一般分散計算論

• Project/Area Number: 15K11987
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Theory of informatics
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山下 雅史 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 教授 (00135419)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 一般分散システム / 自己組織化 / 匿名性 / 無記憶性 / 同期 / 自律分散ロボット / 人工分散システム / 自然分散システム

Outline of Annual Research Achievements

生体分子の機能発現から人間世界の選挙に至る広範な領域の問題から領域固有の事由を捨象し，内在する分散計算構造に着目すると，合意計算問題が共通して出現する．この事実に着目し，巨大分散システムを分散計算能力の観点から統一的に理解することが本研究の最終目的である．特に，本研究では，識別子や記憶を持たない構成要素を持たない構成要素から構成され，不安定なゆらぎの下で働く自然分散システムが豊富に有する自律性を，はるかに有利な条件の下で働く人口分散システムに付与することの困難であることの根源的な理由を理解したい．結論として，自然界のゆらぎが一様ランダムであるという仮定の下であるが，上記で説明した根源的理由を以下に示す3つの定理を証明することによって，明らかにすることができた．ただし，分散モデルとして2次元空間上を移動する自律分散ロボットモデルを用い，自律性として自己組織化問題，すなわち自己安定的パターン形成問題を検討した：定理1．決定的匿名ロボットでは，ロボット間の同期の程度と記憶の有無はパターン形成能力に影響を与えない．定理2．故障（ゆらぎ）が一様ランダムであるという条件の下では，匿名で無記憶なロボットの動作は自動的に自己安定的である．定理3．確率的アルゴリズムの導入によって，ロボットシステムは任意の初期状態から任意のパターンを形成できる．
これらの定理から，自己組織化には，匿名性，無記憶性，ゆらぎが重要な役割を果たしており，これらは自然分散システムが自然に持っている性質であることから，自然分散システムが自己組織化能力を自然に獲得しているという事情が明確になった．そこで，申請者は，引き続き，3次元空間を移動するロボットに対する検討を進めており，完全同期という限られた条件の下で，記憶が自己組織化に与える影響を検討した．

Research Products

• [Journal Article] Plane Formation by Synchronous Mobile Robots in the Three Dimensional Euclidean Space (2017)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi, Taichi Uehara, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Journal Title: Journal of the ACM Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Autonomous mobile robots with lights (2015)
  • Author(s): Shantanu Das, Paola Flocchini, Giuseppe Prencipe, Nicola Santoro, Masafumi Yamashita
  • Journal Title: Theoretical Computer Science Volume: 609 Pages: 171-184
  • DOI: 10.1016/j.tcs.2015.09.018
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pattern Formation by Oblivious Asynchronous Mobile Robots (2015)
  • Author(s): Nao Fujinaga, Yukiko Yamauchi, Hirotaka Ono, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Journal Title: SIAM Journal on Computing Volume: 44 Issue: 3 Pages: 740-785
  • DOI: 10.1137/140958682
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Plane Formation by Semi-synchronous Robots in the Three Dimensional Euclidean Space (2016)
  • Author(s): Taichi Uehara, Yukiko Yamauchi, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The 18th International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS 2016)
  • Place of Presentation: Lyon (France)
  • Year and Date: 2016-11-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Searching for an Evader in an Unknown Graph by an Optimal Number of Searchers (2016)
  • Author(s): Takahiro Yakami, Yukiko Yamauchi, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The Proceedings of the 18th International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS 2016)
  • Place of Presentation: Lyon (France)
  • Year and Date: 2016-11-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brief Announcement: Pattern Formation Problem for Synchronous Mobile Robots in the Three Dimensional Euclidean Space (2016)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi, Taichi Uehara, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The 35th ACM SIGACT-SIGOPS Symposium on Principles of Distributed Computing (PODC 2016)
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2016-07-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oscillations in Population Protocols (2016)
  • Author(s): Anissa Lamani, Masafumi Yamashita, Yukiko Yamauchi
  • Organizer: 2016年電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
  • Year and Date: 2016-03-15
  • Invited
• [Presentation] 限られた視界を持つ1台のロボットによる線分被覆問題 (2016)
  • Author(s): 門出顕宏，山内由紀子，来嶋秀治，山下雅史
  • Organizer: 火の国情報シンポジウム2016
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
  • Year and Date: 2016-03-02
• [Presentation] 自律モジュールロボットによる二次元格子領域の探索 (2016)
  • Author(s): 土居圭介，山内由紀子，来嶋秀治，山下雅史
  • Organizer: 火の国情報シンポジウム2016
  • Place of Presentation: 宮崎大学（宮崎県宮崎市）
  • Year and Date: 2016-03-02
• [Presentation] Total Variation Discrepancy of Deterministic Random Walks for Ergodic Markov Chains (2016)
  • Author(s): Takeharu Shiraga, Yukiko Yamauchi, Shuji Kijima, Masafumi Yamashita
  • Organizer: Analytic Algorithmics and Combinatorics (ANALCO16)
  • Place of Presentation: Arlington (USA)
  • Year and Date: 2016-01-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plane Formation by Synchronous Mobile Robots in the Three Dimensional Euclidean Space (2015)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi, Taichi Uehara, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The 29th International Symposium on Distributed Computing (DISC2015)
  • Place of Presentation: Tokyo(Japan)
  • Year and Date: 2015-10-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Self-Stabilizing Oscillatory Behavior in Population Protocols (2015)
  • Author(s): Colin Cooper, Anissa Lamani, Giovanni Viglietta, and Masafumi Yamashita, Yukiko Yamauchi
  • Organizer: 第154回アルゴリズム研究会
  • Place of Presentation: 九州大学西新プラザ（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-09-28