基于昇騰算力的矩陣運算更動求解器框架,大幅晉升 Local Optimum 跳出才略。
深圳市大數據商討院與華為 GTS 運籌優化實驗室調處建議基于矩陣運算的 Memetic&LNS 求解期間。
收尾刷新了 Sartori&Burial PDPTW 榜單中的57 項寰宇記載,在部分算例上聯系于基準收尾更動幅度達 6%,是繼英偉達 cuOPT 刷新 Li&Lim 23 項基準記錄后,基于 NPU/GPU 算力 AI 求解的另一期間沖破。
其中,基于昇騰加快,最快可加快 100 倍,達到在搜索畛域大幅晉升的同期,保證性能也不受影響。
矩陣化更動傳統求解框架
帶期間窗口的取貨和配送問題(PDPTW)是旅途優化問題(VRP)的要緊變體,是一類終點經典的強組合優化顧惜,在供應鏈、物流、集中計算退換等規模有庸俗的應用。
該問題中,每個肯求指定了要輸送的貨品的大小以及兩個位置:裝貨點和卸貨點。此類問題的主要想象是最小化總老本,包括車輛固定老本和行駛老本,同期確保饜足系數客戶的需求。
PDPTW 的復雜性主要開端于極大的求解空間和期間窗管制 & 取送貨配對管制 & 容量斥逐等管制的交匯,這類問題很難使用精準算法來責罰大型問題,在刻放學 / 業界,一類經典標桿為 Memetic&LNS 的和會求解期間,其算法框架如下:
Memetic&LNS 不錯在許多組合優化顧惜獲得很好平均成果,然后若何有用跳出 Local Optimum 仍然是這類算法的一大局限性,搜索流程的早期可能會達到了一個相對較好的解,后續的搜索流程停滯不前,無法進一步更動,拘謹到局部最優。
為了責罰該顧惜,商討團隊想象并殺青了一種轉變性的期間框架。
當先,對傳統的求解架構進行診療,在旅途生成的時候接受更大畛域搜索計策,晉升跳出 Local Optimum 概率;
其次,引入 SPP 子模子晉升每一代 solution 質地。與此同期,旅途評估和 SPP 求解也進行矩陣化轉移,基于昇騰加快,最快可加快 100 倍,達到在搜索畛域大幅晉升的同期,保證性能也不受影響,極地面晉升了跳出 Local Optimum 的才略。
矩陣化可行性和想象函數評估,NPU 加快極大晉升旅途探索才略
該商討團隊建議的最新算法框架,專誠為高耗時的旅途息爭評估想象了一項轉變期間,中樞念念路是將傳統可行性和老本評估轉移成矩陣運算,并調用昇騰 NPU 算子,從而殺青旅途息爭的高效評估,如下圖所示,將 solution、距離、期間等屬性矩陣化。
距離的評估:
Capacity 管制的違抗度評估
期間窗管制的違抗度評估
通過以上期間大要對傳統管制可行性、想象評估等高耗時次序極大的加快,部分可達 100 倍加快比,極地面晉升了旅途探索才略。
引入 SPP 子模子,NPU 加快搜索高質地旅途組合,晉升每一代 solution 質地
為了更好的晉升每一代 solution 的質地,該商討團隊想象引入一種高效的面向王人集永訣子模子(Set Partitioning Problem, SPP),搜索旅途組合,晉升子代 solution 質地,同期將傳統 SPP 的求解流程轉移為矩陣運算,行使 NPU 的強大算力殺青了顯赫的加快成果,晉升每一代迭代遵守,底下是算法的中樞念念路:
為了矩陣化上述的組合操作,該團隊將該問題的屬性成就成一個 0、1 矩陣,其中 0 示意節點不在該旅途上,1 示意點在該旅途上,如下圖所示,
此流程中還參考分支定界算法中基于 bound 的剪枝念念路,引入多個昇騰算子殺青了帶管制的組合才略。
基于 NPU 算力,SPP 的求解比擬傳統求解器次序,求解速率晉升 60+ 倍。該期間不錯快速求解得到最優解,更高性能搜索高質地 solution。
最終成果
該商討團隊在公開數據集(由 Sartori 和 Buriol 于 2020 年建議,基于執行工業場景的數據集)上對所建議的期間進行了全面的實驗考據。實驗收尾顯現,這一次序在多個算例中殺青了顯赫的性能晉升,共刷新了榜單中的 57 項寰宇記載,在部分算例上聯系于基準收尾更動幅度達 6%。
榜單伙同:? https://github.com/cssartori/pdptw-instances/tree/master/solutions
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