ロバストかつスケーラブルな進化計算による超大規模最適化問題の解決

• 研究課題/領域番号: 22500196
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 感性情報学・ソフトコンピューティング
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 棟朝 雅晴 北海道大学, 情報基盤センター, 教授 (00281783)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2011年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2010年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 進化計算 / 大規模並列化 / メニーコア / GPGPU

研究概要

本研究においては、進化計算アルゴリズムの改良として混合分布モデルへの拡張を行ったBOA-MD、局所探索との融合を行ったBHCS、MINLP (Mixed-Integer Non-Linear Programming)のためのARGAおよびBRGAを開発するとともに、進化計算の大規模並列化としてメニーコアアーキテクチャにおける大規模並列実装を行うとともに、クラウド環境への展開も図った。
現実の問題に対する適用例として、MINLP問題としてのクラウド資源最適化問題や、薬剤の構造を自動的に最適化することを目指したde novo Ligand Docking問題等へ適用し、その有効性を検証した。

研究成果

• [雑誌論文] An adaptive parameter binary-real coded genetic algorithm for constraint optimization problems : Performance analysis and estimation of optimal control parameters (2013)
  • 著者名/発表者名: Omar Arif Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Information Sciences 巻: Vol. 233, No. 1 ページ: 54-86
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Scalable Infrastructure of Interactive Evolutionary Computation to Evolve Services Online with Data (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Munetomo, Shintaro Bando
  • 雑誌名: Proceedings of the 2013 IEEE International Conference on Big Data ページ: 28-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementation of Multiple Classifier System on MapReduce Framework for Intrusion Detection (2013)
  • 著者名/発表者名: Masataka Mizukoshi, Shitaro Bando, Martin Schlueter, Masaharu Munetomo
  • 雑誌名: Proceedings of the 2013 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications ページ: 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分散クラウド環境におけるSLAを考慮したWEBシステムの多目的資源割当最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川勝崇史,棟朝雅晴
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: VOl.2013-MPS-96, No.9 ページ: 1-6
  • NAID: 110009634057
• [雑誌論文] An adaptive parameter binary-real coded genetic algorithm for constraint optimization problems: Performance analysis and estimation of optimal control parameters (2013)
  • 著者名/発表者名: Omar Arif Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Information Sciences 巻: 233 ページ: 54-86
  • DOI: 10.1016/j.ins.2013.01.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parallelization Strategies for Evolutionary Algorithms for MINLP (2013)
  • 著者名/発表者名: Martin Schlueter, Masaharu Munetomo
  • 雑誌名: Proceedings of the 2013 IEEE Congress on Evolutionary Computation 巻: 2013 ページ: 635-641
  • DOI: 10.1109/cec.2013.6557628
  • 査読あり
• [雑誌論文] 混合ベイジアンネットワークを導入した分布推定アルゴリズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉,棟朝雅晴,赤間清
  • 雑誌名: 進化計算学会論文誌 巻: Vol.3, No.2 ページ: 63-72
  • NAID: 130004566771
  • 査読あり
• [雑誌論文] An adaptive Parameters Binary-Real Coded Genetic Algorithm for Real Parameter Optimization: Performance Analysis and Estimation of Optimal Control Parameters (2012)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: IJCSI International Journal of Computer Science Issues 巻: Vol.9, Issue 2, No.1 ページ: 37-53
  • 査読あり
• [雑誌論文] A GPU accelerated Fragment-Based de Novo Ligand Design by a Bayesian Optimization Algorithm (2012)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: IPSJ Transactions on Bio Informatics (TBIO) 巻: Vol.5 ページ: 7-17
  • NAID: 110009579875
  • 査読あり
• [雑誌論文] Toward A Genetic Algorithm Based Flexible Approach for the Management of Virtualized Application Environments in Cloud Platforms (2012)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of the 21th International Conference on Computer Communications and Networks (ICCCN2012) ページ: 1-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] インタークラウド環境におけるWeb三層モデルとCDNを組み合わせた多目的資源割当最適化に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川勝崇史,棟朝雅晴
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: Vol.2012-MPS-90, No.13 ページ: 1-2
• [雑誌論文] A GPU Accelerated Fragment-based De Novo Ligand Design by a Bayesian Optimization Algorithm (2012)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: IPSJ Transactions on Bioinformatics 巻: 5 号: 0 ページ: 7-17
