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Erschienen in: 4OR 2/2023

11.06.2022 | Research Paper

A hybrid heuristic for the rectilinear picture compression problem

verfasst von: Ivo Koch, Javier Marenco

Erschienen in: 4OR | Ausgabe 2/2023

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Abstract

In the rectilinear picture compression problem we aim at selecting a minimum number of rectangular submatrices of a binary matrix \(M\in \{0,1\}^{m\times n}\), such that (a) every submatrix is composed entirely of ones, and (b) every 1-valued entry of M is present in some submatrix. This problem is motivated by the compression of monochromatic images, the synthesis of DNA arrays, the manufacture of integrated circuits, and other additional applications that have been identified in the literature. In this work we study several integer programming formulations for this problem. To tackle large-sized matrices, we propose an integer-programming-based heuristic procedure, which is based on three simple ideas: we produce a set C of M of maximal rectangles composed entirely of ones, we group the 1-valued entries of M into a set of atomic rectangles R, and we compute an optimum cover of R using only rectangles of C. We test this procedure on real image data from publicly available datasets, where we observe that image resolutions up to \(1024 \times 1024\) are processed within a few seconds. We also resort to CCITT instances used in previous works with known optima, and find for these instances a solution within \(0.05\%\) of the optimum, outperforming the heuristic given by Litan et al.

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Fußnoten
1
To provide an initial instance repository for the RPC problem, we make the processed images used in this article publicly available at https://​tinyurl.​com/​bp992dw3. We also refer the reader to the README.txt file therein for technical details and code sample of the binarization procedure.
 
Literatur
Zurück zum Zitat Applegate DA, Calinescu G, Johnson DS, Karloff H, Ligett K, Wang J (2007) Compressing rectilinear pictures and minimizing access control lists. In: Proceedings of the eighteenth annual ACM-SIAM symposium on discrete algorithms, SODA’07, pp 1066–1075. Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, PA, USA. http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1283383.1283498 Applegate DA, Calinescu G, Johnson DS, Karloff H, Ligett K, Wang J (2007) Compressing rectilinear pictures and minimizing access control lists. In: Proceedings of the eighteenth annual ACM-SIAM symposium on discrete algorithms, SODA’07, pp 1066–1075. Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, PA, USA. http://​dl.​acm.​org/​citation.​cfm?​id=​1283383.​1283498
Zurück zum Zitat Japkowicz N, Shah M (2011) Evaluating learning algorithms: a classification perspective. Cambridge University Press, CambridgeCrossRef Japkowicz N, Shah M (2011) Evaluating learning algorithms: a classification perspective. Cambridge University Press, CambridgeCrossRef
Zurück zum Zitat Masek WJ (1979) Some NP-complete set covering problems. MIT (unpublished manuscript) Masek WJ (1979) Some NP-complete set covering problems. MIT (unpublished manuscript)
Zurück zum Zitat Scheithauer G, Stoyan Y, Romanova T (2009) Integer linear programming models for the problem of covering a polygonal region by rectangles. Radioelectron Inform 2(45):4–13 Scheithauer G, Stoyan Y, Romanova T (2009) Integer linear programming models for the problem of covering a polygonal region by rectangles. Radioelectron Inform 2(45):4–13
Metadaten
Titel
A hybrid heuristic for the rectilinear picture compression problem
verfasst von
Ivo Koch
Javier Marenco
Publikationsdatum
11.06.2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
4OR / Ausgabe 2/2023
Print ISSN: 1619-4500
Elektronische ISSN: 1614-2411
DOI
https://doi.org/10.1007/s10288-022-00515-3

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