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2022 Fiscal Year Annual Research Report

超スマート社会時代のアルゴリズム工学 - パラメータ化近似均衡計算

Research Project

Project/Area Number 22H00513
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

小野 廣隆  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (00346826)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 柳浦 睦憲  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (10263120)
大舘 陽太  名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (80610196)
脊戸 和寿  北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (20584056)
土中 哲秀  九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (30824982)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2027-03-31
Keywords組合せ最適化 / グラフ最適化 / 多項式階層 / パラメータ化計算量 / 近似アルゴリズム / 均衡計算 / PSPACE完全
Outline of Annual Research Achievements

本研究はこれまで最適解発見を主な対象としていたアルゴリズム設計論の対象を均衡解発見へと発展・拡大することを目指すものである.通常の最適化がNP, coNPに属するのに対し均衡発見はΣP2, ΠP2といった多項式階層におけるより上位の計算量クラス,あるいは近傍探索におけるPLS, PPADといった計算クラスに属するため,従来型の最適化研究を超えた新たな計算量理論の展開が必要となる.このような視点から本研究では研究期間を通して,大きく(A) アルゴリズム設計論, (B) 実践アルゴリズム設計の構築,(C) 計算量理論・計算限界解明,を研究テーマとして取り組んでいる.2022年度とその繰越年度では査読有論文20本の多くの結果が得られた(詳しくは論文リストを参照されたい).ここでは主だった結果の一つであるグラフ上で行うゲームの勝敗判定に関する研究について述べる:グラフ上で2人のプレイヤーが交互に辺を抜いていき,それ以上辺が抜けなくなった手番のプレイヤーが負けであるようなゲームを考える.この辺ケイレスと呼ばれるゲームは1978年に提案された.点を交互に抜くゲームである点ケイレスに関しては勝者判定がPSPACE完全であることがわかっているのに対し,辺ケイレスの計算量はまだ未解決である(PSPACEに属することはわかるが,NPに含まれるか,あるいはNP困難・PSPACE困難性などの結果が知られていない).辺ケイレスに対し,ターン数に関する局面数の見積に基づくFPTアルゴリズムを与えるとともに,その計算量がこの種のアプローチによる高速化の限界に達していることを示した.この研究成果は組合せアルゴリズムに関する国際学会IWOCAに採択となり,Best Student Paper を受賞した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究成果が20本に上る査読付き論文として採録されており,またその採録先もAlgorithmica, Theoretical Computer Science誌, Discrete Applied Mathematics誌など一流誌,あるいは定評ある学術誌,ヨーロッパトップ国際会議などがあるだけでなく,上項目で説明したような受賞に至るものもあり高いレベルで研究が進んでいると言える.この他にも次年度に採録が決まっている結果もあるだけでなく,まとめ段階に入っている結果も多くあり,次年度も新たな成果が得られることが見込まれる.

Strategy for Future Research Activity

本研究は従来のアルゴリズム研究が主に注目してきたP, NP, coNPに属する最適化問題を超える計算階層に属するアルゴリズム理論・実践法の確立を目指すものである.繰越年度を含めた2年間の研究を経て,2つの観点から当初考えていたよりも本研究課題のターゲット・アプローチをより広く考える必要性があると考えている.(1)当初は主なターゲットを(ΣP2, ΠP2困難であると証明・予想されている)均衡発見と考えていたが,上述の結果のようにそれ以外にも自然かつ重要な問題がΣP2, ΠP2困難であることがわかりつつあり,本研究課題の潜在的なターゲットは非常に大きいと考えられる.(2)解の一意化のアルゴリズム設計に用いた技法は,動的計画法・パラメータ化アルゴリズム設計といったP, NP, coNPに属する最適化問題に対して開発されたアプローチをアレンジして得られたものであり,その要点は解空間の構造の丁寧な考察にある.このため,従来型のアルゴリズム設計技法の精緻化が本課題の推進につながるものとなる.以上のような観点から次年度以降,研究を推進する.

  • Research Products

    (29 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (20 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 20 results,  Open Access: 12 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Alberta(カナダ)

    • Country Name
      CANADA
    • Counterpart Institution
      University of Alberta
  • [Int'l Joint Research] NISER/The Institute of Mathematical Sciences(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      NISER/The Institute of Mathematical Sciences
  • [Int'l Joint Research] Universite Gustave Eiffel/Universite Paris Dauphine/Universite de Paris(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Universite Gustave Eiffel/Universite Paris Dauphine/Universite de Paris
  • [Int'l Joint Research] University of Modena and Reggio Emilia/University of Bologna(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      University of Modena and Reggio Emilia/University of Bologna
  • [Journal Article] Sequentially Swapping Tokens: Further on Graph Classes.2023

