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2021 Fiscal Year Annual Research Report

アルゴリズム基礎理論の追究・発展

Planned Research

Project AreaCreation and Organization of Innovative Algorithmic Foundations for Leading Social Innovations
Project/Area Number 20H05967
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

牧野 和久  京都大学, 数理解析研究所, 教授 (60294162)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小野 廣隆  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (00346826)
定兼 邦彦  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (20323090)
河村 彰星  京都大学, 数理解析研究所, 准教授 (20600117)
玉置 卓  兵庫県立大学, 社会情報科学部, 准教授 (40432413)
瀧本 英二  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (50236395)
渋谷 哲朗  東京大学, 医科学研究所, 教授 (60396893)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Keywordsアルゴリズム論 / データ構造
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題を大きく1.アルゴリズム研究(AL),2.データ構造研究(DS)に分ける形で取り組みそれぞれ研究成果を得た.以下1,2の各テーマで得られた結果を概観する.
1.[最適化AL] 牧野は下限付き安定マッチング問題を下限の充足率最大化問題としてとらえ直しその近似比の上下界を与えた.小野はグラフ上の色付きトークンの再配置問題のNP完全性が,ある性質を満たすグラフ群において成立することを示し, また既存の多項式時間アルゴリズムの適用範囲を大幅に拡大した.[論理学的AL]牧野は,関係データベース等への応用のためキーホーン関数を定義した.その最小表現導出がNP困難であることを示し近似アルゴリズムを与えた.玉置は包除原理型指数時間アルゴリズムが有効であるいくつかの計算困難な組合せ問題に対して,論理回路型SATを介する計算量改善が可能であることを示した.[学習論的AL]瀧本は統計的学習問題に関する広範な帰着フレームワークを与えることにより多くの学習問題が複数インスタンス学習問題に帰着できることを示した.また多くのブースティング手法に適用可能なFrank-Wolf法型解釈を与えることにより,収束保証の下での複数の手法を組み合わせを可能とした.[計算論的AL解析] 河村は昇降機などの運行戦略についてオンラインモデル化し,競合比解析を行い従来研究よりも良い戦略や正確な理論的限界を得た.
2.[圧縮DS] 定兼は様々な交差グラフに対する簡潔表現とそのサイズの最適性の証明を統一的に与える手法を考案した.また半順序集合の簡潔表現も与えた.[計算生物学のDS] 渋谷はゲノムワイド相関解析データにおける統計報公開のための差分プライバシー保護手法について離散フーリエ変換に基づく高速・高精度アルゴリズムの開発に成功した.また結晶の分子構造のグラフ構造の特徴のための数え上げ手法を構築した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

成果概要に概観したようにほとんどの研究テーマにおいて,数件以上の新成果が得られ,それらは査読付き論文誌・国際学会会議録として採択に至っている.採択された論文誌・国際会議の多くはハイレベルあるいは定評のあるものがほとんどであり,メンバーがそれぞれ自分の強みを生かしながら活躍していると言える.成果の中には,プライバシー保護分野のトップ国際会議IEEE TrustCom(投稿数509、採択数101)でIEEE Outstanding Paper Awardを受賞するなど国際的にも高い評価を受けたもの[Yamamoto+, 2022],メンバーの指導する学生がBest Student Paper Awardを受賞したもの[Kiya+, 2023], その他国内学会等での論文賞・発表賞などを受賞したものなどが含まれており,本研究課題推進は若手研究者育成にも強く関与している.
さらに,研究代表者の牧野が「離散列挙アルゴリズムとその応用に関する研究」により文部科学大臣表彰科学技術賞を受賞するなど(本研究課題に深く関連する)研究活動が高く評価されている.

Strategy for Future Research Activity

次年度(2023年に研究を行う)以降は,過去3年抑制されてきた対面でのミーティング・セミナー等が開催しやすくなると考えられる.このため積極的なメンバー同士の交流を促し,あるいは機会を設定することにより,アルゴリズム論に関する新たなアイデアの融合・創出の可能性を高める.そのような融合における核となりうる研究テーマ例の一部を以下に挙げる:
[最適化アルゴリズム] 小野はPSPACEなどNP完全よりもより高い階層に位置する最適化問題に対するアルゴリズム設計に取り組む.[論理的アルゴリズム]玉置は,論理的アルゴリズム設計の観点から, 論理回路の充足可能性問題に対するアルゴリズムとその応用, 量子版の制約充足問題である局所ハミルトニアン問題に対するアルゴリズムの研究に取り組む予定である. [学習論的アルゴリズム]瀧本は,計算学習理論やオンライン意思決定の理論およびその応用に関する研究に取り組む予定である.
[圧縮データ構造] 定兼は様々なグラフクラスに対する簡潔表現の研究を行う.また,大量の文字列集合を圧縮して保存し,そこから高速に検索するための索引構造についての研究も行う.[計算生物学におけるデータ構造] 渋谷は,生物情報学・医療情報学などで重要とされる問題についてアルゴリズム設計理論の応用を探りながら,より大きなインパクトのある研究をめざし研究を続けていく.

