Neural Network-Based Dimensionality Reduction for Large-Scale Binary Optimization With Millions of Variables

降维 人工神经网络 人工智能 计算机科学 维数之咒 二进制数 比例(比率) 进化计算 模式识别(心理学) 数学 量子力学 算术 物理
作者
Ye Tian,Luchen Wang,Shangshang Yang,Jinliang Ding,Yaochu Jin,Xingyi Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Evolutionary Computation [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (6): 2328-2342 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tevc.2024.3400398
摘要

Binary optimization assumes a pervasive significance in the context of practical applications, such as knapsack problems, maximum cut problems, and critical node detection problems. Existing techniques including mathematical programming, heuristics, evolutionary computation, and neural networks have been employed to tackle binary optimization problems (BOPs), however, they grapple with the challenge of optimizing a large number of binary variables. In this paper, we propose a dimensionality reduction method to assist evolutionary algorithms in solving large-scale BOPs, which is achieved based on neural networks. The proposed method converts the optimization of a large number of binary variables into the optimization of a small number of network weights, resulting in a significant reduction in search space dimensionality. Crucially, the proposed method obviates the necessity for a training process, which eliminates the requirement for a priori knowledge and enhances the search efficiency. On six types of single-and multi-objective BOPs with up to 10 000 000 variables, the proposed method demonstrates superiority over top-tier evolutionary algorithms and neural network-based methods.
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