Efficient Algorithms for Boundary Defense with Heterogeneous Defenders

要約

この論文では、防御者の異種グループによる多数の継続的な攻撃に対して (1D および 2D) 境界を防御する問題について説明します。
防御側チームは、可能な限り多くの攻撃を傍受することを目標として、ある期間 (有限または無限) 内で攻撃イベントの完全な情報を取得します。
攻撃が発生したときに防御側が境界位置に存在する場合、攻撃は正常に傍受されたと見なされます。
最適解を計算するためのネットワーク フローと整数計画法に基づく方法、および最適に近い解を計算するための網羅的なディフェンダー ペアリング ヒューリスティック方法を提案することにより、以前の状態と比較して、問題を解決する際の計算負荷を大幅に削減することができます。
アートの。
広範なシミュレーション実験により、アルゴリズムの有効性が確認されています。
効率的な方法を活用して、ソリューションの構造を特徴付け、攻撃の傍受率とさまざまな問題パラメーター (防御側の不均一性、攻撃率、境界トポロジー、ルックアヘッド ホライズンなど) との関係を明らかにします。

要約(オリジナル)

This paper studies the problem of defending (1D and 2D) boundaries against a large number of continuous attacks with a heterogeneous group of defenders. The defender team has perfect information of the attack events within some time (finite or infinite) horizon, with the goal of intercepting as many attacks as possible. An attack is considered successfully intercepted if a defender is present at the boundary location when and where the attack happens. Through proposing a network-flow and integer programming-based method for computing optimal solutions, and an exhaustive defender pairing heuristic method for computing near-optimal solutions, we are able to significantly reduce the computation burden in solving the problem in comparison to the previous state of the art. Extensive simulation experiments confirm the effectiveness of the algorithms. Leveraging our efficient methods, we also characterize the solution structures, revealing the relationships between the attack interception rate and the various problem parameters, e.g., the heterogeneity of the defenders, attack rate, boundary topology, and the look-ahead horizon.

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