我们研究了使用K代理商最佳检查地下（水下）画廊的问题。我们考虑了一个带有单个开口的画廊，并带有树拓扑结构。由于管道的直径很小（洞穴），代理是小型机器人，自主权有限，在画廊的开口处有一个供应站。因此，它们最初被放置在根部，并且需要定期返回供应站。我们的目标是设计离线策略，以有效地使用$ k $小型机器人覆盖树。我们考虑两个目标功能：覆盖时间（最大集体时间）和覆盖距离（总行驶距离）。最大的集体时间是机器人花费的最大时间需要完成其分配的任务（假设所有机器人同时启动）；总行进距离是所有覆盖步行的长度的总和。由于问题对于大树很棘手，因此我们提出了近似算法。通过密集的数值实验，均匀溶液的效率和准确性均可显示随机树的经验表明。

多路径定向问题询问机器人团队的路径最大化收集的总奖励，同时满足路径长度上的预算约束。这个问题模拟了许多多机器人路由任务，例如探索未知的环境和环境监控信息。在本文中，我们专注于如何使机器人团队在对抗环境中运行时对故障的强大。我们介绍了强大的多路径定向事问题（RMOP），在那里我们寻求最糟糕的案例保证，反对能够在大多数$ \ Alpha $机器人处攻击的对手。我们考虑两个问题的两个版本：RMOP离线和RMOP在线。在离线版本中，当机器人执行其计划时，没有通信或重新扫描，我们的主要贡献是一种具有界限近似保证的一般近似方案，其取决于$ \ alpha $和单个机器人导向的近似因子。特别是，我们表明该算法在成本函数是模块化时产生（i）恒因子近似; （ii）在成本函数是子模具时，$ \ log $因子近似; （iii）当成本函数是子模块时的恒因子近似，但是允许机器人通过有界金额超过其路径预算。在在线版本中，RMOP被建模为双人顺序游戏，并基于蒙特卡罗树搜索（MCT），以后退地平线方式自适应解决。除了理论分析之外，我们还对海洋监测和隧道信息收集应用进行仿真研究，以证明我们的方法的功效。

我们研究了合作航空航天车辆路线应用程序的资源分配问题，其中多个无人驾驶汽车（UAV）电池容量有限和多个无人接地车辆（UGV），这也可以充当移动充电站，需要共同实现诸如持续监视一组要点之类的任务。由于无人机的电池能力有限，他们有时必须偏离任务才能与UGV进行集合并得到充电。每个UGV一次可以一次提供有限数量的无人机。与确定性多机器人计划的先前工作相反，我们考虑了无人机能源消耗的随机性所带来的挑战。我们有兴趣找到无人机的最佳充电时间表，从而最大程度地减少了旅行成本，并且在计划范围内没有任何无人机在计划范围内取消收费的可能性大于用户定义的公差。我们将此问题（{风险意识召集集合问题（RRRP））}作为整数线性程序（ILP），其中匹配的约束捕获资源可用性约束，而背包约束捕获了成功概率约束。我们提出了一种求解RRRP的双晶格近似算法。在一个持续监测任务的背景下，我们证明了我们的制定和算法的有效性。

我们研究了[Dasgupta等，ICML 2020]提出的框架中一些可解释的聚类问题的计算复杂性，其中通过轴对准决策树实现了解释性。我们考虑$ k $ -MEANS，$ K $ -MEDIANS，$ K $ - 中心和间距成本功能。我们证明，前三个很难优化，而后者可以在多项式时间进行优化。

我们从理论和算法的观点正式化和研究多目标任务分配和路径发现（MG-TAPF）问题。MG-TAPF问题是要计算到代理的任务分配，每个任务都由一系列目标位置组成，并为代理的无碰撞路径组成，这些代理商访问其分配任务的所有目标位置。从理论上讲，我们证明MG-TAPF问题是最佳解决的NP问题。我们提出算法，这些算法基于用于多代理路径的算法技术，发现问题并最佳地解决MG-TAPF问题。我们通过实验将这些算法在各种不同的基准域上进行比较。

