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2006 年度 実績報告書

大規模物理カオス結合系による実数コンピューティングの構成論的研究と応用

研究課題

研究課題/領域番号 16300072
研究機関東京電機大学

研究代表者

堀尾 喜彦  東京電機大学, 工学部, 教授 (60199544)

研究分担者 安達 雅春  東京電機大学, 工学部, 教授 (20312035)
池口 徹  埼玉大学, 工学部, 教授 (30222863)
キーワードカオス / 実数計算 / アナログ非線形回路 / 組み合わせ最適化問題 / 複雑系 / ニューラルネットワーク
研究概要

400ニューロン160,000シナプスから成るカオスニューロコンピュータハードウェアシステムによる体系的な実験と観測を行った。特に、このシステムが呈する1,200次元の物理的なアナログカオスダイナミクスの解析に重点を置いた。この際、動的連想記憶と二次割り当て問題の2っの課題を遂行させた。動的連想記憶においては、外部入力により、内部ダイナミクスがどのように影響されるかを実験により調査した。その結果、外部からの空間パターンの種類やその強度により、ネットワークのダイナミクスが鋭敏に反応することが確認された。この際、外部入力の強度とパターンの想起率の間に指数関数的な関係があることを見出した。一方、二次割り当て問題を用いた場合については、内部ダイナミクスと外部とのインタラクションについて実験を行った。まず、ネットワークがそれまでに発見した最良の解を外部入力として与え、その時のシステムの解法能力を測定した。その結果、この様なヒントを与えることで、カオス的な探索能力が向上することがわかった。さらに、ネットワークの内部ダイナミクスを解釈し直して解を構築する方法を改良した。これにより、内部ダイナミクスをある程度裏切って解を構築していく方が良い結果が得られることが判明した。この結果は、内部ダイナミクスの解釈法へと発展するものと期待される。
次に、カオス結合系を所望の軌道に制御することを目指し、強化学習を導入したカオス力学系の制御法の改善を行った。従来法では、カオスの制御を実施する前に行う状態空間の量子化に学習ベクトル量子化手法が用いられていたが、この方法では、制御の前処理の計算コストが膨大であり、更に制御の目標軌道の情報を学習前に与えなければならないなどの問題点があった。そこで本年度は、これらの問題点を解消するカオス力学系の簡易な量子化手法を提案し、この手法を強化学習に利用してカオスの制御を行った。この制御法を代表的な離散時間力学系と連続時間力学系の双方に適用し、少ない計算コストで制御が実現できることを確認した。
さらに,カオスニューロダイナミクスを用いた組み合わせ最適化技法を,動的な最短経路探索問題,パターン抽出問題,最適巡回路決定問題へと応用した.具体的には,各々,コンピュータネットワークにおけるパケット配送問題,DNA塩基配列・タンパク質アミノ酸配列からのモチーフ抽出問題,時間枠制約付き配送計画問題である.大量の数値計算に基づく解析により,これらの問題に対するカオス探索技法の有効性を明らかにした.また,探索技法の要である,カオスニューロンの不応性効果を解析するために,非線形時系列解析の分野で用いられるサロゲートデータ法を拡張した手法をまず提案し,それを用いてどのような特徴が探索に有効であるかを明らかにした.さらに,よりよい探索効率を実現するため,カオスニューロンの発火履歴に対する解析を行っている.

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (29件)

  • [雑誌論文] アクティブインダクタを用いた電圧制御発振器の一構成法2007

    • 著者名/発表者名
      岡田惇志, 堀尾喜彦, 合原一幸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会総合大会講演論文集 A-1

      ページ: 41

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] ヒステリシスVCCSに基づくカオス発振器の集積回路化2007

    • 著者名/発表者名
      濱田卓也, 堀尾喜彦, 合原一幸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会総合大会講演論文集 A-2

      ページ: 36

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] 動的連想ネットワークの外部入力に対する応答について2007

    • 著者名/発表者名
      田島雄太, 堀尾喜彦, 合原一幸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会総合大会講演論文集 A-2

      ページ: 24

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] カオスニューラルネットワークにおける解構築法の一改良2007

    • 著者名/発表者名
      白熊章彦, 堀尾喜彦, 合原一幸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会総合大会講演論文集 A-2

      ページ: 25

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Real-number computation through high-dimensional analog physical chaotic neuro-dynamics2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Horio, Kazuyuki Aihara
    • 雑誌名

      Proc. of Int Workshop on Unconventional Computation

      ページ: 12

  • [雑誌論文] 強化学習を用いたカオス制御に使用する状態の簡易構成法2007

    • 著者名/発表者名
      佐藤倫久, 安達雅春, 小谷 誠
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術報告 106・124

      ページ: 75-80

  • [雑誌論文] 連続時間カオス力学系の強化学習による制御2007

    • 著者名/発表者名
      佐藤倫久, 安達雅春, 小谷 誠
    • 雑誌名

      電子情報通信学会総合大会講演論文集 A-2

      ページ: 79

  • [雑誌論文] A Packet Routing Method for Various Types of Networks by a Stochastic Neural Networks2007

