遺伝子解析に基づく遺伝的アルゴリズムの開発とシステム設計への応用

• Project/Area Number: 15700175
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Sensitivity informatics/Soft computing
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 棟朝 雅晴 北海道大学, 情報基盤センター, 助教授 (00281783)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 遺伝的アルゴリズム / 分布推定探索アルゴリズム / リンケージ同定 / 最適化

Research Abstract

本研究においては、これまでに提案されたリンケージ同定に基づく遺伝的アルゴリズムをさらに発展させ、より一般的な枠組みとして、遺伝子解析に基づく遺伝的アルゴリズムを開発することを目的とし、さらにそのシステム設計問題への応用をはかっている。バイオインフォマティクスの分野では、遺伝子解析に関する手法が数多く提案されているが、それらを参考にリンケージの同定、ビルディングブロックの検出、交叉手法の改良などを行い、より高性能で高い信頼性を有する遺伝的アルゴリズムを開発する。
本年度においては、分布推定手法の改良を図るとともに、効率的な並列化手法を開発することで、大規模な問題への対応を図った。具体的には、割り当て関数による重み付けを行うことで精度を向上させ分布推定に要する計算コストを削減するための手法を開発するとともに、ベイジアンネットワークに基づく確率モデル構築を行う分布推定アルゴリズムにおいて、ネットワーク構築の効果的な並列化手法を開発した。
さらには、リンケージ同定と分布推定アルゴリズムの双方の利点を組み合わせたアルゴリズムD^5の開発を行い、問題規模の増大に対するスケーラビリティに優れた手法を開発した。さらに、D^5の実数値問題への適用についても議論するとともに、その性能について評価を行った。
提案手法の適用例として、特に、蛋白質の構造エネルギー最小化問題へ、並列化した分布推定による探索手法を適用することで、本研究で開発した手法の有効性を検証している。

Research Products

• [Journal Article] Empirical Studies on Parallel Network Construction of Ba yesian Optimization Algorithms (2005)
  • Author(s): Masaharu Munetomo, Naoya Murao, Kiyoshi Akama
  • Journal Title: Proceedings of 2005 Congress on Evolutionary Com putation 2 Pages: 1524-1531
• [Journal Article] Linkage Identification for Real-Values Loci by Fitness Difference Classification (2005)
  • Author(s): Miwako Tsuji, Masaharu Mu netomo, Kiyoshi Akama
  • Journal Title: Proceedings of 2005 Congress on Evolutionary Com putation 2 Pages: 1317-1324
• [Journal Article] ビルディングブロック重複のある問題に対するD^5-GAの適用 (2005)
  • Author(s): 辻 美和子, 棟朝 雅晴, 赤間 清
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 2005・93 Pages: 65-68
  • NAID: 110002952288
• [Journal Article] ネットワーク並列構築を適用したBOAによる蛋白質構造予測 (2005)
  • Author(s): 村尾直哉, 棟朝雅晴, 赤間清
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 2005・19 Pages: 67-72
  • NAID: 110002775102
• [Journal Article] 階層型問題のためのリンケージ同定手法の提案 (2004)
  • Author(s): 辻美和子, 棟朝 雅晴, 赤間 清
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌「数理モデル化と応用」 Vol.45, No.SIG2 Pages: 22-31
  • NAID: 110002712321
• [Journal Article] 多目的実数値遺伝的アルゴリズムによる不確実性下の供給計画の最滴化 (2004)
  • Author(s): 手塚大, 樋地正浩, 棟朝雅晴, 赤間清
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌 Vol.45, No.10 Pages: 2287-2296
• [Journal Article] Empirical Investigations on Parallelized Linkage Identification (2004)
  • Author(s): Masaharu Munetomo, Naoya Murao, Kiyoshi Akama
  • Journal Title: Parallel Problem Solving from Nature-PPSN VIII, Lecture Notes in Computer Science 3234 Pages: 322-331
• [Journal Article] Modeling Dependencies of Loci with String Classification According to Fitness Differences (2004)
  • Author(s): Miwako Tsuji, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • Journal Title: Genetic and Evolutionary Computetion-GECCO20O4 Part 2, Lecture Notes in Computer Science 3103 Pages: 246-257
• [Journal Article] Linkage Identification by Nonlinearity Check for Real-coded Genetic Algorithms (2004)
  • Author(s): Masaru Tezuka, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • Journal Title: Genetic and Evolutionary Computation-GECCO2004 Part 2, Lecture Notes in Computer Science 3103 Pages: 222-233
• [Journal Article] Designing a distributed algorithm for bandwidth allocation with a genetic algorithm (2004)
  • Author(s): Hidehiro Kobayashi, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama, Yoshiharu Sato
  • Journal Title: Systems and Computers in Japan Vol.35, No.3 Pages: 37-45
  • NAID: 110003184773
• [Publications] Masaharu Munetomo, Naoya Murao, Kiyoshi Akama: "A Parallel Genetic Algorithm Based on Linkage Identification"Lecture Notes in Computer Science (Proc.of the GECCO2003. Part I). LNCS2723. 1222-1233 (2003)
• [Publications] Miwako Tsuji, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama: "Metropolitan Area Network Design Using GA Based on Hierarchical Linkage Identification"Lecture Notes in Computer Science (Proc.of the GECCO2003. Part II). LNCS2724. 1616-1617 (2003)
• [Publications] 村尾直哉, 棟朝雅晴, 赤間清: "並列リンケージ同定と並列BOAに関する性能比較"情報処理学会研究報告. Vol.2003, No.122. 57-60 (2003)
• [Publications] 辻美和子, 棟朝雅晴, 赤間清: "適応度差分により分類された個体の分布に基づくGAの遺伝子座依存関係モデルの構築"情報処理学会研究報告. Vol.2003, No.122. 61-64 (2003)
• [Publications] 辻美和子, 棟朝雅晴, 赤間 清: "階層型問題のためのリンケージ同定手法の提案"情報処理学会論文誌「数理モデル化と応用」. Vol.45, No.SIG2. 22-31 (2004)
• [Publications] 村尾直哉, 棟朝雅晴, 赤間清: "Bayesian Optimization Algorithmの並列化に関する実験的検証"情報処理学会研究報告. Vol.2004, No.20. 169-174 (2004)