• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

巨大グラフとビッグデータ解析の基礎基盤: 理論研究と高速アルゴリズム開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H05291
研究種目

基盤研究(S)

配分区分補助金
審査区分 大区分J
研究機関国立情報学研究所

研究代表者

河原林 健一  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (40361159)

研究分担者 垣村 尚徳  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30508180)
小林 佑輔  京都大学, 数理解析研究所, 准教授 (40581591)
吉田 悠一  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 准教授 (50636967)
Avis David  京都大学, 情報学研究科, 非常勤講師 (90584110)
黒木 祐子  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 助教 (50889095)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
研究課題ステータス 交付 (2022年度)
配分額 *注記
193,050千円 (直接経費: 148,500千円、間接経費: 44,550千円)
2022年度: 38,870千円 (直接経費: 29,900千円、間接経費: 8,970千円)
2021年度: 39,130千円 (直接経費: 30,100千円、間接経費: 9,030千円)
2020年度: 40,820千円 (直接経費: 31,400千円、間接経費: 9,420千円)
2019年度: 39,130千円 (直接経費: 30,100千円、間接経費: 9,030千円)
2018年度: 35,100千円 (直接経費: 27,000千円、間接経費: 8,100千円)
キーワードグラフアルゴリズム / グラフ理論 / グラフ / 離散数学 / アルゴリズム / 離散最適化 / 組合せ最適化 / 分散計算 / サブモジュラー関数 / 計算理論
研究実績の概要

1. 離散数学、グラフアルゴリズムにおける構造解析を行うための海外からのPDを雇う予定であったが、それがCOVID-19(新型コロナウィルス感染症)の影響により研究員を補充することが全くできなかったため、以下の2分野をRAと共同研究者とともに遂行した。
2. オンラインアルゴリズム開発と機械学習への応用、そして、
3.アルゴリズム技術を機械学習への応用、を行う予定である。
この2つは、機械学習分野において、理論分野の応用が活発に行われている研究分野である。
2に関しては、推薦システムの最適化やポートフォリオ選択など、評価指標が不確定な状況で意思決定をしながら逐次的に戦略を改善するための取り組みとして、オンライン最適化やバンディット最適化の枠組みに取り組んだ。これらの成果は、世界的に評価されている研究成果をNeuRIPS、AAAI、AISTATなどで発表してきた。
3に関しては、河原林はすでにグラフ理論的な解析とグラフ構造の知見を利用し、グラフニューラルネットワーク解析において、すでにインパクトのある研究成果を残している(ICLR'21)。これらの論文は、グラフニューラルネットワークの性能と限界に関して大きなインパクトを与えた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

チューリング賞受賞者Tarjanの平面グラフ、セパレイタなどのアルゴリズム設計から始まり、2000年代になりその高まりはピークを迎えた。そしてこの分野の頂点に立つのがRobertson, Seymourによる「グラフマイナー理論(GM)」である。RobertsonとSeymourは「Graph Minors(GM)」という共通のタイトルを持つ一連の23本の論文で「グラフマイナー理論」を構築した(1986年~2004年)。この理論は、離散数学のみならず、アルゴリズム・理論計算機分野の広域で、最も深遠な結果・理論と評価されてきている。しかしながら、グラフマイナー理論の有向グラフ(辺に向きがついているグラフ)への展開は、長年未解決であった。
この背景のもと、無向グラフのGMを有向グラフに拡張する第一歩として、共同研究者であるKreutzer氏と提案者は、1990年代中盤にReed, Robertson, Seymour, Thomas などの著名な数学者によって予想された「有向グラフの木幅とグリッドマイナーのMin-Max 予想」を2015年に完全解決した(STOC’15)。この解決により、グラフマイナー理論(GM)の6本目の論文まで、有向グラフに拡張に成功したことになる。その後、2020年に「弱構造定理」(SODA’20)を証明した。これによってGM13の結果に関しても、有向グラフに拡張可能になった。

今後の研究の推進方策

近年の情報通信技術の発展に伴い,従来のアルゴリズムでは想定し得ない状況下で組合せ最適化問題を解く必要が新たに生まれてきた。例えば、近年の機械学習の進展により、必要な情報をデータから推定し、その推定結果を元に意思決定をするために組合せ最適化問題を解くような状況がある。この場合,最適化問題の入力は不確実性や一定程度の誤りを含んでいる。このような状況下でのアルゴリズムの振る舞いや性能に関する研究は、オンライン最適化やバンディット最適化として、機械学習分野で近年活発に研究されてきたが、まだまだ多くの研究課題が残されている。特に、評価指標が不確定な状況で意思決定しながら逐次的に戦略を改善するための取り組みは、現在のデータ科学の要請もあってホットトピックとなっている。これらの分野に対して、離散アルゴリズム的アプローチを行う予定である。

評価記号
事後評価所見 (区分)

A+: 研究領域の設定目的に照らして、期待以上の成果があった

評価記号
中間評価所見 (区分)

A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる

報告書

(9件)
  • 2023 事後評価(所見) ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 研究概要(中間評価) ( PDF )   実績報告書   中間評価(所見) ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 研究概要(採択時) ( PDF )   審査結果の所見 ( PDF )   実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (24件) (うち国際共著 18件、 査読あり 24件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 7件、 招待講演 5件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] Embeddings of Planar Quasimetrics into Directed ?<sub>1</sub> and Polylogarithmic Approximation for Directed Sparsest-Cut2022

    • 著者名/発表者名
      Kawarabayashi Ken-ichi、Sidiropoulos Anastasios
    • 雑誌名

      FOCS’21

      巻: 1 ページ: 480-491

    • DOI

      10.1109/focs52979.2021.00055

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Directed Tangle Tree-Decompositions and Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Giannopoulou Archontia C.、Kawarabayashi Ken-ichi、Kreutzer Stephan、Kwon O-joung
    • 雑誌名

      SODA'22

      巻: 1 ページ: 377-405

    • DOI

      10.1137/1.9781611977073.19

    • ISBN
      9781611977073
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spectral Hypergraph Sparsifiers of Nearly Linear Size2022

    • 著者名/発表者名
      Kapralov Michael、Krauthgamer Robert、Tardos Jakab、Yoshida Yuichi
    • 雑誌名

      FOCS'21

      巻: 1 ページ: 1159-1170

    • DOI

      10.1109/focs52979.2021.00114

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] RelWalk - A Latent Variable Model Approach to Knowledge Graph Embedding2021

    • 著者名/発表者名
      Bollegala Danushka、Hakami Huda、Yoshida Yuichi、Kawarabayashi Ken-ichi
    • 雑誌名

      EACL'21

      巻: 1 ページ: 1551-1565

    • DOI

      10.18653/v1/2021.eacl-main.133

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sparktope: linear programs from algorithms2021

    • 著者名/発表者名
      David Avis, David Bremner
    • 雑誌名

      Optimization Methods and Software

      巻: online 号: 3 ページ: 1-28

    • DOI

      10.1080/10556788.2020.1864370

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Improved Distributed Approximations for Maximum Independent Set.2020

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi, Seri Khoury, Aaron Schild, Gregory Schwartzman
    • 雑誌名

      Proceedings of the 34th International Symposium on Distributed Computing (DISC 2020)

      巻: 35 ページ: 1-16

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Model-Checking on Ordered Structures2020

    • 著者名/発表者名
      Eickmeyer Kord、Heuvel Jan van den、Kawarabayashi Ken-Ichi、Kreutzer Stephan、Mendez Patrice Ossona De、Pilipczuk Michal、Quiroz Daniel A.、Rabinovich Roman、Siebertz Sebastian
    • 雑誌名

      ACM Transactions on Computational Logic

      巻: 21 号: 2 ページ: 1-28

    • DOI

      10.1145/3360011

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Minimum Violation Vertex Maps and Their Applications to Cut Problems2020

    • 著者名/発表者名
      Kawarabayashi Ken-ichi、Xu Chao
    • 雑誌名

      SIAM Journal on Discrete Mathematics

      巻: 34 号: 4 ページ: 2183-2207

    • DOI

      10.1137/19m1290899

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Complexity of the Multi-Service Center Problem2020

    • 著者名/発表者名
      Takehiro Ito, Naonori Kakimura, and Yusuke Kobayashi
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: 842 ページ: 18-27

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2020.07.021

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear min-max relation between the treewidth of an H-minor-free graph and its largest grid minor2020

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi and Yusuke Kobayashi
    • 雑誌名

      Journal of Combinatorial Theory, Series B

      巻: 141 ページ: 165-180

    • DOI

      10.1016/j.jctb.2019.07.007

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A nearly 5/3-approximation FPT Algorithm for Min-k-Cut2020

    • 著者名/発表者名
      Kawarabayashi Ken-ichi、Lin Bingkai
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2020 ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms (SODA 2020)

      巻: 20 ページ: 990-999

    • DOI

      10.1137/1.9781611975994.59

    • ISBN
      9781611975994
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Directed Flat Wall Theorem2020

    • 著者名/発表者名
      Giannopoulo Archontia C.、Kawarabayashi Ken-ichi、Kreutzer Stephan、Kwon O-joung
    • 雑誌名

      SODA'20

      巻: 1 ページ: 239-258

    • DOI

      10.1137/1.9781611975994.15

    • ISBN
      9781611975994
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Deterministic Edge Connectivity in Near-Linear Time2019

    • 著者名/発表者名
      Kawarabayashi Ken-Ichi、Thorup Mikkel
    • 雑誌名

      Journal of the ACM

      巻: 66 号: 1 ページ: 1-50

    • DOI

      10.1145/3274663

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stochastic Submodular Maximization with Performance-Dependent Item Costs2019

    • 著者名/発表者名
      Fukunaga Takuro、Konishi Takuya、Fujita Sumio、Kawarabayashi Ken-ichi
    • 雑誌名

      Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence

      巻: 33 号: 01 ページ: 1485-1494

    • DOI

      10.1609/aaai.v33i01.33011485

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Constant Inapproximability of the Parameterized Dominating Set Problem2019

    • 著者名/発表者名
      Chen Yijia、Lin Bingkai
    • 雑誌名

      SIAM Journal on Computing

      巻: 48 号: 2 ページ: 513-533

    • DOI

      10.1137/17m1127211

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Non-zero-sum Stackelberg Budget Allocation Game for Computational Advertising2019

    • 著者名/発表者名
      Hatano Daisuke、Kuroki Yuko、Kawase Yasushi、Sumita Hanna、Kakimura Naonori、Kawarabayashi Ken-ichi
    • 雑誌名

      The 16th Pacific Rim International Conference on Artificial Intelligence (PRICAI 2019), LNCS

      巻: 16 ページ: 568-582

    • DOI

      10.1007/978-3-030-29908-8_45

    • ISBN
      9783030299071, 9783030299088
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A local condition for k-contractible edges2019

    • 著者名/発表者名
      Ando Kiyoshi
    • 雑誌名

      Discrete Mathematics

      巻: 342 号: 12 ページ: 111598-111598

    • DOI

      10.1016/j.disc.2019.111598

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Diameter of colorings under Kempe changes2019

    • 著者名/発表者名
      Bonamy Marthe、Heinrich Marc、Ito Takehiro、Kobayashi Yusuke、Mizuta Haruka、Muehlenthaler Moritz、Suzuki Akira、Wasa Kunihiro
    • 雑誌名

      Proc. of COCOON 2019, Lecture Notes in Computer Science

      巻: 11653 ページ: 52-64

    • DOI

      10.1007/978-3-030-26176-4_5

    • ISBN
      9783030261757, 9783030261764
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An Improved Fixed-Parameter Algorithm for Max-Cut Parameterized by Crossing Number2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasuaki、Kobayashi Yusuke、Miyazaki Shuichi、Tamaki Suguru
    • 雑誌名

      Proceedings of the 30th International Workshop on Combinatorial Algorithms (IWOCA 2019)

      巻: 30 ページ: 327-338

    • DOI

      10.1007/978-3-030-25005-8_27

    • ISBN
      9783030250041, 9783030250058
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Polynomial Planar Directed Grid Theorem2019

    • 著者名/発表者名
      Hatzel Meike、Kawarabayashi Ken-ichi、Kreutzer Stephan
    • 雑誌名

      Proceedings of the Thirtieth Annual ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms (SODA 2019)

      巻: 19 ページ: 1465-1484

    • DOI

      10.1137/1.9781611975482.89

    • ISBN
      9781611975482
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Polylogarithmic approximation for Euler genus on bounded degree graphs2019

    • 著者名/発表者名
      Kawarabayashi Ken-ichi、Sidiropoulos Anastasios
    • 雑誌名

      Proceedings of the 51st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing (STOC 2019)

      巻: 51 ページ: 164-175

    • DOI

      10.1145/3313276.3316409

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optimal Distributed Covering Algorithms2019

    • 著者名/発表者名
      Ben Basat Ran、Even Guy、Kawarabayashi Ken-ichi、Schwartzman Gregory
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2019 ACM Symposium on Principles of Distributed Computing (PODC2019)

      巻: 19 ページ: 104-106

    • DOI

      10.1145/3293611.3331577

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Strongly Polynomial Time Algorithm for the Maximum Supply Rate Problem on Trees2018

    • 著者名/発表者名
      Takayama Koki、Kobayashi Yusuke
    • 雑誌名

      Proceedings of the 12th International Frontiers of Algorithmics Workshop (FAW 2018)

      巻: - ページ: 54-67

    • DOI

      10.1007/978-3-319-78455-7_5

    • ISBN
      9783319784540, 9783319784557
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Boosting PageRank Scores by Optimizing Internal Link Structure2018

    • 著者名/発表者名
      Naoto Ohsaka, Tomohiro Sonobe, Naonori Kakimura, Takuro Fukunaga, Sumio Fujita, Ken-ichi Kawarabayashi
    • 雑誌名

      Database and Expert Systems Applications, DEXA 2018. Lecture Notes in Computer Science

      巻: 11029 ページ: 424-439

    • DOI

      10.1007/978-3-319-98809-2_26

    • ISBN
      9783319988085, 9783319988092
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Low diameter decomposition, polylogarithmic approximation for directed sparsest-cut, and embedding into directed for directed planar graph2021

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi
    • 学会等名
      Banff International Research Station for Mathematical Innovation and Discovery2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The Directed Flat Wall Theorem.2020

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi
    • 学会等名
      SODA'20
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The Directed Flat Wall Theorem2020

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi
    • 学会等名
      ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms (SODA 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A nearly 5/3-approximation FPT Algorithm for Min-k-Cut2020

    • 著者名/発表者名
      Bingkai Lin
    • 学会等名
      ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms (SODA 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Algorithmic Topological Graph Theory2019

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi
    • 学会等名
      42th ACCMCC
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Some algorithmic aspect using the Four Color Theorem2019

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi
    • 学会等名
      Waterloo Coloring Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Directed Graph Minors2018

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Kawarabayashi
    • 学会等名
      30th Workshop on Topological Graph Theory
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考]

    • URL

      https://researchmap.jp/k_keniti

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://researchmap.jp/k_keniti

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://researchmap.jp/k_keniti

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://researchmap.jp/k_keniti

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-06-12   更新日: 2024-03-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi