优化设备、优化方法和优化程序技术

本文公开了一种优化设备、优化方法和优化程序。该优化设备，包括：退火单元，其改变包括在评估函数中的多个状态变量中的任何一个的状态，计算能量变化量，并且通过将第二总变化量与计算出的变化量相加来获得第一总变化量；推测反转控制单元，其重复如下处理：推测地选择要改变的状态变量，并且使退火单元获得第一总变化量；采用确定单元，其随机确定是否采用由退火单元改p变预定数目的状态变量的状态转变；能量计算单元，其在确定要采用状态转变时，计算转变能量；以及搜索单元，其在转变能量小于先前指定的最小能量时，将转变能量指定为最小能量。小能量。小能量。

【技术实现步骤摘要】
优化设备、优化方法和优化程序


[0001]本文讨论的实施方式涉及优化设备、优化方法和优化程序。

技术介绍

[0002]在我们的社会中，存在关于灾难恢复程序、递送路线优化等的大量“组合优化问题”，在这些问题中，在诸如有限的人员、时间等约束下，从大量元素的组合中选择最优组合。搜索组合优化问题的最优解的这些方法之一是通过应用模拟退火方法获得的伊辛(Ising)计算装置，模拟退火方法是一种蒙特卡罗方法，并且是一种使用随机数值随机获得解决方案的方法。
[0003]伊辛计算装置是搜索使由预定评估公式表达的伊辛模型的能量最小化的变量的组合的计算装置。在某些情况下，该变量被称为自旋，变量的值被称为自旋状态，自旋状态的转变被称为反转。
[0004]伊辛计算装置基于反转确定公式来确定每个自旋是否被反转，顺序地转变状态，并且搜索最小能量。然后，通过将实际问题公式化为伊辛模型能量公式，并且由伊辛计算装置搜索使能量最小化的自旋状态的组合，可以解决各种类型的组合优化问题。
[0005]这里，将简单描述使用模拟退火方法的最小能量搜索方法。伊辛计算装置从初始状态开始搜索，在初始状态中，将0或1分配给表达要解决的问题的评估函数的每个变量。然后，伊辛计算装置根据变量的组合的当前状态选择接近当前状态的状态，并且考虑状态转变。接近当前状态的状态是例如其中单个变量的状态被改变的状态。接下来，伊辛计算装置计算该状态的能量变化量，并且根据计算出的值随机地选择是采用状态转变还是维持原始状态而不采用状态转变。如果将在能量减少的情况下的采用概率设置为高于在能量增加的情况下的采用概率，则状态平均地在能量减少的方向上改变，并且伊辛计算装置可以最终达到最优解或者达到接近最优解的能量。如果在能量减少的情况下确定性地采用状态转变，并且在能量增加的情况下不采用状态转变，则在广义上能量的变化相对于时间单调减少。然而，在达到局部解的情况下，不再发生状态转变，并且难以期望达到最优解。因此，在组合优化问题中的搜索中，重要的是随机地确定是否采用状态转变。
[0006]注意，解决组合优化问题的方法包括下述相关技术，该技术允许当彼此不相连的多个神经元电路的状态被同时更新时，在基于多个权重值同时改变多个神经元电路的状态的情况下更新状态。此外，存在下述现有技术，该技术仅搜索作为评估函数的组成部分的部分评估函数比局部解得到改善的状态来逃离局部解。
[0007][引用列表][0008][专利文献][0009][PTL1]日本特许专利公布第2017
‑
219952号。
[0010][PTL2]日本特许专利公布第2006
‑
072820号。

