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2016 年度 実績報告書

スピングラス理論の最適化問題への展開による近似手法の典型評価法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 15J09001
研究機関東京大学

研究代表者

高邉 賢史  東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
キーワード統計力学 / キャビティ法 / 線形計画法 / レプリカ対称性 / 相転移
研究実績の概要

本課題はスピングラス理論を組合せ最適化問題のみならず、問題に対する近似アルゴリズムの典型(平均)近似精度の解析に展開することを目的としている。より具体的には、ランダムに与えられる組合せ最適化問題に対する貪欲法、確率伝搬法、線形計画緩和の典型近似性能を平均場近似を用いることで解析的に導出し、それらの典型性能比較を可能とする。これにより、情報科学、ネットワーク理論、統計力学に関わる最適化問題の典型的な困難さへの数理的理解を深化させることを目指した。本年度は本研究課題の最終年度であるため、研究成果全体の総括を行う。
(1) 最小頂点被覆問題のランダム化として、従来よりも広いクラスのランダムグラフにおいて上記3アルゴリズムの典型性能比較を実施した。その結果、先行研究で多用されるランダムグラフでの典型性能の大小関係とは異なるランダムグラフが存在することを見出し、大小関係の分類を行った。本成果は国際論文誌に発表されている。また、最大カバー問題における上記3アルゴリズムの典型性能比較により、確率伝搬法の優位性を解析的に示し、同等の最悪近似性能をもつ貪欲法と線形計画緩和が異なる典型近似性能をもつことを明らかにした(現在論文準備中)。これらの成果は、典型近似性能が最悪近似性能と同等に重要であり、また系統的な解析を要することを示唆している。
(2) 最適化問題と統計的推論問題の類似性に着目し、統計力学的手法による集団検査法におけるブーリアン圧縮センシングの効率的近似アルゴリズム提案とその典型性能解析を行った。これにより、従来法よりも効率的な手法提案という実用面と典型性能評価という理論面の両面での進展を実現した(現在論文準備中)。
(3) 線形計画緩和を用いた数値計算により最適化問題の典型的な困難さとグラフ構造の相関を数値的に評価した(現在論文準備中)。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] オルデンブルグ大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      オルデンブルグ大学
  • [国際共同研究] 中国科学院(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国科学院
  • [雑誌論文] Typical performance of approximation algorithms for NP-hard problems2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takabe and Koji Hukushima
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment

      巻: 2016 ページ: 113401-1-21

    • DOI

      10.1088/1742-5468/2016/11/113401

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Statistical mechanical analysis of linear programming relaxation for combinatorial optimization problems2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takabe and Koji Hukushima
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 93 ページ: 053308-1-12

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.93.053308

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 最大カバー問題に対する確率伝搬法を利用したデシメーションアルゴリズム2017

    • 著者名/発表者名
      高邉賢史、福島孝治、前原貴憲
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2017-03-20
  • [学会発表] 集団検査法におけるブーリアン圧縮センシングの実装と性能解析2016

    • 著者名/発表者名
      高邉賢史、福島孝治
    • 学会等名
      第39回情報理論とその応用シンポジウム (SITA2016)
    • 発表場所
      高山グリーンホテル(岐阜県・高山市)
    • 年月日
      2016-12-14
  • [学会発表] 最大カバー問題の統計力学2016

    • 著者名/発表者名
      高邉賢史、福島孝治、前原貴憲
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-14
  • [学会発表] Statistical-mechanical analysis of Boolean compressed sensing for noiseless group testing2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takabe and Koji Hukushima
    • 学会等名
      STATPHYS26
    • 発表場所
      リヨン(フランス)
    • 年月日
      2016-07-18
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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