  • Research Products

    (28 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (20 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 20 results,  Open Access: 11 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] チャールズ大学(チェコ)

    • Country Name
      CZECH
    • Counterpart Institution
      チャールズ大学
  • [Int'l Joint Research] エトヴェシュ・ローランド大学(ハンガリー)

    • Country Name
      HUNGARY
    • Counterpart Institution
      エトヴェシュ・ローランド大学
  • [Int'l Joint Research] チリ大学(チリ)

    • Country Name
      CHILE
    • Counterpart Institution
      チリ大学
  • [Int'l Joint Research] ノルウェー科学技術大学/University of Bergen(ノルウェー)

    • Country Name
      NORWAY
    • Counterpart Institution
      ノルウェー科学技術大学/University of Bergen
  • [Int'l Joint Research] University of Alberta(カナダ)

    • Country Name
      CANADA
    • Counterpart Institution
      University of Alberta
  • [Int'l Joint Research]

    • # of Other Countries
      3
  • [Journal Article] Hardness of bounding influence via graph modification2023

    • Author(s)
      Robert Barish, Tetsuo Shibuya
    • Journal Title

      Proc. 48th International Conference on Current Trend in Theory and Practice of Computer Science,? Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13878 Pages: 129-143

    • DOI

      10.1007/978-3-031-23101-8\_9

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Load Balancing Multi-Player MAB Approaches for RIS-Aided mmWave User Association2023

    • Author(s)
      Ehab Mahmoud Mohamed, Sherief Hashima, Kohei Hatano,Eiji Takimoto, Mohamed Abdel-Nasser
    • Journal Title

      IEEE Acess

      Volume: 11 Pages: 15816-15830

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2023.3244781

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sequentially Swapping Tokens: Further on Graph Classes2023

    • Author(s)
      Hironori Kiya, Yuto Okada, Hirotaka Ono, Yota Otachi
    • Journal Title

      Proc. 48th International Conference on Current Trend in Theory and Practice of Computer Science,? Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13878 Pages: 222--235

    • DOI

      10.1007/978-3-031-23101-8\_15

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Maximally Satisfying Lower Quotas in the Hospitals/Residents Problem with Ties2022

    • Author(s)
      Hiromichi Goko, Kazuhisa Makino, Shuichi Miyazaki, Yu Yokoi
    • Journal Title

      39th International Symposium on Theoretical Aspects of Computer Science, STACS 2022, LIPIcs

      Volume: 219 Pages: 31:1-31:20

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.STACS.2022.31

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Online Scheduling on Identical Machines with a Metric State Space. STACS 2022:2022

    • Author(s)
      Hiromichi Goko, Akitoshi Kawamura, Yasushi Kawase, Kazuhisa Makino, Hanna Sumita
    • Journal Title

      39th International Symposium on Theoretical Aspects of Computer Science, STACS 2022, LIPIcs

      Volume: 219 Pages: 32:1-32:21

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.STACS.2022.32

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Approximating Minimum Representations of Key Horn Functions2022

    • Author(s)
      Kristof Berczi, Endre Boros, Ondrej Cepek, Petr Kucera, Kazuhisa Makino:
    • Journal Title

      SIAM Journal on Computing

      Volume: 51(1) Pages: 116-138

    • DOI

      10.1137/19m1275681

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Optimally Confining Lattice Polymers2022

    • Author(s)
      Robert Barish, Tetsuo Shibuya
    • Journal Title

      Proc. Canadian Conference on Computational Geometry, CCCG 2022

      Volume: 2022 Pages: 24-31

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proper colorability of segment intersection graphs2022

    • Author(s)
      Robert Barish, Tetsuo Shibuya
    • Journal Title

      The 28th International Computing and Combinatorics Conference (COCOON 2022), 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13595 Pages: 573-584.