线覆盖范围是为环境中的一组一维功能提供服务的任务。这对于检查线性基础设施（例如道路网络，电力线以及石油和天然气管道）很重要。本文通过在图上将其建模为优化问题，解决了空中和地面机器人的单个机器人线覆盖率问题。该问题属于广泛的ARC路由问题，与不对称的农村邮政问题（RPP）密切相关。本文提供了一个整数线性编程公式，并提供了正确的证明。使用最低成本流问题，我们开发近似算法，并保证解决方案质量。这些保证还改善了不对称RPP的现有结果。主要算法将问题分为三种情况，以所需图的结构，即需要维修的特征诱导的图。我们在世界上50个人口最多的城市的道路网络上评估了我们的算法。该算法以改进的启发式增强，在3s内运行，并生成最佳最佳10％以内的解决方案。我们在UNC Charlotte校园路网络上通过商业无人机在实验中展示了我们的算法。

$ k $ -means和$ k $ -median集群是强大的无监督机器学习技术。但是，由于对所有功能的复杂依赖性，解释生成的群集分配是挑战性的。 Moshkovitz，Dasgupta，Rashtchian和Frost [ICML 2020]提出了一个优雅的可解释$ K $ -means和$ K $ -Median聚类型号。在此模型中，具有$ k $叶子的决策树提供了集群中的数据的直接表征。我们研究了关于可解释的聚类的两个自然算法问题。 （1）对于给定的群集，如何通过使用$ k $叶的决策树找到“最佳解释”？ （2）对于一套给定的点，如何找到一个以美元的决策树，最小化$ k $ -means / median目标的可解释的聚类？要解决第一个问题，我们介绍了一个新的可解释群集模型。我们的型号受到强大统计数据的异常值概念的启发，是以下情况。我们正在寻求少数积分（异常值），其删除使现有的聚类良好可解释。为了解决第二个问题，我们开始研究Moshkovitz等人的模型。从多元复杂性的角度来看。我们严格的算法分析揭示了参数的影响，如数据的输入大小，尺寸，异常值的数量，簇数，近似比，呈现可解释的聚类的计算复杂度。

Pearl's Do Colculus是一种完整的公理方法，可以从观察数据中学习可识别的因果效应。如果无法识别这种效果，则有必要在系统中执行经常昂贵的干预措施以学习因果效应。在这项工作中，我们考虑了设计干预措施以最低成本来确定所需效果的问题。首先，我们证明了这个问题是NP-HARD，随后提出了一种可以找到最佳解或对数因子近似值的算法。这是通过在我们的问题和最小击球设置问题之间建立联系来完成的。此外，我们提出了几种多项式启发式算法来解决问题的计算复杂性。尽管这些算法可能会偶然发现亚最佳解决方案，但我们的模拟表明它们在随机图上产生了小的遗憾。

最近在组合问题中寻找多样化的解决方案，最近受到了相当大的关注（Baste等人2020; Fomin等人2020; Hanaka等。2021）。在本文中，我们研究了以下类型的问题：给出了整数$ k $，问题询问了$ k $解决方案，使得这些解决方案之间的成对和汉明距离的总和最大化。这种解决方案称为各种解决方案。我们介绍了一种用于查找加权定向图中的多样性最短$ ST $ -Paths的多项式时间算法。此外，我们研究了其他经典组合问题的多样化版本，如不同的加权麦芽碱，不同加权树丛和多样化的双链匹配。我们表明这些问题也可以在多项式时间内解决。为了评估我们寻找多样性最短$ ST $ ST -Paths的算法的实际表现，我们进行了合成和现实世界的计算实验。实验表明，我们的算法在合理的计算时间内成功计算了各种解决方案。

Coverage path planning is a major application for mobile robots, which requires robots to move along a planned path to cover the entire map. For large-scale tasks, coverage path planning benefits greatly from multiple robots. In this paper, we describe Turn-minimizing Multirobot Spanning Tree Coverage Star(TMSTC*), an improved multirobot coverage path planning (mCPP) algorithm based on the MSTC*. Our algorithm partitions the map into minimum bricks as tree's branches and thereby transforms the problem into finding the maximum independent set of bipartite graph. We then connect bricks with greedy strategy to form a tree, aiming to reduce the number of turns of corresponding circumnavigating coverage path. Our experimental results show that our approach enables multiple robots to make fewer turns and thus complete terrain coverage tasks faster than other popular algorithms.

