In recent years, methods based on deep neural networks, and especially Neural Improvement (NI) models, have led to a revolution in the field of combinatorial optimization. Given an instance of a graph-based problem and a candidate solution, they are able to propose a modification rule that improves its quality. However, existing NI approaches only consider node features and node-wise positional encodings to extract the instance and solution information, respectively. Thus, they are not suitable for problems where the essential information is encoded in the edges. In this paper, we present a NI model to solve graph-based problems where the information is stored either in the nodes, in the edges, or in both of them. We incorporate the NI model as a building block of hill-climbing-based algorithms to efficiently guide the election of neighborhood operations considering the solution at that iteration. Conducted experiments show that the model is able to recommend neighborhood operations that are in the $99^{th}$ percentile for the Preference Ranking Problem. Moreover, when incorporated to hill-climbing algorithms, such as Iterated or Multi-start Local Search, the NI model systematically outperforms the conventional versions. Finally, we demonstrate the flexibility of the model by extending the application to two well-known problems: the Traveling Salesman Problem and the Graph Partitioning Problem.

组合优化问题在许多实际情况（例如物流和生产）中遇到，但是精确的解决方案尤其难以找到，通常对于大量的问题大小而言，通常是NP-HARD。为了计算近似解决方案，通常使用局部搜索的通用和特定问题的动物园。但是，哪种变体适用于哪种特定问题，即使对于专家来说也很难决定。在本文中，我们确定了这种本地搜索算法的三个独立算法方面，并将其在优化过程中正式选择为马尔可夫决策过程（MDP）。我们将深图神经网络设计为该MDP的策略模型，为当地搜索提供了一个名为Neurols的局部搜索控制器。充分的实验证据表明，神经元能够胜过操作研究和最新基于机器学习的方法的众所周知的通用本地搜索控制器。

组合优化是运营研究和计算机科学领域的一个公认领域。直到最近，它的方法一直集中在孤立地解决问题实例，而忽略了它们通常源于实践中的相关数据分布。但是，近年来，人们对使用机器学习，尤其是图形神经网络（GNN）的兴趣激增，作为组合任务的关键构件，直接作为求解器或通过增强确切的求解器。GNN的电感偏差有效地编码了组合和关系输入，因为它们对排列和对输入稀疏性的意识的不变性。本文介绍了对这个新兴领域的最新主要进步的概念回顾，旨在优化和机器学习研究人员。

图形上的组合优化问题（COP）是优化的基本挑战。强化学习（RL）最近成为解决这些问题的新框架，并证明了令人鼓舞的结果。但是，大多数RL解决方案都采用贪婪的方式来逐步构建解决方案，因此不可避免地对动作序列构成不必要的依赖性，并且需要许多特定于问题的设计。我们提出了一个通用的RL框架，该框架不仅表现出最先进的经验表现，而且还推广到各种各样的警察。具体而言，我们将状态定义为解决问题实例的解决方案，并将操作作为对该解决方案的扰动。我们利用图形神经网络（GNN）为给定的问题实例提取潜在表示，然后应用深Q学习以获得通过翻转或交换顶点标签逐渐完善解决方案的策略。实验是在最大$ k $ cut和旅行推销员问题上进行的，并且针对一系列基于学习的启发式基线实现了绩效改善。

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.

解决组合优化（CO）问题的传统求解器通常是由人类专家设计的。最近，人们对利用深度学习，尤其是深度强化学习的兴趣激增，自动为CO学习有效的求解器。由此产生的新范式称为神经组合优化（NCO）。但是，在经验或理论上，NCO的优势和缺点与其他方法的优势尚未得到很好的研究。在这项工作中，我们介绍了NCO求解器和替代求解器的全面比较研究。具体而言，将旅行推销员问题作为测试床问题，我们根据五个方面（即有效性，效率，稳定性，可扩展性和概括能力）评估求解器的性能。我们的结果表明，通常，NCO方法学到的求解器几乎在所有这些方面仍然没有传统求解器。前者的潜在好处将是在有足够的培训实例时，他们在小规模的问题实例上的卓越时间和能源效率。我们希望这项工作将有助于更好地理解NCO的优势和劣势，并提供全面的评估协议，以进一步对NCO进行针对其他方法的基准测试。

This paper presents a methodology for integrating machine learning techniques into metaheuristics for solving combinatorial optimization problems. Namely, we propose a general machine learning framework for neighbor generation in metaheuristic search. We first define an efficient neighborhood structure constructed by applying a transformation to a selected subset of variables from the current solution. Then, the key of the proposed methodology is to generate promising neighbors by selecting a proper subset of variables that contains a descent of the objective in the solution space. To learn a good variable selection strategy, we formulate the problem as a classification task that exploits structural information from the characteristics of the problem and from high-quality solutions. We validate our methodology on two metaheuristic applications: a Tabu Search scheme for solving a Wireless Network Optimization problem and a Large Neighborhood Search heuristic for solving Mixed-Integer Programs. The experimental results show that our approach is able to achieve a satisfactory trade-off between the exploration of a larger solution space and the exploitation of high-quality solution regions on both applications.

