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連続緩和型アルゴリズムによる超並列高速グラフ分割の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K20280
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分60090:高性能計算関連
研究機関筑波大学

研究代表者

二村 保徳  筑波大学, システム情報系, 助教 (30736210)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021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)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードグラフ解析 / 固有値解析 / グラフアルゴリズム / 固有値計算 / 並列計算 / グラフ分割 / 大規模グラフ / 数値線形代数 / 固有値解法
研究開始時の研究の概要

グラフ分割問題は科学技術計算における偏微分方程式求解や、ソーシャルネットワーク解析、並列計算の負荷バランス最適化等に広く応用されている。本研究では離散最適化問題であるグラフ分割問題を連続緩和した問題の大域的最適化に基づく連続緩和型アルゴリズムの高度化に取り組み、超大規模グラフの高速・高精度なグラフ分割を可能とする分散並列ソフトウェアを開発する。

研究成果の概要

本課題では、大規模グラフのグラフ分割問題を解くための高速な並列アルゴリズムの開発を実施してきた。本研究では離散最適化問題であるグラフ分割問題を連続緩和した問題の大域的最適化に基づく連続緩和型アルゴリズムを対象とした。特筆すべき成果として測地線距離型の射影法による高速な固有空間近似手法を開発し、標準的に用いられている並列グラフ分割ソフトウェアであるmt-Metisと同等の精度・並列性能をもつこと、同時にmt-Metisにはない再現可能な並列性をもつことを示した。成果をまとめた論文がIEEE HPEC 2021に採択され、さらにOutstanding Paper Awardを受賞した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

グラフ分割問題は、科学技術計算における偏微分方程式求解や、ソーシャルネットワーク解析、バイオインフォマティクスなど、多様な分野で応用されている。特に高性能計算分野では、タスク割当における負荷バランスと通信コストの最適化に用いられている。新たに提案したアルゴリズムは、高性能計算分野で重点的に研究されている計算カーネルが主要部となっており、それらの高性能実装を活用することで、さらなる高速化が期待できる。近年、解析結果の再現性が重要視されているが、提案法は再現可能な並列性をもつための各種応用分野での再現性保証に資する。本研究成果が波及することにより、科学技術計算や人工知能技術の高度化に寄与する。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] University of Wuppertal(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Flexible subspace iteration with moments for an effective contour integration‐based eigensolver2022

    • 著者名/発表者名
      Huber Sarah、Futamura Yasunori、Galgon Martin、Imakura Akira、Lang Bruno、Sakurai Tetsuya
    • 雑誌名

      Numerical Linear Algebra with Applications

      巻: online first 号: 6 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1002/nla.2447

    • 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] Structural analysis based on unsupervised learning: Search for a characteristic low-dimensional space by local structures in atomistic simulations2022

    • 著者名/発表者名
      Tamura Ryo、Matsuda Momo、Lin Jianbo、Futamura Yasunori、Sakurai Tetsuya、Miyazaki Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 7 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.075107

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral Graph Partitioning Using Geodesic Distance-based Projection2021

    • 著者名/発表者名
      Futamura Yasunori、Wakaki Ryota、Sakurai Tetsuya
    • 雑誌名

      2021 IEEE High Performance Extreme Computing Conference (HPEC)

      巻: proceedings ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/hpec49654.2021.9622831

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient Contour Integral-based Eigenvalue Computation Using an Iterative Linear Solver with Shift-Invert Preconditioning2021

    • 著者名/発表者名
      Futamura Yasunori、Sakurai Tetsuya
    • 雑誌名

      HPC Asia 2021: The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region

      巻: 該当なし ページ: 90-99

    • DOI

      10.1145/3432261.3432269

    • 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] Efficient Implementation of a Dimensionality Reduction Method Using a Complex Moment-Based Subspace2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yano, Yasunori Futamura, Akira Imakura, Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      In: Proceedings of HPC Asia 2021: The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region

      巻: 1 ページ: 83-89

    • DOI

      10.1145/3432261.3432267

    • 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] Spectral anomaly detection in large graphs using a complex moment-based eigenvalue solver2020

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Futamura, Xiucai Ye, Akira Imakura, Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems, Part A: Civil Engineering

      巻: 6 号: 2 ページ: 04020010-04020010

    • DOI

      10.1061/ajrua6.0001054

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Spectral Graph Partitioning Using Geodesic Distance-based Projection2021

    • 著者名/発表者名
      Futamura Yasunori、Wakaki Ryota、Sakurai Tetsuya
    • 学会等名
      2021 IEEE High Performance Extreme Computing Conference (HPEC)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Contour Integral-based Eigenvalue Computation Using an Iterative Linear Solver with Shift-Invert Preconditioning2021

    • 著者名/発表者名
      Futamura Yasunori、Sakurai Tetsuya
    • 学会等名
      HPC Asia 2021: The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Implementation of a Dimensionality Reduction Method Using a Complex Moment-Based Subspace2021

    • 著者名/発表者名
      Yano Takahiro、Futamura Yasunori、Imakura Akira、Sakurai Tetsuya
    • 学会等名
      HPC Asia 2021: The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Futamura Yasunori、Sakurai Tetsuya2021

    • 著者名/発表者名
      Parallel Contour Integral-Based Eigenvalue Computation using a Block Krylov Linear Solver with Shift-Invert Preconditioning
    • 学会等名
      SIAM Conference on Computational Science and Engineering (CSE21)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 構造解析向け超並列固有値ソルバの大規模実応用モデルにおける性能評価2019

    • 著者名/発表者名
      二村保徳, 櫻井鉄也, 畠澤作二郎
    • 学会等名
      日本応用数理学会2019年度年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Spectral nested dissection for large-scale sparse matrix factorization2019

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Futamura, Tetsuya Sakurai
    • 学会等名
      2019 Mini-Workshop on Computational Science
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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