×

MINLP的冲突分析。 (英语) Zbl 07362326号

摘要:将混合整数规划(MIP)技术推广到处理非线性、潜在非凸约束,是近十年来计算混合整数非线性规划(MINLPs)的一个富有成果的研究方向。在本文中,我们沿着这条路径将现代MIP求解器的另一个基本子程序扩展到非线性优化的情况:分析不可行子问题以学习额外的有效约束。为此,我们针对两种不同的解决方案方法推导了两种不同策略。这些方法分别使用基于LP的分枝定界不可行的局部对偶证明和基于NLP的分枝定势的非线性对偶证明。我们讨论了这两种方法的实现细节,并提出了一个广泛的计算研究,表明这两种技术都可以显著提高求解MINLP到全局最优时的性能。
贡献摘要:这篇原创文章关注的是精确通用算法的进展,该算法用于解决优化中最大和最突出的问题类之一,即混合整数非线性程序(MINLP)。它演示了如何将从不可行子问题中学习的冲突分析方法转换为非线性优化。此外,它发展了如何从非线性松弛导出非线性对偶不可行证明的理论。本文对冲突分析技术在将MINLP求解为全局最优时对最新MINLP解算器整体性能的影响进行了深入的计算研究。

MSC公司:

90立方厘米 数学编程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Achterberg T(2007a)混合整数规划中的冲突分析。离散优化。4(1):4-20.谷歌学者交叉引用·Zbl 1169.90414号 ·doi:10.1016/j.disopt.2006.10.006
[2] Achterberg T(2007b)约束整数规划。德国柏林理工大学博士论文。谷歌学者·Zbl 1430.90427号
[3] Achterberg T,Berthold T(2009)《杂交分支》。van Hoeve WJ,Hooker JN,eds.集成人工智能或技术约束编程组合。优化。问题,程序。第六国际。确认(CPAIOR)。计算机科学讲座笔记5547(柏林-海德堡施普林格),309-311.谷歌学者
[4] Achterberg T,Wunderling R(2013)混合整数规划:分析12年的进展。Jünger M,Reinelt G,编辑。组合优化的方面(施普林格,柏林-海德堡),449-481.Crossref,谷歌学者·Zbl 1317.90206号 ·doi:10.1007/978-3-642-38189-8_18
[5] Belotti P、Berthold T、Neves K(2016)FICO Xpress中离散非线性优化的算法。2016 IEEE传感器阵列多通道信号处理研讨会(SAM),1-5(IEEE,华盛顿特区)。谷歌学者
[6] Belotti P,Lee J,Liberti L,Margot F,Wächter A(2009)非凸MINLP的分支和边界收紧技术。最佳方案。方法软件24(4-5):597-634.Crossref,谷歌学者·Zbl 1179.90237号 ·doi:10.1080/10556780903087124
[7] Belotti P、Kirches C、Leyffer S、Linderath J、Luedtke J、Mahajan A(2013)混合整数非线性优化。数字学报22:1-131, http://dx.doi.org/10.1017/S0962492913000032.谷歌学者·Zbl 1291.65172号
[8] Benders JF(1962)解决混合变量编程问题的分区过程。数值数学4(1):238-252.Crossref,谷歌学者·Zbl 0109.38302号 ·doi:10.1007/BF01386316
[9] Berthold T(2013)测量原始启发式的影响。操作。Res.Lett公司。41(6):611-614谷歌学者·Zbl 1287.90037号
[10] Berthold T,Feydy T,Stuckey PJ(2010)二进制程序的快速学习。Lodi A,Milano M,Toth P编辑,《集成人工智能或技术约束编程组合优化》。问题,程序。第七届国际。确认(CPAIOR)。计算机科学讲稿6140(柏林-海德堡施普林格),51-55。谷歌学者·Zbl 1285.68151号
[11] Berthold T,Stuckey PJ,Witzig J(2019),整数程序的本地快速学习。Rousseau LM,Stergiou K,编辑。约束编程、人工智能和运筹学的集成(Springer International Publishing,Cham),67-83.谷歌学者·Zbl 1525.68142号
[12] Biegler LT,Grossmann IE,Westerberg AW(1997)《化学工艺设计的系统方法》(Pearson,Upper Saddle River,NJ)。谷歌学者
[13] Bixby RE(2002)《解决现实世界的线性规划:十年多的进展》。操作。物件。50(1):3-15.谷歌学者链接·Zbl 1163.90643号
