2020 Fiscal Year Research-status Report
Quantum-Inspired Multi-Objective Evolutionary Algorithm without the Concept of Group and the Application of It to Integer-Programming-Problems
| Project/Area Number |
19K12160
|
|---|
| Research Institution | Prefectural University of Kumamoto |
|---|
Principal Investigator |
森山 賀文 熊本県立大学, 総合管理学部, 教授 (10413866)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯村 伊智郎 熊本県立大学, 総合管理学部, 教授 (50347697)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 進化計算 / 多目的最適化 / 量子風進化計算 / 多目的0-1ナップザック問題 / 多目的巡回セールスマン問題 / 組合せ最適化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
初年度に提案した，唯一の母集団での解探索を可能とする枠組みを導入した新たな多目的量子風進化計算手法Multi-objective Quantum-inspired Evolutionary Algorithm based on Single Population（MQEA-SP）は，一般的な進化計算手法で用いられる母集団サイズと終了条件のパラメータを除き，調整すべきパラメータは1つのみであるが，従来手法と比較して広範囲かつ精度の高い近似パレート解を探索することができる．しかしながら，質の低い局所的な解や近似パレート解付近に解が収束すると，解探索が停滞する場合があった．そこで，個体が持つ量子風ビットの確率振幅を更新する際に使用する，新たな回転角度リストを提案した．解探索が停滞した個体において，各量子風ビットの回転角度が発散する方向への更新を許すことで，解探索の停滞を回避できる．アイテム数を100，250，500，750とした2，３，4目的の0-1ナップザック問題のベンチマーク問題を用いた評価実験の結果，従来手法QMEAおよび古典的な多目的進化計算手法であるNSGA-II，SPEA2よりも提案手法MQEA-SPの方が広範囲かつ精度の高い近似パレート解を探索することができた．また提案する回転角度リストおよび優良解群の保持機能に関する検証実験を行い，新しい回転角度リストは解探索の停滞を回避し，優良解群の保持機能は解探索効率を高める効果があることを確認した．
さらに，提案するMQEA-SPの適用範囲拡張を目的として，順列最適化問題である巡回セールスマン問題（TSP）への適用実験を行った．30都市，50都市の2目的TSPにおいて，QMEA，NSGA-II，SPEA2よりも精度の高い近似パレート解を探索できることが確認できた．本成果に関しては，国内学会において発表した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度の目的は，多目的0-1ナップザック問題において有用性を確認した，提案する多目的量子風進化計算手法QMEA based on Single Population（QMEA-SP）の適用範囲を拡張するために，実験で使用した以外の組合せ最適化問題への適用を検討することであった．提案するQMEA-SPの，順列を解とする巡回セールスマン問題（TSP）への適用実験を行い，小規模ではあるが，30都市，50都市の2目的TSPにおいて，QMEA，NSGA-II，SPEA2よりも精度の高い近似パレート解を探索できることが確認できた．本成果に関しては，国内学会において発表したが，国際会議での発表には至らなかった．以上の成果を以って「おおむね順調に進展している」と判断する．
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である2021年度は，これまでに得られた研究結果を踏まえて，提案手法の適用指針や限界などを含めた特徴について総括する．2020年度までの成果に上記の考察を加え，学術論文にまとめる．
|
| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症の影響もあり，予定していた国際会議での発表ができなかったことに因る．2021年度の国際会議発表にかかる費用に充てる予定である．
|
