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メタヒューリスティクスによる計算困難問題の解決に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 10205211
研究種目

特定領域研究(B)

配分区分補助金
研究機関京都大学

研究代表者

茨木 俊秀  京都大学, 情報学研究科, 教授 (50026192)

研究分担者 野々部 宏司  京都大学, 情報学研究科, 助手 (40324678)
堀山 貴史  奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助手 (60314530)
柳浦 睦憲 (柳浦 陸憲)  京都大学, 情報学研究科, 講師 (10263120)
品野 勇治  東京農工大学, 工学部, 講師 (00297623)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
10,800千円 (直接経費: 10,800千円)
2000年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
1999年度: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
1998年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
キーワードメタヒューリスティクス / 組合せ最適化 / 近似アルゴリズム / 汎用アルゴリズム / 一般化割当問題 / 制約充足問題 / 資源制約スケジューリング / 配送計画問題 / MAX-SAT(最大充足可能性問題) / GAP(一般化割当問題) / RCPSP(資源制御スケジューリング問題) / RCPAP(資源制約スケジューリング問題) / RCPSP(資源制約スケジューリング問題)
研究概要

実社会に現れる組合せ最適化問題の解法として,局所探索を基盤にタブー探索,遺伝アルゴリズム,アニーリング法など,いわゆるメタヒューリスティクスと称される手法が種々提案され,精度の高い近似解を効率よく求めるために大きな成果を上げつつある.本研究の目的は,組合せ最適化問題に対しメタヒューリスティクスに基づく汎用性の高い高性能アルゴリズムを開発することで,実用性の高いソフトウェアを構築することである.具体的には,反復局所探索法,タブー探索およびその変形を中心に,探索空間や近傍の影響を考慮しながら設計を進めた.
ここで,ターゲットとすべき組合せ最適化問題としては,現実に現れる様々な問題を一括して扱える汎用性の高い問題が望ましい.しかしその一方で,アルゴリズムの性能を高めるためには,個々の問題の特殊構造を活かすことが必要である.そこで本研究では,以下に挙げる問題を標準問題として用意し,これらに対するアルゴリズムの開発を行った:
・(重み付き)制約充足問題((Weighted)Constraint Satisfaction Problem),
・一般化割当問題(Generalized Assignment Problem),
・資源制約スケジューリング問題(Resource Constrained Project Scheduling Problem),
・集合被覆問題(Set Covering Problem),
・切断問題(Cutting Stock Problem),
・配送計画問題(Vehicle Routing Problem),
・長方形詰込み問題(Rectangle Packing Problem).
これらの問題はいずれも代表的な組合せ最適化問題であるが,本研究では,複雑な条件を有する現実問題も扱うことができるようアルゴリズムの適用範囲を拡げることに重点をおき,問題の定式化を行った.
本研究で得られたアルゴリズムは,世界中で広く用いられているベンチマーク問題に対し,従来の最良解を更新するなど,その有効性が確認されている.また,現実問題に対しても良質の解を求めることに成功しており,幾つかのアルゴリズムは,すでに実用的な応用で利用されている.

報告書

(4件)
  • 2001 研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (87件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (87件)