[14] Bonami P、Biegler LT、Conn AR、Cornuéjols G、Grossmann IE、Laird CD、Lee J等。(2008)凸混合整数非线性程序的算法框架。离散优化。5(2):186-204.Crossref,谷歌学者·兹比尔1151.90028 ·doi:10.1016/j.disopt 2006年10月11日
[15] Boyd SP,Vandenberghe L(2004)《凸优化》(英国剑桥大学出版社)。谷歌学者·Zbl 1058.90049号
[16] Chakravarti N(1994)关于后不可行性分析的一些结果。欧洲药典。物件。73(1):139-143.谷歌学者·Zbl 0806.90082号
[17] Chinneck JW,Dravnieks EW(1991)在线性规划中定位最小不可行约束集。ORSA J.计算。3(2):157-168.谷歌学者·兹比尔0755.90055
[18] Coey C,Lubin M,Vielma JP(2020)混合积分凸问题的外逼近与圆锥证明。数学。编程计算。12(2):249-293谷歌学者·Zbl 1441.90095号
[19] Cornuéjols G,TüTüncüR(2006)财务优化方法,第5卷(英国剑桥大学出版社)。Crossref,谷歌学者·Zbl 1117.91031号 ·doi:10.1017/CBO9780511753886
[20] Dakin RJ(1965)混合整数规划问题的树搜索算法。计算。J。8(3):250-255.Crossref,谷歌学者·Zbl 0154.42004号 ·doi:10.1093/comjnl/8.3.250
[21] Davey B,Boland N,Stuckey PJ(2002)使用线性规划的高效智能回溯。信息J.计算。14(4):373-386.Link,谷歌学者·Zbl 1238.90144号
[22] Dolan ED,MoréJJ(2002)《性能曲线基准优化软件》。数学。编程91(2):201-213.Crossref,谷歌学者·邮编:1049.90004 ·doi:10.1007/s101070100263
[23] Duran MA,Grossmann IE(1986)一类混合整数非线性规划的外逼近算法。数学。编程36(3):307-339.Crossref,谷歌学者·Zbl 0619.90052号 ·doi:10.1007/BF02592064
[24] Fletcher R,Leyffer S(1994)用外近似法求解混合整数非线性规划。数学。编程66(1-3):327-349.Crossref,谷歌学者·Zbl 0833.90088号 ·doi:10.1007/BF01581153
[25] Fletcher R,Leyffer S(1998)过滤器用户手册qp。数值分析报告NA/181,苏格兰邓迪大学数学系。谷歌学者
[26] Floudas CA(2000)《化工过程系统设计和控制的全球优化》。J.过程控制10(2):125-134.谷歌学者
[27] Forsgren A,Gill PE,Wong E(2016)凸二次规划的原始和对偶活动集方法。数学。编程159(1-2):469-508.Crossref,谷歌学者·兹比尔1346.90652 ·doi:10.1007/s10107-015-0966-2
[28] Ginsberg ML(1993)《动态回溯》。J.人工智能研究。1:25-46.Crossref,谷歌学者·Zbl 0900.68179号 ·数字对象标识代码:10.1613/jair.1
[29] Gleeson J,Ryan J(1990)确定不等式的最小不可行子系统。ORSA J.计算。2(1):61-63.谷歌学者·Zbl 0752.90050号
[30] Gleixner A、Bastubbe M、Eifler L、Gally T、Gamrath G、Gottwald RL、Hendel G等。(2018)SCIP优化套件6.0。ZIB报告18-26,德国柏林祖斯研究所,http://nbn-resolution.de/urn:nbn:de:0297-zib-69361.谷歌学者
[31] Gould N,Scott J(2016)对标软件性能简介注释。ACM事务处理。数学。软件43(2):1-5.谷歌学者交叉引用·兹比尔1369.65202 ·doi:10.145/2950048
[32] Gupta OK,Ravindran A(1985)凸非线性整数规划中的分支与界实验。管理科学。31(12):1533-1546.链接,谷歌学者·Zbl 0591.90065号
[33] 霍斯特R,周二H(2013)全局优化:确定性方法(施普林格科技与商业媒体,施普林格-弗拉格,海德堡,柏林)。谷歌学者
[34] Jiang Y,Richards T,Richard B(1994)约束满足和优化中带最小冲突修复的No-good回溯。Borning A,ed.原则实践约束编程,Proc。第二届年度研讨会(PPCP)。计算机科学讲座笔记874(施普林格,柏林,海德堡),21-39谷歌学者
