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2021 年度 実績報告書

非同期で不均一なセルオートマトンを計算資源として用いる

研究課題

研究課題/領域番号 19K12143
研究機関日本大学

研究代表者

浦上 大輔  日本大学, 生産工学部, 准教授 (40458196)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードセルオートマトン / リザバーコンピューティング / 非同期時間 / カオスの縁 / 普遍的臨界性 / 時系列データ / 機械学習
研究実績の概要

本研究の目的は,非同期で不均一なセルオートマトンである非同期調整オートマトン(AT_ECA)を,時系列データの学習モデルであるリザバーコンピューティング(RC)に応用することにより,生命システムのように頑健で素早い学習を実現・理解することであった.前年度までの研究実績は,AT_ECAを用いたRCの実装に成功したこと,提案システムがパラメータ(局所ルール)に対して普遍的に高い学習能力を有することをシミュレーションによって明らかにしたこと,特に時系列データの長さに対して頑健であること,その頑健さの起源・メカニズムを可視化する指標を提案したことなどである.
これらをふまえて,本年度はこの指標を用いて,AT_ECAを用いたRCにくわえて通常のセルオートマトン(ECA)や非同期時間のみを導入したセルオートマトン(A_ECA)も含めて網羅的に解析を実施した.その結果,AT_ECAにおける非同期時間と局所ルールの不均一性の両方が学習能力の向上に不可欠であることが明らかになった.また,GPUマシンを購入して大規模並列計算による高速化を試みた.その際に課題となることとして,AT_ECAで採用している全単射型の非同期時間は並列処理が原理的に不可能あることである.その対処法として,休止型の非同期時間に変更すること考案し,その影響を検討した.
上記にくわえて,本年度はこれまでの研究成果をまとめて公表することに注力し,雑誌論文2件(査読付)と図書1冊を出版した.特に図書『セルオートマトンによる知能シミュレーション』は,本研究の成果とそれを理解するための基礎知識をまとめて解説したものである.また,本研究の成果を多くの研究者が検証あるいは応用できるように,上記の図書と合わせてPythonプログラムをWeb上で公開した.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Universal Criticality in Reservoir Computing Using Asynchronous2022

    • 著者名/発表者名
      Uragami Daisuke、Department of Mathematical Information Engineering College of Industrial Technology、Gunji Yukio-Pegio、Department of Intermedia Art and Science School of Fundamental Science and Engineering Waseda University
    • 雑誌名

      Complex Systems

      巻: 31 ページ: 103~121

    • DOI

      10.25088/ComplexSystems.31.1.103

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computational Power of Asynchronously Tuned Automata Enhancing the Unfolded Edge of Chaos2021

    • 著者名/発表者名
      Gunji Yukio-Pegio、Uragami Daisuke
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 23 ページ: 1376~1376

    • DOI

      10.3390/e23111376

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 非同期セルオートマトンを利用したリザバーコンピューティングと普遍的臨界性2021

    • 著者名/発表者名
      浦上 大輔, 郡司ペギオ幸夫
    • 学会等名
      2021年度 人工知能学会全国大会(第35回)
  • [図書] セルオートマトンによる知能シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      浦上 大輔、郡司 ペギオ幸夫
    • 総ページ数
      256
    • 出版者
      オーム社
    • ISBN
      9784274227820

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公開日: 2022-12-28  

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