2016 Fiscal Year Research-status Report
大規模ナース・スケジューリング問題を効果的に解く階層型進化的計算法の確立
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15K00356
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| Research Institution | Ube National College of Technology |
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Principal Investigator |
久保田 良輔 宇部工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (50432745)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀尾 恵一 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (70363413)
三澤 秀明 宇部工業高等専門学校, 電気工学科, 助教 (40636099)
石川 秀大 大分工業高等専門学校, 情報工学科, 助教 (60780989)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 遺伝的アルゴリズム / 差分進化アルゴリズム / 花火アルゴリズム / 階層型遺伝的アルゴリズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本応募研究では，大規模なナース・スケジューリング問題を階層的最適化問題として定式化し，効果的に求解する進化的計算法を開発することを目的としている．
今年度は，最適化問題を効果的に求解するため，様々な最適化手法の融合およびその階層化に取り組んだ．
まず，遺伝的アルゴリズムと差分進化アルゴリズムを融合した新たな探索手法を提案した．提案手法では，差分進化アルゴリズムを基盤として，母集団を複数の小集団に分割し，その小集団内において，差分進化アルゴリズムに基づいて世代交代を行う個体と，遺伝的アルゴリズムに基づいて世代交代を行う個体を共存させる．提案手法の有効性をベンチマーク関数を用いて検証した結果，案手法は，従来手法と同程度の計算量を要するものの，従来手法と比較して安定して最適解を発見できることを明らかにできた．
次に，遺伝的アルゴリズムと花火アルゴリズムを融合した階層的最適化アルゴリズムを提案した．提案手法では，探索空間を上位と下位の2層に分け，上位層では花火アルゴリズムに基づいて探索点を決定し，下位層では上位層で決定された探索点に基づいて遺伝的アルゴリズムで局所的な探索を行う．提案手法の有効性をディジタル画像の雑音検出器設計に応用しその性能を評価した結果，提案手法を用いることで従来手法と比較して高精度の雑音検出器を設計できることを明らかにできた．
また，階層型遺伝的アルゴリズムに改良を加え，多種車両を用いた配送計画問題へ適用し，その有効性を確認した．
具体的には，一定回数以上の探索を行った上位層の個体集団に対して，下位層の個体情報を参照してその時点での最優良解をもとに生成した近傍個体を生成することとした．提案手法により，従来手法と比較して効率の良い探索を行うことが可能となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
階層的進化計算アルゴリズムの開発については順調に進んでおり，ベンチマーク関数等においてその有効性を確認しつつ，その改良にも取り組んでいる．特に，今年度は，新たに研究分担者を加えて探索空間の階層化に取り組んだ結果，昨年度と比較して研究を進展させることができた．
知識抽出アルゴリズムの開発については，新たに研究分担者を追加したものの，昨年度からあまり進展していないものの，継続的に開発を行う予定である．また，上記で得られた手法をナース・スケジューリングに適用することで，当初の目的はある程度達成できると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，今年度までに提案した階層的評価関数と階層型進化的計算アルゴリズムの性能評価を行うとともに，ナース・スケジューリングに適用し，その有効性を検証していく予定である．また，知識抽出アルゴリズムの開発についても並行して進めて行く予定にしており，その成果が得られ次第，これまでに提案したアルゴリズムへ組み込む予定である．しかし，知識抽出アルゴリズムの開発については，昨年度と同様に，データ間の類似性の選定と評価に時間を要していることもあり，一定期間で成果が得られない場合については，これまでに提案したアルゴリズムに基づいて，従来手法との性能評価を行う予定にしている．
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| Causes of Carryover |
今年度，研究分担者の成果発表および研究資料収集に旅費を見込んでいたが，校務の都合で参加予定の学会との日程の調整が出来ず，参加に至らなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の学会参加計画を見直し，今年度分の旅費も合わせて計上する予定である．
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