Designing effective algorithmic components remains a fundamental obstacle in tackling NP-hard combinatorial optimization problems (COPs), where solvers often rely on carefully hand-crafted strategies. Despite recent advances in using large language models (LLMs) to synthesize high-quality components, most approaches restrict the search to a single element - commonly a heuristic scoring function - thus missing broader opportunities for innovation. In this paper, we introduce a broader formulation of solver design as a multi-strategy optimization problem, which seeks to jointly improve a set of interdependent components under a unified objective. To address this, we propose Multi-strategy Optimization via Turn-based Interactive Framework (MOTIF) - a novel framework based on Monte Carlo Tree Search that facilitates turn-based optimization between two LLM agents. At each turn, an agent improves one component by leveraging the history of both its own and its opponent's prior updates, promoting both competitive pressure and emergent cooperation. This structured interaction broadens the search landscape and encourages the discovery of diverse, high-performing solutions. Experiments across multiple COP domains show that MOTIF consistently outperforms state-of-the-art methods, highlighting the promise of turn-based, multi-agent prompting for fully automated solver design.


翻译:设计有效的算法组件仍然是解决NP难组合优化问题(COPs)的根本障碍,求解器通常依赖于精心设计的手工策略。尽管最近利用大语言模型(LLMs)合成高质量组件的研究取得了进展,但大多数方法将搜索限制在单一元素——通常是启发式评分函数——从而错失了更广泛的创新机会。本文提出了一个更广泛的求解器设计框架,将其表述为多策略优化问题,旨在统一目标下共同改进一组相互依赖的组件。为此,我们提出了基于回合制交互框架的多策略优化(MOTIF)——一种基于蒙特卡洛树搜索的新型框架,促进两个LLM代理之间的回合制优化。在每个回合中,一个代理通过利用自身和对手先前更新的历史来改进一个组件,从而促进竞争压力和涌现的合作行为。这种结构化交互拓宽了搜索空间,并鼓励发现多样化、高性能的解决方案。在多个COP领域的实验表明,MOTIF始终优于最先进的方法,突显了回合制多智能体提示在完全自动化求解器设计中的潜力。

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