Моделирование труднорешаемых задач — различия между версиями

Текущая версия на 13:54, 22 мая 2025

Slide Show

Заголовок

Моделирование труднорешаемых задач

Автор

Стас Фомин

Нижний колонтитул

Моделирование труднорешаемых задач

Дополнительный нижний колонтитул

Стас Фомин, 13:54, 22 мая 2025

Обязательно посмотрите

Цели: для весеннего курса 2025 можно

• Сделать одну задачу целиком (визуализация, постановка в ЦЛП и сведение от 3SAT)
• Или пару задач «поверхностно» — постановка + визуализация (это легкая часть), без части про сведение от 3SAT и тестирования (это может быть очень головоломно).
• Может можно будет даже сделать и меньше, если будет сделано качественно (красивая визуализация, или сложная задача и т.п) — т.е. не надо гнать количество, лучше сделать хорошо и красиво.
• Разумеется, можно использовать все, что найдете в интернете (код, статьи, книги), или подскажут нейросети (но они обычно подсказывают неверно).

Проблема текущих подходов.

Проблема текущих подходов к преподаванию вычислительной сложности и труднорешаемых задач:

• «ненужная заумь для ботанов»
• «всякой фигни как матло у нас нет, у нас проектный подход»© (день открытых дверей МФТИ).
• множество книг, слайдов, видео и т.п. — но все как правило перепев «ГД», на досках или одноразовых веселых видео.
  • но не «живые модели»!

Результат .

• Нет навыков проверяемых доказательств
• Не получаются навыки работы с труднорешаемыми задачами.
  • Мучать «эвристики» и «нейросети» не приходя в сознание.
    • «Какая у вас задача» — ну мы тут «GAN» сети пробовали, вот теперь трансформеры… — Задача то какая?

Что делать?.

• Научится формализованно формулировать
  • ЦЛП
  • 3SAT
• Использовать решатели
  • ЦЛП (cbc, coin, SCIP, CPLEX, GUROBI, COPT, MIPT…)
  • SAT (см. SAT-Races [1]).

Тогда можно .

• Часто решить задачу для реальных данных сходу
  • Или покрутить постановку чтобы задача решалась (релаксация бизнес-ограничений).
• Начать тестировать
  • Алгоритмы полиномиальные в среднем
  • Приближенные алгоритмы с гарантией точности
  • Вероятностные алгоритмы
  • Эвристики
• Доказать труднорешаемость
  • Конструктивное сведение кодом, тестирование
  • Потом статья с объяснением.

Конструктивные алгоритмические доказательства .

Задача о раскраске в 4 цвета .

Что вы получите .

• Навыки моделирования
  • в PYOMO, сразу см. воркшоп, Зеркало
  • в PYSAT
  • Jupyter Notebooks

• → Бизнес-аналитик-алгоритмист! (нарасхват!)
• → Курсовые-дипломы-статьи в JN
  • В любой ситуации

С чем работаем .

• Настоящие классические задачи в одном месте (ГД+ВК+…)
  • Open Classic Hard Problems
    • Если напрягает, что страница долго открывается, можно так → Категория:ClassicHardProblems
    • Не пугайтесь, вам достаточно изучить одну задачу… но можно и все.
      • Не «книга, толщиной защищающая от прочтения»
• Там (см. беджики-ссылки)
  • Постановки
  • Наброски ноутбуков для всех задач в Lab17
  • Частично готовая модель
    • • тестовые данные (генератор)
      • визуализация
      • сведение к ЦЛП через Pyomo
      • сведение с 3SAT к задаче
      • вероятностное тестирование
      • видео с разьяснениями

Начать с простого .

• Hardprob/Maximum Set Packing
• Hardprob/Minimum Set Cover
• Hardprob/Maximum Cut
• Hardprob/Maximum Set Splitting

Ваш квест .

• Pyomo-сведение к ЦЛП → — есть Pyomo-формулировка для ЦЛП., — есть тестовые данные и визуализация.
• 3SAT-сведение к задаче → — есть сведение на Python NP-полной задачи к данной.
• Вероятностное тестирование → Можно доработать — сделать Вероятностное тестирование NPC-сведения!
• Можно
  • все для одной задачи,
  • можно для разных (исправление ошибки или улучшение — ОК)

Желательно напрямую с 3SAT .

Без классического дерева сведения (но можно копировать функции сведения тех задач).

Как с этим работаем .

• Выбирайте задачи из Open Classic Hard Problems, переходите к редактированию по «Беру…»… ну или просто выбираете задачу в Категория:ClassicHardProblems и открываете на редактирование.
  • Добавляйте шаблон

    {{reserve-task|~~~~}}

  • Зарезервированные задачи просто помечаются в том же списке, для простоты.
    • Если видите, что зарезервировано кем-то в прошлом году — можно снять чужое резервирование, и поставить свое.
  • Воркфлоу «взятия задачи» аналогичен блоку «Практикуемся_В_Алгоритмах»
  • Только здесь, в вики, на «странице решения» обсуждаем постановку (если что-то непонятно), а решением будет юпитер-ноутбук в «лаборатории»..
• Идем на https://алгоритмы.испран.рф/?folder=/home/effalg/hard-problems-formulations

Еще раз обо всем этом на одном слайде .

Файл:Idea-hard-problems-course.svg

Картинка в полный размер