图注意力学习旅行商问题的求解与优化

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旅行商问题(Travelling Salesman Problem,TSP)是组合优化问题的典型代表,它属于NP难问题,并具有重要的理论研究价值及实际应用价值。首先介绍了TSP问题的研究背景及国内外研究现状,并针对深度学习技术和强化学习技术的国内外研究现状进行了介绍。针对国内外现有的深度学习技术在组合优化领域的应用算法进行了分析和对比,针对现有算法的不足,结合实际使用场景,提出了深度强化注意力的深度神经网络算法。所提出的模型在现有基于Transformer结构的深度强化学习模型的基础上,结合节点图注意力网络中引入的图结构信息进行了改进,解决了Seq2Seq模型只利用节点直接的序列化特征的缺点。在编码过程中,利用多头注意力、前馈神经网络及图注意力网络对输入的序列数据进行特征提取。在解码过程中,引入了前两步的决策及全局平均输出,提高了模型对局部特征及全局特征的提取。在训练过程中,使用强化学习的训练方案使模型摆脱对标注数据的依赖,并引入Rollout策略加快了模型的训练速度,在测试时采用Greedy策略使得模型的运算速度进一步提升。最后,对提出及改进的四种算法与当前较为主流的TSP算法进行了对比和分析,实验结果和分析表明,结合图神经网络的Transformer算法在运算时间和运算精度上面均表现优异,能满足中小规模TSP问题并行计算的实际要求,但是图注意力网络较为依赖邻接矩阵的设计。
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