[35] Kallrath J(2005)使用混合整数和全局优化解决流程工业中的规划和设计问题。欧宝年鉴。物件。140(1):339-373.谷歌学者·Zbl 1091.90089
[36] Kellner K,Pfetsch ME,Theobald T(2019)半定系统的不可约不可行子系统。J.优化。理论应用。181(3):727-742.谷歌学者·Zbl 1414.90258号
[37] Khachiyan LG(1979)线性规划中的多项式算法。Doklady Akademi Nauk SSSR公司.244:1093-1096.谷歌学者·Zbl 0414.90086号
[38] KílínçMR,Sahinidis NV(2018)利用BARON在混合整数非线性规划问题的全局优化中探索完整性。最佳方案。方法软件33(3):540-562.Crossref,谷歌学者·Zbl 1398.90110号 ·doi:10.1080/10556788.2017.1350178
[39] KílínçKarzan F,Nemhauser GL,Savelsbergh MWP(2009)二进制线性混合整数程序的基于信息的分支方案。数学。编程计算。1(4):249-293.Crossref,谷歌学者·Zbl 1184.90114号 ·doi:10.1007/s12532-009-0009-1
[40] Kocis GR,Grossmann IE(1988)过程综合中非凸混合整数非线性规划(MINLP)问题的全局优化。工业。工程化学研究。27(8):1407-1421.Crossref,谷歌学者·doi:10.1021/ie00080a013
[41] Kronqvist J,Lundell A,Westerlund T(2016)凸混合整数非线性规划的扩展支持超平面算法。J.全球优化。64(2):249-272.Crossref,谷歌学者·Zbl 1339.90247号 ·doi:10.1007/s10898-015-0322-3
[42] Kronqvist J,Bernal D,Lundell A,Grossmann I(2018)凸MINLP解算器的回顾与比较。https://link.springer.com/article/10.1007/s11081-018-9411-8.谷歌学者
[43] Kuhn HW,Tucker AW(1951)非线性规划。Neyman J编辑。伯克利第二交响乐团。数学。统计师。普罗巴伯。(加州大学伯克利分校出版社),481-492谷歌学者·Zbl 0044.05903号
[44] Land AH,Doig AG(1960)解决离散编程问题的自动方法。计量经济学28(3):497-520.谷歌学者·兹比尔0101.37004
[45] Lemke CE(1954)求解线性规划问题的对偶方法。海军后勤部。夸脱。1(1):36-47.谷歌学者·Zbl 0128.39605号
[46] Liberti L,Pantelides CC(2003)奇数次单项式的凸包络。J.全球优化。25(2):157-168.谷歌学者·Zbl 1030.90117号
[47] Liberti L,Lavor C,Maculan N(2008)分子距离几何问题的分枝剪枝算法。国际。事务处理。操作。物件。15(1):1-17.谷歌学者·Zbl 1136.92037号
[48] Liberti L、Lavor C、Maculan N、Nascimento MAC(2009)《数学编程中的改革:量子化学的应用》。离散应用程序。数学。157(6):1309-1318.谷歌学者·Zbl 1173.90494号
[49] Lodi A,Tramontani A(2013)混合集成编程中的性能可变性。受影响应用程序驱动的理论(INFORMS,Catonsville,MD),1-12.谷歌学者
[50] Lundell A,Kronqvist J(2019)关于用SHOT求解非凸MINLP问题。智能系统和计算的进展(Springer International Publishing,Cham),448-457.谷歌学者
[51] Mahajan A、Leyffer S、Linderath J、Luedtke J、Munson T(2017)《牛头怪:混合整体非线性优化工具包》。预印本,2020年3月22日提交,https://link.springer.com/article/10.1007/s12532-020-00196-1.谷歌学者
[52] Marques-Silva JP,Sakallah K(1999)抓取:命题可满足性的搜索算法。IEEE传输。计算。48(5):506-521谷歌学者·Zbl 1392.68388号
[53] McCormick GP(1976)可分解非凸规划全局解的可计算性:第一部分——凸低估问题。数学。编程10(1):147-175.谷歌学者·Zbl 0349.90100号
[54] McGill R、Tukey JW、Larsen WA(1978),箱线图的变化。阿默尔。统计员32(1):12-16.谷歌学者