    • Author(s)
      Hironori Kiya,Yuto Okada,Hirotaka Ono,Yota Otachi
    • Journal Title

      SOFSEM 2023: Theory and Practice of Computer Science - 48th International Conference on Current Trends in Theory and Practice of Computer Science(SOFSEM) , Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13878 Pages: 222-235

    • DOI

      10.1007/978-3-031-23101-8_15

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A framework to design approximation algorithms for finding diverse solutions in combinatorial problems2023

    • Author(s)
      Tesshu Hanaka, Masashi Kiyomi, Yasuaki Kobayashi, Yusuke Kobayashi, Kazuhiro Kurita, Yota Otachi
    • Journal Title

      Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence

      Volume: 37(4) Pages: 3968-3976

    • DOI

      10.1609/aaai.v37i4.25511

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reconfiguring (non-spanning) arborescences2023

    • Author(s)
      Takehiro Ito, Yuni Iwamasa, Yasuaki Kobayashi, Yu Nakahata, Yota Otachi, Kunihiro Wasa
    • Journal Title

      Theoretical Computer Science

      Volume: 943 Pages: 131-141

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2022.12.007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reallocation Problems with Minimum Completion Time2022

    • Author(s)
      Toshimasa Ishii, Jun Kawahara, Kazuhisa Makino, Hirotaka Ono
    • Journal Title

      Computing and Combinatorics - 28th International Conference, COCOON 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13595 Pages: 292-304

    • DOI

      10.1007/978-3-031-22105-7_26

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fair Ride Allocation on a Line2022

    • Author(s)
      Yuki Amano, Ayumi Igarashi, Yasushi Kawase, Kazuhisa Makino, Hirotaka Ono
    • Journal Title

      Algorithmic Game Theory - 15th International Symposium, SAGT 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13584 Pages: 421-435

    • DOI

      10.1007/978-3-031-15714-1_24

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Capacitated Network Design Games on a Generalized Fair Allocation Model.2022

    • Author(s)
      Tesshu Hanaka,Toshiyuki Hirose,Hirotaka Ono
    • Journal Title

      21st International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems(AAMAS)

      Volume: - Pages: 1616-1617

    • DOI

      10.5555/3535850.3536053

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Polynomial-Time Equivalences and Refined Algorithms for Longest Common Subsequence Variants.2022

    • Author(s)
      Yuichi Asahiro,Jesper Jansson,Guohui Lin,Eiji Miyano,Hirotaka Ono,Tadatoshi Utashima
    • Journal Title

      33rd Annual Symposium on Combinatorial Pattern Matching, CPM 2022, LIPIcs

      Volume: 223 Pages: 15:1-15:17

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.CPM.2022.15

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Computing L(p, 1)-Labeling with Combined Parameters.2022

    • Author(s)
      Tesshu Hanaka,Kazuma Kawai,Hirotaka Ono
    • Journal Title

      Journal of Graph Algorithms and Applications

      Volume: 26(2) Pages: 251-255

    • DOI

      10.7155/jgaa.00592

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The existence of a pure Nash equilibrium in the two-player competitive diffusion game on graphs having chordality.2022

    • Author(s)
      Naoka Fukuzono,Tesshu Hanaka,Hironori Kiya,Hirotaka Ono
    • Journal Title

      Discrete Applied Mathematics

      Volume: 321 Pages: 281-294

    • DOI

      10.1016/j.dam.2022.04.025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Winner Determination Algorithms for Graph Games with Matching Structures2022

    • Author(s)
      Yoshiwatari Kanae、Kiya Hironori、Hanaka Tesshu、Ono Hirotaka
    • Journal Title

      Combinatorial Algorithms - 33rd International Workshop, IWOCA 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13270 Pages: 509~522

    • DOI

      10.1007/978-3-031-06678-8_37

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sorting balls and water: Equivalence and computational complexity2022

    • Author(s)
      Takehiro Ito, Jun Kawahara, Shin-ichi Minato, Yota Otachi, Toshiki Saitoh, Akira Suzuki, Ryuhei Uehara, Takeaki Uno, Katsuhisa Yamanaka, Ryo Yoshinaka
    • Journal Title

      The 11th International Conference on Fun with Algorithms (FUN 2022), Leibniz International Proceedings in Informatics

      Volume: 226 Pages: 16:1-16:17

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.FUN.2022.16

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Independent set reconfiguration on directed graphs2022

    • Author(s)
      Takehiro Ito, Yuni Iwamasa, Yasuaki Kobayashi, Yu Nakahata, Yota Otachi, Masahiro Takahashi, Kunihiro Wasa
    • Journal Title