分层聚类研究将数据集的递归分区设置为连续较小尺寸的簇，并且是数据分析中的基本问题。在这项工作中，我们研究了Dasgupta引入的分层聚类的成本函数，并呈现了两个多项式时间近似算法：我们的第一个结果是高度电导率图的$ O（1）$ - 近似算法。我们简单的建筑绕过了在文献中已知的稀疏切割的复杂递归常规。我们的第二个和主要结果是一个US（1）$ - 用于展示群集明确结构的宽族图形的近似算法。该结果推出了以前的最先进的，该现有技术仅适用于从随机模型产生的图表。通过对合成和现实世界数据集的实证分析，我们所呈现的算法的实证分析表明了我们的工作的重要性，以其具有明确定义的集群结构的先前所提出的图表算法。

The design of good heuristics or approximation algorithms for NP-hard combinatorial optimization problems often requires significant specialized knowledge and trial-and-error. Can we automate this challenging, tedious process, and learn the algorithms instead? In many real-world applications, it is typically the case that the same optimization problem is solved again and again on a regular basis, maintaining the same problem structure but differing in the data. This provides an opportunity for learning heuristic algorithms that exploit the structure of such recurring problems. In this paper, we propose a unique combination of reinforcement learning and graph embedding to address this challenge. The learned greedy policy behaves like a meta-algorithm that incrementally constructs a solution, and the action is determined by the output of a graph embedding network capturing the current state of the solution. We show that our framework can be applied to a diverse range of optimization problems over graphs, and learns effective algorithms for the Minimum Vertex Cover, Maximum Cut and Traveling Salesman problems.

线覆盖范围的问题是找到有效的路由，以通过一个或多个资源约束的机器人覆盖线性特征。线性具有模型环境，例如道路网络，电力线以及石油和天然气管道。我们为机器人定义了两种旅行模式：维修和陷入困境。机器人服务功能如果它执行特定于任务的操作，例如拍摄图像，则它可以遍历该功能；否则，它是无人机的。穿越环境会产生成本（例如旅行时间）和对资源的需求（例如电池寿命）。维修和无人机的成本和需求功能可能具有不同的成本和需求功能，我们进一步允许它们取决于方向。我们将环境建模为图形，并提供整数线性程序。由于问题是NP-HARD，因此我们开发了一种快速有效的启发式算法，即合并 - 默认混合物（MEM）。该算法的建设性属性使得为大图求解了多depot版本。我们进一步扩展了MEM算法，以处理转弯成本和非语言限制。我们在50个道路网络的数据集上对算法进行基准测试，并在道路网络上使用空中机器人进行了实验中的算法。

结构分解方法，例如普遍的高树木分解，已成功用于解决约束满意度问题（CSP）。由于可以重复使用分解以求解具有相同约束范围的CSP，因此即使计算本身很难，将资源投资于计算良好的分解是有益的。不幸的是，即使示波器仅略有变化，当前方法也需要计算全新的分解。在本文中，我们迈出了解决CSP $ P $分解的问题的第一步，以使其成为由$ P $修改产生的新CSP $ P'$的有效分解。即使从理论上讲问题很难，我们还是提出并实施了一个有效更新GHD的框架。我们算法的实验评估强烈提出了实际适用性。

Active Directory是Windows域网络的默认安全管理系统。我们研究了捍卫Active Directory样式攻击图的最短路径边缘互补问题。问题是一个后卫​​和一个攻击者之间的Stackelberg游戏。攻击图包含一个目标节点和多个条目节点。攻击者的输入节点由自然选择。后卫选择阻止一套由预算限制的边缘。然后攻击者选择最短的未阻止的攻击路径。防御者旨在最大化攻击者的预期最短路径长度，在那里占据进入节点的期望。我们观察到实际的Active Directory攻击图具有小的最大攻击路径长度，并且在结构上靠近树木。我们首先表明即使最大攻击路径长度是常数，问题仍然是W [1] $ - 对后卫预算很难。具有小的最大攻击路径长度和小预算不足以设计固定参数算法。如果我们进一步假设进入节点的数量很小，则我们推导了一个固定参数的易解算法。然后，我们通过利用树状特征来提出另外两个固定参数算法。一个是基于树分解，需要小树宽度。另一个假设少量分割节点（具有多个出流边缘的节点）。最后，最后一次算法被转换为基于图形的基于卷积神经网络的启发式，它比具有更多分裂节点的更大的图表。