[55] Mehrotra S(1992)关于原对偶内点方法的实现。SIAM J.Optim公司。2(4):575-601.谷歌学者·Zbl 0773.90047号
[56] Mészáros C(1999)凸二次问题的BPMPD内点求解器。最佳方案。方法软件11(1-4):431-449.谷歌学者·Zbl 0973.90521号
[57] Misener R,Floudas CA(2014)ANTIGONE:非线性方程的连续/整数全局优化算法。J.全球优化。59(2-3):503-526.谷歌学者·兹比尔1301.90063
[58] Murty KG,Yu FT(1988)线性互补、线性和非线性规划第3卷(赫尔德曼,柏林)。谷歌学者·Zbl 0634.90037号
[59] Nocedal J,Wright SJ(2006)非线性方程(纽约州施普林格)。谷歌学者
[60] Phillips AT,Rosen JB(1994)分子构象问题的二次赋值公式。J.全球优化。4(2):229-241.谷歌学者·Zbl 0797.90116号
[61] Quesada I,Grossmann IE(1992)凸MINLP优化问题的基于LP/NLP的分支定界算法。计算。化学工程。16(10-11):937-947.谷歌学者
[62] Sandholm T,Shields R(2006)混合整数编程的Nogood学习。组合优化中的混合方法和分支规则研讨会。加拿大蒙特勒康科迪亚大学计算机科学系技术报告CMU-CS-06-155。谷歌学者
[63] Stallman RM,Sussman GJ(1977)计算机辅助电路分析系统中的正向推理和依赖定向回溯。人工智能9(2):135-196。谷歌学者·Zbl 0372.94024号
[64] Tawarmalani M,Sahinidis NV(2005)全局优化的多面体分支和切割方法。数学。编程103(2):225-249.Crossref,谷歌学者·Zbl 1099.90047号 ·doi:10.1007/s10107-005-0581-8
[65] Vavasis SA(1995)《全局优化中的复杂性问题:一项调查》。Horst R,Pardalos PM,编辑。全局优化手册(波士顿斯普林格),27-41。Crossref,谷歌学者·Zbl 0836.90138号 ·doi:10.1007/978-1-4615-225-22
[66] Vigerske S,Gleixner A(2018)SCIP:分支与切割框架中混合整数非线性程序的全局优化。最佳方案。方法软件33(3):563-593.谷歌学者·Zbl 1398.90112号
[67] Viswanathan J,Grossmann I(1990)minlp优化的组合罚函数和外近似方法。计算。化学工程。14(7):769-782.谷歌学者
[68] Wächter A,Biegler LT(2006),关于大规模非线性规划中点内滤波器线性搜索算法的实现。数学。编程106(1):25-57谷歌学者·Zbl 1134.90542号
[69] Westerlund T,Pettersson F(1995)求解凸minlp问题的扩展割平面方法。计算。化学工程。19:131-136.谷歌学者
[70] Witzig J,Gleixner A(2020)混合整数规划的冲突驱动启发式。信息J.计算。,ePub将于10月8日印刷,https://doi.org/10.1287/ijoc.2020.0973.链接,谷歌学者
[71] Witzig J,Berthold T,Heinz S(2017)混合整数规划中冲突分析的实验。Salvagnin D,Lombardi M,eds.《集成人工智能或技术约束编程组合优化》。问题,程序。第14届国际米兰。确认(CPAIOR)。计算机科学讲稿10335(施普林格,柏林,海德堡),211-220。谷歌学者·Zbl 1489.68261号
[72] Witzig J,Berthold T,Heinz S(2019a)混合整数规划中不可行性分析的计算方面。技术报告19-54,德国柏林祖斯研究所。谷歌学者
[73] Witzig J,Berthold T,Heinz S(2019b)混合整数非线性规划中冲突分析的现状报告。Rousseau LM,Stergiou K,编辑。程序。约束编程、人工智能和运筹学的集成(CPAIOR)。计算机科学讲稿11494(查姆施普林格),84-94。谷歌学者Crossref·Zbl 1525.90285号 ·doi:10.1007/978-3-030-19212-96
[74] Witzig J、Beckenbach I、Eifler L、Fackeldey K、Gleixner A、Grever A、Weber M(2018)《不可逆Markov过程中循环检测的混合整数规划》。多尺度模型。模拟16(1):248-265.谷歌学者·兹比尔1391.60170
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。