      The 47th International Symposium on Mathematical Foundations of Computer Science (MFCS 2022), Leibniz International Proceedings in Informatics

      Volume: 241 Pages: 58:1-58:15

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.MFCS.2022.58

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Parameterized complexity of non-separating and non-disconnecting paths and sets2022

    • Author(s)
      Ankit Abhinav, Susobhan Bandopadhyay, Aritra Banik, Yasuaki Kobayashi, Shunsuke Nagano, Yota Otachi, Saket Saurabh
    • Journal Title

      The 47th International Symposium on Mathematical Foundations of Computer Science (MFCS 2022), Leibniz International Proceedings in Informatics

      Volume: 241 Pages: 6:1-6:15

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.MFCS.2022.6

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Algorithmic meta-theorems for combinatorial reconfiguration revisited2022

    • Author(s)
      Tatsuya Gima, Takehiro Ito, Yasuaki Kobayashi, Yota Otachi
    • Journal Title

      The 30th European Symposium on Algorithms (ESA 2022). Leibniz International Proceedings in Informatics

      Volume: 244 Pages: 61:1-61:15

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.ESA.2022.61

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Extended MSO model checking via small vertex integrity2022

    • Author(s)
      Tatsuya Gima, Yota Otachi
    • Journal Title

      The 33rd International Symposium on Algorithms and Computation (ISAAC 2022). Leibniz International Proceedings in Informatics

      Volume: 248 Pages: 20:1-20:15

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.ISAAC.2022.20

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Parameterized complexity of graph burning2022

    • Author(s)
      Yasuaki Kobayashi, Yota Otachi
    • Journal Title

      Algorithmica

      Volume: 84 Pages: 2379-2393

    • DOI

      10.1007/s00453-022-00962-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Grundy distinguishes treewidth from pathwidth2022

    • Author(s)
      Remy Belmonte, Eun Jung Kim, Michael Lampis, Valia Mitsou, Yota Otachi
    • Journal Title

      SIAM Journal on Discrete Mathematics

      Volume: 36 Pages: 1761-1787

    • DOI

      10.1137/20M1385779

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] An Iterated Dual Substitution Approach for Binary Integer Programming Problems under the Min-Max Regret Criterion2022

    • Author(s)
      Wei Wu, Manuel Iori, Silvano Martello, Mutsunori Yagiura
    • Journal Title

      INFORMS Journal on Computing

      Volume: 34(5) Pages: 2523?2539

    • DOI

      10.1287/ijoc.2022.1189

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An Efficient Tabu Search Algorithm for the Linear Ordering Problem2022

    • Author(s)
      Masahiro Sakabe, Mutsunori Yagiura
    • Journal Title

      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      Volume: 16(4) Pages: JAMDSM0041 1-14

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2022jamdsm0041

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Metaheuristic Algorithm for the Carry-over Effect Value Minimization Problem in Round-Robin Tournaments2022

    • Author(s)
      Yunjian Cao, Wei Wu, Mutsunori Yagiura
    • Journal Title

      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      Volume: 16(4) Pages: JAMDSM0042 1-13

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2022jamdsm0042

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Collecting Balls on a Line by Robots with Limited Energy2023

    • Author(s)
      Nicolas Honorato Droguett, Kazuhiro Kurita, Tesshu Hanaka, Yota Otachi, Hirotaka Ono
    • Organizer
      The 23rd Japan?Korea Joint Workshop?on Algorithms and Computation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] On a spectral lower bound of treewidth2023

    • Author(s)
      Tatsuya Gima, Tesshu Hanaka,?Kohei Noro, Hirotaka Ono, Yota Otachi
    • Organizer
      The 23rd Japan?Korea Joint Workshop?on Algorithms and Computation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural Parameterizations of Vertex Integrity2023

    • Author(s)
      Ryota Murai, Tatsuya Gima, Tesshu Hanaka, Yasuaki Kobayashi, Hirotaka Ono, Yota Otachi
    • Organizer
      The 23rd Japan?Korea Joint Workshop?on Algorithms and Computation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NP-completeness of Computing Pre-assignments to Uniquify Vertex Cover for Bipartite Graphs2023

    • Author(s)
      Ryu Suzuki, Yasuaki Kobayashi, Kazuhisa Seto, Takashi Horiyama
    • Organizer
      The 23rd Japan?Korea Joint Workshop?on Algorithms and Computation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hardness of Computing a Pre-assignment to Uniquify Minimum Dominating?Sets?on?Bipartite?Graphs2023

    • Author(s)
      鈴木琉, 脊戸和寿, 堀山貴史
    • Organizer
      第195回アルゴリズム研究発表会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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