Algorithm Design for Combinatorial Optimization Problems: Stronger and Weaker Constraints

• Project/Area Number: 17K00016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Theory of informatics
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: Miyano Eiji 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10284548)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 組合せ最適化問題 / 条件強化 / 条件緩和 / アルゴリズム設計 / 計算複雑さ / グラフ最適化問題 / 計算困難性 / 計算容易性 / 近似可能性 / 近似困難性 / グラフ有向化問題 / 最大ハッピー集合問題 / 最長共通部分列問題 / 多項式時間アルゴリズム / 近似アルゴリズム / 最大誘導マッチング問題 / ハッピー彩色問題 / 直径限定部分グラフ問題 / 頂点パス被覆問題 / 最小ブロック転送問題 / 距離独立集合問題 / 計算困難 / 高品質アルゴリズム設計

Outline of Final Research Achievements

Most important combinatorial optimization problems are computationally intractable (NP-hard), i.e., there are no algorithm to find optimal solutions to such problems in polynoial time. The contributions of this research are mainly divided into the following two: (1) We designed approximation and/or fixed-parameter algorithms for optimization problems with weaker constraints, and (2) efficient algorithms for optimization problems with stronger constraints.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生産計画やスケジューリング問題は，組合せ最適化問題として捉えることができ，所望の解を求めなければならない状況が頻繁にある．しかし，多くは計算困難となってしまうため，得られる解の品質や高速に解くことができる入力に関して，ある程度の正確性を捨て，許容出来る解を求める必要がある．本研究課題は，組合せ最適化問題の条件強化と緩和によって効率の良いアルゴリズム設計を実現していることに学術的・社会的意義がある．

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Hong Kong Polytechnic University(その他の国・地域)
• [Int'l Joint Research] Sharif University of Technology(イラン)
• [Int'l Joint Research] University of Alberta(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Hangzhou Dianzi University/Zhejiang Sci-Tech University(中国)
• [Int'l Joint Research] Maastricht University(オランダ)
• [Int'l Joint Research] The Hong Kong Polytechnic University(その他の国・地域)
• [Int'l Joint Research] University of Alberta(カナダ)
• [Int'l Joint Research] The Hong Kong Polytechnic University/Shandong University/Chinese Academy of Science(中国)
• [Int'l Joint Research] Sharif University of Technology(イラン)
• [Int'l Joint Research] University of Alberta(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Georgia Southern University(米国)
• [Int'l Joint Research] Utrecht University(オランダ)
• [Journal Article] How to pack directed acyclic graphs into small blocks (2021)
  • Author(s): Yuichi Asahiro, Tetsuya Furukawa, Keiichi Ikegami, Eiji Miyano, Tsuyoshi Yagita
  • Journal Title: Discrete Applied Mathematics Volume: 288 Pages: 91-113
  • DOI: 10.1016/j.dam.2020.08.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Graph orientation with edge modifications (2021)
  • Author(s): Yuichi Asahiro, Jesper Jansson, Eiji Miyano, Hirotaka Ono, Sandhya T.P.
