de Klee-Minty!
Jeffε

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Veja também os limites inferiores exponenciais de Matoušek e Szabo para RANDOM EDGE em "cubos abstratos", que podem ser vistos como primos combinatórios dos produtos deformados de Amenta e Ziegler: portal.acm.org/citation.cfm?id=1033164
Jeffε
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