  • DOI: 10.2197/ipsjtbio.5.7
  • NAID: 110009579875
  • ISSN: 1882-6679
  • 査読あり
• [雑誌論文] 混合ベイジアンネットワークを導入した分布推定アルゴリズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉, 棟朝雅晴, 赤間清
  • 雑誌名: 進化計算学会論文誌 巻: 3 号: 2 ページ: 63-72
  • DOI: 10.11394/tjpnsec.3.63
  • NAID: 130004566771
  • ISSN: 2185-7385
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Adaptive Resolution Hybrid Binary-Real Coded Genetic Algorithm (2011)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo and Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Journal of Artificial Life and Robotics 巻: vol.16, no.1 ページ: 121-124
  • NAID: 120003190013
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Adaptive Resolution Hybrid Binary-Real Coded Genetic Algorithm (2011)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo and Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of the Sixteenth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2011 ページ: 359-362
  • NAID: 120003190013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solving extremely difficult MINLP problems using Adaptive Resolution micro-GA with Tabu Search (2011)
  • 著者名/発表者名: Asim Munawar, Mohamed Wahib, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Learning and Intelligent Optimization (LION5) Lecture Notes in Computer Science 6683 ページ: 203-217
  • 査読あり
• [雑誌論文] A GPU accelerated Fragment-Based De Novo Ligand Design by a Bayesian Optimization Algorithm (2011)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo and Akama Kiyoshi
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: Vol.2011-MPS-85,No.6 ページ: 1-6
  • NAID: 110009579875
• [雑誌論文] 動的環境問題におけるBOAへの混合ベイジアンネットワーク導入の効果について (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉,棟朝雅晴,赤間清
  • 雑誌名: 情報処理学会研究報告 巻: Vol.2011-MPS-85, No.16 ページ: 1-6
  • NAID: 110008606646
• [雑誌論文] An Improved Binary-Real Coded Genetic Algorithm for Real Parameter Optimization (2011)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo and Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of the Third World Congress on Nature and Biologically Inspired Computing (NaBIC2011) ページ: 156-163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-Level Autonomic Architecture for the Management of Virtualized Application Environments in Cloud Platforms (2011)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo and Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE 4th International Conference on Cloud Computing (IEEE CLOUD 2011) ページ: 754-755
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Framework for Cloud Embedded Web Services Utilized by Cloud Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo and Akama Kiyoshi
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE 2011 World Congress on Services Computing ページ: 265-271
  • 査読あり
• [雑誌論文] Realizing Robust and Scalable Evolutionary Algorithms toward Exascale Era (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Munetomo
  • 雑誌名: Proceedings of 2011 IEEE Congress on Evolutionary Computation ページ: 312-317
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the Optimization of Parallel Genetic Algorithms over Nvidia's GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo and Akama Kiyoshi
  • 雑誌名: Proceedings of 2011 IEEE Congress on Evolutionary Computation ページ: 803-811
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advanced Genetic Algorithm to solve MINLP problems over GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Asim Munawar, Mohamed Wahib, Masaharu Munetomo and Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of 2011 IEEE Congress on Evolutionary Computation ページ: 318-325
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the Optimization of Parallel Genetic Algorithms over Nvidia's GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Mahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo, Akama Kiyoshi
  • 雑誌名: Proceedings of 2011 IEEE Congress on Evolutionary Computation ページ: 803-811
  • DOI: 10.1109/cec.2011.5949701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advanced Genetic Algorithm to solve MINLP problems over GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Asim Munawar, Mohamed Wahib, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of 2011 IEEE Congress on Evolutionary Computation ページ: 318-325
  • DOI: 10.1109/cec.2011.5949635
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Adaptive Resolution Hybrid Binary-Real Coded Genetic Algorithm (2011)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of the Sixteenth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2011 ページ: 359-362
  • NAID: 120003190013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Live Migration-based Resource Managers for Virtualized Environments : A Survey (2010)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 雑誌名: Proceedings of The First International Conference on Cloud Computing, GRIDs, and Virtualization (CLOUD COMPUTING 2010) ページ: 32-40
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Bayesian Optimization Algorithm For De Novo Ligand Design Based Docking Running Over GPU (2010)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo, Akama Kiyoshi
  • 雑誌名: Proceedings of the 2010 IEEE Congress on Evolutionary Computation ページ: 17-24
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Proposal for Zoning Crossover of Hybrid Genetic Algorithms for Large-scale Traveling Salesman Problems (2010)
  • 著者名/発表者名: Kuroda Masafumi, Yamamori Kunihito, Munetomo Masaharu, Yasunaga Moritoshi, Yoshihara Ikuo
  • 雑誌名: Proceedings of the 2010 IEEE Congress on Evolutionary Computation ページ: 646-651
  • 査読あり
• [学会発表] Hadoop環境上で動作する研究分野判定ツールの試作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平島慶典,三浦克宜,棟朝雅晴
  • 学会等名: 第75回情報処理学会全国大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2013-03-06
• [学会発表] リンケージツリー遺伝的アルゴリズムにおける計算量削減の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一史,棟朝雅晴
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2012
  • 発表場所: ホテルマロウド軽井沢
  • 年月日: 2012-12-15
• [学会発表] 混合ベイジアンネットワークを導入した分布推定アルゴリズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 第2回進化計算学会研究会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] 混合ベイジアンネットワークを導入した分布推定アルゴリズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉, 棟朝雅晴, 赤間清
  • 学会等名: 第2回進化計算学会研究会
  • 発表場所: 大阪大学(豊中市)
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] Toward A Genetic Algorithm Based Flexible Approach for the Management of Virtualized Application Environments in Cloud Platforms (2012)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman
  • 学会等名: The 21th International Conference on Computer Communications and Networks (ICCCN2012)
  • 発表場所: University der Bundeswehr Munchen (Germany)
• [学会発表] リンケージツリー遺伝的アルゴリズムにおける計算量削減の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一史
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2012
  • 発表場所: ホテルマロウド軽井沢（軽井沢町）
• [学会発表] スキーマ上での局所探索によるベイジアン最適化アルゴリズムの評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一史,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2011
  • 発表場所: モンタナリゾート岩沼
  • 年月日: 2011-12-18
• [学会発表] スキーマ上での局所探索によるベイジアン最適化アルゴリズムの評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一史, 棟朝雅晴, 赤間清
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2011
  • 発表場所: モンタナリゾート岩沼(宮城県)
  • 年月日: 2011-12-18
• [学会発表] BOAへの混合ベイジアンネットワーク導入の効果について (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2011
  • 発表場所: モンタナリゾート岩沼
  • 年月日: 2011-12-17
• [学会発表] BOAへの混合ベイジアンネットワーク導入の効果について (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉, 棟朝雅晴, 赤間清
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2011
  • 発表場所: モンタナリゾート岩沼(宮城県)
  • 年月日: 2011-12-17
• [学会発表] An Adaptive Parameters Binary Real-Coded Genetic Algorithm with Dynamic Constraint Handling Technique for Constrained Problems Optimization (2011)
  • 著者名/発表者名: Omar Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 学会等名: 進化計算学会・人工知能学会第7回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] An Adaptive Parameters Binary Real Coded Genetic Algorithm with Dyoamic Constraint Handling Technique for Constrained Problems Optimization (2011)
  • 著者名/発表者名: Omar Arif Abdul-Rahman, Masaharu Munetomo
  • 学会等名: 第7回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 東京大学(文京区)
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] スキーマを考慮した局所探索を導入したベイジアン最適化アルゴリズムの検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一史,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 進化計算学会・人工知能学会第7回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] スキーマを考慮した局所探索を導入したベイジアン最適化アルゴリズムの検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一史, 棟朝雅晴, 赤間清
  • 学会等名: 第7回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 東京大学(文京区)
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] BOAにおける混合ベイジアンネットワークの導入の効果について (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 人工知能学会第6回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2011-03-15
• [学会発表] スキーマを考慮した局所探索を導入した分布推定アルゴリズムの提案 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木一史,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 人工知能学会第6回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2011-03-14
• [学会発表] Adaptive Resolution Genetic Algorithm to solve MINLPs over nVidia Fermi GPU using CUDA (2010)
  • 著者名/発表者名: Asim Munawar, Mohamed Wahib, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 学会等名: ACM/IEEE SC10
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Adaptive Resolution Genetic Algorithm to solve MINLPs over nVidia Fermi GPU using CUDA, ACM/IEEE SC10 Poster (2010)
  • 著者名/発表者名: Asim Munawar, Mohamed Wahib, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 学会等名: New Orleans Ernst N
  • 発表場所: Morial Convention Center
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] A novel Evolutionary Algorithm for Flexible Protein Docking Using Fragment-based de Novo Ligand Design Over GPU (2010)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 学会等名: 人工知能学会第5回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-10-07
• [学会発表] 混合ベイジアンネットを使用したBOAの新手法についての検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 堀伸哉,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 人工知能学会第5回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-10-07
• [学会発表] Extended compact GAのMap Reduceによる大規模並列化に関する検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 仲田善弘,棟朝雅晴,赤間清
  • 学会等名: 情報処理北海道シンポジウム2010
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-10-02
• [学会発表] A Mathematical Model for Optimal Resource Allocation in Cloud Systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Bang Minyoung, Omar Abdul-Rahman, Munetomo Masaharu, Akama Kiyoshi
  • 学会等名: 情報処理北海道シンポジウム2010
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-10-02
• [学会発表] ロバストかつスケーラブルな確率的最適化アルゴリズムの実現に向けて (2010)
  • 著者名/発表者名: 棟朝雅晴
  • 学会等名: 電気学会第2回確率的最適化アルゴリズムの設計技術調査専門委員会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] Introducing Adaptive Resolution Technique to solve Mixed Integer Non-Linear Optimization Problems using Genetic Algorithms (2010)
  • 著者名/発表者名: Asim Munawar, Mohamed Wahib, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama
  • 学会等名: 人工知能学会第4回進化計算フロンティア研究会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2010-06-04
• [学会発表] Implementation of Multiple Classifier System on MapReduce Framework for Intrusion Detection
  • 著者名/発表者名: Masataka Mizukoshi, Shitaro Bando, Martin Schlueter, Masaharu Munetomo
  • 学会等名: 2013 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications
  • 発表場所: Tropicana Hotel (USA)
• [学会発表] A Scalable Infrastructure of Interactive Evolutionary Computation to Evolve Services Online with Data
  • 著者名/発表者名: Masaharu Munetomo, Shintaro Bando
  • 学会等名: 2013 IEEE International Conference on Big Data
  • 発表場所: Hyatt Regency Santa Clara (USA)
• [学会発表] 分散クラウド環境におけるSLAを考慮したWEBシステムの多目的資源割当最適化
  • 著者名/発表者名: 川勝崇史, 棟朝雅晴
  • 学会等名: 情報処理学会第９６回数理モデル化と問題解決研究会
  • 発表場所: 東京工業大学 (東京都)
• [図書] A Framework for Problem-Specific QoS Based Scheduling in Grids, Advances in Grid Computing (Zoran Constantinescu, editor) (2011)
  • 著者名/発表者名: Mohamed Wahib, Asim Munawar, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama (分担執筆)
  • 出版者: INTECH