最適化アルゴリズムにおける目的関数の評価コスト削減に関する研究

本研究では、並列計算環境による実装を意識したPSOネットワーク (PSON) を対象とし、平成28年度では、以下を目的として研究に取り組んできた。1つ目として、PSONに確率的なネットワーク構造を導入したPSON-SCに関する解探索性能を明らかにする，2つ目として、 PSONの各サブ集団で動作させるためのハードウェア (FPGA) 実装が容易な新しいPSOを明らかにする，ことである。PSONはサブ集団間の情報共有に静的なネットワーク構造を用いた手法であるが、多峰性問題に対しては多様性が低下し、解探索性能が低下することがある。この問題を解決するために、PSONに確率的にネットワーク構造が変化する動的なネットワーク構造を導入したPSON-SCを提案した。まず、従来のPSONとPSON-SCとの多様性の比較を行い、PSON-SCはPSONよりも高い多様性を有することを明らかにした。次に、PSON-SCの解探索性能を様々なベンチマーク問題に対して粒子間にネットワーク構造を有する種々のPSO手法との比較を行いPSON-SCの有効性を明らかにした。PSOをハードウェア上で実行する場合、PSOは乱数生成器を有し、その回路量は大きいため、小さくする必要がある。PSOから乱数要素を除外した決定論的なPSOの回路量はPSOと比べて小さいが、解探索性能は劣る。そこで、解探索性能の高い決定論的なPSO (区分線形系PSO; PPSO)を提案した。まず、PPSOの基礎的な概念を提案し、その解探索性能を様々なベンチマーク問題に対して乱数要素を有するPSOや種々の決定論的なPSOとの比較を行い、PPSOの有効性を明らかにした。次に、PPSOの1粒子に注目し、パラメータによる粒子の解空間上の軌道を解析的に調査し、粒子が適切な解空間上のある解に収束するパラメータ条件を明らかにした。

本研究では、並列計算環境による実装を意識したPSOネットワーク (PSON) を対象とし、平成28年度では、以下を目的として研究に取り組んできた。1つ目として、PSONに確率的なネットワーク構造を導入したPSON-SCに関する解探索性能を明らかにする，2つ目として、 PSONの各サブ集団で動作させるためのハードウェア (FPGA) 実装が容易な新しいPSOを明らかにする，ことである。PSONはサブ集団間の情報共有に静的なネットワーク構造を用いた手法であるが、多峰性問題に対しては多様性が低下し、解探索性能が低下することがある。この問題を解決するために、PSONに確率的にネットワーク構造が変化する動的なネットワーク構造を導入したPSON-SCを提案した。まず、従来のPSONとPSON-SCとの多様性の比較を行い、PSON-SCはPSONよりも高い多様性を有することを明らかにした。次に、PSON-SCの解探索性能を様々なベンチマーク問題に対して粒子間にネットワーク構造を有する種々のPSO手法との比較を行いPSON-SCの有効性を明らかにした。PSOをハードウェア上で実行する場合、PSOは乱数生成器を有し、その回路量は大きいため、小さくする必要がある。PSOから乱数要素を除外した決定論的なPSOの回路量はPSOと比べて小さいが、解探索性能は劣る。そこで、解探索性能の高い決定論的なPSO (区分線形系PSO; PPSO)を提案した。まず、PPSOの基礎的な概念を提案し、その解探索性能を様々なベンチマーク問題に対して乱数要素を有するPSOや種々の決定論的なPSOとの比較を行い、PPSOの有効性を明らかにした。次に、PPSOの1粒子に注目し、パラメータによる粒子の解空間上の軌道を解析的に調査し、粒子が適切な解空間上のある解に収束するパラメータ条件を明らかにした。