用于图形组合优化问题的神经网络溶剂的端到端培训，例如旅行销售人员问题（TSP）最近看到了感兴趣的激增，但在几百节节点的图表中保持棘手和效率低下。虽然最先进的学习驱动的方法对于TSP在培训的古典索引时与古典求解器密切相关，但它们无法通过实际尺度的实际情况概括到更大的情况。这项工作提出了一个端到端的神经组合优化流水线，统一几个卷纸，以确定促进比在训练中看到的实例的概括的归纳偏差，模型架构和学习算法。我们的受控实验提供了第一个原则上调查这种零拍摄的概括，揭示了超越训练数据的推断需要重新思考从网络层和学习范例到评估协议的神经组合优化流水线。此外，我们分析了深入学习的最近进步，通过管道的镜头路由问题，并提供新的方向，以刺激未来的研究。

This paper surveys the recent attempts, both from the machine learning and operations research communities, at leveraging machine learning to solve combinatorial optimization problems. Given the hard nature of these problems, state-of-the-art algorithms rely on handcrafted heuristics for making decisions that are otherwise too expensive to compute or mathematically not well defined. Thus, machine learning looks like a natural candidate to make such decisions in a more principled and optimized way. We advocate for pushing further the integration of machine learning and combinatorial optimization and detail a methodology to do so. A main point of the paper is seeing generic optimization problems as data points and inquiring what is the relevant distribution of problems to use for learning on a given task.

最近，变压器已成为解决车辆路由问题（VRP）的盛行深度建筑。但是，它在学习VRP的学习改进模型方面的有效性较小，因为其位置编码（PE）方法不适合表示VRP解决方案。本文介绍了一种新颖的双重协作变压器（DACT），以分别学习节点和位置特征的嵌入，而不是像现有的那样将它们融合在一起，以避免潜在的噪音和不相容的相关性。此外，位置特征通过新型的循环位置编码（CPE）方法嵌入，以使变压器有效捕获VRP溶液（即环状序列）的圆形性和对称性。我们使用近端政策优化训练DACT，并设计一种课程学习策略，以提高样本效率。我们应用DACT来解决旅行推销员问题（TSP）和电容的车辆路由问题（CVRP）。结果表明，我们的DACT优于现有的基于变压器的改进模型，并且在合成和基准实例上分别在不同问题大小上表现出更好的概括性能。

近年来，近年来，加强学习与图形神经网络（GNN）架构相结合，可以学会解决硬组合优化问题：给定原始输入数据和评估者指导过程，这个想法是自动学习策略返回可行和高质量的输出。最近的工作表明了有希望的结果，但后者主要在旅行推销员问题（TSP）和类似的抽象变体上进行评估，例如分割输送车辆路由问题（SDVRP）。在本文中，我们分析了如何以及最近的神经架构如何应用于实际重要性的图表问题。因此，我们将这些架构系统上“将这些架构转移到电力和信道分配问题（PCAP），其具有实际相关性，例如无线网络中的无线电资源分配。我们的实验结果表明现有的架构（I）仍然无法捕获图形结构特征，并且（II）不适合图表上的动作更改图形属性的问题。在一个积极的票据上，我们表明，增强了距离编码问题的结构表示是迈向学习多用途自主求解器的仍然雄心勃勃的目标的有希望的一步。

Influence Maximization (IM) is a classical combinatorial optimization problem, which can be widely used in mobile networks, social computing, and recommendation systems. It aims at selecting a small number of users such that maximizing the influence spread across the online social network. Because of its potential commercial and academic value, there are a lot of researchers focusing on studying the IM problem from different perspectives. The main challenge comes from the NP-hardness of the IM problem and \#P-hardness of estimating the influence spread, thus traditional algorithms for overcoming them can be categorized into two classes: heuristic algorithms and approximation algorithms. However, there is no theoretical guarantee for heuristic algorithms, and the theoretical design is close to the limit. Therefore, it is almost impossible to further optimize and improve their performance. With the rapid development of artificial intelligence, the technology based on Machine Learning (ML) has achieved remarkable achievements in many fields. In view of this, in recent years, a number of new methods have emerged to solve combinatorial optimization problems by using ML-based techniques. These methods have the advantages of fast solving speed and strong generalization ability to unknown graphs, which provide a brand-new direction for solving combinatorial optimization problems. Therefore, we abandon the traditional algorithms based on iterative search and review the recent development of ML-based methods, especially Deep Reinforcement Learning, to solve the IM problem and other variants in social networks. We focus on summarizing the relevant background knowledge, basic principles, common methods, and applied research. Finally, the challenges that need to be solved urgently in future IM research are pointed out.