  • Journal Title: International Journal of Foundations of Computer Science Volume: 32 Issue: 02 Pages: 209-233
  • DOI: 10.1142/s012905412150012x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Complexity of the Maximum <i>k</i>-Path Vertex Cover Problem (2020)
  • Author(s): MIYANO Eiji、SAITOH Toshiki、UEHARA Ryuhei、YAGITA Tsuyoshi、ZANDEN Tom C. van der
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E103.A Issue: 10 Pages: 1193-1201
  • DOI: 10.1587/transfun.2019DMP0014
  • NAID: 130007920231
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2020-10-01
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Graph Classes and Approximability of the Happy Set Problem (2020)
  • Author(s): Yuichi Asahiro, Hiroshi Eto, Tesshu Hanaka, Guohui Lin, Eiji Miyano, Ippei Terabaru
  • Journal Title: Lecture Notes in Computer Science Volume: 12273 Pages: 335-346
  • DOI: 10.1007/978-3-030-58150-3_27
  • ISBN: 9783030581497, 9783030581503
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Acyclic edge coloring conjecture is true on planar graphs without intersecting triangles (2020)
  • Author(s): Qiaojun Shu, Yong Chen, Shuguang Han, Guohui Lin, Eiji Miyano, An Zhang
  • Journal Title: Proc. 16th Annual Conference on Theory and Applications of Models of Computation (TAMC2020) Volume: LNCS12337 Pages: 426-438
  • DOI: 10.1007/978-3-030-59267-7_36
  • ISBN: 9783030592660, 9783030592677
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exact Algorithms for the Bounded Repetition Longest Common Subsequence Problem (2020)
  • Author(s): Yuichi Asahiro, Jesper Jansson, Guohui Lin, Eiji Miyano, Hirotaka Ono, Tadatoshi Utashima
  • Journal Title: Theoretical Computer Science Volume: 838 Pages: 238-249
  • DOI: 10.1016/j.tcs.2020.07.042
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Graph orientation with splits (2020)
  • Author(s): Yuichi Asahiro, Jeper Jansson, Eiji Miyano, Hesam Nikpey, Hirotaka Ono
  • Journal Title: Theoretical Computer Science Volume: 844 Pages: 16-25
  • DOI: 10.1016/j.tcs.2020.07.013
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Parameterized Algorithms for the Happy Set Problem (2020)
  • Author(s): Asahiro Yuichi、Eto Hiroshi、Hanaka Tesshu、Lin Guohui、Miyano Eiji、Terabaru Ippei
  • Journal Title: Proc. 14th International Conference and Workshops on Algorithms and Computation Volume: LNCS12049 Pages: 323-328
  • DOI: 10.1007/978-3-030-39881-1_27
  • ISBN: 9783030398804, 9783030398811
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An Approximation Algorithm for the Maximum Induced Matching Problem on <i>C</i>₅-Free Regular Graphs (2019)
  • Author(s): ASAHIRO Yuichi、LIN Guohui、LIU Zhilong、MIYANO Eiji
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E102.A Issue: 9 Pages: 1142-1149
  • DOI: 10.1587/transfun.E102.A.1142
  • NAID: 130007699570
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2019-09-01
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Graph Orientation with Edge Modifications (2019)
  • Author(s): Asahiro Yuichi、Jansson Jesper、Miyano Eiji、Ono Hirotaka、T. P. Sandhya
  • Journal Title: Proc. 13th International Frontiers of Algorithmics Workshop Volume: LNCS11458 Pages: 38-50
