优化装置和优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及优化装置和优化方法。该方法包括：针对改变之前具有值为0的多个第一状态中的每一个，计算伊辛模型的能量的变化量，以满足以下约束：当在表示伊辛模型的能量的评估函数中包括的N(2或更大的整数)平方个状态变量以N行和N列排列时，包括在每一行中的状态的值之和为1并且包括在每一列中的状态的值之和为1，其中，该变化量是在改变四个状态的值时引起的；通过使用针对多个第一状态中的每一个计算出的变化量来选择允许改变的四个状态，并且输出用于标识四个状态的标识信息；以及通过使用标识信息来更新允许改变的四个状态的值。标识信息来更新允许改变的四个状态的值。标识信息来更新允许改变的四个状态的值。

【技术实现步骤摘要】
优化装置和优化方法


[0001]本实施方式涉及优化装置和优化方法。

技术介绍

[0002]存在利用伊辛(Ising)型评估函数(也称为能量函数等)的伊辛装置(也称为波尔茨曼机)作为计算诺依曼计算机所不擅长的大规模离散优化问题的装置。
[0003]在通过伊辛装置进行的计算中，使用伊辛模型代替要计算的问题，该伊辛模型是表示磁性材料的自旋行为的模型。然后，使用马尔可夫链蒙特卡罗方法(Markov chain Monte Carlo method)例如伪模糊方法或副本交换方法(也称为交换蒙特卡罗方法)，来搜索使伊辛模型型评估函数的值(对应于伊辛模型的能量)最小化的状态。
[0004]常规地，存在通过使用数字电路执行马尔科夫链蒙特卡罗方法来搜索使能量最小化的状态的优化装置。常规的优化装置在假设一次改变仅一个状态变量值的情况下计算能量变化量(在下文中也可以称为能量变化)，并且根据通过将与温度对应的噪声值与能量变化相加而获得的值来确定是否允许位变化。也以预定的概率允许增加能量的状态变量值的变化，并且该概率随温度的降低而降低。
[0005]顺便提及，一些优化问题存在如下的约束(独热约束)：在该约束中，评估函数中包括的多个状态变量中，具有值为1的状态变量的数目为仅一个。存在一些如下的独热约束：在这些约束中，当N2个状态变量以N行和N列的矩阵布置时，每一行和每一列中包括的状态变量值之和变为1。在下文中，这种独热约束称为双向独热约束。例如，当x1至x9以3行和3列的矩阵布置时，x1+x2+x3＝1、x4+x5+x6＝1、x7+x8+x9＝1、x1+x4+x7＝1、x2+x5+x8＝1、x3+x6+x9＝1的约束为双向独热约束。旅行商问题、车辆分配计划问题、二次分配问题等具有双向独热约束。

