• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2020 Fiscal Year Annual Research Report

機械学習システムの社会実装に向けた次世代最適化技法の研究

Research Project

Project/Area Number 19H00808
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

水野 眞治  東京工業大学, 工学院, 教授 (90174036)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中田 和秀  東京工業大学, 工学院, 准教授 (00312984)
北原 知就  九州大学, 経済学研究院, 准教授 (10551260)
鮭川 矩義  東京理科大学, 工学部情報工学科, 助教 (20757710)
後藤 順哉  中央大学, 理工学部, 教授 (40334031)
高野 祐一  筑波大学, システム情報系, 准教授 (40602959)
高澤 陽太朗  青山学院大学, 理工学部, 助教 (20871130)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords社会システム工学 / 経営工学 / オペレーションズリサーチ / 最適化 / 機械学習 / 社会実装
Outline of Annual Research Achievements

本年度は,以下の成果を得た。
(1)解の精度保証分析:NP-困難な組合せ最適化問題に対する近似精度保証付きアルゴリズムを開発した。水野らは単一機械スケジューリング問題に対するアルゴリズムの近似比を理論的に解析し、鮏川らは地図のラベル配置問題に対する近似比を改善した。中田らは看護師スケジューリング問題に対する近傍探索法と動的計画法を開発した。また小島らはより一般の問題に対する解の精度保証のための、非負半正定値錐や共正値錐に基づく緩和法の理論を確立した。

(2)最適化アルゴリズムの設計と理論的・実験的性能解析:最適化アルゴリズムの厳密化に関する成果を挙げた。水野らは効率的集合上の多目的最適化を、また、高野らは多対一のマッチング問題における多目的最適化をそれぞれ扱い、最適化ソルバーの活用による厳密解法を開発した。さらに高野は交差検証基準に基づく変数選択に対する厳密解法を開発した。

(3)機械学習ライブラリの本公開に向けた準備:機械学習のためのアルゴリズムの整備、ならびに、膨大なデータを用いた多角的な数値実験によるそれらの有効性の検証、さらに、対応するコードの公開に向けた準備を進めた。後藤らは分布的ロバスト最適化の研究を発展させ、データ駆動型キャリブレーションに対する理論を確立した。また、後藤らは微分不可能かつ非凸なスパース回帰における近接射影勾配法の有意性を明らかにした。高野らはスパースポアソン回帰におけるパラメータ推定を厳密化する方法を提案した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的1「パラメータ推定の質を担保した効率的な最適化技法の開発」に向けては、前年度に開発した最適化のアルゴリズムや理論を多角的に発展させることに成功しており、大きく前進したといえる。特に、アルゴリズムの適用範囲の拡大とアルゴリズムの多様化(厳密解法、近似精度保証付き解法、多目的最適化の解法)に成功した点が優れているといえる。また、本研究の目的2「入力情報と出力結果の関係を理解できる機械学習システムの開発」に向けても、同システムの実現に向けたモデルの提案およびその理論的性能評価に加え、膨大なデータを用いた多角的な数値実験を推し進められたことで、システム開発のための基盤を整備することができた。対応するコードも充足させた。さらに、これらの成果の多くは権威ある国際学術誌・会議で発表されている。さらに、国内外の学会で多数の発表を行ない、その成果を広く発信した。以上のことを考慮し、おおむね順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

これまでに開発した最適化技法と機械学習システムのためのアルゴリズム・モデルおよびそれらを実現するコードを整備し、また、実験データも公開し、機械学習ライブラリの本公開に向けた最終調整を行なう。このために、全員で協力して、開発したアルゴリズム・モデルをその応用場面や強み・弱みの観点から精査し、また、類型化する。北原・鮏川・高澤・水野・小島が最適化技法のアルゴリズムを、中田・後藤・高野が機械学習システムのモデルを、それぞれの主な分担とし、全体の取りまとめを水野が行なう。また、研究成果を報告するワークショップを開催し、同ライブラリの世の中への普及を図る。

  • Research Products

    (39 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (18 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 11 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] NUS(シンガポール国立大学)(シンガポール)

    • Country Name
      SINGAPORE
    • Counterpart Institution
      NUS(シンガポール国立大学)
  • [Int'l Joint Research] UBC(ブリティッシュコロンビア大学)(カナダ)

    • Country Name
      CANADA
    • Counterpart Institution
      UBC(ブリティッシュコロンビア大学)
  • [Journal Article] A tight approximation ratio of a list scheduling algorithm for a single-machine scheduling problem with a non-renewable resource2021

    • Author(s)
      Hashimoto Susumu、Mizuno Shinji
    • Journal Title

      Journal of Scheduling

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s10951-021-00681-y

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A hybrid variable neighbourhood search and dynamic programming approach for the nurse rostering problem2021