  • DOI: 10.1007/978-3-030-18126-0_4
  • ISBN: 9783030181253, 9783030181260
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental Evaluation of Approximation and Heuristic Algorithms for Maximum Distance-Bounded Subgraph Problems (2019)
  • Author(s): Asahiro Yuichi、Kubo Tomohiro、Miyano Eiji
  • Journal Title: The Review of Socionetwork Strategies Volume: 13 Issue: 2 Pages: 143-161
  • DOI: 10.1007/s12626-019-00036-2
  • NAID: 120006840104
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Exact Algorithms for the Bounded Repetition Longest Common Subsequence Problem (2019)
  • Author(s): Asahiro Yuichi、Jansson Jesper、Lin Guohui、Miyano Eiji、Ono Hirotaka、Utashima Tadatoshi
  • Journal Title: Proc. 13th Annual International Conference on Combinatorial Optimization and Applications Volume: LNCS11949 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1007/978-3-030-36412-0_1
  • ISBN: 9783030364113, 9783030364120
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Graph Orientation with Splits (2018)
  • Author(s): Asahiro Yuichi、Jansson Jesper、Miyano Eiji、Nikpey Hesam、Ono Hirotaka
  • Journal Title: Proceedings of 5th ISCO2018 Volume: LNCS10856 Pages: 52-63
  • DOI: 10.1007/978-3-319-96151-4_5
  • ISBN: 9783319961507, 9783319961514
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Improved Approximation Algorithms for the Maximum Happy Vertices and Edges Problems (2018)
  • Author(s): Zhang Peng、Xu Yao、Jiang Tao、Li Angsheng、Lin Guohui、Miyano Eiji
  • Journal Title: Algorithmica Volume: 80 Issue: 5 Pages: 1412-1438
  • DOI: 10.1007/s00453-017-0302-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Approximation Algorithms for Packing Directed Acyclic Graphs into Two-Size Blocks (2018)
  • Author(s): Asahiro Yuichi、Miyano Eiji、Yagita Tsuyoshi
  • Journal Title: Proceedings of ICCSA 2018 Volume: LNCS10961 Pages: 607-623
  • DOI: 10.1007/978-3-319-95165-2_43
  • ISBN: 9783319951645, 9783319951652
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An approximation scheme for minimizing the makespan of the parallel identical multi-stage flow-shops (2018)
  • Author(s): Tong Weitian、Miyano Eiji、Goebel Randy、Lin Guohui
  • Journal Title: Theoretical Computer Science Volume: 734 Pages: 24-31
  • DOI: 10.1016/j.tcs.2017.09.018
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Complexity of the Minimum Single Dominating Cycle Problem for Graph Classes (2018)
  • Author(s): Hiroshi Eto, Hiroyuki Kawahara, Eiji Miyano, Natsuki Nonoue
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information and Systems Volume: E101.D Issue: 3 Pages: 574-581
  • DOI: 10.1587/transinf.2017FCP0007
  • NAID: 130006414058
  • ISSN: 0916-8532, 1745-1361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complexity of the maximum k-path vertex cover problem (2018)
  • Author(s): Eiji Miyano, Toshiki Saitoh, Ryuhei Uehara, Tsuyoshi Yagita, Tom C. van der Zanden
  • Journal Title: Proc. 12th Annual Workshop on Algorithms and Computation (WALCOM 2018) Volume: LNCS10755 Pages: 240-251
  • DOI: 10.1007/978-3-319-75172-6_21
  • NAID: 120006648103
  • ISBN: 9783319751719, 9783319751726