技术实现思路

[0006][技术问题][0007]在常规的优化装置中，一次改变的状态变量的数目为1。例如，常规的优化装置在重复具有汉明距离(Haming distance)＝1的状态转换的同时搜索具有最小能量的基态。因此，在常规的优化装置中，会发生向不满足双向独热约束的状态的转换，并且其中可能发生转换的状态的数目(搜索空间)大于满足双向独热约束的状态的数目。此外，由于双向独热约束产生的能量障碍，状态转换需要一定的时间。根据以上内容，常规的优化装置存在以下问题：搜索具有双向独热约束的优化问题的优化解需要一定的时间。
[0008]在实施方式的一个方面，提供了缩短具有双向独热约束的优化问题的计算时间的解决方案。
[0009][问题的解决方案][0010]根据实施方式的一个方面，提供了一种由优化装置实现的优化方法，该方法包括：针对改变之前具有值为0的多个第一状态变量中的每一个，计算伊辛模型的能量的变化量，
以满足以下约束：当在表示伊辛模型的能量的评估函数中包括的N(N为2或更大的整数)平方个状态变量以N行和N列排列时，包括在每一行中的状态变量的值之和为1并且包括在每一列中的状态变量的值之和为1，其中，该变化量是在改变四个状态变量的值时引起的；基于多个第一状态变量中的每一个计算出的变化量来选择允许改变的四个状态变量，并且输出用于标识所选择的四个状态变量的标识信息；以及基于标识信息来更新允许改变的四个状态变量的值。
[0011][专利技术的有益效果][0012]在实施方式的一个方面，能够缩短具有双向独热约束的优化问题的计算时间。
附图说明
[0013]图1是示出第一实施方式的优化装置的示例的图；
[0014]图2是示出第二实施方式的优化装置的示例的图；
[0015]图3是示出传播单元的示例的图；
[0016]图4是示出传播控制单元的示例的图；
[0017]图5是示出针对二十五个状态变量的满足双向独热约束的状态转换的示例的图；
[0018]图6是示出在已发生如图5中的状态转换的情况下，由每个ΔE计算电路使用的局部字段和加权系数的变化的示例的图；
[0019]图7是示出h
i
和h
j
的传播示例的图；
[0020]图8是示出h
l
的传播示例的图；
[0021]图9是示出h
k
的传播示例的图；
[0022]图10是示出W
il
的传播示例的图；
[0023]图11是示出W
jk
的传播示例的图；
[0024]图12是示出读出W
il
并存储到ΔE计算电路的存储单元的示例的图；
[0025]图13是示出读出W
jk
并且存储到ΔE计算电路的存储单元的示例的图；
[0026]图14是示出W
jk
地址规范的示例的图；
[0027]图15是示出存储25
×
25个加权系数的存储单元的示例的图；
[0028]图16是用于描述根据第二实施方式的优化装置的示例的流程的图；
[0029]图17是示出表示在使用第二实施方式的优化装置的情况下的计算缩短效果的模拟结果的图；
[0030]图18是示出第三实施方式的优化装置的示例的图；
[0031]图19是示出传播局部字段和加权系数的传播控制单元的示例的图；
[0032]图20是示出在N＝5的情况下，每个周期中计算的能量变化的示例的图；
[0033]图21是示出传播控制单元在周期1中的操作示例的图；
[0034]图22是示出传播控制单元在周期2中的操作示例的图；
[0035]图23是示出传播控制单元在周期3中的操作示例的图；
[0036]图24是示出传播控制单元在周期4中的操作示例的图；
[0037]图25是示出传播能量变化的传播控制单元的示例的图；以及
[0038]图26是示出ΔE计算电路的修改的图。
具体实施方式
[0039]在常规的优化装置中，一次改变的状态变量的数目为1。例如，常规的优化装置在重复具有汉明距离＝1的状态转换的同时搜索具有最小能量的基态。因此，在常规的优化装置中，会发生向不满足双向独热约束的状态的转换，并且其中可能发生转换的状态的数目(搜索空间)大于满足双向独热约束的状态的数目。此外，由于双向独热约束产生的能量障碍，状态转换需要一定的时间。根据以上内容，常规的优化装置存在以下问题：搜索具有双向独热约束的优化问题的优化解需要一定的时间。
[0040]在实施方式的一个方面，提供了缩短具有双向独热约束的优化问题的计算时间的解决方案。
[0041]在下文中，将参照附图描述实施方式。
[0042](第一实施方式)
[0043]图1是示出第一实施方式的优化装置的示例的图。
[0044]优化装置10通过排除对满足双向独热约束的状态之外的状态的搜索来缩短具有双向独热约束的优化问题的计算时间。
[0045]在伊辛模型中对优化问题进行建模。所建模的伊辛模型的能量由例如如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化装置，包括：计算单元，其被配置成针对改变之前具有值为0的多个第一状态变量中的每一个，计算伊辛模型的能量的第一变化量，以满足以下约束：当在表示所述伊辛模型的能量的评估函数中包括的N(N为2或更大的整数)平方个状态变量以N行和N列排列时，包括在每一行中的状态变量的值之和为1并且包括在每一列中的状态变量的值之和为1，其中，所述第一变化量是在改变四个状态变量的值时引起的；转换选择单元，其被配置成基于针对所述多个第一状态变量中的每一个计算出的所述第一变化量来选择允许改变的四个状态变量，并且输出用于标识所选择的四个状态变量的标识信息；以及更新单元，其被配置成基于标识信息来更新允许改变的所述四个状态变量的值。2.根据权利要求1所述的优化装置，其中，所述计算单元包括多个能量变化计算电路，每个能量变化计算电路被配置成针对相应的多个第一状态变量来计算所述第一变化量中的任意，所述优化装置还包括：传播单元，其被配置成基于所述标识信息向所述多个能量变化计算电路中的每一个传播N平方个局部字段中的任意，所述N平方个局部字段均表示由于所述N平方个状态变量中的一个的变化而引起的伊辛模型的能量的第二变化量的大小，所述局部字段将被用于计算所述第一变化量。3.根据权利要求2所述的优化装置，其中，所述传播单元基于所述标识信息向所述多个能量变化计算电路中的每一个提供用于所述多个第一状态变量中的任意一个的第一局部字段、用于包括在与所述第一状态变量相同的行中的并且具有值为1的第二状态变量的第二局部字段、用于包括在与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：神田浩一，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：