Abstract
I denne afhandling undersøger vi det relativt nye, men hurtigt voksende forskningsområde: online-algoritmer med forudsigelser. Den centrale idé bag online-algoritmer medforudsigelser er at give online-algoritmer adgang til (maskinlærte) forudsigelser, der indeholder information om den instans, en algoritme er ved at løse. Målet er, at algoritmerne med forudsigelser klarer sig bedre end algoritmer uden forudsigelser, når forudsigelserne er korrekte, samtidig med at de ikke klarer sig meget dårligere end algoritmer uden forudsigelser, når forudsigelserne er fejlbehæftede. Vi udvikler algoritmer til Online Minimum Spanning Trees with Weight Predictions, Online Bin Covering with Frequency Predictions og Online Dual Bin Packing with Predictions. I øvrigt udvikler vi en kompleksitetsteori med henblik på at klassificere online-problemer med binære forudsigelser baseret på deres indbyrdes sværhedsgrad.
Til Online Minimum Spanning Trees udvikler vi to algoritmer, der er bedst mulige medhensyn til kompetitiv analyse, men hvor den ene intuitivt er bedre end den anden. Vi adskiller de to algoritmer ved hjælp af en “random-order”-analyse.
Til Online Bin Covering beviser vi, at der eksisterer en familie af algoritmer, som er næsten optimale, når forudsigelserne er perfekte. Herefter bygger vi, ved hjælp af kendte resultater fra teorien om maskinlæring, en algoritme uden forudsigelser, der med storsandsynlighed er næsten optimal i gennemsnitstilfælde.
Til Online Dual Bin Packing udvikler vi algoritmer med forudsigelser baseret på en asymptotisk optimal algoritme uden forudsigelser. Vi viser eksistensen af en 12-konsistent online-algoritme med forudsigelser og bruger den til at definere en familie af robuste online-algoritmer med forudsigelser, der er parametriseret ved ens tillid til forudsigelserne. Når tilliden til forudsigelserne ændres, ændres de algoritmiske garantier også.
Endeligt udvikler vi kompleksitetsklasser, der lader os sammenligne sværhedsgraden af online-problemer med binære forudsigelser. Vores bidrag omfatter både definitionen af kompleksitetsklasserne og etableringen af reduktioner, der beviser, at flere bådeminimerings- og maksimeringsproblemer er indeholdt i kompleksitetsklasserne, nogle er svære, og nogle er fuldstændige. Disse resultater beviser dermed også den relative sværhedsgrad af problemerne. Ydermere bruger vi kompleksitetsklassernes struktur til at generalisere negative resultater for Paging with Discard Predictions til andre problemer, som Online Bounded Degree Vertex Cover with Predictions, Online Bounded Degree Independent Set with Predictions, Online Interval Scheduling with Predictions, med flere.
Udover projekter inden for online-algoritmer med forudsigelser indeholder denne afhandling også en artikel, der omhandler datastrukturer. I den artikel udvikler vi en kompaktdatastruktur for “polymonioes” og en succinct datastruktur for “bar graphs”, der understøtter navigations- og sigtbarhedsforespørgsler i konstant tid.
Til Online Minimum Spanning Trees udvikler vi to algoritmer, der er bedst mulige medhensyn til kompetitiv analyse, men hvor den ene intuitivt er bedre end den anden. Vi adskiller de to algoritmer ved hjælp af en “random-order”-analyse.
Til Online Bin Covering beviser vi, at der eksisterer en familie af algoritmer, som er næsten optimale, når forudsigelserne er perfekte. Herefter bygger vi, ved hjælp af kendte resultater fra teorien om maskinlæring, en algoritme uden forudsigelser, der med storsandsynlighed er næsten optimal i gennemsnitstilfælde.
Til Online Dual Bin Packing udvikler vi algoritmer med forudsigelser baseret på en asymptotisk optimal algoritme uden forudsigelser. Vi viser eksistensen af en 12-konsistent online-algoritme med forudsigelser og bruger den til at definere en familie af robuste online-algoritmer med forudsigelser, der er parametriseret ved ens tillid til forudsigelserne. Når tilliden til forudsigelserne ændres, ændres de algoritmiske garantier også.
Endeligt udvikler vi kompleksitetsklasser, der lader os sammenligne sværhedsgraden af online-problemer med binære forudsigelser. Vores bidrag omfatter både definitionen af kompleksitetsklasserne og etableringen af reduktioner, der beviser, at flere bådeminimerings- og maksimeringsproblemer er indeholdt i kompleksitetsklasserne, nogle er svære, og nogle er fuldstændige. Disse resultater beviser dermed også den relative sværhedsgrad af problemerne. Ydermere bruger vi kompleksitetsklassernes struktur til at generalisere negative resultater for Paging with Discard Predictions til andre problemer, som Online Bounded Degree Vertex Cover with Predictions, Online Bounded Degree Independent Set with Predictions, Online Interval Scheduling with Predictions, med flere.
Udover projekter inden for online-algoritmer med forudsigelser indeholder denne afhandling også en artikel, der omhandler datastrukturer. I den artikel udvikler vi en kompaktdatastruktur for “polymonioes” og en succinct datastruktur for “bar graphs”, der understøtter navigations- og sigtbarhedsforespørgsler i konstant tid.
| Originalsprog | Engelsk |
|---|---|
| Bevilgende institution |
|
| Vejledere/rådgivere |
|
| Dato for forsvar | 14. nov. 2025 |
| Udgiver | |
| DOI | |
| Status | Udgivet - 4. nov. 2025 |
Fingeraftryk
Dyk ned i forskningsemnerne om 'Online Algorithms with Predictions'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.Relaterede publikationer
- 5 Konferencebidrag i proceedings
-
Comparing the Hardness of Online Minimization and Maximization Problems with Predictions
Berg, M., 2025, Frontiers of Algorithmics - 19th International Joint Conference, IJTCS-FAW 2025, Proceedings. Chau, V., Dürr, C., Li, M. & Lu, P. (red.). Springer Science+Business Media, s. 33-48 (Lecture Notes in Computer Science, Bind 15828 LNCS).Publikation: Kapitel i bog/rapport/konference-proceeding › Konferencebidrag i proceedings › Forskning › peer review
-
Complexity Classes for Online Problems with and Without Predictions
Berg, M., Boyar, J., Favrholdt, L. M. & Larsen, K. S., 2025, Frontiers of Algorithmics - 19th International Joint Conference, IJTCS-FAW 2025, Proceedings. Chau, V., Dürr, C., Li, M. & Lu, P. (red.). Springer Science+Business Media, s. 49-63 15 s. (Lecture Notes in Computer Science, Bind 15828 LNCS).Publikation: Kapitel i bog/rapport/konference-proceeding › Konferencebidrag i proceedings › Forskning › peer review
-
Online Bin Covering with Frequency Predictions
Berg, M. & Kamali, S., jun. 2024, 19th Scandinavian Symposium on Algorithm Theory, SWAT 2024. Bodlaender, H. L. (red.). Schloss Dagstuhl- Leibniz-Zentrum fur Informatik GmbH, Dagstuhl Publishing, 17 s. 10. (Leibniz International Proceedings in Informatics, Bind 294).Publikation: Kapitel i bog/rapport/konference-proceeding › Konferencebidrag i proceedings › Forskning › peer review
Åben adgangFil17 Downloads (Pure)
Citationsformater
- APA
- Author
- BIBTEX
- Harvard
- Standard
- RIS
- Vancouver