任意変数型Black-Box最適化に対する効率的アルゴリズムの自動設計

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K16063
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 秋本 洋平 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (20709654)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: Black-Box最適化 / 確率的探索アルゴリズム / 最適パラメータ / パラメータ適応 / 情報幾何 / 混合整数計画 / 国際情報交換（フランス）

研究実績の概要

最終年度は以下のような研究を行った．１．進化計算において最も探索性能に影響するパラメータである集団サイズ（１イテレーションに生成する解候補の数）を適応的に更新する方法を，現在最も効率が良いとされている進化計算手法CMA-ESに導入した．前年度までに確立したパラメータの適応機構を拡大することでこれを実現した．これにより，最適化プロセスの抜本的な効率化が期待される．２．線形制約付き連続最適化において，座標系の線形変換や目的および制約関数の単調変換に対する不変性を考慮した制約対処法を確立した．これまで制約関数の定義や座標系の選択に大きく依存してしまっていた最適化性能を，不変性を獲得することで回避し，従来の探索効率を凌駕する結果が得られた．３．実数型や整数型，離散型などの複数の変数型が混在する最適化問題に対して効果的な方法として，確率モデリングに基づく最適化問題の変換方法を提案した．変数が不連続であることに起因する最適化の困難さに対処すべく，滑らかな変数の補完を行う．これにより，従来の方法では困難であった，離散型の変数と実数型の変数の間の依存関係を考慮した最適化が可能となった．４．ドリフト解析を用いた進化計算法のランタイム解析方法を確立した．ドリフト解析は有望な数学的ツールであったものの，その適用はこれまで離散空間に限られていた．連続空間に適用する場合の困難さに対処すべく，従来の解析方法を拡張した．これにより，探索空間の連続／離散によらずに利用可能な解析方法が確立された．５．凸二次関数のもとで，アルゴリズム１ステップでの期待改善率を理論解析し，これを最適にする事前パラメータの導出を行った．この結果，各解に与える重みパラメータの最適値は目的関数のヘッセ行列によらず，正規分布の順序統計量の期待値によって与えられることが判明した．以上の成果は，最適化プロセス全体の効率化に寄与する．