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] メンバー間の距離が小さいコミュニティの発見 (2018)
  • Author(s): 朝廣雄一，宮野英次
  • Journal Title: 電子情報通信学会誌 Volume: 101(3) Pages: 262-266
• [Presentation] 出現数を限定した最長共通部分列問題の困難性 (2020)
  • Author(s): 歌島侃勇，朝廣雄一，Jesper Janssen，Guohui Lin，宮野英次，小野廣隆
  • Organizer: 第73回電気・情報関係学会九州支部連合大会(令和2年度)
• [Presentation] グラフクラスに対するハッピー集合問題 (2020)
  • Author(s): 寺原一平，朝廣雄一，江藤宏，土中哲秀，Guohui Lin，宮野英次
  • Organizer: 第73回電気・情報関係学会九州支部連合大会(令和2年度)
• [Presentation] 長さコスト付きパスカバー最大化問題に対する近似アルゴリズム (2020)
  • Author(s): 小林賢也，Guohui Lin，宮野 英次，斎藤寿樹，鈴木顕，歌島侃勇，八木田 剛
  • Organizer: 第73回電気・情報関係学会九州支部連合大会(令和2年度)
• [Presentation] 最大出次数最小グラフ有向化問題における辺重みと頂点重み (2020)
  • Author(s): 御厨議史，朝廣雄一，Jesper Janssen，宮野英次，小野廣隆
  • Organizer: 令和2年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] グラフクラスに対する最大彩色可能部分グラフ問題 (2020)
  • Author(s): 野々上礼央，宮野英次
  • Organizer: 令和2年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 最大ハッピー集合問題に対する貪欲アルゴリズムの実装評価 (2020)
  • Author(s): 藤井澪央，寺原一平，宮野英次
  • Organizer: 令和2年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 複製文字列長を固定したタンデム複製問題について (2020)
  • Author(s): 西谷麻生，歌島侃勇，宮野英次
  • Organizer: 令和2年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 最大ハッピー集合問題に対する近似アルゴリズム (2020)
  • Author(s): 朝廣雄一，江藤宏，土中哲秀，Guohui Lin，宮野英次，寺原一平
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピュテーション研究会
• [Presentation] 重複無し最長共通部分列問題の厳密アルゴリズム (2020)
  • Author(s): 歌島侃勇，朝廣雄一，Jesper Janssen，Guohui Lin，宮野英次，小野廣隆
  • Organizer: 2019年度・冬の LAシンポジウム
• [Presentation] On the Approximability of the Maximum Induced Matching Problem on Regular Graphs (2019)
  • Author(s): Yuichi Asahiro, Guohui Lin, Zhilong Liu, Eiji Miyano
  • Organizer: The 12th Annual Meeting of the Asian Association for Algorithms and Computation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] C5フリー正則グラフの最大誘導マッチング問題に対する近似アルゴリズム (2019)
  • Author(s): 朝廣 雄一, Guohui Lin, Zhilong Liu, 宮野 英次
  • Organizer: 情報処理学会アルゴリズム研究会
• [Presentation] カクタス上のコスト付きパスによるパスカバー問題 (2019)
  • Author(s): 小林賢也，Guohui Lin，宮野 英次，八木田 剛
  • Organizer: 第72回電気・ 情報関係学会九州支部連合大会(令和元年度)
• [Presentation] 無色グラフに対する彩色ハッピー頂点問題のNP困難性 (2019)
  • Author(s): 寺原一平，江藤宏，Guohui Lin，宮野英次
  • Organizer: 第72回電気・ 情報関係学会九州支部連合大会(令和元年度)
• [Presentation] 重複無し最長共通部分列問題に対する指数計算時間の上界 (2019)
  • Author(s): 歌島侃勇，朝廣雄一，Jesper Janssen，Guohui Lin，宮野英次，小野廣隆
  • Organizer: 第72回電気・ 情報関係学会九州支部連合大会(令和元年度)
• [Presentation] 接続制限付きハブ空港配置問題に対するNP困難性 (2019)
  • Author(s): 林田将敬，宮野英次
  • Organizer: 令和 元年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 適切なグラフ有向化の解の存在性 (2019)
  • Author(s): 吉瀬紘平，宮野英次
  • Organizer: 令和 元年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 初期解からの変更数を制限した最適化問題 (2019)
  • Author(s): 税所航平，宮野英次
  • Organizer: 令和 元年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 重複無し最長共通部分列問題の計算時間 (2019)
  • Author(s): 歌島侃勇，朝廣雄一，Jesper Janssen，Guohui Lin，宮野英次，小野廣隆
  • Organizer: 令和 元年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] ネットワークの同種親和性を定式化した最適化問題 (2019)
  • Author(s): 寺原一平，朝廣雄一，江藤宏，土中哲秀，Guohui Lin，宮野英次
  • Organizer: 令和元年度OR 学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] コスト付きパスによるパスカバー問題 (2019)
  • Author(s): 小林賢也，Guohui Lin，宮野英次，八木田剛
