2021 Fiscal Year Research-status Report
Evolutionary Search of Structured Data by Using Deep Graph Kernels
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20K12000
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
半田 久志 近畿大学, 情報学部, 教授 (60304333)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | deep graph kernel / 進化計算 / 有機薄膜太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、グラフの探索を進化計算にて行うものである。先行研究のEDA-GKでは、特徴空間で問題を捉えることにより、遺伝子型から表現型への写像の凸凹さを解消できていると考えられる。ところが、研究を押し進めていく上で、先行研究のEDA-GKでは，カーネル関数が対象としている特徴空間によって，問題によっては機能しないことが判ってきた。例えば、前ページの最小パス距離カーネルの場合、解が全結合に近いグラフであった場合任意のノード間の距離がほとんど1となり、最適解付近のグラフのヒストグラムに違いがなくなる。結果、ランダムなエッジの追加・削除によるランダム探索に近い挙動を示すことになる。そこで、本研究課題では、Deep Graph Kernelの利用を検討する。Deep Graph Kernelはグラフカーネルが対象とする特徴に対して、それらの関係性も学習する ものである。word2vecにあるような単語の埋め込みをグラフに拡張したものである。特徴空間を構成するときに、特徴間の関係を埋め込むことより、カーネル関 数の特性に左右されない安定した探索を実現する。事前学習が必要となるが、領域知識が提供できる問題クラスなら適用可能であると考え、特に、提案手法を有機薄膜太陽光電池で評価することを考える。 有機薄膜太陽電池は、比較的大きめの分子構造となるため、スクラッチで原子を組み合わせても適切な解表現を探索することができない。そこで、既存の有機薄膜太陽光電池に用いられている分子構造の部分構造をモジュールとして、モジュールの組み合わせを探索するようにした。さらに，QDFという深層学習の一種を用いることにより、より大規模な分子構造をもつ解に対して、進化計算が適用できるようになった。
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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
有機薄膜太陽光電池の設計に提案手法を応用することに着手した。有機化合物は高々次数4のグラフであり、用いられる原子の種類も数十程度である。しかしながら、ネットワークの規模は大きく、実装に工夫が必要であった。また、SMILESというケムインフォマティクスで用いられている表現形式、隣接グラフ表現形式などの互換性を担保するためのソフトウェアの作成も行なった。いずれの表現形式も、グラフを対象とする難しさを内包しており、同じ物質であっても多様な表 現が可能となっている。その意味で本提案手法の有用性を示すにはうってつけの領域であると考えている。SMILESの表現形式を用いて、Gaussianというソフトウェアで、提案する組成式の電気容量を計算するためのフレームワークを作成し、進化計算モジュールと連結させることにより、自動設計する枠組みを作成した。しかしながらGaussianは量子化学計算を厳密に行うが少し規模の大きい分子構造を用いると数日の評価時間がかかってしまい、使いづらい特徴があった。そこで、QDFという深層学習を活用した近似手法により、進化的な探索を可能とし、その有用性を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
分子のモジュール単位の進化について、進化手法を模索することを一つのテーマとして考えている。また、モジュールそのものを探索するために、有機化学化合物のデーターベースであるQM8から編集距離の近いものをエッジで結んだ巨大グラフを構成し、グラフ上で近傍を構成し、新しい分子構造を持つ有機薄膜太陽電池の構成を可能とすることをもう一つのテーマとする。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で予定していた出張が中止・もしくはオンライン開催となった事による。次年度以降で発表を増やしていくことを検討している。
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Research Products
(2 results)