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Kimura1, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Physica A Vol.376,

      ページ: 658-672

  • [雑誌論文] 時間枠制約付き配送計画問題に対するカオスダイナミクスを用いたメタ・ヒューリステック解法2007

    • 著者名/発表者名
      星野聖, 池口徹
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌 Vol.J90-A, No.5

      ページ: 431-441

  • [雑誌論文] A New Algorithm for Packet Routing Problems using Chaotic Neurodynamics and its Surrogate Analysis2007

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Kiumura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Neural Computing and Applications (印刷中)

  • [雑誌論文] Analysis on Memory Effect of Chaotic Dynamics for Combinatorial Optimization Problem2007

    • 著者名/発表者名
      T.Matsuura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2007 Meta Heuristic International Conference (印刷中)

  • [雑誌論文] A Heuristic algorithm using chaotic dynamics for dynamic and stochastic shortest path problems2007

    • 著者名/発表者名
      T.Kimura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2007 Meta Heuristic International Conference (印刷中)

  • [雑誌論文] Two simple local searches controlled by chaotic dynamics for vehicle routing problems with time windows2007

    • 著者名/発表者名
      T.Hoshino, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2007 Meta Heuristic International Conference (印刷中)

  • [雑誌論文] Two local searches for combinatorial optimization driven by chaotic dynamics2007

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hoshino, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 105・676

      ページ: 23-28

  • [雑誌論文] Optimal strategy for dynamic and stochastic combinatorial optimization problems2007

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Kimura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 105・676

      ページ: 29-34

  • [雑誌論文] Surrogate Analysis on Searching Characteristics of Chaotic Dynamics for Combinatorial Optimization2007

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Matsuura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 105・676

      ページ: 35-40

  • [雑誌論文] A routing strategy using chaotic neurodynamics2007

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Kimura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      電子情報通信学会2007年総合大会講演論文集 A-2-20

      ページ: 67

  • [雑誌論文] Solving vehicle routing problems using two local searches driven by chaotic dynamics2007

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hoshino, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      電子情報通信学会2007年総合大会講演論文集 A-2-22

      ページ: 69

  • [雑誌論文] Analysis on Refractoriness of Chaotic Neuron for Combinatorial Optimization2007

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Matsuura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      電子情報通信学会2007年総合大会講演論文集 A-2-23

      ページ: 70

  • [雑誌論文] カオスニューロコンピュータハードウェアで二次割り当て問題を解くための解構築法の改良2006

    • 著者名/発表者名
      横田直人, 堀尾喜彦, 合原一幸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術報告 106・413

      ページ: 27-32

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] 神力の回路と稲葉の回路の集積回路化2006

    • 著者名/発表者名
      関川宗久, 濱田卓矢, 堀尾喜彦, 合原一幸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術報告 106・136

      ページ: 1-5

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Physical chaotic neuro-dynamics and optimization,2006

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Horio, Kazuyuki Aihara
    • 雑誌名

      Proc. of Int. Symp. on Nonlinear Theory and Its Applications

      ページ: 499-502

  • [雑誌論文] Improved parallel processing hardware algorithm for large-scale quadratic assignment problems,2006

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ogawa, Yoshihiko Horio, Kazuyuki Aihara
    • 雑誌名

      Proc. of Int. Symp. on Nonlinear Theory and Its Applications

      ページ: 1079-1082

  • [雑誌論文] IC implementations of Shinriki's and Inaba's chaotic circuits2006

    • 著者名/発表者名
      Takuya Hamada, Munehisa Sekikawa, Yoshihiko Horio, Kazuyuki Aihara
    • 雑誌名

      Proc. of Int. Symp. on Nonlinear Theory and Its Applications

      ページ: 1067-1070

  • [雑誌論文] A mixed analog/digital chaotic neuro-computer hardware system and Its applications2006

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Horio, Kazuyuki Aihara
    • 雑誌名

      Proc. Int. Conf. on Dynamics, Vibration and Control (CD-ROM)

  • [雑誌論文] 二次割り当て問題解法システムのためのスイッチト・カレントカオスニューロンICの改良2006

    • 著者名/発表者名
      大橋悠也, 堀尾喜彦, 合原一幸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術報告 106・272

      ページ: 73-78

  • [雑誌論文] A Packet Routing Method Using Chaotic Neurodynamics for Complex Networks2006

    • 著者名/発表者名
      T.Kimura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science 4132

      ページ: 1012-1021

  • [雑誌論文] Chaotic Dynamics for Avoiding Congestion in the Computer Networks2006

    • 著者名/発表者名
      T.Kimura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science 4224

      ページ: 363-370

  • [雑誌論文] Refractory Effects of Chaotic Neurodynamics for Finding Motifs from DNA Sequences2006

    • 著者名/発表者名
      T.Matsuura, Tohru Ikeguchi
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science 4224

      ページ: 1103-1110

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公開日: 2008-05-08   更新日: 2016-04-21  

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