Topology-Driven Solver Selection for Stochastic Shortest Path MDPs via Explainable Machine Learning
lundi, 12 mai 2025·
Mathieu Gravel
Jaël Champagne Gareau
Résumé
Selecting optimal solvers for complex AI tasks grows increasingly difficult as
algorithmic options expand. We address this challenge for Stochastic Shortest
Path Markov Decision Processes (SSP-MDPs) — a core model for robotics
navigation, autonomous system planning, and stochastic scheduling — by
introducing a topology-driven solver selection framework. First, we identify
and empirically validate topological features — including strongly connected
components, goal-state ratio, goal eccentricity (i.e., maximal distance to a
goal), and average actions per state — that critically influence solver
performance across synthetic and real-world SSP-MDPs. Using these insights, we
propose the first classifier able to predict the fastest MDP solver for a
given instance, achieving over 64% accuracy on diverse benchmarks.
Counterfactual explainability analysis further clarifies how these features
govern solver efficiency. By directly linking topological structures to
algorithmic performance, our work streamlines solver selection while enhancing
computational efficiency, offering a principled approach to MDP optimization.
Type
Publication
Proceedings of the Canadian Conference on Artificial Intelligence
Auteurs

Auteurs
Chercheur postdoctoral en informatique
Je suis actuellement chercheur postdoctoral en informatique à l’Université
TÉLUQ, où mes travaux portent sur l’accélération de la conversion de nombres
entiers et flottants en chaînes de caractères décimales. Au cours de mon
doctorat, j’ai conçu des algorithmes et des structures de données exploitant
l’architecture moderne des ordinateurs afin de résoudre de grandes instances
de processus décisionnels de Markov (MDP). Durant ma maîtrise, j’ai développé
des algorithmes de planification d’itinéraires pour véhicules électriques,
visant à déterminer le chemin optimal entre deux points tout en minimisant
le temps total du trajet (déplacement, recharge et attente aux bornes).