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効率的な材料探索のための実験計画法の開発

公募研究

研究領域ナノ構造情報のフロンティア開拓-材料科学の新展開
研究課題/領域番号 26106506
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

本多 淳也  東京大学, 新領域創成科学研究科, 助教 (10712391)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード機械学習
研究実績の概要

本研究では材料探索の問題において膨大な候補数のある材料のうちから優れた物性をもつ新規材料を効率的に探索するための機械学習的な手法の開発を行った。このように探索を行った候補についてのみ情報が得られるという状況下で次の探索候補を動的に決定する問題は多腕バンディット問題とよばれる。この問題では通常では各時刻ごとに探索する候補を1個だけ決定するものであるが、実際の応用では同時に複数の候補について並列的に合成あるいは物理計算を行うという状況が一般的である。このように単位時刻ごとに複数の候補を選択するという問題では漸近最適となる戦略の存在が理論的には示されていたものの、これは実際の計算がほぼ不可能な指標を用いるものであった。そこで本研究ではトンプソンサンプリングとよばれる乱択手法を応用することで候補数に関して線形な計算量で漸近最適となる探索戦略を構成した。この結果は機械学習トップレベルの国際会議であるICMLに採録された。
さらに、材料探索ではある候補に関する物性値等の情報が別の候補についての部分的な情報を含んでいるという場合が多いが、このような設定は多腕バンディット問題の一般化として部分観測問題とよばれる。この問題では累積損失が対数オーダーで抑えられることが理論限界の議論により示唆されていたが、従来では対数オーダーの損失が達成可能であることが示されていたのは非常に限定的な状況に限られており、一般の状況では損失が多項式オーダーとなる戦略しか知られていなかった。そこで本研究ではこれまで申請者が構築してきた尤度に基づく探索手法を半無限計画法の理論と組み合わせることにより一般の状況に対して理論限界を達成する戦略を構成した。この結果は機械学習で最も権威のある国際会議NIPSに採録された。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Almost Instantaneous Fixed-to-Variable Length Codes2015

    • 著者名/発表者名
      Hirosuke Yamamoto, Masato Tsuchihashi, Junya Honda
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: 61 号: 12 ページ: 6432-6443

    • DOI

      10.1109/tit.2015.2492961

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regret Lower Bound and Optimal Algorithm in Dueling Bandit Problem2015

    • 著者名/発表者名
      Junpei Komiyama, Junya Honda, Hisashi Kashima, Hiorshi Nakagawa
    • 雑誌名

      JMLR Workshop and Conference Proceedings

      巻: 40 ページ: 1141-1154

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Optimal Regret Analysis of Thompson Sampling in Stochastic Multi-armed Bandit Problem with Multiple Plays2015

    • 著者名/発表者名
      Junpei Komiyama, Junya Honda, Hiorshi Nakagawa
    • 雑誌名

      JMLR Workshop and Conference Proceedings

      巻: 37 ページ: 1152-1161

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Regret Lower Bound and Optimal Algorithm in Finite Stochastic Partial Monitoring2015

    • 著者名/発表者名
      Junpei Komiyama, Junya Honda, Hiorshi Nakagawa
    • 雑誌名

      Advances in Neural Information Processing Systems

      巻: 28 ページ: 1-9

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Non-Asymptotic Analysis of a New Bandit Algorithm for Semi-Bounded Rewards2015

    • 著者名/発表者名
      Junya Honda, Akimichi Takemura
    • 雑誌名

      Journal of Machine Learning Research

      巻: 16 ページ: 3721-3756

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Optimality of Thompson Sampling for Gaussian Bandits Depends on Priors2014

    • 著者名/発表者名
      Junya Honda, Akimichi Takemura
    • 雑誌名

      JMLR Workshop and Conference Proceedings

      巻: 33 ページ: 375-383

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] RSA meets DPA: Recovering RSA Secret Keys from Noisy Analog Data2014

    • 著者名/発表者名
      N. Kunihiro and J. Honda
    • 雑誌名

      Proc. of CHES2014

      巻: LNCS 8731 ページ: 261-278

    • DOI

      10.1007/978-3-662-44709-3_15

    • ISBN
      9783642387081, 9783642387098
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Source and Homophonic Coding using Gray Code2015

    • 著者名/発表者名
      Junya Honda, Hirosuke Yamamoto
    • 学会等名
      第38回情報理論とその応用シンポジウム
    • 発表場所
      下電ホテル(岡山県倉敷市)
    • 年月日
      2015-11-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Construction of Polar Codes for Channels with Memory2015

    • 著者名/発表者名
      Runxin Wang, Junya Honda, Hirosuke Yamamoto, Rongke Liu, Yi Hou
    • 学会等名
      2015 IEEE Information Theory Workshop (査読付)
    • 発表場所
      Jeju Island, Korea
    • 年月日
      2015-10-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Asymptotically Optimal Policies for Multiparameter and Nonparametric Bandits2015

    • 著者名/発表者名
      Junya Honda
    • 学会等名
      Fourth Rutgers Probability Conference
    • 発表場所
      New Jersey, USA
    • 年月日
      2015-10-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] FV Polar Coding for Lossy Compression with an Improved Exponent2015

    • 著者名/発表者名
      Runxin Wang, Junya Honda, Hirosuke Yamamoto
    • 学会等名
      2015 IEEE International Symposium on Information Theory (査読付)
    • 発表場所
      Hong Kong
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exact Asymptotics for Random Coding Error Probability2015

    • 著者名/発表者名
      Junya Honda
    • 学会等名
      2015 IEEE International Symposium on Information Theory (査読付)
    • 発表場所
      Hong Kong
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多腕バンディット問題の理論とアルゴリズム2014

    • 著者名/発表者名
      本多淳也
    • 学会等名
      第17回情報論的学習理論ワークショップ
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2014-11-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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