| 研究課題/領域番号 |
18K11603
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| 研究機関 | 大阪教育大学 |
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研究代表者 |
藤田 修 大阪教育大学, 教育学部, 教授 (10324881)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 人工知能 / 抽象戦略ゲーム / ゲーム木 / 機械学習 / 確率密度関数 / 混合分布モデル / グラフ間距離 / 並列処理 |
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| 研究実績の概要 |
機械学習を利用して抽象戦略ゲームのデザイン（各種ルールの条件設定）を自動化する研究において、例題として用いている新種ゲームの戦略立案に利用するための確率モデルの構築に有用な確率密度関数を検討した。この関数はパラメータの設定により一様分布関数からベル型分布関数までの形状を連続的に変形可能な関数の一つである。一変数の場合、ロジスティック関数の組み合わせとして、ニューラルネットワークの基本形の一つとも言える既知の数式で表されるが、多変数化において、マハラノビス距離関数の双曲線余弦関数を利用して一般化することにより、新規性のある多変数確率密度関数が得られた。一般化された形式では規格化因子にフェルミ・ディラック積分を含むが、この関数は特定の条件において初等関数のみで表され、パラメータの最尤推定が比較的に容易になるという特長を有する。部分的に一様分布するデータに対して、この関数を利用すると、少ないパラメータで高い適合度の混合分布モデルを構築することが可能であることを理論的に示すとともに、数値実験でその効果を確認した。この成果を論文にまとめて、プレプリント公開サーバに「Flattopped probability density functions for mixture models」との題目で投稿した。この確率モデルはゲームのみならず、実空間における経路分析・選択など多方面に応用可能である。
ゲーム木の分析については、ノード集合とエッジ集合からなるグラフに関する集合間距離を定義し、その多様な組み合わせについて比較検討するという、新たな研究手法の開拓を進めている。また、大規模なデータの数値計算のため、並列処理による高速化と消費電力の削減を目的として、最新のFPGAアクセラレータを購入し、重要成分を高速に抽出するハードウェア・ソーターの回路設計に着手した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
第１の理由は、研究過程において新たな知見を得て、確率モデルの基礎的研究課題を優先的に追加したことである。この研究は当初の計画には明記されていないが、研究の副産物として重要であると判断した。そのため当初の計画に遅延を生じたが、その成果として、理論的研究課題の確率生成モデルの検討について、「Flattopped probability density functions for mixture models」との題目で論文を作成し、そのプレプリントを arXiv に登録し、現在、査読付き学術雑誌への投稿準備中である。
第２の理由は、専用ハードウェアの検討について、当初予定していたGPGPUの利用を中止し、2021年に製品化された最新のFPGAアクセラレータ（Xilinx系）内臓ワークステーションの購入に計画を変更したことである。最近、急速に発展した並列計算技術に対応するため、技術動向の見極めと研究目的への適合性の検討に時間を要するとともに、適切な価格で購入可能な製品の商用化まで待機せざるを得なかった。GPGPUでは並列計算アーキテクチャが固定化されており、高速化できる演算の種類が限定されているが、FPGAでは独自の回路設計が可能で、研究目的には最善の選択と考えられる。ただし、何れにせよ１ボードでは大規模なゲーム木の分析には能力が不足しているため、コストパフォーマンスに優れた並列処理システムの要素回路技術の基本性能評価に限定し、HDLによる回路設計の準備を行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ゲーム木の理論的分析を目的とする基礎研究に重点を置く。作業を中断していた記号列生成プログラムの作成を行い、そのゲーム木生成・分析プログラムおよび戦略評価の検討を進める。また、記号系列評価関数の最適化、集合間距離を利用したゲーム木の定量的分析の理論的検討を行う。
ゲームプレイヤー用人工知能としては主として独自の強化学習を利用する予定である。強化学習には膨大な計算時間が必要と予想されるため、計算時間短縮の観点から基本的なアルゴリズムの工夫を行い、その専用並列計算ハードウェア・アーキテクチャの開発を目指す。
FPGAアクセラレータ（Xilinx系）を利用して、独自の専用回路を設計する予定。もし、新規の回路アーキテクチャをFPGAに実装することが困難な場合は、仮想的なモデルについて数値シミュレーションにより性能評価を行う予定である。
また、もし時間的に余裕があれば、WEBで公開したFLASH製のゲームを javascript 等の他の言語に移植する。
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