分散計算における細粒度設計抽象化技法の創出とその応用

• Project Area: Creation and Organization of Innovative Algorithmic Foundations for Leading Social Innovations
• Project/Area Number: 21H05854
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (IV)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 泉 泰介 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (20432461)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 分散アルゴリズム / グラフアルゴリズム / 自己安定性

Outline of Research at the Start

多数の計算機を相互接続した分散システムにおける近年の新たなシステムパラダイムの勃興にともない、高位のレイヤにおける分散型アプリケーション開発のための基盤となる、高度に抽象化された分散アルゴリズムの充実が求められる。本研究では、分散グラフアルゴリズムの研究領域を対象とした、適切な粒度での抽象化に基づいた基盤アルゴリズムの整備とその応用への適用を目指す．

Outline of Annual Research Achievements

令和4-5年度においては，主に以下の3課題に取り組み，結果を得た．
(1) 一般グラフの最大マッチング問題に対する高速な分散アルゴリズムの設計：一般グラフの最大マッチング問題は，既存の逐次アルゴリズムを分散グラフアルゴリズムとして実現する場合，分散・並列処理が本質的に困難な部分が数多く存在し，これまでに非自明な実行時間上界(劣2乗時間)を持つアルゴリズムは知られていなかった．本研究はこの未解決問題を肯定的に解決し，世界初の劣2乗時間分散アルゴリズムを提案した．
(2) 耐故障連結性ラベリングスキームの決定性構成：耐故障連結性ラベリングスキームとは，ネットワーク(グラフ)における辺故障下での2頂点間連結性判定を効率的に判定する分散型のテータ構造の一種である．非自明なラベルサイズを持つ同ラベリングスキームの構成方法は乱択を用いたモンテカルロ型の構成手法のみが知られており，決定性構成方法は未解決の課題であった，本研究ではこの問題を肯定的に解決した．
(3) モバイルエージェントの計算能力に関する研究：モバイルエージェントはネットワーク中を自律的に移動する計算主体である．モバイルエージェントが備えるリソースと計算能力の関係性の解明は当該分野における基本問題の一つであるが，本研究では，従来能力差があることが知られていた2つの異なるエージェントモデルについて，それが活動するネットワークのトポロジにある弱い制約を課した場合能力が等価となることを理論的に証明した．この等価性は予想外かつ興味深い結果であり，国際会議OPODIS2022においてBest Student Paper Runner-upを受賞した．

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] イスラエル工科大学(テクニオン)(イスラエル)
• [Journal Article] Deterministic Fault-Tolerant Connectivity Labeling Scheme (2023)
  • Author(s): Izumi Taisuke、Emek Yuval、Wadayama Tadashi、Masuzawa Toshimitsu
  • Journal Title: Proceedings of the 2023 ACM Symposium on Principles of Distributed Computing (PODC) Volume: - Pages: 190-199
  • DOI: 10.1145/3583668.3594584
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Subquadratic-Time Distributed Algorithm for Exact Maximum Matching (2022)
  • Author(s): Naoki Kitamura, Taisuke Izumi
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information and Systems Volume: E105.D Issue: 3 Pages: 634-645
  • DOI: 10.1587/transinf.2021EDP7083
  • NAID: 130008165629
  • ISSN: 0916-8532, 1745-1361
  • Year and Date: 2022-03-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Computational Power of a Single Oblivious Mobile Agent in Two-Edge-Connected Graphs (2022)
  • Author(s): Taichi Inoue, Naoki Kitamura, Taisuke Izumi, and Toshimitsu Masuzawa
  • Journal Title: In 26th International Conference on Principles of Distributed Systems (OPODIS 2022). Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) Volume: 253
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fully Polynomial-Time Distributed Computation in Low-Treewidth Graphs (2022)
  • Author(s): Izumi Taisuke, Kitamura Naoki, Naruse Takamasa, Schwartzman Gregory
  • Journal Title: Proc. of International Symposium on Parallelism in Algorithms and Architectures (SPAA) Volume: - Pages: 11-22
  • DOI: 10.1145/3490148.3538590
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Loosely-stabilizing maximal independent set algorithms with unreliable communications (2022)
  • Author(s): Dong Rongcheng、Sudo Yuichi、Izumi Taisuke、Masuzawa Toshimitsu
  • Journal Title: Theoretical Computer Science Volume: 937 Pages: 69-84
  • DOI: 10.1016/j.tcs.2022.09.031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 2体の無記憶エージェントによる記憶ありエージェントの模倣 (2023)
  • Author(s): 高本 皇輝, 北村 直暉, 泉 泰介, 増澤 利光
  • Organizer: 2023年度 夏のLAシンポジウム