二目的連続最適化問題への帰着による無制約二値変数二次最適化問題の高速ソルバの開発
| Project/Area Number |
20K11842
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60090:High performance computing-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022)
Osaka Prefecture University (2020-2021) |
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Principal Investigator |
藤本 典幸 大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 教授 (90294165)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 高性能計算 / 組み合わせ最適化 / GPGPU / QUBO |
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| Outline of Research at the Start |
本研究で開発するソルバ（計算機プログラム）の対象問題であるQUBOは，その形式的定義が簡潔であるにもかかわらず，多くの重要な組み合わせ最適化問題を簡潔に帰着できる高い表現力を持つ．しかし，QUBOはNP困難であるため，多項式時間で厳密解が得られることは一般には期待できず，量子型・非量子型のハードウェア・アクセラレータにより近似解を現実的な時間で求める研究が最近盛んに行われている．本研究では，QUBOを制約無し二目的連続最適化問題に帰着して解く新しい解法を提案し，それを価格性能比のよい並列計算プラットフォームであるGPUを用いたGPUプログラムとして実装し，QUBOの高速求解を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で開発するソルバ（計算機プログラム）の対象問題である無制約二値変数二次最適化問題（QUBO）は，その形式的定義が簡潔であるにもかかわらず，多くの重要な組み合わせ最適化問題を簡潔に帰着できる高い表現力を持つ．しかし，QUBOはNP困難であるため，多項式時間で厳密解が得られることは一般には期待できず，量子型・非量子型のハードウェア・アクセラレータにより近似解を現実的な時間で求める研究が最近盛んに行われている．
本研究では，QUBOを制約無し二目的連続最適化問題（BUCO）に帰着して解く新しい解法を提案する．さらに提案する解法を価格性能比のよい並列計算プラットフォームであるGPUを用いたGPUプログラムとして実装し，QUBOの高速求解を目指す．本研究によりQUBOが高速に解けるようになれば，多くの組み合わせ最適化問題が高速に解けるようになり，様々な実応用問題が高速に解けるようになる．
本研究では群知能を活用した多点探索アルゴリズムである粒子群最適化手法を用いて二目的最適化問題を解く．研究代表者らはこれまでに様々な手法で最適化問題を解くGPUプログラムを多数開発してきており，特に2018年にはGPU1基を用いた粒子群最適化によりBUCOをCPUより最大182倍高速に解くGPUプログラムを開発した．
令和4年度は，QUBO求解に用いる粒子群最適化手法の改善に関する研究を行った．特に，粒子群最適化手法のパラメータである慣性定数と加速度定数を本研究に特化して最適化する研究を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度は，令和3年度までに開発・改良したGPU1基を用いるQUBOソルバを複数のGPUを用いるように拡張してさらに高速化し，その性能評価と改善を行う予定であったが，複数GPUへの対応がまだ未完成であるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は，令和4年度までに開発・改良したGPU1基を用いるQUBOソルバを複数のGPUを用いるように拡張してさらに高速化し，その性能評価と改善を行う．
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Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
