パラメータの適応的調整を許した遺伝的アルゴリズムのハードウェア化に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10680356
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 若林 真一 広島大学, 工学部, 助教授 (50210860)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小出 哲士 広島大学, 工学部, 助教授 (30243596)
• Keywords: 遺伝的アルゴリズム / GAパラメータ / 専用ハードウェア / パラメータ調整 / 適応的遺伝的アルゴリズム

Research Abstract

本研究では,遺伝的アルゴリズム(GA)の既存の問題点に対処するために,(1)GAのパラメータ値をアルゴリズムの実行中に動的に変更する機能(この機能をパラメータ値の適応的調整という)を持ち,かつ計算時間の短縮のために,(2)ハードウェアで実現することを前提としたGAを開発することを目的とする.
本年度はまず我々が既に得ているGAパラメータの適応的調整に関する結果を拡張し,個体の優劣の度合を表わす指標としてエリート度の概念を拡張すると共に,エリート度に基づいて交差手法,交差適用確率,突然変異確率を統一的に調整する手法を開発した.開発した手法はプログラムとして実現し,従来手法との比較により提案手法の有効性を確認した.これらの結果は学術雑誌論文,および国際会議発表論文として発表した.
また,開発したパラメータの適応的調整手法を組み込んだGAのハードウェア化を検討し,ハードウェア記述言語を用いてチップ設計を行った.チップ設計においては処理速度の向上を目的として,並列処理,およびパイプライン処理を導入した.また,複数のチップによる並列処理も可能にした.個体の適応度を評価する回路は問題に依存し,問題によっては複雑な計算が要求されるので,この部分は論理の書き込みと消去が電気的に可能な高速FPGAで実現することとした.設計結果をRTLシミュレーションし,仕様どおりの動作をするかどうかを検証した.さらに論理合成を行い,ゲートレベル回路に変換し,ゲートレベルシミュレーションによりハードウェアとしての性能を評価した.これらの成果の一部は国際会議において発表した.設計したハードウェアの設計データは東京大学大規模集積システム設計教育研究センターに提出し,チップ試作を依頼している.チップは平成11年7月に納入予定である.

Research Products

• [Publications] 八田浩一: "遺伝的アルゴリズムにおける交差手法の適応的選択の一手法" 電子情報通信学会論文誌D-I. J81D-1,7. 900-909 (1998)
• [Publications] Shinichi Wakabayashi: "GAA : A VLSI genetic algorithm accelerator with or-the-fly adaotation of crossover cperators" Proceedings of 1998 IEEE Int.Synp.on Ciruits and Systems. 2. 268-271 (1998)
• [Publications] Koichi Hatta: "Adapting parameters based on pedigree of individnnls in a genetic algorithm" Proc.3rd Annual Genetic Programming Conf.510-517 (1998)
• [Publications] Koichi Hatta: "Solring the capacitor placement problem in a radial distribution system using an adaptive genetic algorithm" Proc.5rd Conf.on Parallel Problem Solring from Nature. 1028-1037 (1998)
• [Publications] Shinichi Wakabayashi: "An LSI implementation of an adaptive genetic algorithm with on-the-fly crossover operator selection" Proc.1999 Asia-South Pacific Design Automation Conf.37-40 (1999)