可変深度探索に基づく高性能メタ戦略アルゴリズムの開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12166
• Research Institution: Okayama University of Science
• Principal Investigator: 片山 謙吾 岡山理科大学, 工学部, 教授 (80309541)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 組合せ最適化 / 局所探索 / メタ戦略 / 最大クリーク問題 / グラフ彩色問題

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、組合せ最適化問題に対して良好な近似解を実用時間内に効率的に算出する近似解法、特にメタ戦略アルゴリズムの高性能化を目指している。近年におけるこの種のアルゴリズム研究は、多くのパラメータ設定を余儀なくされるなど、アルゴリズム自体が複雑化する傾向にある。よって本研究では、パラメータ設定をできるだけ少なくした、よりシンプルなメタ戦略にもとづく近似解法の開発を基本とする。代表的な組合せ最適化問題である巡回セールスマン問題（TSP）に対する、LinとKernighan により示された可変深度探索のアイデアに基づく局所探索法は、反復局所探索などの代表的なメタ戦略アルゴリズムの枠組みへの導入を通して、極めて高い探索性能を発揮することが広く知られている。他の組合せ最適化問題においては、一部の問題に対して可変深度探索法の有効性が示されているものの、それを導入したメタ戦略の探索性能は十分に明らかになっていない。
これまでに我々は、代表的な組合せ最適化問題である最大クリーク問題に対して、可変深度探索にもとづく局所探索法を開発し、反復局所探索法などへ導入したメタ戦略アルゴリズムの開発を進めてきた。今年度は、ハイパーヒューリスティックスの利用による、さらなる高性能化を試みた。代表的なベンチマークグラフ例題に適用した結果、様々なグラフ例題に対して、他の研究者による高性能なメタ戦略アルゴリズムと同等以上の性能を発揮することを明らかにした。他の組合せ最適化問題である容量制約付きp-メディアン問題に対しては、実行可能領域と不可能領域の探索を、制約付き問題と制約無し問題におけるアルゴリズム探索のハイブリット化にもとづく方法について検討し、その有効性を示した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

代表的な組合せ最適化問題として知られている最大クリーク問題に対して、可変深度探索にもとづく局所探索法を導入したメタ戦略アルゴリズムの洗練化・高性能化として、ハイパーヒューリスティックスへの拡張を行った。また、容量制約付きp-メディアン問題に対して、実行可能領域と不可能領域の探索を、制約付き問題と制約無し問題におけるアルゴリズム探索のハイブリット化にもとづく方法について検討し、その有効性を示した。

Strategy for Future Research Activity

最大クリーク問題を中心にして、可変深度探索にもとづく局所探索アルゴリズムと、それを導入したメタ戦略アルゴリズムをさらに洗練化することで高性能化を目指す。さらに、重み付き最大クリーク問題の教育工学への応用研究を通して、開発アルゴリズムの有効性を検討する。加えて、関連問題であるグラフ彩色問題に対するアルゴリズムの高速化処理の洗練化とその有効性について明らかにする。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染拡大の影響から、会議等への交通旅費の支出変更が生じた。次年度にて経費として使用予定である。

Research Products

• [Journal Article] A hyper-heuristic for the maximum clique problem (2021)
  • Author(s): Kazuho Kanahara,Kengo Karayama, Etsuji Tomita
  • Journal Title: The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Report Volume: IEICE-COMP-426 Pages: 33-37
• [Journal Article] 最大クリーク抽出アルゴリズムMCTのさらなる高速化 (2021)
  • Author(s): 柳澤士朗,富田悦次, 片山謙吾, 金原一歩, 戸田貴久, 伊藤大雄, 若月光夫, 西野哲朗
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Volume: IEICE-COMP-426 Pages: 38-45
• [Presentation] Speeding-Up of Construction Algorithms for the Graph Coloring Problem (2020)
  • Author(s): Kazuho Kanahara, Kengo Katayama, Takafumi Miyake, Etsuji Tomita
  • Organizer: Advances on Broad-Band Wireless Computing, Communication and Applications. BWCCA 2020. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 159. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-61108-8_21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Applying a Local Search for the Uncapacitated p-Median Problem to the Capacitated Problem (2020)
  • Author(s): Takafumi Miyake, Kengo Katayama, Kazuho Kanahara, Tetsuya Oda
  • Organizer: 2020 IEEE 9th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Approach of a Word2Vec Based Tourist Spot Collection Method Considering COVID-19 (2020)
  • Author(s): Yuki Nagai, Nobuki Saito, Aoto Hirata, Tetsuya Oda, Masaharu Hirota, Kengo Katayama
  • Organizer: Advances on Broad-Band Wireless Computing, Communication and Applications. BWCCA 2020. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 159. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-61108-8_7
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and Implementation of a DQN Based AAV (2020)
  • Author(s): Nobuki Saito, Tetsuya Oda, Aoto Hirata, Yuto Hirota, Masaharu Hirota, Kengo Katayama
  • Organizer: Advances on Broad-Band Wireless Computing, Communication and Applications. BWCCA 2020. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 159. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-61108-8_32
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Coverage Construction Method Based Hill Climbing Approach for Mesh Router Placement Optimization (2020)
  • Author(s): Aoto Hirata, Tetsuya Oda, Nobuki Saito, Masaharu Hirota, Kengo Katayama
  • Organizer: Advances on Broad-Band Wireless Computing, Communication and Applications. BWCCA 2020. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 159. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-61108-8_35
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A DQN Based Mobile Actor Node Control in WSAN: Simulation Results of Different Distributions of Events Considering Three-Dimensional Environment (2020)
  • Author(s): Kyohei Toyoshima, Tetsuya Oda, Masaharu Hirota, Kengo Katayama, Leonard Barolli
  • Organizer: Advances in Internet, Data and Web Technologies. EIDWT 2020. Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies, vol 47. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-39746-3_21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Approach of a Solution Construction Method for Mesh Router Placement Optimization Problem (2020)
  • Author(s): Aoto Hirata, Tetsuya Oda, Nobuki Saito, Kazuho Kanahara, Masaharu Hirota, Kengo Katayama
  • Organizer: 2020 IEEE 9th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Proposal and Experimental Results of a DNN Based Real-Time Recognition Method for Ohsone Style Fingerspelling in Static Characters Environment (2020)
  • Author(s): Yuto Hirota, Tetsuya Oda, Nobuki Saito, Aoto Hirata, Masaharu Hirota, Kengo Katayama
  • Organizer: 2020 IEEE 9th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Approach of a Japanese Co-Occurrence Words Collection Method for Construction of Linked Open Data for COVID-19 (2020)
  • Author(s): Yuki Nagai, Tetsuya Oda, Nobuki Saito, Aoto Hirata, Masaharu Hirota, Kengo Katayama
  • Organizer: 2020 IEEE 9th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE)
  • Int'l Joint Research