2021 Fiscal Year Research-status Report
ナチュラルコンピューティングにおける実行の高速化を実現する計算手法
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20K11681
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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) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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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，生物の細胞などの生態系を計算のためのハードウェアとみなして計算を行うための研究が注目を集めている．本研究では，ナチュラルコンピューティングの現実世界での計算の実行速度に焦点を当て，高速に実行可能な問題解法（アルゴリズム）の提案を行う．また，提案アルゴリズムを実行可能な計算シミュレータを開発し，提案アルゴリズムの正当性，及び，実効性の検証を行うとともに，解の精度や計算速度についても評価を行う.
令和3年度は，以下のような内容を中心に研究を行なった.
(1) 現実的な仮定を考慮した計算モデルを用いたアルゴリズムの提案：本研究では，それぞれの生化学反応に必要な時間と資源量を考慮するとともに，生化学物質がエラーを起こすことも考慮した計算モデルを用いて，基本的演算を実行可能なアルゴリズムの提案を行なった．
(2) ナチュラルコンピューティングシミュレータの改良：実行される生化学的操作や資源等の制約条件などを考慮できるように，既存のナチュラルコンピューティングシミュレータに対して改良を行なった．本シミュレータは，言語としてpythonを用いており，アルゴリズムの実際の実行ステップ数や利用資源量の検証が可能となっている．
(3) ナチュラルコンピューティングにおける，高速実行可能なアルゴリズムの提案：ナチュラルコンピューティングにおいて高速実行可能な計算困難問題に対するアルゴリズムの提案を行なった．対象とした問題は，代表的計算困難問題である充足可能性問題，および，グラフ分野の計算困難問題であり，これらの問題に対して，高速に実行可能なデータ構造の提案を行うとともに，提案データ構造を用いて高速に実行可能なアルゴリズムの提案を行なった．また，提案アルゴリズムを(2)のシミュレーション環境に実装し，提案アルゴリズムの正当性や有効性の検証を行なった．
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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
現実的な仮定を考慮した計算モデルを用いたアルゴリズムの提案，及び，高速実行可能なアルゴリズムの提案については，国際的学術雑誌における1本の論文，および，国際会議における4本の発表として取りまとめることができた．これに加えて，提案アルゴリズムを実行可能なプロトタイプシミュレータを改良し，提案アルゴリズムの正当性や有効性の検証を正確かつ効率的に行うことができるようになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度については，以下のような研究に取り組みたいと考えている.
1. 計算困難問題に対するアルゴリズムの提案:令和3年度においてはエラー耐性のあるアルゴリズムの提案や，いくつかの計算困難問題に対して高速実行可能なアルゴリズムの提案を行なったが，取り組むべき問題としては他にも多くの計算困難問題が存在する.本研究では，特にグラフ分野における様々な計算困難問題に対して，高速に実行可能なアルゴリズムを提案したいと考えている.高速化のための手法としては，厳密解を求めるための既存のアイデアを元に，今までの研究で得られたナチュラルコンピューティング独自の知見を融合したアルゴリズムを予定している.
2. ロバスト性のあるアルゴリズムの提案：令和3年度に提案したエラー耐性のあるアルゴリズムを発展させ，取り扱うデータが予測不能なデータに変化するというビザンチン故障に対して，ロバスト性を持つアルゴリズムについて研究を行っている．ビザンチン故障においては，その値が任意に変化することを仮定しなければならないため，ある程度の冗長性を持ったシステムとすることが必要不可欠である．しかしながら，冗長性によりシステムとして実行時間が大きくなることは避けるべきであり，データ構造に工夫を行い，実行時間性能の低下を招かないようなロバスト性を実現することが本研究の目標である．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により、研究発表を行なった国際会議が遠隔での開催となり、旅費の使用がなくなったため次年度使用額が生じている．この残額については、令和４年度に研究発表予定の国際会議の旅費とする予定である．
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