    • Author(s)
      Abdelghany Mohammed、Eltawil Amr B.、Yahia Zakaria、Nakata Kazuhide
    • Journal Title

      Journal of Industrial & Management Optimization

      Volume: 17 Pages: 2051~2072

    • DOI

      10.3934/jimo.2020058

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Calibration of Distributionally Robust Empirical Optimization Models2021

    • Author(s)
      Gotoh Jun‐ya、Kim Michael Jong、Lim Andrew E. B.
    • Journal Title

      Operations Research

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1287/opre.2020.2041

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] On the superiority of PGMs to PDCAs in nonsmooth nonconvex sparse regression2021

    • Author(s)
      Nakayama Shummin、Gotoh Jun-ya
    • Journal Title

      Optimization Letters

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s11590-021-01716-1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sparse Poisson regression via mixed-integer optimization2021

    • Author(s)
      Hiroki Saishu, Kota Kudo, and Yuichi Takano
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 時間付加グラフのベクトル表現を用いたタクシー軌跡データの解析2021

    • Author(s)
      河上佳太, 西村直樹, 白鳥友風, 工藤晃太, 松岡雄大, 最首大輝, 渡邊彰久, 高野祐一
    • Journal Title

      オペレーションズ・リサーチ:経営の科学

      Volume: 66 Pages: 246~254

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 混合整数最適化による線形回帰モデルの最良変数選択2021

    • Author(s)
      高野 祐一、宮代 隆平
    • Journal Title

      日本統計学会誌

      Volume: 50 Pages: 343~362

    • DOI

      10.11329/jjssj.50.343

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A new mixed integer programming approach for optimization over the efficient set of a multiobjective linear programming problem2020

    • Author(s)
      Lu Kuan、Mizuno Shinji、Shi Jianming
    • Journal Title

      Optimization Letters

      Volume: 14 Pages: 2323~2333

    • DOI

      10.1007/s11590-020-01554-7

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 初到達時間を用いたペアポートフォリオ最適化問題の新定式化2020

    • Author(s)
      東出 卓朗、浅井 謙輔、後藤 順哉、藤田 岳彦
    • Journal Title

      日本応用数理学会論文誌

      Volume: 30 Pages: 194~225

    • DOI

      10.11540/jsiamt.30.3_194

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Prediction of hierarchical time series using structured regularization and its application to artificial neural networks2020

    • Author(s)
      Shiratori Tomokaze、Kobayashi Ken、Takano Yuichi
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 15 Pages: e0242099

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0242099

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Multi-objective Optimization Models for Many-to-one Matching Problems2020

    • Author(s)
      Shimada Natsumi、Yamazaki Natsuki、Takano Yuichi
    • Journal Title

      Journal of Information Processing

      Volume: 28 Pages: 406~412

    • DOI

      10.2197/ipsjjip.28.406

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stochastic Discrete First-Order Algorithm for Feature Subset Selection2020

    • Author(s)
      Kudo Kota、Takano Yuichi、Nomura Ryo
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Information and Systems

      Volume: E103.D Pages: 1693~1702

    • DOI

      10.1587/transinf.2019EDP7274

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Best subset selection via cross-validation criterion2020

    • Author(s)
      Takano Yuichi、Miyashiro Ryuhei
    • Journal Title

      TOP: An Official Journal of the Spanish Society of Statistics and Operations Research

      Volume: 28 Pages: 475~488

    • DOI

      10.1007/s11750-020-00538-1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] サポートベクトルマシンとカーネル法2020

    • Author(s)
      高野 祐一
    • Journal Title

      オペレーションズ・リサーチ:経営の科学

      Volume: 65 Pages: 304~309

    • Open Access
  • [Journal Article] 形状制約モデルによる顧客の商品選択行動の予測2020

    • Author(s)
      西村直樹, 鮏川矩義, 高野祐一, 岩永二郎
    • Journal Title

      オペレーションズ・リサーチ:経営の科学

      Volume: 65 Pages: 328~333

    • Open Access
  • [Journal Article] Minimum point-overlap labelling2020

    • Author(s)
      Higashikawa Yuya、Imai Keiko、Shiraga Takeharu、Sukegawa Noriyoshi、Yokosuka Yusuke
    • Journal Title

      Optimization Methods and Software

      Volume: - Pages: 1~10

    • DOI

      10.1080/10556788.2020.1833880

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Doubly nonnegative relaxations are equivalent to completely positive reformulations of quadratic optimization problems with block-clique graph structures2020

    • Author(s)
      Kim Sunyoung、Kojima Masakazu、Toh Kim-Chuan
    • Journal Title

      Journal of Global Optimization

      Volume: 77 Pages: 513~541

    • DOI

      10.1007/s10898-020-00879-y

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Geometrical Analysis on Convex Conic Reformulations of Quadratic and Polynomial Optimization Problems2020

