遺伝子解析に基づく遺伝的アルゴリズムの開発とシステム設計への応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15700175
• 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, 助教授 (00281783)
• キーワード: 遺伝的アルゴリズム / リンケージ同定 / 最適化

研究概要

本研究においては、これまでに提案されたリンケージ同定に基づく遺伝的アルゴリズムをさらに発展させ、より一般的な枠組みとして、遺伝子解析に基づく遺伝的アルゴリズムを開発することを目的とし、さらにそのシステム設計問題への応用をはかっている。バイオインフォマティクスの分野では、遺伝子解析に関する手法が数多く提案されているが、それらを参考にリンケージの同定、ビルディングブロックの検出、交叉手法の改良などを行い、より高性能で高い信頼性を有する遺伝的アルゴリズムを開発する。
本年度においては、リンケージ同定に基づく遺伝的アルゴリズムを基礎として、遺伝子解析手法を用いた遺伝的アルゴリズムを開発することを目標とし、理論的解析および計算機シミュレーションを行った。具体的には階層型のリンケージ構造を有する問題向けの遺伝子解析手法を提案し、階層型のテスト関数においてその有効性を示した。階層型のリンケージ同定を実現するため、従来の遺伝子レベルでの摂動モデルおよび適応度差分の計算、非線形性の検出に加えて、優良な遺伝子の集合からなるビルディングブロックを対象として摂動モデルおよびその適応度差分の計算、非線形の検出を行うメタレベルの同定アルゴリズムを提案した。提案手法において、遺伝子の多様性を確保するためにニッチングを用いることで、必要な集団サイズなどの計算コストを減少させているところにその特徴がある。また、それらリンケージ同定手法の大規模並列計算についても成果をあげた。
現実の問題に対しては、大規模な都市圏光ネットワークの敷設設計問題、たんぱく質の構造を推定するためのエネルギー最小化問題を効率よく解くことができることを確認している。

研究成果

• [文献書誌] Masaharu Munetomo, Naoya Murao, Kiyoshi Akama: "A Parallel Genetic Algorithm Based on Linkage Identification"Lecture Notes in Computer Science (Proc.of the GECCO2003. Part I). LNCS2723. 1222-1233 (2003)
• [文献書誌] Miwako Tsuji, Masaharu Munetomo, Kiyoshi Akama: "Metropolitan Area Network Design Using GA Based on Hierarchical Linkage Identification"Lecture Notes in Computer Science (Proc.of the GECCO2003. Part II). LNCS2724. 1616-1617 (2003)
• [文献書誌] 村尾直哉, 棟朝雅晴, 赤間清: "並列リンケージ同定と並列BOAに関する性能比較"情報処理学会研究報告. Vol.2003, No.122. 57-60 (2003)
• [文献書誌] 辻美和子, 棟朝雅晴, 赤間清: "適応度差分により分類された個体の分布に基づくGAの遺伝子座依存関係モデルの構築"情報処理学会研究報告. Vol.2003, No.122. 61-64 (2003)
• [文献書誌] 辻美和子, 棟朝雅晴, 赤間 清: "階層型問題のためのリンケージ同定手法の提案"情報処理学会論文誌「数理モデル化と応用」. Vol.45, No.SIG2. 22-31 (2004)
• [文献書誌] 村尾直哉, 棟朝雅晴, 赤間清: "Bayesian Optimization Algorithmの並列化に関する実験的検証"情報処理学会研究報告. Vol.2004, No.20. 169-174 (2004)