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2021 年度 実施状況報告書

大規模な非凸最適化問題に対する効率の良いアルゴリズムの開発と機械学習等への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K15247
研究機関統計数理研究所

研究代表者

田中 未来  統計数理研究所, 数理・推論研究系, 准教授 (40737053)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード数理最適化
研究実績の概要

(1) 非凸非平滑な DC 最適化問題に対する Bregman 距離を用いた DC アルゴリズムについて研究を進め, 信号処理の問題に応用した. 具体的には暗中逆畳み込みのための最適化問題を DC 最適化問題として再定式化し, この問題に対して適当な Bregman 距離を提案し, 大域的収束性の理論保証をもつアルゴリズムを提案した.
(2) 多レベル最適化問題において下位問題を勾配法で近似した際に勾配法の反復回数を無限に大きくするとき, 近似問題の最適解が元の問題の最適解にある意味で収束することを示し, このことを利用したアルゴリズムを設計した. また, この方法をデータ汚染を考慮したハイパーパラメータ最適化に対して適用し, 頑健な解が得られることを示した.
(3) 微分不可能な最適化問題に対する平滑化加速近接勾配法の収束解析を行なった.
(4) 最適制御問題に現れるスパース最適化問題に対する効率のよいアルゴリズムを開発し, その収束解析を行なった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

理論面と応用面の両面からの研究が進行しており, 研究は順調に進展していると言える. 昨年度投稿していた論文が採録されるとともに, 新規に複数の論文を準備・投稿しており, 成果も順調に出ている.

今後の研究の推進方策

(1) 2 錐間の大域的な最小角を計算するための分枝限定法を実装し, 凸錐の幾何学における未解決問題にアプローチする.
(2) 非凸非平滑最適化問題に対するアルゴリズムの高速化を行なう.
(3) 複素信号処理に現れる非凸非平滑最適化問題への応用を目指し, 複素変数実数値関数の一般化方向微分を定義して, その理論的性質を明らかにする.
(4) いわゆる Nesterov の加速法について研究を進め, より高速な最適化アルゴリズムを考案する.

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症拡大の影響で物品の購入が困難になった上, 各種出張が中止となったため, 次年度使用額が生じた. 状況が改善された後の物品調達や 出張旅費として使用することを検討している.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Efficient iterative method for SOAV minimization problem with linear equality and box constraints and its linear convergence2022

    • 著者名/発表者名
      Toyoda Mitsuru and Tanaka Mirai
    • 雑誌名

      Journal of the Franklin Institute

      巻: 359 ページ: 2206--2228

    • DOI

      10.1016/j.jfranklin.2022.01.014

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 箱型制約および線形等式制約をもつ SOAV 最小化問題に対する効率のよいアルゴリズムと線形収束性2022

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 田中未来
    • 雑誌名

      統計数理研究所共同研究リポート

      巻: 453 ページ: 65--83

  • [雑誌論文] DC 最適化問題に対する Bregman 距離を用いた近接アルゴリズムと複素最適化問題への拡張2022

    • 著者名/発表者名
      髙橋翔大, 福田光浩, 田中未来
    • 雑誌名

      統計数理研究所共同研究リポート

      巻: 453 ページ: 28--38

  • [雑誌論文] 非リプシッツな関数を含む最適化問題に対する近接劣勾配法2022

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 田中未来
    • 雑誌名

      制御部門マルチシンポジウム講演論文集

      巻: 9 ページ: 1G1-2

  • [雑誌論文] An analysis of hot‐started ADMM for linear MPC2021

    • 著者名/発表者名
      Toyoda Mitsuru and Tanaka Mirai
    • 雑誌名

      IET Control Theory & Applications

      巻: 15 ページ: 1999--2016

    • DOI

      10.1049/cth2.12174

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A gradient method for multilevel optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sato, Mirai Tanaka, and Akiko Takeda
    • 雑誌名

      Advances in Neural Information Processing Systems

      巻: 34 ページ: 7522--7533

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sum of l2-norms based modeling for discrete-valued optimal control2021

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Toyoda and Mirai Tanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of the SICE Annual Conference

      巻: 2021 ページ: 316--319

    • 査読あり
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2022

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka
    • 学会等名
      The 1st APORS Youth Forum
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2022

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka
    • 学会等名
      ISI-ISM-ISSAS Joint Conference 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 可変平滑化パラメータを用いた加速近接勾配法2022

    • 著者名/発表者名
      豊田充, 田中未来
    • 学会等名
      研究集会 最適化: モデリングとアルゴリズム
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Mirai Tanaka
    • 学会等名
      Workshop on Continuous Optimization and Related Topics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A gradient method for multilevel optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sato, Mirai Tanaka, and Akiko Takeda
    • 学会等名
      The 35th Conference on Neural Information Processing Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] 2 錐間の大域的最小角を求めるための分枝限定法2021

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      確率・ 統計・ 行列ワークショップ 彦根 2021
  • [学会発表] 多レベル最適化問題に対する勾配法2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤瞭, 田中未来, 武田朗子
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所 研究集会 数理最適化の理論と応用の深化
  • [学会発表] 2 錐間の大域的最小角を求めるための分枝限定法2021

    • 著者名/発表者名
      田中未来
    • 学会等名
      2021 年度 統計数理セミナー

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公開日: 2022-12-28  

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