2016 Fiscal Year Research-status Report
実現可能性を考慮したナチュラルコンピューティングにおける計算手法に関する研究
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16K00021
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤原 暁宏 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10295008)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アルゴリズム / ナチュラルコンピューティング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナチュラルコンピューティングの一つとして，生態系を並列分散処理システムのハードウェアとみなし，このシステムを統合的に制御して問題の解を求める計算モデルとしての研究が注目を集めている．本研究では，従来の研究では考慮されることの少なかったナチュラルコンピューティングの実現可能性に焦点を当て，不確実性を考慮した計算モデルの計算能力の検証や，ロバストな計算手法の提案を行う．また，並列処理を用いて提案計算モデルのシミューレータの開発を行い，提案アルゴリズムの正当性，及び，実効性の検証を行う．
平成２８年度は，以下のような内容を中心に研究を行った．
１．ナチュラルコンピューティングにおける実現可能性を考慮した計算モデルの提案：ナチュラルコンピューティングに関する既存の研究においては，生化学活動の持つ制限を考慮した計算モデルは少なかった．本年度においては，ナチュラルコンピューティングにおけるいくつかの計算モデルにおいて，現実的な膜数の制限を考慮した実現可能な計算モデルの提案を行った．
２．実現可能性を考慮した計算モデルにおけるアルゴリズムの提案：ナチュラルコンピューティング上の計算手法に関する既存研究の多くは，膨大な生化学オブジェクトを必要とするアルゴリズムが多く，現実的なアルゴリズムとは言い難かった．本研究では，１で提案の計算モデルを用いて，現実的な生化学オブジェクトの数で問題解決を行う効率の良いアルゴリズムの提案を行った．
３．実現可能性を考慮したプロトタイプシミュレータの開発：１で提案の実現可能性を考慮した計算モデルに関して，アルゴリズムの実行をシミュレートするシミュレータの開発を行った．また，上記１，２にて提案したアルゴリズムを本シミュレータ上にて動作させ，データ構造とアルゴリズムの正当性の検証を行った．
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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
実現可能性を考慮した計算モデル，及び，その計算モデルに対するアルゴリズムの提案に関しては，２件の国際会議発表として研究内容を公表を行い，１本の論文を学術雑誌に投稿中である．また，本研究の内容について，１件の招待講演にて発表している．加えて，実現可能性を考慮したプロトタイプシミュレータの開発については，開発は終了しており，提案アルゴリズムの正当性の検証に用いられている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，以下のような作業を中心に進めていく予定である．
１． 提案アルゴリズムの改良，及び，計算困難問題に対するアルゴリズムの提案：平成２８年度において得られた基本演算アルゴリズムに対して，実際の生化学オブジェクトの制約条件を考慮し，使用する生化学反応物の個数等に関する評価尺度を加えて，アルゴリズムの効率の更なる改良を目指す．また，平成２８年度で取り組んだ問題以外にも重要な問題は数多く存在するが，実現可能性を考慮した計算モデルを用いて提案されているアルゴリズムはほぼ存在しない．本研究では，部分和問題やナップサック問題などの数値を扱う計算困難問題や，最大独立点集合問題や最小頂点被覆問題などのグラフ関連の問題に対しても効率のよいアルゴリズムの提案を行う予定である．
２． 並列膜計算シミュレータの開発：平成２８年度に構築したプロトタイプのシミュレータを元に, 並列処理環境に対して並列膜計算シミュレータの実装を行なう．シミュレータの機能として，プロトタイプのシミュレータの機能に加えて，並列化による処理の効率化の度合いや実行時間の変化等を検証可能とする予定である．また，提案アルゴリズムについては，すべて本シミュレータ上で実行し，その実効性の検証を行うことを予定している．
３．ナチュラルコンピューティングにおけるその他の計算モデルにおける実現可能性の考察：ナチュラルコンピューティングにおいて膜計算以外に注目を集めている計算モデルとして，酵素を用いて実行を制御する計算モデル(EN P システム)や，神経細胞の活動をモデル化した計算モデル（SN Pシステム）が存在する．本研究では，これらの計算モデルに対して，実際の生態系のシステムの制約条件を考慮した実現可能性の高い計算モデルの提案を行うとともに，計算困難な問題や基本的な演算についてアルゴリズムの提案を行うことを目指している．
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