旅行推销员问题（TSP）是许多实用变体的经典NP-HARD组合优化问题。 Lin-Kernighan-Helsgaun（LKH）算法是TSP的最先进的本地搜索算法之一，LKH-3是LKH的强大扩展，可以解决许多TSP变体。 LKH和LKH-3都将一个候选人与每个城市相关联，以提高算法效率，并具有两种不同的方法，称为$ \ alpha $ - 计算和Popmusic，以决定候选人集。在这项工作中，我们首先提出了一种可变策略加强LKH（VSR-LKH）算法，该算法将三种强化学习方法（Q-Learning，SARSA和Monte Carlo）与LKH算法结合在一起，以解决TSP。我们进一步提出了一种称为VSR-LKH-3的新算法，该算法将可变策略强化学习方法与LKH-3结合在一起，用于典型的TSP变体，包括带有时间窗口（TSPTW）和彩色TSP（CTSP）的TSP。所提出的算法取代了LKH和LKH-3中的不灵活的遍历操作，并让算法学会通过增强学习在每个搜索步骤中做出选择。 LKH和LKH-3都具有$ \ alpha $量或Popmusic方法，我们的方法都可以显着改善。具体而言，对236个公共和广泛使用的TSP基准的经验结果具有多达85,900个城市，证明了VSR-LKH的出色表现，扩展的VSR-LKH-3也显着超过了TSPTW和TSPTW和TSPTW和TSPTW的最新启发式方法CTSP。

由于货运车数量的增加，在城市地区采用了电动汽车（EV），以减少环境污染和全球变暖。但是，路由最后一英里物流的轨迹仍在继续影响社会和经济可持续性时仍然存在缺陷。因此，在本文中，提出了一种称为超高神性自适应模拟退火的超增压性（HH）方法，并提出了增强学习（HHASA $ _ {RL} $）。它由多军匪徒方法和自适应模拟退火（SA）元启示术算法组成，用于解决该问题称为电容的电动汽车路由问题（CEVRP）。由于充电站数量有限和电动汽车的旅行范围，因此电动汽车必须提前为电池充电时刻，并减少旅行时间和成本。 HH实施的HH改善了多个最低最低知名解决方案，并为IEEE WCCI2020竞赛的拟议基准测试获得了一些高维实例的最佳平均值。

机器学习（ML）方法已成为解决车辆路由问题的有用工具，可以与流行的启发式方法或独立模型结合使用。但是，当解决不同大小或不同分布的问题时，当前的方法的概括不佳。结果，车辆路由中的ML见证了一个扩展阶段，为特定问题实例创建了新方法，这些方法在较大的问题大小上变得不可行。本文旨在通过理解和改善当前现有模型，即Kool等人的注意模型来鼓励该领域的整合。我们确定了VRP概括的两个差异类别。第一个是基于问题本身固有的差异，第二个与限制模型概括能力的建筑弱点有关。我们的贡献变成了三倍：我们首先通过适应Kool等人来靶向模型差异。方法及其基于alpha-entmax激活的稀疏动态注意力的损耗函数。然后，我们通过使用混合实例训练方法来靶向固有的差异，该方法已被证明在某些情况下超过了单个实例培训。最后，我们介绍了推理水平数据增强的框架，该框架通过利用模型缺乏旋转和扩张变化的不变性来提高性能。

蒙特卡洛树搜索（MCT）是设计游戏机器人或解决顺序决策问题的强大方法。该方法依赖于平衡探索和开发的智能树搜索。MCT以模拟的形式进行随机抽样，并存储动作的统计数据，以在每个随后的迭代中做出更有教育的选择。然而，该方法已成为组合游戏的最新技术，但是，在更复杂的游戏（例如那些具有较高的分支因素或实时系列的游戏）以及各种实用领域（例如，运输，日程安排或安全性）有效的MCT应用程序通常需要其与问题有关的修改或与其他技术集成。这种特定领域的修改和混合方法是本调查的主要重点。最后一项主要的MCT调查已于2012年发布。自发布以来出现的贡献特别感兴趣。

