遺伝的アルゴリズムの設計理論の確立およびその大規模分散システム設計への応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13780182
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 棟朝 雅晴 北海道大学, 情報メディア教育研究総合センター, 助教授 (00281783)
• Keywords: 遺伝的アルゴリズム / リンケージ同定 / ネットワーク設計

Research Abstract

本研究においては、線型・非線型および単調・非単調性を調べることによって関連する遺伝子座のまとまりであるリンケージ集合を同定し、効果的な交叉を実現する手法に関してその理論的基礎を確立するとともに、理論に基づいた遺伝的アルゴリズムの設計、特に交叉手法の改良を行うことで、大規模な最適化問題におけるアルゴリズムの性能を評価した。リンケージ集合の構造として、これまでの研究では比較的単純な線形の構造が仮定されていたが、本研究では階層構造を有するリンケージの同定を行う手法である、hLIEM(hierarchical Linkage Identification with Epistasis Measure)およびhLIEM^2(hierarchical Linkage Identification with Epistasis Measure considering Monotonicity)を開発した。これら手法においては、小さなリンケージ集合をまとめてより大きなリンケージ集合を生成するという過程を繰り返すことで、現実問題の多くが有すると考えられる問題の階層構造を同定することが可能となり、交叉など遺伝的操作をさらに効率的に適用することが可能となった。
本研究で開発した階層型のリンケージ同定アルゴリズムの有効性を、階層型のトラップ関数に代表される各種のテスト関数において確認したが、さらに現実の問題として都市圏ネットワーク設計問題へと適用し、その有効性を確かめた。大規模なネットワークを設計する場合、ゆるやかな階層構造を有するようなネットワークとして設計を行うことが考えられるが、本研究で提案するアルゴリズムにより、人間の設計者が介在することなく、計算機により自動的に適切な階層構造を有するネットワークを構成することができ、従来の手法に比べて、より低コストで高性能なネットワークを設計することができた。

Research Products

• [Publications] 小林英博, 棟朝雅晴 他: "遺伝的アルゴリズムによる帯域幅割当てのための分散アルゴリズム"電子情報通信学会論文誌 D-1. Vol.J85-D-I, No.5. 445-452 (2002)
• [Publications] 山口直彦, 棟朝雅晴 他: "リンク負荷メトリックに基づく遺伝的アルゴリズムによる負荷分散ルーティング"情報処理学会論文誌. Vol.43 No.7. 2359-2367 (2002)
• [Publications] 辻美和子, 棟朝 雅晴, 赤間 清: "リンケージ同定を導入した遺伝的アルゴリズムによる都市圏ネットワークの設計"情報処理学会論文誌「数理モデル化と応用」. Vol.43, No.SIG7. 80-91 (2002)
• [Publications] 棟朝雅晴: "エピスタシス尺度に基づくリンケージ同定手法の提案"情報処理学会論文誌「数理モデル化と応用」. Vol.43, No.SIG10. 6-13 (2002)