| 研究課題/領域番号 |
19K12162
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| 研究機関 | 法政大学 |
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研究代表者 |
佐藤 裕二 法政大学, 情報科学部, 教授 (20328909)
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| 研究分担者 |
廣津 登志夫 法政大学, 情報科学部, 教授 (10378268)
宮川 みなみ 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (40793964) [辞退]
佐藤 未来子 東海大学, 情報通信学部, 准教授 (20626030)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | Distributed NSGA-II / Divide-and-conquer / Distributed MOEA/D / Virtual overlapping zone / Ideal Point |
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| 研究実績の概要 |
(1) パレート優劣関係に基づく手法であるNSGA-IIに関して、並列分散環境において、分割統治法を参考にした階層型非支配ソート、および探索過程でのパレートフロントの両端の非劣解を全てのコアCPUで共有する移住方式により、解の多様性（パレートフロントの両端の広がり）および均一な解分布能力向上のために有効であることを示していた。更に、評価値の高い実行不可能解を利用した解探索における収束性向上のアイデアを加え、多様性とパレートフロントへの収束能力を兼ね備えたアルゴリズムを考案したがプログラムの複雑さとバグから評価実験に遅れが生じた。一方、研究を進める中で、解分布のエッジ解（劣解）を利用したNSGA-IIの解探索の多様性向上に繋がるアイデアが浮かび、評価実験を行い国際ジャーナルに投稿し採録された。また、非劣解のランク情報を基に解探索に指向性を持たせる手法を提案して、マルチコアCPUを用いて評価実験を開始した。
(2) 重みベクトルによるスカラー化関数に基づく手法であるMOEA/Dに関して、目的関数空間を分割し複数のコアに割り当てる並列化をメニーコア環境で行った場合のコア境界付近での解精度の低下を抑制するために、目的関数空間を分割する境界領域にVirtual overlapping zoneを設けて探索精度の向上を図る手法を2目的最適化問題に対して提案した。また、各コアで情報共有の必要があるIdeal Pointを、コア間で補正するための情報共有間隔を適応的に変化させることで、コア間の境界付近で解分布が疎になる現象を早期に改善する効果があり、収束性に関しては単一CPUと同程度を維持したまま多様性を向上する実験結果を得てIEEE主催の国際会議で発表した。しかし、目的数が3以上の場合に適用するための改善案で難航し、均一に重みベクトルを分配する代替案を提案して国際会議に投稿して採択された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
(1) パレート優劣関係に基づく手法であるNSGA-IIに関して、評価値の高い実行不可能解を利用した解探索における収束性向上のアイデアを加え、多様性とパレートフロントへの収束能力を兼ね備えたアルゴリズムを2020年度末に考案したがプログラムのバグにより進捗が停滞していた。バグ対策は完了したが、COVID-19の影響もあって、学生を使った評価実験が計画通りに進まなかった。一方で、研究を進める中で、解分布のエッジ解（劣解）を利用したNSGA-IIの解探索の多様性向上に繋がるアイデアが浮かび、評価実験を行い国際ジャーナルに投稿し採録された。また、非劣解のランク情報を基に解探索に指向性を持たせる手法を提案して、マルチコアCPUを用いて評価実験を開始して、有効な評価結果が得られつつあり、研究会で発表を行った。
(2) 重みベクトルによるスカラー化関数に基づく手法であるMOEA/Dに関して、目的関数空間を分割し複数のコアに割り当てる並列化を（GPUなどの）メニーコア環境で行った場合のコア境界付近での解精度の低下を抑制するために、目的関数空間を分割する境界領域にVirtual overlapping zoneを設けて探索精度の向上を図る手法を2目的最適化問題に対して提案して国際会議で発表し、新たに、各コアで情報共有の必要があるIdeal Pointを、コア間で補正するための情報共有間隔を適応的に変化させることで、コア間の境界付近で解分布が疎になる現象を早期に改善する効果があり、また収束性に関しては単一CPUと同程度を維持したまま、多様性に関して向上する実験結果を得てIEEE主催の国際会議で発表していたが、目的数が3以上の場合に適用するための更なる工夫が課題として残った。そのため、均一に重みベクトルを分配する代替案を考案してACM/SIGEVO主催の国際会議に投稿して採択された。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1) パレート優劣関係に基づく手法であるNSGA-IIに関しては、これまでの研究内容に加えて、実行不可能解の中で評価値の高い解を親個体の候補として利用するアイデアを活用した解探索における収束性向上の機能強化を加えたプログラムのバグ対策が終了した。早急に評価実験を行い、2024年度中にジャーナルへの投稿を目指す。
(2) 重みベクトルによるスカラー化関数に基づく手法であるMOEA/Dに関しては、新たに提案した、均一に重みベクトルを分配する代替案の評価実験を、３目的の場合を中心に行う。これまでの調査からコア当たりの個体数に解探索精度が依存する傾向を示しており、並列度と速度向上率および解探索精度の関係、コア当たりの個体数と解探索精度の関係に着目した評価を行う。本研究に関しては、令和４年からの科研のテーマ（JP22K12185）の中で、継続して評価を行い、ジャーナル投稿に繋げる。
(3) NSGA-IIとMOEA/Dに関するこれらのアイデアに関して、並行して「複数車種の同時適化のためのデータ」などの実問題を用いた評価実験から、提案手法の改善点などの洗い出しを行い、次に移住などのタイミングを利用して、共通部分を検出しながら有効活用して、高速に同時最適化する技術を探り、科研のテーマ（JP22K12185）の研究促進に繋げる。また、講演会や国際会議での発表、スペシャルセッションの提案などを通して研究成果の広報に勤める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルスの影響で、参加予定であった国際会議が一部Web開催となり予定していた旅費を執行できなかったこと、および一部の謝金を使った学生（研究協力者）の評価実験作業が遅れて予定した謝金の消化ができませんでした。また、評価実験が遅れたために、ジャーナル投稿が間に合わずに論文掲載料の支出がなく次年度使用額が生じました。
今回生じた次年度使用額に関しては、2024年度の学会活動費（論文誌投稿費用、学会参加費など）あるいは謝金のための費用として活用する予定です。
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