最近的研究表明，神经组合优化（NCO）在许多组合优化问题（如路由）中具有优于传统算法的优点，但是对于涉及相互条件的动作空间的包装，诸如打包的更加复杂的优化任务的效率较低。在本文中，我们提出了一种经常性的条件查询学习（RCQL）方法来解决2D和3D包装问题。我们首先通过经常性编码器嵌入状态，然后采用先前操作的条件查询注意。条件查询机制填充了学习步骤之间的信息差距，将问题塑造为Markov决策过程。从复发中受益，单个RCQL模型能够处理不同尺寸的包装问题。实验结果表明，RCQL可以有效地学习用于离线和在线条带包装问题（SPP）的强烈启发式，优于空间利用率范围广泛的基线。 RCQL与最先进的方法相比，在离线2D 40盒案例中将平均箱间隙比率降低1.83％，3.84％。同时，我们的方法还实现了5.64％的空间利用率，对于1000件物品的空间利用率比现有技术更高。

我们提出了一个通用图形神经网络体系结构，可以作为任何约束满意度问题（CSP）作为末端2端搜索启发式训练。我们的体系结构可以通过政策梯度下降进行无监督的培训，以纯粹的数据驱动方式为任何CSP生成问题的特定启发式方法。该方法基于CSP的新型图表，既是通用又紧凑的，并且使我们能够使用一个GNN处理所有可能的CSP实例，而不管有限的Arity，关系或域大小。与以前的基于RL的方法不同，我们在全局搜索动作空间上运行，并允许我们的GNN在随机搜索的每个步骤中修改任何数量的变量。这使我们的方法能够正确利用GNN的固有并行性。我们进行了彻底的经验评估，从随机数据（包括图形着色，Maxcut，3-SAT和Max-K-Sat）中学习启发式和重要的CSP。我们的方法表现优于先验的神经组合优化的方法。它可以在测试实例上与常规搜索启发式竞争，甚至可以改善几个数量级，结构上比训练中看到的数量级更为复杂。

Steiner树问题（STP）在图中旨在在连接给定的顶点集的图表中找到一个最小权重的树。它是一种经典的NP - 硬组合优化问题，具有许多现实世界应用（例如，VLSI芯片设计，运输网络规划和无线传感器网络）。为STP开发了许多精确和近似算法，但它们分别遭受高计算复杂性和弱案例解决方案保证。还开发了启发式算法。但是，它们中的每一个都需要应用域知识来设计，并且仅适用于特定方案。最近报道的观察结果，同一NP-COLLECLIAL问题的情况可能保持相同或相似的组合结构，但主要在其数据中不同，我们调查将机器学习技术应用于STP的可行性和益处。为此，我们基于新型图形神经网络和深增强学习设计了一种新型模型瓦坎。 Vulcan的核心是一种新颖的紧凑型图形嵌入，将高瞻度图形结构数据（即路径改变信息）转换为低维矢量表示。鉴于STP实例，Vulcan使用此嵌入来对其路径相关的信息进行编码，并基于双层Q网络（DDQN）将编码的图形发送到深度加强学习组件，以找到解决方案。除了STP之外，Vulcan还可以通过将解决方案（例如，SAT，MVC和X3C）来减少到STP来找到解决方案。我们使用现实世界和合成数据集进行广泛的实验，展示了vulcan的原型，并展示了它的功效和效率。

广泛研究和使用旅行推销员问题等图形问题，如旅行推销员问题，或发现最小的施泰纳树在数据工程和计算机科学中使用。通常，在现实世界应用中，图表的特征往往会随着时间的推移而变化，因此，找到问题的解决方案变得具有挑战性。许多图表问题的动态版本是运输，电信和社交网络中普遍世界问题的关键。近年来，利用深度学习技术来寻找NP-Hard图组合问题的启发式解决方案，因为这些学习的启发式可以有效地找到近最佳解决方案。但是，大多数现有的学习启发式方法都关注静态图问题。动态性质使NP-Hard图表问题更具挑战性，并且现有方法无法找到合理的解决方案。在本文中，我们提出了一种名为Cabl时间关注的新型建筑，并利用加固学习（GTA-RL）来学习基于图形的动态组合优化问题的启发式解决方案。 GTA-RL架构包括能够嵌入组合问题实例的时间特征的编码器和能够动态地关注嵌入功能的解码器，以找到给定组合问题实例的解决方案。然后，我们将架构扩展到学习HeuRistics的组合优化问题的实时版本，其中问题的所有输入特征是未知的，而是实时学习。我们针对几种最先进的基于学习的算法和最佳求解器的实验结果表明，我们的方法在动态和效率方面，在有效性和最佳求解器方面优于基于最先进的学习方法。实时图组合优化。