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出力空間情報量に基づくマルチフィデリティベイズ最適化とその材料分野への応用

Research Project

Project/Area Number 21J14673
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 61030:Intelligent informatics-related
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

竹野 思温  名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsベイズ最適化 / マルチフィデリティ
Outline of Research at the Start

観測コストが非常に大きい未知関数の最適化を目標とするブラックボックス最適化問題は実践上重要な問題である。実践上、低コストで観測可能な近似関数群が存在することは多く、マルチフィデリティベイズ最適化はこれらの複数の情報源をベイズモデルを用いて活用し、適応的にデータを取得することで効率的な最適化を行う。本研究では、出力空間の情報量に基づく新しいマルチフィデリティベイズ最適化法を構築し、その有効性を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は, 出力空間の情報量に基づくマルチフィデリティベイズ最適化に関する論文が国際ジャーナルに採択された. 本研究においては, 出力空間情報量という指標の汎用性を最大限に活用することで, 複数の観測を並列して行うことのできる並列設定や, あるフィデリティで観測を行うとそれより低いフィデリティの観測が同時に得られるトレース観測設定などのより発展的な問題にも一貫した指標が定義できることを示した. さらに, 出力空間情報量が一貫した近似によって効率的に計算可能であることを示した. これらの提案法は, 出力空間情報量に基づくベイズ最適化法の利点を引き継ぎ, ハイパーパラメータを必要とせずに比較的低い計算量で高い最適化性能を持つものである. 本研究では, 材料分野におけるシミュレータの最適化への応用実験も行っており, 提案法が材料科学分野への応用でも高い性能を持つことを示した.
さらに, 本年度は出力空間情報量に基づく制約付きベイズ最適化法を提案し, 本研究成果は機械学習分野のトップ会議であるICMLに採択された. 制約付き最適化は, 材料科学分野では例えば安全性を担保した新規材料探索などの重要な実応用に必要とされる技術であり, 本研究目的に即するものであると考えている. 本研究では, 既存法における近似は制約付き最適化問題においては情報量の非負性が担保できないなどの問題があることを示した. そこで, 情報量の下界に基づく近似法を新たに提案し, これによって情報量の近似精度に関する理論解析を情報量に基づくベイズ最適化の文脈において初めて行った.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] A Generalized Framework of Multifidelity Max-Value Entropy Search Through Joint Entropy2022

    • Author(s)
      Takeno Shion、Fukuoka Hitoshi、Tsukada Yuhki、Koyama Toshiyuki、Shiga Motoki、Takeuchi Ichiro、Karasuyama Masayuki
    • Journal Title

      Neural Computation

      Volume: 34 Issue: 10 Pages: 2145-2203

    • DOI

      10.1162/neco_a_01530

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bayesian Optimization for Cascade-Type Multistage Processes2022

    • Author(s)
      Kusakawa Shunya、Takeno Shion、Inatsu Yu、Kutsukake Kentaro、Iwazaki Shogo、Nakano Takashi、Ujihara Toru、Karasuyama Masayuki、Takeuchi Ichiro
    • Journal Title

      Neural Computation

      Volume: 34 Issue: 12 Pages: 2408-2431

    • DOI

      10.1162/neco_a_01550

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 情報量の下界に基づく逐次的及び並列的な制約付きベイズ最適化2022

    • Author(s)
      竹野思温, 田村友幸, 設楽一希, 烏山昌幸
    • Journal Title

      信学技報

      Volume: 121 Pages: 9-16

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] 分布的ロバストな機会制約付き最適化問題に対する能動学習2021

    • Author(s)
      稲津佑, 竹野思温, 烏山昌幸, 竹内一郎
    • Journal Title

      信学技報

      Volume: 121 Pages: 47-54

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Sequential and Parallel Constrained Max-value Entropy Search via Information Lower Bound2022

    • Author(s)
      Shion Takeno, Tomoyuki Tamura, Kazuki Shitara, Masayuki Karasuyama
    • Organizer
      The 39th International Conference on Machine Learning
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bayesian Optimization for Distributionally Robust Chance-constrained Problem2022

    • Author(s)
      Yu Inatsu, Shion Takeno, Masayuki Karasuyama, Ichiro Takeuchi
    • Organizer
      The 39th International Conference on Machine Learning
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 情報量の下界に基づく逐次的及び並列的な制約付きベイズ最適化2022

    • Author(s)
      竹野思温, 田村友幸, 設楽一希, 烏山昌幸
    • Organizer
      情報論的学習理論と機械学習研究会 (IBISML)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 情報量の下界に基づく制約付きベイズ最適化2021

    • Author(s)
      竹野思温, 田村友幸, 設楽一希, 烏山昌幸
    • Organizer
      情報論的学習理論ワークショップ (IBIS2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] カスケードタイプの多ステージプロセスに対するベイズ最適化2021

    • Author(s)
      草川隼也, 竹野思温, 稲津佑, 沓掛健太郎, 岩崎省吾, 中野高志, 烏山昌幸, 宇治原徹, 竹内一郎
    • Organizer
      情報論的学習理論ワークショップ (IBIS2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 分布的ロバストな機会制約付き最適化問題に対する能動学習2021

    • Author(s)
      稲津佑, 竹野思温, 烏山昌幸, 竹内一郎
    • Organizer
      情報論的学習理論と機械学習研究会 (IBISML)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 推定装置、推定方法、およびプログラム2022

    • Inventor(s)
      沓掛健太朗;竹野思温;竹内一郎;宇治原徹;太田壮音;烏山昌幸
    • Industrial Property Rights Holder
      沓掛健太朗;竹野思温;竹内一郎;宇治原徹;太田壮音;烏山昌幸
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-134361
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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