技术实现思路

[0011][技术问题][0012]然而，在其中确定每个自旋是否被反转、顺序地转变状态并且执行搜索的现有技术中出现以下问题。例如，在一个自旋被反转的情况下能量大大增加的情况下，即使在诸如两个自旋被反转的状态的周围自旋状态中存在较低能量的状态，也选择向高能量状态转变一次。
[0013]作为简单的示例，例如，在处于单个状态的自旋的数目为偶数的约束条件下，仅使一位反转即可转变的所有状态均为高能量状态，并且难以将状态转变为其他状态。以此方式，对于基于每个自旋的反转确定公式来执行采用确定的现有技术，存在难以根据问题的类型有效地搜索最小能量的可能性。
[0014]此外，即使利用允许在不相互连接的多个神经元电路的状态同时变化的情况下更新状态的现有技术，也难以在选择了转变为高能量状态之后转变为较低能量的状态。这同样适用于通过仅搜索部分评估函数比局部解更加改善的状态来逃离局部解的现有技术。因此，即使使用这些现有技术，也可能难以根据问题的类型有效地搜索最小能量。
[0015]鉴于上述情况作出了所公开的技术，并且所公开的技术的目的是提供改善组合优化问题的处理性能的优化器、优化方法和优化程序。
[0016][问题的解决方案][0017]根据实施方式的一个方面，优化设备包括温度控制单元、退火单元、推测反转控制单元、采用确定单元、能量计算单元和搜索单元。温度控制单元被配置成控制指示温度的温度值。退火单元被配置成：改变包括在表示能量的评估函数中的多个状态变量中的任何一个的状态，计算由评估函数表示的能量的变化量，并且通过将所计算的总变化量与所获取的变化量相加来新获得总变化量。推测反转控制单元被配置成重复如下处理：推测地选择要改变的状态变量，并且使退火单元获得第一总变化量，直到所改变的状态变量达到预定数目为止。采用确定单元被配置成根据阈值与所述第一总变化量之间的相关关系，随机地确定是否采用由所述退火单元改变所述预定数目的状态变量的状态转变，所述阈值是基于所述温度值和随机数值来计算的。能量计算单元被配置成当确定要采用状态转变时，计算在执行状态转变之后的转变能量。搜索单元被配置成当转变能量小于最小能量时，通过将转变能量设置为最小能量来获得最小能量。
[0018][效果][0019]在一个方面中，本专利技术可以改善组合优化问题的处理性能。
附图说明
[0020]图1是根据第一实施方式的伊辛计算装置的框图；
[0021]图2是示出根据第一实施方式的退火单元的细节的框图；
[0022]图3A是根据第一实施方式的伊辛计算装置的最优解搜索处理的流程图；
[0023]图3B是根据第一实施方式的伊辛计算装置的最优解搜索处理的流程图；
[0024]图4是伊辛计算装置的布置配置图；
[0025]图5是单元电路的电路图像的图；
[0026]图6是根据第一实施方式的伊辛计算装置执行最优解搜索处理时的操作图像的
图；
[0027]图7是使用伊辛计算装置时的处理的流程图；
[0028]图8是示出根据第二实施方式的退火单元的细节的框图；
[0029]图9A是根据第二实施方式的伊辛计算装置的最优解搜索处理的流程图；
[0030]图9B是根据第二实施方式的伊辛计算装置的最优解搜索处理的流程图；
[0031]图10是当根据第二实施方式的伊辛计算装置执行最优解搜索处理时的操作图像的图；
[0032]图11是示出根据第三实施方式的退火单元的细节的框图；
[0033]图12是示出根据第三实施方式的伊辛计算装置的初始值设置指令的示例的图；
[0034]图13A是根据第三实施方式的伊辛计算装置进行的对具有n
‑
hot约束的问题的最优解搜索处理的流程图；
[0035]图13B是根据第三实施方式的伊辛计算装置进行的对具有n
‑
hot约束的问题的最优解搜索处理的流程图；
[0036]图14是示出对自旋的旅行推销员问题的修改的图；
[0037]图15是示出根据第四实施方式的退火单元的细节的框图；
[0038]图16是示出根据第四实施方式的伊辛计算装置进行的根据2way
‑
1hot约束的自旋反转方法的示例的图；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化设备，包括：温度控制单元，所述温度控制单元被配置成控制指示温度的温度值；退火单元，所述退火单元被配置成：改变包括在表示能量的评估函数中的多个状态变量中的任何一个的状态，计算由所述评估函数表示的能量的变化量，并且通过将第二总变化量与计算出的变化量相加来获得第一总变化量；推测反转控制单元，所述推测反转控制单元被配置成重复如下处理：推测地选择要改变的状态变量，并且使所述退火单元获得所述第一总变化量，直到所改变的状态变量达到预定数目为止；采用确定单元，所述采用确定单元被配置成根据阈值与所述第一总变化量之间的相关关系，随机地确定是否采用由所述退火单元改变所述预定数目的状态变量的状态转变，所述阈值是基于所述温度值和随机数值来计算的；能量计算单元，所述能量计算单元被配置成当确定要采用所述状态转变时，计算在执行所述状态转变之后的转变能量；以及搜索单元，所述搜索单元被配置成当所述转变能量小于先前指定的最小能量时，将所述转变能量指定为最小能量。2.根据权利要求1所述的优化设备，还包括：读取条件生成单元，所述读取条件生成单元被配置成：基于由所述推测反转控制单元选择的状态变量来生成用于确定接下来要选择的状态变量的读取条件，并且使所述退火单元改变满足所生成的读取条件的状态变量的状态。3.根据权利要求2所述的优化设备，其中，所述读取条件是用于选择包括在状态变量的特定范围中的状态变量的条件，所述特定范围是其中包括已经由所述退火单元改变了状态的状态变量的特定范围，并且所述多个状态变量中的一个为1并且其他状态变量为0。4.根据权利要求2所述的优化设备，其中，所述读取条件是用于选择包括在两组被分组的状态变量中的状态变量的条件，所述两组被分组的状态变量是其中包括已经由所述退火单元改变了状态的状态变量的两个组，并且在每个组中，所述状态变量中的一个为1。5.根据权利要求1至4中任一项所述的优化设备，其中，所述退火单元存储所述状态转变之前的状态变量和局部场，并且当所述采用确定单元确定不执行采用时，所述退火单元基于所存储的状态变量和所存储的局部场来恢复在所述状态转变之前的状态。6.根据权利要求1至4中任一项所述的优化设备，其中，当所述采用确定单元确定不执行采用时，所述退火单元通过将所述预定数目的状态变量的各自的状态依次改变为原始状态来恢复在所述状态转变之前的状态。7.一种优化方法，包括：控制指示温度的温度值；改变包括在表示能量的评估函数中的多个状态变量中的任何一个的状态；计算由所述评估函数表示的能量的变...

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