  • Organizer: 令和元年度OR 学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 辺の追加と削除を伴うグラフ有向化問題 (2019)
  • Author(s): 朝廣雄一，ジャンソンジェスパー，宮野英次，小野廣隆，T.P.サディヤ
  • Organizer: 情報処理学会アルゴリズ ム研究会
• [Presentation] 頂点分割を伴うグラフ有向化問題 (2018)
  • Author(s): 朝廣雄一，ジャンソン ジェスパー，宮野英次，ニクパイ ヘサム，小野廣隆
  • Organizer: 情報処理学会アルゴリズム研究会
• [Presentation] 三角形の個数を最大・最小にする三角分割 (2018)
  • Author(s): 江藤宏，土中哲秀，宮野英次，西島歩美，小野廣隆，大舘陽太，斎藤寿樹，上原隆平，ヴァンデルザンデン トム
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピュテーション研究会
• [Presentation] 有向非巡回グラフ分割問題の近似（不）可能性 (2018)
  • Author(s): 八木田剛，朝廣雄一，宮野英次
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピュテーション研究会
• [Presentation] 最大・最小支配ツアー問題の計算複雑さ (2018)
  • Author(s): 野々上夏葵，江藤宏，宮野英次
  • Organizer: 日本オペレーションズ・リサーチ学会九州支部「若手OR研究交流会2018」
• [Presentation] C5フリー正則グラフ上での誘導マッチング問題に対する近似アルゴリズム (2018)
  • Author(s): 柳植竜，朝廣雄一，Guohui Lin，宮野英次
  • Organizer: 日本オペレーションズ・リサーチ学会九州支部「若手OR研究交流会2018」
• [Presentation] 無色グラフに対する彩色ハッピー集合問題について (2018)
  • Author(s): 寺原一平，江藤宏，Guohui Lin，宮野英次
  • Organizer: 情報処理学会九州支部「若手の会セミナー2018」
• [Presentation] パス長を限定したパスカバー問題 (2018)
  • Author(s): 小林賢也，Guohui Lin，宮野英次，斎藤寿樹，鈴木顕，八木田剛
  • Organizer: 情報処理学会九州支部「若手の会セミナー2018」
• [Presentation] 最小ブロック転送問題について (2018)
  • Author(s): 八木田剛，朝廣雄一，宮野英次
  • Organizer: 2017年度冬のLAシンポジウム
• [Presentation] 立方体グラフ上の距離独立集合問題の近似可能性 (2017)
  • Author(s): 江藤宏，伊藤健洋，柳植竜，宮野英次
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピュテーション研究会
• [Presentation] 距離独立集合問題に対する近似アルゴリズムの実験的評価 (2017)
  • Author(s): 肘井雅春，柳植竜，宮野英次，斎藤寿樹
  • Organizer: 第70回電気・情報関係学会九州支部連合大会(平成29年度)
• [Presentation] An improved approximation algorithm for the distance-3 independent set problem on cubic graphs (2017)
  • Author(s): Hiroshi Eto, Takehiro Ito, Zhilong Liu, Eiji Miyano
  • Organizer: The 10th Asian Association for Algorithms and Computation Annual Meeting (AAAC17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Approximation algorithms for the minimum block transfer problem (2017)
  • Author(s): Yuichi Asahiro, Eiji Miyano, Tsuyoshi Yagita
  • Organizer: The 10th Asian Association for Algorithms and Computation Annual Meeting (AAAC17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] k-path vertex cover問題に関する研究 (2017)
  • Author(s): 八木田剛，宮野英次，斎藤寿樹，上原隆平，Tom C. vander Zanden
  • Organizer: 平成29年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 三角形総個数最大化問題 (2017)
  • Author(s): 西島歩美，江藤宏，土中哲秀，宮野英次，小野廣隆，大舘陽太，斎藤寿樹，上原隆平，Tom C. vander Zanden
  • Organizer: 平成29年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 最大支配頂点集合問題についての研究 (2017)
  • Author(s): 野々上夏葵，江藤宏，宮野英次
  • Organizer: 平成29年度OR学会九州支部・若手OR交流会
• [Presentation] 部分グラフクラス上での最大 k-パス頂点被覆問題 (2017)
  • Author(s): 八木田剛，宮野英次，斎藤寿樹，上原隆平，Tom C. van der Zanden
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピュテーション研究会
• [Remarks] 九州工業大学・研究者情報
  • URL: https://hyokadb02.jimu.kyutech.ac.jp/html/233_ja.html
• [Remarks] 個人ホームページ
  • URL: http://algorithm.ces.kyutech.ac.jp/wp/members/miyano/publications/
• [Remarks] 九州工業大学／研究者情報
  • URL: https://hyokadb02.jimu.kyutech.ac.jp/html/233_ja.html
• [Remarks] 九州工業大学研究者情報
  • URL: https://research02.jimu.kyutech.ac.jp/html/233_ja.html
• [Remarks] 個人ホームページ
  • URL: http://algorithm.ces.kyutech.ac.jp/wp/members/miyano/