  • [文献書誌] K.Nonobe, T.Ibaraki: "A tabu search approach for the constraint satisfaction problem as a general problem solver"European Journal of Operational Research. 106. 599-623 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Yagiura, T.Ibaraki: "Efficient 2 and 3-flip neighborhood search algorithms for the MAX SAT"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1449. 105-116 (1998)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Uno, T.Ibaraki: "Reachability problems of random digraphs"IEICE Transactions. E81-A. 2694-2702 (1998)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Yagiura, T.Yamaguchi, T.Ibaraki: "A variable depth search algorithm with branching search for the generalized assignment problem"Optimization Methods and Software. 10. 419-441 (1998)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Boros, Y.Crama, O.Ekin, P.Hammer, T.Ibaraki, A.Kogan: "Boolean normal forms,shellability and reliability computations"SIAM Journal on Discrete Mathematics. 13. 212-226 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Boros, P.Hammer, T.Ibaraki, A.Kogan, E.Mayoraz, I.Muchnik: "An Implementation of Logical Analysis of Data"IEEE Trans.on Knowledge and Data Engineering. 12. 292-306 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Boros, T.Ibaraki, K.Makino: "Logical Analysis of Binary Data with Missing Bits"Artificial Intelligence. 107. 219-264 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Deng, T.Ibaraki, H.Nagamochi: "Algorithmic Aspects of the Core of Combinatorial Optimization Games"Mathematics of Operations Research. 24. 751-766 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Eiter, T.Ibaraki, K.Makino: "Computing Intersections of Horn Theories for Reasoning with Models"Artificial Intelligence. 110. 57-101 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Eiter, T.Ibaraki, K.Makino: "On the Difference of Horn Theories"Springer Lecture Notes in Computer Science. (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Eiter, T.Ibaraki, K.Makino: "Bidual Horn Functions and Extensions"Discrete Applied Mathematics. 96,97. 55-88 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Horiyama, T.Ibaraki: "Ordered Binary Decision Diagrams Representing Knowledge-Bases"Proceedings of the 1st Japanese-Hungarian Symposium on Discrete Mathematics and Its Applications,Kyoto. 167-174 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Horiyama, T.Ibaraki: "Ordered Binary Decision Diagrams as Knowledge-Bases"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1741. 83-92 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ibaraki, A.Kogan, K.Makino: "Functional Dependencies in Horn Theories"Artificial Intelligence. 108. 1-30 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Makino, T.Suda, H.Ono, T.Ibaraki: "Data Analysis by Positive Decision Trees"IEICE Transactions on Information and Systems. E82-D. 76-88 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Uno, M.Yagiura: "Fast Algorithms to Enumerate All Common Intervals of Permutations"Algorithmica. 26. 290-309 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Yagiura, T.Yamaguchi, T.Ibaraki: "A Variable Depth Search Algorithm for the Generalized Assignment Problem"Meta-Heuristics:Advances and Trends in Local Search Paradigms for Optimization,Kluwer Academic Publishers. 459-471 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Yagiura, T.Ibaraki: "Analyses of the 2 and 3-Flip Neighborhoods for the MAX SAT"Journal of Combinatorial Optimization. 3. 95-114 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Boros, T.Horiyama, T.Ibaraki, K.Makino, M.Yagiura: "Finding Essential Attributes in Binary Data"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1983. 133-138 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Horiyama, T.Ibaraki: "Reasoning with ordered binary decision diagrams"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1969. 120-131 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nonobe, T.Ibaraki: "An improved tabu search method for the weighted constraint satisfaction problem"INFOR. 39. 131-151 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nonobe, T.Ibaraki: "Formulation and tabu search algorithm for the resource constrained project scheduling problem"Essays and Surveys in Metaheuristics,Kluwer Academic Publishers. (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Ono, K.Makino, T.Ibaraki: "Logical Analysis of Data with decomposable structures"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1858. 396-406 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nagamochi, S.Nakamura, T.Ibaraki: "A simplified $\tilde {0}(nm)$ time edge-splitting algorithm in undirected graphs"Algorithmica. 26. 50-67 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ibaraki: "Partially defined Boolean functions with applications to data analysis: A survey"Mathematica Japonica. 51. 153-165 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Boros, P.L.Hammer, T.Ibaraki, A.Kogan, E.Mayoraz, I.Muchnik: "An implementation of logical analysis of data"IEEE Trans.on Knowledge and Data Engineering. 12. 292-306 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.Deng, T.Ibaraki, H.Nagamochi, W.Zang: "Totally balanced combinatorial optimization games"Mathematical Programming. A-87. 441-452 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] D.R.Gaur, T.Ibaraki, R.Krishnamurti: "Constant ratio approximation algorithms for the rectangle stabbing problem and the rectilinear partitioning problem"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1879. 494-503 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kogan, T.Ibaraki: "Optimal scheduling in parallel and serial manufacturing via the maximum principle"Journal of Global Optimization. 16. 271-294 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Boros, Y.Crama, O.Ekin, P.L.Hammer, T.Ibaraki, A.Kogan: "Boolean normal forms,shellability and reliability computation"SIAM Journal on Discrete Mathematics. 13. 212-226 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E.Boros, T.Ibaraki, K.Makino: "Fully consistent extensions of partially defined Boolean functions"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1872. 257-272 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nagamochi, T.Ibaraki: "Polyhedral structure of submodular and posimodular systems"Discrete Applied Mathematics. 107. 165-189 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nagamochi, S.Katayama, T.Ibaraki: "A faster algorithm for computing minimum 5-way and 6-way cuts in graphs"Journal of Combinatorial Optimization. 4. 151-169 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Yagiura, T.Ibaraki: "Local Search"Handbook of Applied Optimization. (To appear).

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Yagiura, T.Ibaraki: "Efficient 2 and 3-flip neighborhood search algorithms for the MAX SAT: Experimental evaluation"Journal of Heuristics. (To appear).

