Combinatorial Benders Decomposition for the Two-Dimensional Bin Packing Problem
Notice bibliographique
Résumé
The two-dimensional bin packing problem calls for packing a set of rectangular items into a minimal set of larger rectangular bins. Items must be packed with their edges parallel to the borders of the bins, cannot be rotated, and cannot overlap among them. The problem is of interest because it models many real-world applications, including production, warehouse management, and transportation. It is, unfortunately, very difficult, and instances with just 40 items are unsolved to proven optimality, despite many attempts, since the 1990s. In this paper, we solve the problem with a combinatorial Benders decomposition that is based on a simple model in which the two-dimensional items and bins are just represented by their areas, and infeasible packings are imposed by means of exponentially many no-good cuts. The basic decomposition scheme is quite naive, but we enrich it with a number of preprocessing techniques, valid inequalities, lower bounding methods, and enhanced algorithms to produce the strongest possible cuts. The resulting algorithm behaved very well on the benchmark sets of instances, improving on average on previous algorithms from the literature and solving for the first time a number of open instances. Summary of Contribution: We address the two-dimensional bin packing problem (2D-BPP), which calls for packing a set of rectangular items into a minimal set of larger rectangular bins. The 2D-BPP is a very difficult generalization of the standard one-dimensional bin packing problem, and it has been widely studied in the past because it models many real-world applications, including production, warehouse management, and transportation. We solve the 2D-BPP with a combinatorial Benders decomposition that is based on a model in which the two-dimensional items and bins are represented by their areas, and infeasible packings are imposed by means of exponentially many no-good cuts. The basic decomposition scheme is quite naive, but it is enriched with a number of preprocessing techniques, valid inequalities, lower bounding methods, and enhanced algorithms to produce the strongest possible cuts. The algorithm we developed has been extensively tested on the most well-known benchmark set from the literature, which contains 500 instances. It behaved very well, improving on average upon previous algorithms, and solving for the first time a number of open instances. We analyzed in detail several configurations before obtaining the best one and discussed several insights from this analysis in the manuscript.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,005 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,014 | 0,004 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».