進化的探索の理論

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07243104
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小林 重信 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (40016697)
• 研究分担者: 椹木 哲夫 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10187304) ; 寺野 隆雄 筑波大学, 社会工学系, 教授 (20227523) ; 玉置 久 神戸大学, 工学部, 講師 (10227267) ; 小圷 成一 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (70241940) ; 筒井 茂義 阪南大学, 経営情報学部, 教授 (90188590) ; 片井 修 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50089124) ; 出口 弘 京都大学, 経済学部, 助教授 (60192655) ; 山村 雅幸 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00220442)
• キーワード: 進化的計算 / 遺伝的アルゴリズム / 形質遺伝と多様性維持 / 枝組み立て交叉(EAX) / Job-based Order Crossover / 正規分布交叉 / Minimal Generation Gap(MGG)モデル / レンズ設計の自動化

研究概要

進化的計算では,コード化/交叉の設計および世代交代モデルの設計が基本となり,前者は形質遺伝という視点,後者は多様性維持という視点が重要である.本年度は,過去2年間の実績を踏まえて,工学的応用可能性を意識しつつ研究を進め,下記の点において大きな研究成果を得た.
(1)コード化/交叉の設計:
巡回セールスマン問題(Traveling Salesman Problem:TSP)を対象に枝交換交叉(Edge Assembly Crossover)を考案し,1万都市規模の問題Pの最適解を効率よく見いだすことに成功した.また,ジョブショップスケジューリング問題(Job Shop Scheduling Problem)を対象にIntermachine Job-based Order Crossoverを考案し,ベンチマークFT10×10,FT20×5に適用して,最適解を非常に高い確率で見いだすことに成功した.さらに,関数最適化を対象に正規分布交叉(Normal Distribution Crossover)を考案し,従来法と比べて,多峰性関数に対して頑健な性能を示すことを確認した.
(2)多様性維持に優れた世代交代モデルについて:
多様性維持に優れた世代交代モデルとして提案したMGG(Minimal Generation Gap)について,最小騙し問題を用いてその有用性を解析した.
(3)工学的設計問題への応用:
進化的計算の工学的設計問題への応用として,レンズ設計,並列機械スケジューリング,VLSIフロアプラン設計,プリント基板設計への適用を試み,有用性を確認した.特に,レンズ設計においては,従来の最適化手法では設計が不可能とされていた3枚以上のレンズ系の設計自動化に成功した.本研究の成果は100年以上の歴史のある光学設計の分野にブレークスルーをもたらすものと産業界からも高く評価されている.

研究成果

• [文献書誌] I.Ono, S.Kobayashi: "A Real-coded Genetic Algorithm for Function Optimization Using Unimodal Normal Distribution Crossover" Proc.of 7th Int.Conf.on Genetic Algorithms. 246-253 (1997)
• [文献書誌] Y.Nagata and S.Kobayashi: "Edge Assembly Crossover : A High-power Genetic Algorithm for the Traveling Salesman Problem" Proc.of 7th Int.Conf.on Genetic Algorithms. 450-457 (1997)
• [文献書誌] 山村雅幸,佐藤浩,小林重信: "最小騙し問題を用いた世代交代モデルの解析" 人工知能学会誌. 13. 掲載予定 (1998)
• [文献書誌] H.Tamaki and E.Nishino: "A Genetic Algorithm Approach to Multi-Objective Scheduling Problems with Regular and Non-Regular Objective Functions" Proc.of 8th IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Symp.on Large Scale Systems. to be appeared (1998)
• [文献書誌] H.Handa, N.Baba, O.Katai, T.Sawaragi and T.Horiuchi: "Genetic Algorithm involving Coevolution Mechanism to Search for Effective Genetic Information" Proceedings of International Conference on Evolutionary Computation. 709-714 (1997)
• [文献書誌] Takadama,Keiki,Terano,Takao: "Good Solutions will Emerge without a Global Objective Function : Applying Organizational-Learning Oriented Classifier System to Printed Circuit Board Design" Proc.IEEE International Conference on Systems,Man,and Cybernetics (SMC'97)SMC'97. 3355-3360 (1997)
• [文献書誌] S.Tsutsui, Y.Fujimoto and A.Ghosh: "Forking GAs:GAs with Search Space Division Schemes" Evolutionary Computation,MIT Press. 5. 61-80 (1997)
• [文献書誌] 小圷成一,漆田裕司,平田廣則: "状態空間の階層構造を考慮した遺伝的アルゴリズムによるVLSI配置手法" 電気学会論文誌C. 118-C(掲載予定). (1998)
• [文献書誌] H.Deguchi: "Social Complex Systems and its Management" IAS-5:Fifth International Conference on Intelligent Autonomous Systems. (to appear). (1998)