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.E.Burkard, T.Ibaraki, W.R.Pulleyblank(eds.): "Mathematics of Industrial Systems III(Annals of Operations Research,Vol.~76)"Baltzer Science Publishers. (1998)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 茨木 俊秀: "Cによるアルゴリズムとデータ構造"昭晃堂. 226 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 柳浦睦憲, 茨木俊秀: "組合せ最適化 -メタ戦略を中心として-"朝倉書店. 237 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Nonobe, T. Ibaraki: "A tabu search approach for the constraint satisfaction problem as a general problem solver"European Journal of Operational Research. 106. 599-623 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Yagiura, T. Ibaraki: "Efficient 2 and 3-flip neighborhood search algorithms for the MAX SAT"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1449. 105-116 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Uno, T. Ibaraki: "Reachability problems of random digraphs"IEICE Transactions. E81-A. 2694-2702 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Yagiura, T. Yamaguchi, T. Ibaraki: "A variable depth search algorithm with branching search for the generalized assignment problem"Optimization Methods and Software. 10. 419-441 (1998)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E. Boros, Y. Crama, O. Ekin, P. Hammer, T. Ibaraki, A. Kogan: "Boolean normal forms, shellability and reliability computations"SIAM Journal on Discrete Mathematics. 13. 212-226 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E. Boros, P. Hammer, T. Ibaraki, A. Kogan, E. Mayoraz, I. Muchnik: "An Implementation of Logical Analysis of Data"IEEE Trans. on Knowledge and Data Engineering. 12. 292-306 (2000)

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    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E. Boros, T. Ibaraki, K. Makino: "Logical Analysis of Binary Data with Missing Bits"Artificial Intelligence. 107. 219-264 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X. Deng, T. Ibaraki, H. Nagamochi: "Algorithmic Aspects of the Core of Combinatorial Optimization Games"Mathematics of Operations Research. 24. 751-766 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Eiter, T. Ibaraki, K. Makino: "Computing Intersections of Horn Theories for Reasoning with Models"Artificial Intelligence. 110. 57-101 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Eiter, T. Ibaraki, K. Makino: "On the Difference of Horn Theories"Springer Lecture Notes in Computer Science. (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Eiter, T. Ibaraki, K. Makino: "Bidual Horn Functions and Extensions"Discrete Applied Mathematics. 96-97. 55-88 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Horiyama, T. Ibaraki: "Ordered Binary Decision Diagrams Representing Knowledge-Bases"Proceedings of the 1st Japanese-Hungarian Symposium on Discrete Mathematics and Its Applications, Kyoto. 167-174 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Horiyama, T. Ibaraki: "Ordered Binary Decision Diagrams as Knowledge-Bases"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1741. 83-92 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Ibaraki, A. Kogan, K. Makino: "Functional Dependencies in Horn Theories"Artificial Intelligence. 108. 1-30 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Makino, T. Suda, H. Ono, T. Ibaraki: "Data Analysis by Positive Decision Trees"IEICE Transactions on Information and Systems. E82-D. 76-88 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Uno, M. Yagiura: "Fast Algorithms to Enumerate All Common Intervals of Two Permutations"Algorithmica. 26. 290-309 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Yagiura, T. Yamaguchi, T. Ibaraki: "A Variable Depth Search Algorithm for the Generalized Assignment Problem"Meta-Heuristics : Advances and Trends in Local Search Paradigms for Optimization, Kluwer Academic Publishers. 459-471 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Yagiura, T. Ibaraki: "Analyses of the 2 and 3-Flip Neighborhoods for the MAX SAT"Journal of Combinatorial Optimization. 3. 95-114 (1999)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] E. Boros, T. Horiyama, T. Ibaraki, K. Makino, M. Yagiura: "Finding Essential Attributes in Binary Data"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1983. 133-138 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Horiyama, T. Ibaraki: "Reasoning with ordered binary decision diagrams"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1969. 120-131 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Nonobe, T. Ibaraki: "An improved tabu search method for the weighted constraint satisfaction problem"INFOR. 39. 131-151 (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Nonobe, T. Ibaraki: "Formulation and tabu search algorithm for the resource constrained project scheduling problem"Essays and Surveys in Metaheuristics, Kluwer Academic Publishers. (2001)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Ono, K. Makino, T. Ibaraki: "Logical Analysis of Data with decomposable structures"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1858. 396-406 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Nagamochi, S. Nakamura, T. Ibaraki: "A simplified $\tilde {0} (nm)$ time edge-splitting algorithm in undirected graphs"Algorithmica. 26. 50-67 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Ibaraki: "Partially defined Boolean functions with applications to data analysis : A survey"Mathematica Japonica. 51. 153-165 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
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  • [文献書誌] E. Boros, T. Ibaraki, K. Makino: "Fully consistent extensions of partially defined Boolean functions"Springer Lecture Notes in Computer Science. 1872. 257-272 (2000)

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  • [文献書誌] H. Nagamochi, T. Ibaraki: "Polyhedral structure of submodular and posimodular systems"Discrete Applied Mathematics. 107. 165-189 (2000)

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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