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Deepening Unknown Solution Exploration Algorithms in Globally Multimodal Search Spaces

Research Project

Project/Area Number 20K11986
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 61040:Soft computing-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Ono Isao  東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (00304551)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords進化計算 / ブラックボックス最適化 / 大域的多峰性 / 関数最適化 / 組合せ最適化 / シミュレーションベース最適化 / データ同化 / 自然進化戦略 / 分布推定アルゴリズム / シンボリック回帰 / 巡回セールスマン問題 / ニッチング / 時間枠制約付き配送計画 / UV関数 / 逐次状態推定問題 / 多目的最適化 / 非明示制約
Outline of Research at the Start

本研究課題では,大域的多峰性,悪スケール性,および,変数間依存性を有する非明示制約付きブラックボックス最適化問題において,良質な未知解の発見を可能とする進化計算に基づく高性能最適化基盤を構築する.本研究で対象とする問題クラスは,従来の数理計画法では扱うことができない困難な問題クラスであり,シミュレーションを伴う設計やモデリングを扱うことができる.そのため,本研究で提案する最適化手法は,汎用性が高く,環境・エネルギー分野, 航空・宇宙分野,バイオ・医療分野,社会・経済分野など,幅広い分野の難問解決に適用可能である.

Outline of Final Research Achievements

By extending the evolutionary computation methods for globally multimodal black-box optimization proposed so far, we developed methods that can find better solutions more efficiently than conventional methods for more difficult problems, and confirmed its effectiveness through numerical experiments using benchmark problems and real-world problems. In particular, we succeeded in finding several solutions with performance comparable to or better than solutions found by experts that conventional methods could not found in the 2-group 7-element zoom lens system design problem. Furthermore, we proposed evolutionary computation methods for various difficult problems such as large-scale traveling salesman problems, vehicle routing problems with time windows, discrete black-box function optimization problems with dependencies among variables, and symbolic regression, and confirmed their effectiveness through numerical experiments.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で提案したブラックボックス最適化手法は,手法の性能評価に用いたレンズ系設計問題だけでなく,環境・エネルギー分野,社会・経済分野,航空・宇宙分野,材料分野などのさまざまな分野のシステム最適化や未知解発見に適用可能な汎用性の高い手法であり,これまで未解決だった各分野の難問の解決へとつながることが期待される.また,巡回セールスマン問題や時間枠制約付き配送計画問題のための最適化手法は流通業界における問題解決への応用が期待され,データモデリングのためのシンボリック回帰手法および状態・パラメータの逐次推定手法は様々な分野におけるデータ解析への応用が期待される.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] 大域的多峰性ブラックボックス関数最適化のための自然進化戦略に基づく大谷探査手法に関する研究2023

    • Author(s)
      宮西翔太, 小野功
    • Organizer
      第23回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 大規模巡回セールスマン問題のための多様性維持を重視した遺伝アルゴリズム2023

    • Author(s)
      兼井義和, 小野功
    • Organizer
      第23回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] シンボリック回帰のための分布推定アルゴリズム2023

    • Author(s)
      小嶋健太, 小野功
    • Organizer
      ,第23回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] パラメータチューニングが不要な自然進化戦略の一検討2023

    • Author(s)
      氏原幸輔, 小野功
    • Organizer
      第23回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Towards a Principled Learning Rate Adaptation for Natural Evolution Strategies2022

    • Author(s)
      Nomura, M. and Ono, I.
    • Organizer
      European Conference, EvoApplications 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fast Moving Natural Evolution Strategy for High-Dimensional Problems2022

    • Author(s)
      Nomura, M. and Ono, I.
    • Organizer
      IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC 2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 目的関数の大域的構造に着目した自然進化戦略2022

    • Author(s)
      崎原雄大,小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 最小二乗法に基づく初期分布の生成を行う自然進化戦略2022

    • Author(s)
      両角英明,小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 離散ブラックボックス関数最適化のためのリンケージ同定を用いる分布推定アルゴリズ2022

    • Author(s)
      有道茂徳,小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 時間枠制約付き配送計画問題のための進化計算手法2022

    • Author(s)
      進亮太朗,小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Distance-weighted Exponential Natural Evolution Strategy for Implicitly Constrained Black-Box Function Optimization2021

    • Author(s)
      Nomura, M., Sakai, N., Fukushima, N. and Ono, I.
    • Organizer
      2021 IEEE Congress on Evolutionary Computation
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Natural Evolution Strategy for Unconstrained and Implicitly Constrained Problems with Ridge Structure2021

    • Author(s)
      Nomura, M. and Ono, I.
    • Organizer
      2021 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Evolutionary Algorithm Taking Account of Epistasis among Parameters for Black-Box Discrete Optimization2021

    • Author(s)
      Shimadu, S. and Ono, I.
    • Organizer
      2021 IEEE Congress on Evolutionary Computation
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 進化計算によるレンズ系設計2021

    • Author(s)
      小野功
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 大域的多峰性ブラックボックス関数最適化のためのマルチスタート自然進化戦略2021

    • Author(s)
      鯨田連也, 小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 非線形状態空間モデルの状態とパラメータの逐次推定のためのPF-GA/NESの提案2021

    • Author(s)
      小林彦槻, 小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 多峰性を考慮したマルチスタートスカラー化最適化手法2021

    • Author(s)
      永金幸大, 小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 巡回セールスマン問題のためのエッジの多様性を重視した交叉に基づく遺伝アルゴリズム2021

    • Author(s)
      面高一輝, 小野功
    • Organizer
      第19回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Sequential Estimation of States and Parameters of Nonlinear State Space Models Using Particle Filter and Natural Evolution Strategy2020

    • Author(s)
      Kobayashi, Y. and Ono, I.
    • Organizer
      2020 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC 2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 変数間依存性を考慮した離散ブラックボックス関数最適化のための進化計算手法2020

    • Author(s)
      島津翔, 小野功
    • Organizer
      第18回進化計算学会研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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