在以并发方式解决团队范围的任务时，多机构系统可能非常有效。但是，如果没有正确的同步，则很难保证合并行为的正确性，例如遵循子任务的特定顺序或同时进行协作。这项工作解决了在复杂的全球任务下，将最低时间的任务计划问题称为线性时间逻辑（LTL）公式。这些任务包括独立本地动作和直接子团队合作的时间和空间要求。提出的解决方案是一种随时随地的算法，结合了对任务分解的基础任务自动机的部分顺序分析，以及用于任务分配的分支和绑定（BNB）搜索方法。提供最小的完成时间的合理性，完整性和最佳性分析。还表明，在搜索范围内持续在时间预算之内，可以迅速达成可行且近乎最佳的解决方案。此外，为了处理在线执行期间任务持续时间和代理失败的波动，提出了适应算法来同步执行状态并动态地重新分配未完成的子任务以保持正确性和最佳性。两种算法通过数值模拟和硬件实验在大规模系统上进行了严格的验证，该算法对几个强基地进行了验证。

最大线性布置问题（MAXLA）包括从图$ g $的$ n $顶点查找映射$ \ pi $到最大化$ d _ {\ pi}（g）= \ sum_ {uv \ {uv \ {uv \ \ \在e（g）} | \ pi（u） - \ pi（v）| $。在这种情况下，顶点被认为位于水平线上，边缘在线上上方的半圆时绘制。存在限制安排的MaxLA的变体。在平面变体中，边缘交叉被禁止。在塑料树排列的投射变体中，是平面，根不能被任何边缘覆盖。在这里，我们提出$ o（n）$ - 时间和$ o（n）$ - 空间算法，这些算法可以解决树木的平面和射击maxla。我们还证明了最大投影和平面布置的几个属性。

本文为多代理系统开发了一个随机编程框架，在该系统中，任务分解，分配和调度问题同时被优化。该框架可以应用于具有分布式子任务的异质移动机器人团队。例子包括大流行机器人服务协调，探索和救援以及具有异质车辆的交付系统。由于其固有的灵活性和鲁棒性，多代理系统被应用于越来越多的现实问题，涉及异质任务和不确定信息。大多数以前的作品都采用一种将任务分解为角色的独特方法，以后可以将任务分配给代理。对于角色可以变化并且存在多个分解结构的复杂任务，此假设无效。同时，尚不清楚如何在多代理系统设置下系统地量化和优化任务要求和代理能力中的不确定性。提出了复杂任务的表示形式：代理功能表示为随机分布的向量，任务要求通过可推广的二进制函数验证。在目标函数中选择有风险的条件值（CVAR）作为制定强大计划的度量。描述了一种有效的算法来解决该模型，并在两个不同的实践案例中评估了整个框架：在大流行期间的捕获量和机器人服务协调（例如，Covid-19）。结果表明，该框架是可扩展的，可扩展到示例案例的140个代理和40个任务，并提供了低成本计划，以确保成功的概率很高。

我们在$ d $ dimensional Euclidean Space中研究私人$ k $ -Median和$ k $ -means聚集问题。通过利用树的嵌入，我们提供了一种有效且易于实现的算法，该算法在非私人方法的经验上具有竞争力。我们证明我们的方法计算一个最多$ o（d^{3/2} \ log n）\ cdot opt + o（k d^2 \ log^2 n / \ epsilon^2）$的解决方案，其中$ \ Epsilon $是隐私担保。 （使用标准尺寸缩小技术可以用$ o（\ log k）$替换尺寸项，$ d $。）尽管最坏的案例保证比最先进的私人聚类方法的状态更糟糕，但算法是我们建议是实用的，以接近线性的方式运行，$ \ tilde {o}（nkd）$，时间和比例为数千万分。我们还表明，我们的方法适合在大规模分布式计算环境中并行化。特别是我们表明，我们的私人算法可以在sublinear内存制度中的对数MPC弹奏数中实现。最后，我们通过经验评估来补充理论分析，证明了该算法与其他隐私聚类基线相比的效率和准确性。

在设计聚类算法时，初始中心的选择对于学习簇的质量至关重要。在本文中，我们基于数据的构建，我们开发了一种新的初始化方案，称为$ k $ -Median问题（例如图形引起的离散空间），基于数据的构造。从树中，我们提出了一种新颖有效的搜索算法，用于良好的初始中心，随后可用于本地搜索算法。我们提出的HST初始化可以产生与另一种流行初始化方法$ K $ -Median ++的初始中心，具有可比的效率。 HST初始化也可以扩展到差异隐私（DP）的设置，以生成私人初始中心。我们表明，应用DP本地搜索后，我们的私有HST初始化会改善对近似错误的先前结果，并在小因素内接近下限。实验证明了理论的合理性，并证明了我们提出的方法的有效性。我们的方法也可以扩展到$ k $ -MEANS问题。