    • Author(s)
      Kim Sunyoung、Kojima Masakazu、Toh Kim-Chuan
    • Journal Title

      SIAM Journal on Optimization

      Volume: 30 Pages: 1251~1273

    • DOI

      10.1137/19M1237715

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 消費資源付き単一機械スケジューリング問題に対する近似アルゴリズム2021

    • Author(s)
      橋本 進,水野 眞治
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会 2021年春季研究発表会
  • [Presentation] Dynamic Pricing and Inventory Management of a Dual-channel Supply Chain under Different Power Structures2021

    • Author(s)
      Li Mengmeng,Shinji Mizuno
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会 2021年春季研究発表会
  • [Presentation] Fitting Models to Data with Trimmed LASSO Penalties2021

    • Author(s)
      Jun-ya Gotoh
    • Organizer
      NUS-Tsukuba Joint-Online-Workshop on “Sustainable Management and Data Sciences”
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 分布的ロバスト最適化におけるパラメータの選択2021

    • Author(s)
      後藤順哉
    • Organizer
      数理システムアカデミックコンファレンス FY 2020
    • Invited
  • [Presentation] Best subset selection for linear regression models via mixed-integer optimization2021

    • Author(s)
      Yuichi Takano
    • Organizer
      NUS-Tsukuba Joint-Online-Workshop on "Sustainable Management and Data Sciences"
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 個人資産運用促進を目指して ー貯蓄から投資へー2021

    • Author(s)
      石川亮、楠田健太、澁田航平、浜川薫、北原知就
    • Organizer
      令和2年度データ解析コンペティション 日本計算機統計学会データ解析スタディグループ(CS-DAS) 最終報告会
  • [Presentation] 顧客満足度アンケートの顧客分類とCS分析2021

    • Author(s)
      井上まどか、田川敦也、玉木大貴、肥田勲、三木悠史、北原知就
    • Organizer
      令和2年度データ解析コンペティション 日本計算機統計学会データ解析スタディグループ(CS-DAS) 最終報告会
  • [Presentation] ロイヤルティ向上を 目的とした顧客分析2021

    • Author(s)
      上栫純大、鶴見眞子、中野晃汰、松尾宥呂、北原知就
    • Organizer
      令和2年度データ解析コンペティション 日本計算機統計学会データ解析スタディグループ(CS-DAS) 最終報告会
  • [Presentation] 点過程のメディアン計算とその地震学への応用2021

    • Author(s)
      鈴木祥平,鮏川矩義,池辺淑子
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会 2021年春季研究発表会
  • [Presentation] Bilevel Cutting-plane Algorithm for Solving Cardinality-constrained Mean-CVaR Portfolio Optimization Problems2020

    • Author(s)
      Ken Kobayashi, Yuichi Takano, Kazuhide Nakata
    • Organizer
      2020 INFORMS Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 階数制約を伴うセンサーネットワーク位置推定問題に対するブロック座標降下法2020

    • Author(s)
      西島光洋, 中田和秀
    • Organizer
      RIMS研究集会「数理最適化の理論・アルゴリズム・応用」
  • [Presentation] Cost-Effective and Stable Policy Optimization Algorithm for Uplift Modeling with Multiple Treatments2020

    • Author(s)
      Yuta Saito, Hayato Sakata and Kazuhide Nakata
    • Organizer
      SAIM International Conference on Data Mining (SDM20)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Worst-case Sensitivity2020

    • Author(s)
      Jun-ya Gotoh
    • Organizer
      Workshop: Uncertainty Management and Machine Learning in Engineering Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 分布的ロバスト最適化モデリング---解釈と実用への示唆2020

    • Author(s)
      後藤順哉
    • Organizer
      日本オペレーションズ・リサーチ学会 関西支部シンポジウム『最適化の理論と応用』
    • Invited
  • [Presentation] Continuous Exact Penalty Approach To Grouped Variable Selection In Regression Methods2020

    • Author(s)
      Jun-ya Gotoh
    • Organizer
      2020 INFORMS Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stochastic discrete first-order algorithm for feature subset selection2020

    • Author(s)
      Kota Kudo, Yuichi Takano, and Ryo Nomura
    • Organizer
      2020 INFORMS Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamic portfolio selection with linear control policies for coherent risk minimization2020

    • Author(s)
      Yuichi Takano and Jun-ya Gotoh
    • Organizer
      Webinars of Quantitative Finance Program, Stony Brook University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 凸多面体の直径に対する組合せ的解析2020

    • Author(s)
      鮏川矩義
    • Organizer
      第32回RAMP数理最適化シンポジウム
  • [Remarks] 機械学習システムの社会実装に向けた次世代最適化技法の研究

    • URL

      http://www.me.titech.ac.jp/~mizu_lab/KAKEN2019/index.html

URL: 

Published: 2021-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi