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大規模な非凸最適化問題に対する効率の良いアルゴリズムの開発と機械学習等への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K15247
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分25010:社会システム工学関連
研究機関統計数理研究所

研究代表者

田中 未来  統計数理研究所, 統計基盤数理研究系, 准教授 (40737053)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード最適化 / 数理最適化 / アルゴリズム / 機械学習
研究開始時の研究の概要

本研究では, 機械学習等の実応用に由来する大規模な非凸最適化問題に対する実用上効率の良いアルゴリズムの開発を行ない, さらにその効率の良さに対して理論的な裏付けを与えることを目指す. 具体的には, 以下の研究を行なう: (1) 非凸最適化アルゴリズムの高速化, (2) 通信システムの最適化や等調回帰などの構造をもった実問題や 2 段階最適化問題に対する実用上効率のよいアルゴリズムの開発, (3) 非凸最適化アルゴリズムが局所的最適解に収束しやすいという現象の解明に向けた理論的解析.

研究実績の概要

(1) 微分不可能な最適化問題に対する平滑化法の連続極限 (平滑化勾配流) に関する Lyapunov 解析を行なった.
(2) 最大一般化固有値の最小化問題の性質を明らかにし, この問題を解くためのアルゴリズムを開発した.
(3) 非線形最適化に関するサーベイ論文を執筆した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

理論面と応用面の両面からの研究が進行しており, 研究は順調に進展していると言える. 新規に複数の論文を準備・投稿しており, 成果が順調に出ている.

今後の研究の推進方策

(1) 2 錐間の大域的な最小角を計算するための分枝限定法を実装し, 凸錐の幾何学における未解決問題にアプローチする.
(2) 複素信号処理に現れる非凸非平滑最適化問題への応用を目指し, 複素変数実数値関数の一般化方向微分を定義して, その理論的性質を明らかにする.
(3) (2) の理論を用いて電波干渉計を用いたイメージングに関する問題を解くアルゴリズムを開発する.
(4) 平滑化法と加速法の組み合わせについて研究を進める.

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (21件) (うち国際共著 6件、 オープンアクセス 10件、 査読あり 11件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件、 招待講演 9件)

  • [国際共同研究] University of Sao Paulo/Sao Paulo State Technological College/Federal University of ABC(ブラジル)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 連続時間系と離散時間系における平滑化勾配流の収束率の違い2024

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 西岡暁, 田中未来
    • 雑誌名

      統計数理研究所共同研究リポート

      巻: 470

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] On a minimization problem of the maximum generalized eigenvalue: properties and algorithms2023

    • 著者名/発表者名
      A. Nishioka, M. Toyoda, M. Tanaka, Y. Kanno
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2312.01603

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Convergence rate analysis of continuous- and discrete-time smoothing gradient algorithms2023

    • 著者名/発表者名
      M. Toyoda, A. Nishioka, M. Tanaka
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2312.04192

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] はじめよう非線形最適化の基礎2023

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 雑誌名

      オペレーションズ・リサーチ

      巻: 68

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Blind deconvolution with non-smooth regularization via Bregman proximal DCAs2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Takahashi, Mirai Tanaka, Shiro Ikeda
    • 雑誌名

      Signal Processing

      巻: 202 ページ: 108734-108734

    • DOI

      10.1016/j.sigpro.2022.108734

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] リプシッツ連続的平滑化を用いた平滑化加速近接勾配法2023

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 田中未来
    • 雑誌名

      統計数理研究所共同研究リポート

      巻: 461

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 非平滑正則化を用いたブラインド・デコンボリューションに対する Bregman 近接 DC アルゴリズム2023

    • 著者名/発表者名
      髙橋翔大, 田中未来, 池田思朗
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 技術研究報告

      巻: 122-405

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] New Bregman proximal type algorithms for solving DC optimization problems2022

    • 著者名/発表者名
      Shota Takahashi, Mituhiro Fukuda, Mirai Tanaka
    • 雑誌名

      Computational Optimization and Applications

      巻: 83 号: 3 ページ: 893-931

    • DOI

      10.1007/s10589-022-00411-w

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient iterative method for SOAV minimization problem with linear equality and box constraints and its linear convergence2022

    • 著者名/発表者名
      Toyoda Mitsuru, Tanaka Mirai
    • 雑誌名

      Journal of the Franklin Institute

      巻: 359 号: 5 ページ: 2206-2228

    • DOI

      10.1016/j.jfranklin.2022.01.014

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 箱型制約および線形等式制約をもつ SOAV 最小化問題に対する効率のよいアルゴリズムと線形収束性2022

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 田中未来
    • 雑誌名

      統計数理研究所共同研究リポート

      巻: 453

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] DC 最適化問題に対する Bregman 距離を用いた近接アルゴリズムと複素最適化問題への拡張2022

    • 著者名/発表者名
      髙橋翔大, 福田光浩, 田中未来
    • 雑誌名

      統計数理研究所共同研究リポート

      巻: 453

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 非リプシッツな関数を含む最適化問題に対する近接劣勾配法2022

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 田中未来
    • 雑誌名

      制御部門マルチシンポジウム講演論文集

      巻: 9

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] An analysis of hot‐started ADMM for linear MPC2021

    • 著者名/発表者名
      Toyoda Mitsuru, Tanaka Mirai
    • 雑誌名

      IET Control Theory and Applications

      巻: 15 号: 15 ページ: 1999-2016

    • DOI

      10.1049/cth2.12174

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A gradient method for multilevel optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sato, Mirai Tanaka, and Akiko Takeda
    • 雑誌名

      Advances in Neural Information Processing Systems

      巻: 34

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sum of l2-norms based modeling for discrete-valued optimal control2021

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Toyoda and Mirai Tanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of the SICE Annual Conference

      巻: 2021

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Efficient Algorithm for an $\ell_{1}/\ell_{2}$ Mixed Optimal Control Problem with a Box Constraint and Parallelization2020

    • 著者名/発表者名
      Toyoda Mitsuru、Tanaka Mirai
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 4 号: 3 ページ: 584-589

    • DOI

      10.1109/lcsys.2020.2982511

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local R-linear convergence of ADMM-based algorithm for $\ell_{1}$-norm minimization with linear and box constraints2020

    • 著者名/発表者名
      Toyoda Mitsuru、Tanaka Mirai
    • 雑誌名

      Systems & Control Letters

      巻: 146 ページ: 104824-104824

    • DOI

      10.1016/j.sysconle.2020.104824

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 交互射影法の理論と応用2020

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 雑誌名

      第 32 回 RAMP 数理最適化シンポジウム論文集

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Extension of the LP-Newton method to conic programming problems via semi-infinite representation2020

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka and Takayuki Okuno
    • 雑誌名

      Numerical Algorithms

      巻: 0 号: 3 ページ: 1285-1302

    • DOI

      10.1007/s11075-020-00933-6

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] DC最適化の理論と応用2019

    • 著者名/発表者名
      田中未来, 奥野貴之
    • 雑誌名

      応用数理

      巻: 29 号: 3 ページ: 14-23

    • DOI

      10.11540/bjsiam.29.3_14

    • NAID

      130007775871

    • ISSN
      2432-1982
    • 年月日
      2019-09-25
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Semi-flat minima and saddle points by embedding neural networks to overparameterization2019

    • 著者名/発表者名
      Kenji Fukumizu, Shoichiro Yamaguchi, Yoh-ichi Mototake, and Mirai Tanaka
    • 雑誌名

      Advances in Neural Information Processing Systems

      巻: 32

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Lipschitz 連続的平滑化を用いた平滑化加速近接勾配法2022

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      統計数理研究所 2022 年度 統計数理セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2022

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka
    • 学会等名
      The 1st APORS Youth Forum
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2022

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka
    • 学会等名
      ISI-ISM-ISSAS Joint Conference 2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 可変平滑化パラメータを用いた加速近接勾配法2022

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 田中未来
    • 学会等名
      研究集会 最適化: モデリングとアルゴリズム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka
    • 学会等名
      Workshop on Continuous Optimization and Related Topics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sato, Mirai Tanaka, and Akiko Takeda
    • 学会等名
      The 35th Conference on Neural Information Processing Systems
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2 錐間の大域的最小角を求めるための分枝限定法2021

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      確率・ 統計・ 行列ワークショップ 彦根 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 多レベル最適化問題に対する勾配法2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤瞭, 田中未来, 武田朗子
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所 研究集会 数理最適化の理論と応用の深化
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 2 錐間の大域的最小角を求めるための分枝限定法2021

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      2021 年度 統計数理セミナー
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 球面上の交互射影法を用いた 2 錐間の角度の計2020

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      2020 年度 統計数理セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スパース最適化入門2020

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      計測自動制御学会 制御部門 2020 年度 プラントモデリング部会 第 1 回研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 交互射影法の理論と応用2020

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      第 32 回 RAMP 数理最適化シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2 錐間の角度の計算および関連する話題について2020

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      確率・統計・行列ワークショップ 松本 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] An adaptive LP-Newton method for conic optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka
    • 学会等名
      Workshop on Advances in Continuous Optimization
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] An adaptive LP-Newton method for second-order cone optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka and Takayuki Okuno
    • 学会等名
      The Sixth International Conference on Continuous Optimization
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Semi-flat minima and saddle points by embedding neural networks to overparameterization2019

    • 著者名/発表者名
      Kenji Fukumizu, Shoichiro Yamaguchi, Yoh-ichi Mototake, and Mirai Tanaka
    • 学会等名
      The Thirty-third Conference on Neural Information Processing Systems
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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