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現実的な入力に対して自己最適化する分散グラフアルゴリズムの設計技法

研究課題

研究課題/領域番号 23K24825
補助金の研究課題番号 22H03569 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分60050:ソフトウェア関連
研究機関大阪大学

研究代表者

泉 泰介  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (20432461)

研究分担者 増澤 利光  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (50199692)
金 鎔煥  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50756773)
江口 僚太  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60964468)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
2026年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2025年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード分散アルゴリズム / グラフアルゴリズム / 動的ネットワーク / 計算複雑性 / 自己安定性 / 分散システム
研究開始時の研究の概要

分散アルゴリズムの理論においては、理論解析における性能評価と、現実的な入力に対する実際の性能との間にしばしば大きなギャップが生じる。本研究においては、現実的・実践的なシナリオの下でも通用するような分散アルゴリズムの設計解析手法を確立することを目指す。特に、現実のネットワークの良い性質に対して自律的に適応し、自身を最適化するような分散アルゴリズム (自己最適化分散アルゴリズム) の考え方に注目し、それを実現するための手法および問題のモデル化、解析技法を研究する。

研究実績の概要

2022年度については,主に以下の2点について成果を得た
(1) 入力が良い構造を持つ場合の分散アルゴリズムの複雑性解析:入力のネットワークトポロジがどの程度木グラフ的な構造を持つかの指標である「木幅」と分散グラフアルゴリズムの計算量の間の関連について研究を行った.具体的には,一般のグラフに対して分散計算量的に困難な諸問題(最短経路,内周計算,二部マッチング等)について,木幅が限定されたグラフに対しては従来の計算量限界を破ることが可能なことを示した.また,そのアルゴリズム設計のために,いくつかの汎用的なアルゴリズム設計技法を開発した.
(2) 自己安定分散グラフアルゴリズムの研究:自己安定性は任意の初期状況から所望の解状況に復帰することが理論的に保証されているような分散アルゴリズムのクラスであり,レジリエントな分散アルゴリズム設計における重要な性質の一つである.本研究ではシュタイナー木,支配集合問題,独立点集合問題等の基本的なグラフアルゴリズムに対する新たな自己安定分散アルゴリズムを提案した.特に独立点集合問題については,緩安定性と呼ばれる自己安定性を緩和した概念を導入することで,自己安定性との相性が悪い永続的な確率的故障モデルの下で動作するアルゴリズムを新たに提案した.

上記(1),(2)の成果以外にも,モバイルエージェントの計算能力,視野が制限された自律分散ロボットの一点集合問題等に関しての成果を併せて得ている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

成果は着実に出ているものの,本研究の主目的である,分散アルゴリズムにおける自己最適化の部分に関しては,基本アイデアはすでにあるもののその解析に難航しており,まだ確定的な結果は得られていない.この点については当初の想定よりも研究遂行が遅れている.

今後の研究の推進方策

進捗状況の項で述べた通り,分散アルゴリズムの自己最適化に関して,現在検討中のアイデアの解析を進めていく.また,その適用可能範囲の拡大を目指していく.

報告書

(1件)
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Fully Polynomial-Time Distributed Computation in Low-Treewidth Graphs2022

    • 著者名/発表者名
      Izumi Taisuke, Kitamura Naoki, Naruse Takamasa, Schwartzman Gregory
    • 雑誌名

      Proc. of International Symposium on Parallelism in Algorithms and Architectures (SPAA)

      巻: - ページ: 11-22

    • DOI

      10.1145/3490148.3538590

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Loosely-stabilizing maximal independent set algorithms with unreliable communications2022

    • 著者名/発表者名
      Dong Rongcheng、Sudo Yuichi、Izumi Taisuke、Masuzawa Toshimitsu
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: 937 ページ: 69-84

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2022.09.031

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computational Power of a Single Oblivious Mobile Agent in Two-Edge-Connected Graphs2022

    • 著者名/発表者名
      Taichi Inoue, Naoki Kitamura, Taisuke Izumi, Toshimitsu Masuzawa
    • 雑誌名

      International Conference on Principles of Distributed Systems (OPODIS), Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs)

      巻: 253

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 2-連結グラフ上の2頂点対点素パスを構築する自己安定アルゴリズム2022

    • 著者名/発表者名
      北岡拓馬, 金 鎔煥, 片山 喜章
    • 雑誌名

      電子情報通信学会コンピュテーション研究会

      巻: COMP2022-4 ページ: 25-32

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Gathering of Mobile Robots with Defected Views2022

    • 著者名/発表者名
      Yonghwan Kim, Masahiro Shibata, Yuichi Sudo, Junya Nakamura, Yoshiaki Katayama and Toshimitsu Masuzawa
    • 雑誌名

      International Conference on Principles of Distributed Systems (OPODIS), Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs)

      巻: 253

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 仮想グリッドネットワークにおける極小シュタイナー木の構築アルゴリズムについて2023

    • 著者名/発表者名
      尾関豊大, 金 鎔煥, 片山喜章
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 極小Minus Domination 問題を解決する分散デーモン自己安定アルゴリズムについて2023

    • 著者名/発表者名
      山田塔太, 金 鎔煥, 片山喜章
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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