研究成果

• [国際共同研究] Inria/Ecole Polytechnique(France)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Inria/Ecole Polytechnique
• [国際共同研究] Ruhr-University Bochum(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Ruhr-University Bochum
• [雑誌論文] Exploring optimal topology of thermal cloaks by CMA-ES (2018)
  • 著者名/発表者名: Garuda Fujii，Youhei Akimoto，Masayuki Takahashi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 ページ: －
  • DOI: 10.1063/1.5016090
  • 査読あり
• [雑誌論文] 共分散行列適応進化戦略に基づいた音響クロークのトポロジー最適化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋 正幸，秋本 洋平，藤井 雅留太
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 84 ページ: －
  • DOI: 10.1299/transjsme.17-00590
  • 査読あり
• [雑誌論文] Benchmarking the PSA-CMA-ES on the BBOB Noiseless Testbed (2018)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Nishida，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Proceedings of GECCO ’18 Companion， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205651.3208297
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Embedded Feature Selection Using Probabilistic Model-Based Optimization (2018)
  • 著者名/発表者名: Shota Saito，Shinichi Shirakawa，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Proceedings of GECCO ’18 Companion， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205651.3208227
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Well Placement Optimization for Carbon dioxide Capture and Storage via CMA-ES with Mixed Integer Support (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsuhiro Miyagi，Youhei Akimoto，Hajime Yamamoto
  • 雑誌名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205651.3205706
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Note on the CMA-ES for Functions with Periodic Variables (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamaguchi，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Proceedings of GECCO ’18 Companion， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205651.3205669
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drift Theory in Continuous Search Spaces: Expected Hitting Time of the (1+1)-ES with 1/5 Success Rule (2018)
  • 著者名/発表者名: Youhei Akimoto，Anne Auger，Tobias Glasmachers
  • 雑誌名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205455.3205606
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of Information Geometric Optimization with Isotropic Gaussian Distribution Under Finite Samples (2018)
  • 著者名/発表者名: Kento Uchida，Shinichi Shirakawa，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205455.3205487
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PSA-CMA-ES: CMA-ES with Population Size Adaptation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Nishida，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205455.3205467
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ranking Based Linear Constraint Handling Method with Adaptive Penalty (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Sakamoto，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018 巻: － ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1145/3205455.3205462
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 事前調節不要な政策最適化: IBP-CMAの提案と評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大橋 響太郎，藤吉 夏生，秋本 洋平
  • 雑誌名: 進化計算学会論文誌 巻: 9 ページ: 10--20
  • DOI: 10.11394/tjpnsec.9.10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic Optimization of Neural Network Structures Using Probabilistic Modeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Shirakawa，Yasushi Iwata，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Proceedings of the Thirty-first AAAI Conference on Artificial Intelligence and the twenty-ninth Innovative Applications of Artificial Intelligence Conference 巻: － ページ: －
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ブラックボックス最適化のための不変性を考慮した線形制約対処法の提案 (2018)
  • 著者名/発表者名: 阪本 直気，秋本 洋平
  • 雑誌名: 進化計算学会論文誌 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quality Gain Analysis of the Weighted Recombination Evolution Strategy on General Convex Quadratic Functions (2018)
  • 著者名/発表者名: Youhei Akimoto，Anne Auger，Nikolaus Hansen
  • 雑誌名: Theoretical Computer Science 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optimal Cluster Head Selection and Rotation of Cognitive Wireless Sensor Networks for Simultaneous Data Gathering and Long Life System (2017)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takyu，Shohei Fujii，Youhei Akimoto，Mai Ohta，Takeo Fujii，Fumihito Sasamori，Shiro Handa
  • 雑誌名: International Journal of Distributed Sensor Networks 巻: 13 ページ: －
  • DOI: 10.1177/1550147717747859
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of the Mean Vector Learning Rate in CMA-ES (2017)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Miyazawa，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2017， Berlin， Germany， July 15-19， 2017 巻: － ページ: 721--728
  • DOI: 10.1145/3071178.3071203
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Benchmarking the Novel CMA-ES Restart Strategy Using the Search History on the BBOB Noiseless Testbed (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamaguchi，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Proceedings of GECCO ’17 Companion， Berlin， Germany， July 15-19， 2017 巻: － ページ: 1780--1787
  • DOI: 10.1145/3067695.3084203
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Introducing the Cumulation to the Population Based Incremental Learning and the Compact GA to Relax Genetic Drift (2017)
  • 著者名/発表者名: Keigo Tanaka，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Proceedings of GECCO ’17 Companion， Berlin， Germany， July 15-19， 2017 巻: － ページ: 199--200
  • DOI: 10.1145/3067695.3075987
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modified Box Constraint Handling for the Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Sakamoto，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Proceedings of GECCO ’17 Companion， Berlin， Germany， July 15-19， 2017 巻: － ページ: 183--184
  • DOI: 10.1145/3067695.3075986
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CMA-ES のための集団サイズ適応機構の提案と評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田 昂平，秋本 洋平
  • 雑誌名: 進化計算学会論文誌 巻: 8 ページ: 61--74
  • DOI: 10.11394/tjpnsec.8.61
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CMA-ESにおける矩形制約対処法の改良と線形制約への拡張 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阪本 直気，秋本 洋平
  • 雑誌名: 進化計算学会論文誌 巻: 8 ページ: 23--35
  • DOI: 10.11394/tjpnsec.8.23
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CMA-ES-based structural topology optimization using a level set boundary expression --- Application to optical and carpet cloaks (2017)
  • 著者名/発表者名: Garuda Fujii，Masayuki Takahashi，Youhei Akimoto
  • 雑誌名: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 巻: 332 ページ: 624--643
  • DOI: 10.1016/j.cma.2018.01.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Dynamic Optimization of Neural Network Structures Using Probabilistic Modeling (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Shirakawa，Yasushi Iwata，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Thirty-first AAAI Conference on Artificial Intelligence
  • 国際学会
• [学会発表] Drift Theory in Continuous Search Spaces: Expected Hitting Time of the (1+1)-ES with 1/5 Success Rule (2018)
