2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design and Analysis of Efficient Reversible Algorithms
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18K11250
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| Research Institution | Nanzan University |
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Principal Investigator |
横山 哲郎 南山大学, 理工学部, 教授 (80456631)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 可逆アルゴリズム / 可逆プログラミング言語 / 可逆シミュレーション / 可逆計算 / ゴミ / Rabin-Karpアルゴリズム / ハフマン符号化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、消費エネルギー最適化やプログラムのモジュラリティの向上を目的として、計算の全ステップにおいて直前と直後の状態がたかだか一意に決まる可逆計算の研究が実施されてきた。本研究は、効率的な可逆アルゴリズム族の設計、その系統的な設計のための可逆アルゴリズム戦略の発展、および可逆プログラミング言語による実装を目指している。本年度は、可逆アルゴリズムの記述を支援する可逆プログラミング言語の形式意味論の方法論についての研究、与えられた部分関数を可逆化してゴミ出力が最小である可逆プログラムを生成する一般可逆化手法、及びに個別のアルゴリズムに対して一般解法よりもより効率的な可逆アルゴリズムに関する研究の一環として可逆Rabin-Karpアルゴリズムや可逆ハフマン符号化のゴミ出力量の最適化を行った。
可逆プログラミング言語の形式意味論の方法論としてはメタレベルから意味論の可逆性を制約する基礎を与えた。この方法論に従って作成された任意の言語が可逆性を有することが保証されている。ゴミ出力が最小である可逆プログラムを生成する一般可逆化手法は、与えられた部分関数が決定可能かどうかによってそれぞれ特徴のある2種類提案した。可逆Rabin-Karpアルゴリズムは、ハッシュ値を更新する写像が単射であることを見いだして効率的な可逆プログラムを実現した。可逆ハフマン符号化は、既存のハフマン符号化法のうち全ステップが単射であるものを見つけ効率的な可逆プログラムを実現した。
研究成果は、可逆回路の設計、双方向変換、投機的実行の逆計算、および量子計算などの隣接分野における応用や異なる視点からの解釈が期待できる。
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