分支定界
通过线性松弛给出界,再对非整数变量分支并剪去不可能更优的子树,系统搜索整数最优解,是商用求解器的核心框架。
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01定义
分支定界是整数规划的精确搜索框架:对子问题求解线性松弛得到下界,界不够好则按非整数变量分支为两个子问题,界劣于已知可行解则剪枝——系统枚举与聪明剪枝的结合,是商用求解器的核心。
02核心要点
01
界的质量决定一切
松弛越紧、分支树越小:同一个问题,松弛界差 1% 可能意味着节点数差百倍。启发式先找好的初始可行解(上界)同样关键——上下界夹逼终止搜索。
02
分支策略
选哪个变量分支:分数性最强的、伪成本估计影响最大的;强分支(strong branching)试算多个候选再选——现代求解器混合多种规则动态选择。
03
分支切割
在每个节点先加割平面收紧松弛再分支:分支定界 + 割平面 = 分支切割(Branch & Cut),TSP 百万城市、航班排班等大规模实例的标准武器。
03关键公式
04历史沿革
兰德与道伊奇 1960 年提出分支定界框架;巴林斯基与诺曼的隐枚举思想并行发展;1990 年代与割平面结合后成为商用求解器(CPLEX、Gurobi)的标准架构。
05应用与延伸
车辆路径与航班排班、工厂选址与网络设计、组合拍卖的赢者确定、机器学习中的最优决策树(整数规划形式)。
06交互演示
分支定界:整数规划的搜索树松弛 LP 给出上界;分数解处分支,界差超过当前最优则剪枝