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Desensitization of Algorithms for Decision Making and Knowledge Discovery

Research Project

Project/Area Number 24K02903
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60010:Theory of informatics-related
Basic Section 60020:Mathematical informatics-related
Sections That Are Subject to Joint Review: Basic Section60010:Theory of informatics-related , Basic Section60020:Mathematical informatics-related
Research InstitutionNational Institute of Informatics

Principal Investigator

吉田 悠一  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (50636967)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 原 聡  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (40780721)
Project Period (FY) 2024-04-01 – 2029-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2028: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2027: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2026: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywordsリプシッツ連続 / 被覆問題 / 協力ゲーム理論 / 低感度アルゴリズム / 最適化 / 近似アルゴリズム
Outline of Research at the Start

アルゴリズムの感度が高い、即ち入力の微小な変化に対して出力が大きく変化すると、意思決定や知識発見における安全性・効率性・再現性が損なわれてしまう。この状況を打破するためにアルゴリズムに対して感度の面から研究を行う。具体的には、あらゆる最適化問題に対して近似性能と感度のトレードオフを明らかにし、アルゴリズムの感度という概念を安全性・効率性・再現性を担保する手法として確立させる。

Outline of Annual Research Achievements

重み付きの組合せ最適化問題に対するアルゴリズムがリプシッツ連続性とは、入力の重みが変化したときに、出力の変化量が入力の重み変化に対して比例していることをいう。本年度は、被覆問題に対するリプシッツ連続なアルゴリズムを設計した。
具体的には頂点被覆問題、集合被覆問題、フィードバック頂点集合問題に対して、近似度を既存の多項式時間アルゴリズムの近似度から大幅に悪化させずに、リプシッツ連続性を担保できることを示した。頂点被覆問題においては、既存のPrimal-Dualアルゴリズムがリプシッツ連続であることを示した。集合被覆問題に対しては、貪欲アルゴリズムや線形緩和を用いたアルゴリズムに出力が安定する工夫を加えることでリプシッツ連続性を示した。フィードバック頂点集合問題では、線形緩和により得られた解を整数解に丸めるところが逐次的な処理であり、そのままではリプシッツ連続性が担保できなかったが、サイクル疎化という新しい技術を用いることで、整数回に丸める処理を一括で行うことができるようになり、結果としてリプシッツ連続性を示すことができた。本結果はSymposium on Discrete Algorithms (SODA)に採択された。
その他にも、協力ゲーム理論において公平な配分を求めるリプシッツ連続なアルゴリズムを提案した。協力ゲーム理論では、プレーヤーの集合ごとにスコアが定められており、どの集合に対しても、その集合中のプレーヤーに配られた値の合計が、そのスコアを大幅に下回らないようにしたい。既存の方法はそのような配分を求めることは可能であるが、スコアの変化に対して鋭敏であり納得感のない配分である場合があった。この結果はInternational Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP)に採択された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

被覆問題や強力ゲーム理論などさまざまな問題に対してリプシッツ連続なアルゴリズムを提案することに成功しており、概ね計画通りに進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後の方向性の一つとして、リプシッツ連続性やその離散版(重みが変化するのではなく入力の一部が欠損することを考える)である感度について、下限を示すことに注力する。これまでさまざまなリプシッツ連続もしくは感度の小さい近似アルゴリズムを提案することに成功してきたが、下限については不明なことが多い。特に近似アルゴリズムに対する下限を示すことが難しいが、確率的検査可能証明(PCP)と呼ばれる技術を用いることでこれが可能になるのではないかと期待している。

Report

(1 results)
  • 2024 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2025 2024 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Yale University/Texas A&M University/Princeton University(米国)

    • Related Report
      2024 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] 中国科学技術大学(中国)

    • Related Report
      2024 Research-status Report
  • [Journal Article] Lipschitz Continuous Algorithms for Covering Problems2025

    • Author(s)
      Kumabe Soh、Yoshida Yuichi
    • Journal Title

      Proceedings of the 2025 Annual ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms (SODA)

      Volume: なし Pages: 1057-1093

    • DOI

      10.1137/1.9781611978322.31

    • ISBN
      9781611978322
    • Related Report
      2024 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lipschitz Continuous Allocations for Optimization Games2024

    • Author(s)
      Kumabe Soh、Yoshida Yuichi
    • Journal Title

      51st International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP 2024)

      Volume: なし

    • Related Report
      2024 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Online Algorithms for Spectral Hypergraph Sparsification2024

    • Author(s)
      Yuichi Yoshida
    • Organizer
      Sublinear Graph Simplification
    • Related Report
      2024 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ハイパーグラフと有向グラフに対するスペクトルグラフ理論2024

    • Author(s)
      吉田悠一
    • Organizer
      エクスパンダーグラフの新しい構成手法の確立とその応用
    • Related Report
      2024 Research-status Report

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Published: 2024-04-11   Modified: 2025-12-26  

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