Edge-Selector-Modell verbessert lokale Suche bei Fahrzeug-Routing-Problemen
Eine neue hybride Methode, die maschinelles Lernen mit klassischen Metaheuristiken kombiniert, verspricht einen Durchbruch bei der Lösung von Fahrzeug‑Routing‑Problemen (VRPs). Durch die gezielte Auswahl von Kanten in bestehenden Lösungen kann die lokale Suche effizienter gestaltet werden.
Im Mittelpunkt steht ein sogenanntes Edge‑Selector‑Modell, das die einzelnen Kanten einer Lösung klassifiziert und so verbotene Züge erkennt. Diese Klassifikation leitet die Suche innerhalb der Metaheuristiken an und verhindert ineffiziente Schritte, die sonst zu langen Laufzeiten führen.
Zur Entwicklung des Modells wurden zwei Lernansätze eingesetzt. Der erste Ansatz nutzt einen tabellarischen binären Klassifikator, der auf Gradient‑Boosting‑Trees und Feed‑Forward‑Neural‑Networks basiert. Durch Anpassung der Entscheidungsschwelle wird das Ungleichgewicht der Klassen ausgeglichen. Der zweite Ansatz setzt auf ein Graph‑Neural‑Network (GNN), das die graphische Struktur der VRP‑Instanz direkt nutzt, um Kanten vorherzusagen und so die Suche noch gezielter zu steuern.
Die hybriden Mechanismen wurden in führenden Metaheuristiken integriert und haben die Leistung bei unterschiedlichen Varianten des VRP, darunter das Capacitated Vehicle Routing Problem (CVRP) und das CVRP mit Zeitfenstern (CVRPTW), signifikant verbessert. Experimente an Benchmark‑Datensätzen mit bis zu 30.000 Kundenknoten und einer statistisch fundierten Analyse belegen die Skalierbarkeit und Generalisierbarkeit der Methode.