  • 著者名/発表者名: Youhei Akimoto，Anne Auger，Tobias Glasmachers
  • 学会等名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of Information Geometric Optimization with Isotropic Gaussian Distribution Under Finite Samples (2018)
  • 著者名/発表者名: Kento Uchida，Shinichi Shirakawa，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Embedded Feature Selection Using Probabilistic Model-Based Optimization (2018)
  • 著者名/発表者名: Shota Saito，Shinichi Shirakawa，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Proceedings of GECCO ’18 Companion， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Well Placement Optimization for Carbon dioxide Capture and Storage via CMA-ES with Mixed Integer Support (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsuhiro Miyagi，Youhei Akimoto，Hajime Yamamoto
  • 学会等名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Ranking Based Linear Constraint Handling Method with Adaptive Penalty (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Sakamoto，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] PSA-CMA-ES: CMA-ES with Population Size Adaptation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Nishida，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2018， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Benchmarking the PSA-CMA-ES on the BBOB Noiseless Testbed (2018)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Nishida，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Proceedings of GECCO ’18 Companion， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] A Note on the CMA-ES for Functions with Periodic Variables (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamaguchi，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Proceedings of GECCO ’18 Companion， Kyoto， Japan， July 15-19， 2018
  • 国際学会
• [学会発表] PBILにおける重みパラメータの影響解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 圭伍，秋本 洋平
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2017講演論文集
• [学会発表] 不変性を最大限に考慮した線形制約対処法の提案 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阪本 直気，秋本 洋平
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2017講演論文集
• [学会発表] 探索履歴を用いた確率的打ち切り機構の性能評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口 貴大，秋本 洋平
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2017講演論文集
• [学会発表] インスタンスベース政策最適化におけるインスタンス数適応機構の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大橋 響太郎，秋本 洋平
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2017講演論文集
• [学会発表] 等方性ガウス分布を用いたInformation Geometric Optimizationの有限サンプル解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内田 絢斗，白川 真一，秋本 洋平
  • 学会等名: 進化計算シンポジウム2017講演論文集
• [学会発表] CMA-ESにおけるImportance Mixingを用いた解の再利用法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 清水 卓麻，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] Cumulationを導入したPBILにおけるGenetic Drift抑制効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 圭伍，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] 風力タービンの格子状タービン配置定式化における制約対処法の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 祐介，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] 集団サイズ適応を用いたCMA-ESにおけるステップサイズ補正 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田 昂平，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] インスタンスベース政策最適化におけるエリート保存戦略の有効性検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大橋 響太郎，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] 線形制約対処法の不変性に関する一検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阪本 直気，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] 矩形制約対処法の線形制約への一般化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阪本 直気，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] ブラックボックス連続最適化におけるランキングベース制約対処法の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阪本 直気，秋本 洋平
  • 学会等名: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
• [学会発表] 確率的モデリングに基づく Neural Network の動的構造最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 白川 真一，岩田 康志，秋本 洋平
  • 学会等名: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
• [学会発表] 探索履歴を用いた CMA-ES リスタート戦略の性能評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口 貴大，秋本 洋平
  • 学会等名: 平成29年度電子情報通信学会信越支部大会
• [学会発表] 離散値最適化へのSep-CMA-ESの適用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口 貴大，秋本 洋平
  • 学会等名: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
• [学会発表] (1+1)-CMA-ESによるインスタンスベース政策最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大橋 響太郎，秋本 洋平
  • 学会等名: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
• [学会発表] Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy for High Dimensional Search Space (2017)
  • 著者名/発表者名: Youhei Akimoto
  • 学会等名: APSCIT 2017 Annual Meeting, Sapporo Convention Center, Hokkaido, Japan, July 27-30 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Improvement to the Box Constraint Handling Method for the CMA-ES and its Generalization to Linear Constraints (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Sakamoto
  • 学会等名: APSCIT 2017 Annual Meeting, Sapporo Convention Center, Hokkaido, Japan, July 27-30 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Population Size Adaptation for the CMA-ES Based on the Accuracy of the Parameter Update (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida
  • 学会等名: APSCIT 2017 Annual Meeting, Sapporo Convention Center, Hokkaido, Japan, July 27-30 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optimal Step-Size for the Weighted Recombination Evolution Strategy (2017)
  • 著者名/発表者名: Youhei Akimoto
  • 学会等名: Theory of Randomized Optimization Heuristics (Dagstuhl Seminar 17191)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of the Mean Vector Learning Rate in CMA-ES (2017)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Miyazawa，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Genetic and Evolutionary Computation Conference， GECCO 2017， Berlin， Germany， July 15-19， 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Modified Box Constraint Handling for the Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Sakamoto，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Proceedings of GECCO ’17 Companion， Berlin， Germany， July 15-19， 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Introducing the Cumulation to the Population Based Incremental Learning and the Compact GA to Relax Genetic Drift (2017)
  • 著者名/発表者名: Keigo Tanaka，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Proceedings of GECCO ’17 Companion， Berlin， Germany， July 15-19， 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Benchmarking the Novel CMA-ES Restart Strategy Using the Search History on the BBOB Noiseless Testbed (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamaguchi，Youhei Akimoto
  • 学会等名: Proceedings of GECCO ’17 Companion， Berlin， Germany， July 15-19， 2017
  • 国際学会
• [学会発表] CMA-ES and Advanced Adaptation Mechanisms (2017)
  • 著者名/発表者名: Youhei Akimoto，Nikolaus Hansen
  • 学会等名: Proceedings of GECCO ’17 Companion， Berlin， Germany， July 15-19， 2017
  • 国際学会
• [学会発表] CMA-ES を用いたトポロジー最適化の開発とその展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井 雅留太，秋本 洋平
  • 学会等名: 日本機械学会年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] CMA-ES を用いた音響クロークのトポロジー最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋 正幸，藤井 雅留太，秋本 洋平，中村 正行
  • 学会等名: 日本機械学会 第30回計算力学講演会（CMD2017）