An update on the Hirsch conjecture

The Hirsch conjecture was posed in 1957 in a letter from Warren M. Hirsch to George Dantzig. It states that the graph of a d-dimensional polytope with n facets cannot have diameter greater than n - d. Despite being one of the most fundamental, basic and old problems in polytope theory, what we know is quite scarce. Most notably, no polynomial upper bound is known for the diameters that are conjectured to be linear. In contrast, very few polytopes are known where the bound $n-d$ is attained. This paper collects known results and remarks both on the positive and on the negative side of the conjecture. Some proofs are included, but only those that we hope are accessible to a general mathematical audience without introducing too many technicalities.Comment: 28 pages, 6 figures. Many proofs have been taken out from version 2 and put into the appendix arXiv:0912.423

Strongly polynomial primal monotonic build-up simplex algorithm for maximal flow problems

The maximum flow problem (MFP) is a fundamental model in operations research. The network simplex algorithm is one of the most efficient solution methods for MFP in practice. The theoretical properties of established pivot algorithms for MFP is less understood. Variants of the primal simplex and dual simplex methods for MFP have been proven strongly polynomial, but no similar result exists for other pivot algorithms like the monotonic build-up or the criss-cross simplex algorithm. The monotonic build-up simplex algorithm (MBUSA) starts with a feasible solution, and fixes the dual feasibility one variable a time, temporarily losing primal feasibility. In the case of maximum flow problems, pivots in one such iteration are all dual degenerate, bar the last one. Using a labelling technique to break these ties we show a variant that solves the maximum flow problem in 2|V||A|2 pivots

Efficient Algorithms for Graph Optimization Problems

A doktori értekezés hatékony algoritmusokat mutat be gráfokon értelmezett nehéz kombinatorikus optimalizálási feladatok megoldására. A kutatás legfontosabb eredményét különböző megoldási módszerekhez kidolgozott javítások jelentik, amelyek magukban foglalnak új heurisztikákat, valamint gráfok és fák speciális reprezentációit is. Az elvégzett elemzések igazolták, hogy a szerző által adott leghatékonyabb algoritmusok az esetek többségében gyorsabbak, illetve jobb eredményeket adnak, mint más elérhető implementációk. A dolgozat első fele hét különböző algoritmust és számos hasznos javítást mutat be a minimális költségű folyam feladatra, amely a legtöbbet vizsgált és alkalmazott gráfoptimalizálási problémák egyike. Az implementációinkat egy átfogó tapasztalati elemzés keretében összehasonlítottuk nyolc másik megoldóprogrammal, köztük a leggyakrabban használt és legelismertebb implementációkkal. A hálózati szimplex algoritmusunk lényegesen hatékonyabbnak és robusztusabbnak bizonyult, mint a módszer más implementációi, továbbá a legtöbb tesztadaton ez az algoritmus a leggyorsabb. A bemutatott költségskálázó algoritmus szintén rendkívül hatékony; nagy méretű ritka gráfokon felülmúlja a hálózati szimplex implementációkat. Az értekezésben tárgyalt másik optimalizálási feladat a legnagyobb közös részgráf probléma. Ezt a feladatot kémiai alkalmazások szempontjából vizsgáltuk. Hatékony heurisztikákat dolgoztunk ki, amelyek jelentősen javítják két megoldási módszer pontosságát és sebességét, valamint kémiailag relevánsabb módon rendelik egymáshoz molekulagráfok atomjait és kötéseit. Az algoritmusainkat összehasonlítottuk két ismert megoldóprogrammal, amelyeknél lényegesen jobb eredményeket sikerült elérnünk. A kifejlesztett implementációk bekerültek a ChemAxon Kft. több szoftvertermékébe, melyek vezető nemzetközi gyógyszercégek használatában állnak. Ezen kívül az értekezés röviden bemutatja a LEMON nevű nyílt forrású C++ gráfoptimalizációs programkönyvtárat, amely magában foglalja a minimális költségű folyam feladatra adott algoritmusokat. Ezek az implementációk nagy mértékben hozzájárultak a programcsomag népszerűségének növekedéséhez

The Stochastic Shortest Path Problem : A polyhedral combinatorics perspective

In this paper, we give a new framework for the stochastic shortest path problem in finite state and action spaces. Our framework generalizes both the frameworks proposed by Bertsekas and Tsitsikli and by Bertsekas and Yu. We prove that the problem is well-defined and (weakly) polynomial when (i) there is a way to reach the target state from any initial state and (ii) there is no transition cycle of negative costs (a generalization of negative cost cycles). These assumptions generalize the standard assumptions for the deterministic shortest path problem and our framework encapsulates the latter problem (in contrast with prior works). In this new setting, we can show that (a) one can restrict to deterministic and stationary policies, (b) the problem is still (weakly) polynomial through linear programming, (c) Value Iteration and Policy Iteration converge, and (d) we can extend Dijkstra's algorithm

A Faster Primal Network Simplex Algorithm

We present a faster implementation of the polynomial time primal simplex algorithm due to Orlin [23]. His algorithm requires O(nm min{log(nC), m log n}) pivots and O(n2 m ??n{log nC, m log n}) time. The bottleneck operations in his algorithm are performing the relabeling operations on nodes, selecting entering arcs for pivots, and performing the pivots. We show how to speed up these operations so as to yield an algorithm whose running time is O(nm. log n) per scaling phase. We show how to extend the dynamic-tree data-structure in order to implement these algorithms. The extension may possibly have other applications as well

Convex Combinatorial Optimization

We introduce the convex combinatorial optimization problem, a far reaching generalization of the standard linear combinatorial optimization problem. We show that it is strongly polynomial time solvable over any edge-guaranteed family, and discuss several applications

Equivalence of primal and dual simplex algorithms for the maximum flow problem

Cover title.Includes bibliographical references (p. 12).Supported in part by the ONR. N00014-1-0099 Supported in part by a grant from the UPS Foundation.by Ravindra K. Ahuja, James B. Orlin