    • DOI

      10.1007/978-3-031-22105-7\_51

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Efficient and Highly Accurate Differentially Private Statistical Genomic Analysis using Discrete Fourier Transform2022

    • Author(s)
      Akito Yamamoto, Tetsuo Shibuya
    • Journal Title

      The 21st IEEE International Conference on Trust, Security and Privacy in Computing and Communications (IEEE TrustCom 2022)

      Volume: 21 Pages: 525-532

    • DOI

      10.1109/TrustCom56396.2022.00078

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] String editing under pattern constraints2022

    • Author(s)
      Robert Barish, Tetsuo Shibuya
    • Journal Title

      Proc. Workshop on Algorithms, Bioinformatics, and Computation Theory, International Computer Symposium 2022 ICS 2022. Communications in Computer and Information Science

      Volume: 1723 Pages: 13-24

    • DOI

      10.1007/978-981-19-9582-8_2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bi-directional r-indexes2022

    • Author(s)
      Yuma Arakawa, Gonzalo Navarro, Kunihiko Sadakane
    • Journal Title

      33rd Annual Symposium on Combinatorial Pattern Matching, CPM 2022, LIPIcs

      Volume: 223 Pages: 11:1-11:14

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.CPM.2022.11

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Space-Efficient Data Structure for Posets with Applications2022

    • Author(s)
      Tatsuya Yanagita, Sankardeep Chakraborty, Kunihiko Sadakane, Srinivasa Rao Satti
    • Journal Title

      Proceedings of the 18th Scandinavian Symposium and Workshops on Algorithm Theory (SWAT 2022), LIPIcs

      Volume: 227 Pages: 33:1-33:16

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.SWAT.2022.33

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Simplified and unified analysis of various learning problems by reduction to Multiple-Instance Learning2022

    • Author(s)
      Daiki Suehiro, Eiji Takimoto
    • Journal Title

      38th Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence (UAI 2022)

      Volume: 38 Pages: 1896-1906

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Boosting as Frank-Wolfe2022

    • Author(s)
      Ryotaro Mitsuboshi, Kohei Hatano, Eiji Takimoto
    • Journal Title

      14th Annual Workshop on Optimization for Machine Learning (OPT 2022)

      Volume: 14

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The existence of a pure Nash equilibrium in the two-player competitive diffusion game on graphs having chordality2022

    • Author(s)
      Naoka Fukuzono, Tesshu Hanaka, Hironori Kiya, Hirotaka Ono
    • Journal Title

      Discrete Applied Mathematics

      Volume: 321 Pages: 281-294

    • DOI

      10.1016/j.dam.2022.04.025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Capacitated Network Design Games on a Generalized Fair Allocation Model2022

    • Author(s)
      Tesshu Hanaka, Toshiyuki Hirose, Hirotaka Ono
    • Journal Title

      21st International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems, (AAMAS 2022)

      Volume: 21 Pages: 1616-1617

    • DOI

      10.5555/3535850.3536053

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Polynomial-Time Equivalences and Refined Algorithms for Longest Common Subsequence Variants2022

    • Author(s)
      Yuichi Asahiro, Jesper Jansson, Guohui Lin, Eiji Miyano, Hirotaka Ono, Tadatoshi Utashima
    • Journal Title

      33rd Annual Symposium on Combinatorial Pattern Matching (CPM 2022)

      Volume: 33 Pages: 15:1-15:17

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.CPM.2022.15

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Computing L(p, 1)-Labeling with Combined Parameters2022

    • Author(s)
      Tesshu Hanaka, Kazuma Kawai, Hirotaka Ono
    • Journal Title

      Journal of Graph Algorithms and Application

      Volume: 26(2) Pages: 241-255

    • DOI

      10.7155/jgaa.00592

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Online Scheduling on Identical Machines with a Metric State Space2022

    • Author(s)
      Hiromichi Goko, Akitoshi Kawamura, Yasushi Kawase, Kazuhisa Makino, Hanna Sumita
    • Journal Title

      39th International Symposium on Theoretical Aspects of Computer Science, STACS 2022, LIPIcs

      Volume: 219 Pages: 32:1--32:21

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.STACS.2022.32

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Output Sensitive Fault Tolerant Maximum Matching2022

    • Author(s)
      Niranka Banerjee, Manoj Gupta, Venkatesh Raman, Saket Saurabh
    • Journal Title

      CSR2022 (The 17th International Computer Science Symposium in Russia), Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13296 Pages: 115--132

    • DOI

      10.1007/978-3-031-09574-0\_8

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Succinct Representations of Graphs2022

    • Author(s)
      Kunihiko Sadakane
    • Organizer
      The 33rd International Symposium on Algorithms and Computation (ISAAC 2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 有限体上の多変数連立代数方程式系に対する総当り探索の打破2021

    • Author(s)
      玉置 卓
    • Organizer
      兵庫県立大学 知の交流シンポジウム

URL: 

Published: 2023-12-25  

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