计算装置、计算方法以及程序制造方法及图纸

本公开涉及计算装置、计算方法以及程序。计算装置具备更新部和输出部。更新部针对与第1变量和第2变量相关联的多个要素中的每一个，从初始时刻到结束时刻按每单位时间依次将第1变量和第2变量交替更新。多个要素对应于组合优化问题的多个离散变量。第1变量和第2变量分别由实数表示。在每单位时间的更新处理中，更新部针对多个要素中的每一个，基于第2变量更新第1变量。在第1变量小于第1值的情况下，将第1变量变更为第1值，将第2变量变更为第3值。在第1变量大于第2值的情况下，将第1变量变更为第2值，将第2变量变更为第3值。对第2变量加上通过预先确定的运算算出的加速值。由此，精确地算出组合优化问题的解。地算出组合优化问题的解。地算出组合优化问题的解。

【技术实现步骤摘要】
计算装置、计算方法以及程序


[0001]本专利技术的实施方式涉及计算装置、计算方法以及程序。

技术介绍

[0002]组合优化问题是指从多个组合中选择最适合目标的组合的问题。组合优化问题在数学上可归结为一种使被称为“目标函数”的具有多个离散变量的函数最大化的问题或者使该函数最小化的问题。组合优化问题虽然是在金融、物流、交通、设计、制造、生命科学等各种领域普遍存在的问题，但是由于组合数量以问题大小的指数函数的数量级增加、即所谓的“组合爆炸”，因此不一定能够计算出最优解。另外，很多情况下甚至难以得到接近最优解的近似解。
[0003]为了解决各个领域的问题，促进社会的创新和科学技术的进步，需要开发出能精确计算出组合优化问题的解的技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施方式提供能精确计算出组合优化问题的解的计算装置、计算方法以及程序。
[0005]实施方式涉及的计算装置对组合优化问题进行求解。所述计算装置具备更新部和输出部。所述更新部针对与第1变量和第2变量相关联的多个要素(元素)中的每一个，从初始时刻到结束时刻按每单位时间依次将所述第1变量和所述第2变量交替更新。所述输出部基于所述结束时刻的所述多个要素中的每一个的所述第1变量，输出所述组合优化问题的解。所述多个要素对应于所述组合优化问题的多个离散变量。所述第1变量和所述第2变量分别由实数表示。在所述每单位时间的更新处理中，所述更新部针对所述多个要素中的每一个，基于所述第2变量更新所述第1变量，在所述第1变量小于预先确定的第1值的情况下，将所述第1变量变更为所述第1值，将所述第2变量变更为预先确定的第3值，在所述第1变量大于比所述第1值大的预先确定的第2值的情况下，将所述第1变量变更为所述第2值，将所述第2变量变更为所述第3值，对所述第2变量加上通过预先确定的运算算出的加速值。根据上述计算装置，能够精确地算出组合优化问题的解。
附图说明
[0006]图1是表示模拟分叉算法(Simulated Bifurcation Algorithm)的分叉现象的图。
[0007]图2是表示改进算法的分叉现象的图。
[0008]图3是表示求解了最大割(max
‑
cut)问题的情况下的切割数的平均值的图。
[0009]图4是表示求解了最大割问题的情况下的切割数的最大值的图。
[0010]图5是表示求解了最大割问题的情况下的成功概率的图。
[0011]图6是本实施方式涉及的计算装置的功能结构图。
[0012]图7是表示更新部的处理流程的第1例的图。
[0013]图8是表示更新部的处理流程的第2例的图。
[0014]图9是更新部的块结构图。
[0015]图10是信息处理系统的构成图。
[0016]图11是管理服务器的构成图。
[0017]图12是表示存储于存储部的数据的图。
[0018]图13是计算服务器的构成图。
[0019]图14是表示存储于储存器的数据的图。
[0020]标号说明
[0021]10计算装置；12输入部；14更新部；16输出部；100信息处理系统；101管理服务器；102网络；103、103a、103b、103c计算服务器；104、104a、104b、104c线缆(cable)；105开关(switch)；106终端装置；110处理器；111管理部；112转换部；113控制部；114存储部；115通信电路；116输入电路；117输出电路；120总线；131通信电路；132共享存储器(memory)；133a、133b、133c、133d处理器；134储存器(storage)；135主机总线适配器(host bus adapter)。
具体实施方式
[0022]以下，对实施方式进行说明。
[0023](组合优化问题)
[0024]作为为了求解伊辛(Ising)问题所使用的装置的一例，可列举伊辛机(Ising machine)。伊辛机计算伊辛模型的基态的能量。迄今，伊辛模型大多主要用作铁磁体和相变现象的模型。然而，近年来，伊辛模型作为用于求解组合优化问题的模型的利用增多。式(1)表示伊辛模型的能量。
[0025][0026]s
i
、s
j
表示自旋(spin)。自旋是取+1和
‑
1中的任一值的二值变量。s
i
表示第i个自旋。s
j
表示第j个自旋。i和j为1以上且N以下的任意整数。N表示自旋的数量，为2以上的整数。h
i
表示作用于第i个自旋的局部磁场。J是表示作用于两个自旋间的力的耦合系数的矩阵。J是对角分量为0的实对称矩阵。J
i,j
表示J的第i行、第j列的要素。也即是说，J
i,j
是表示作用于第i个自旋与第j个自旋之间的力的耦合系数。此外，式(1)的伊辛模型是自旋的二次式。伊辛模型也可以是包含自旋的三次以上的项的被扩展的模型(具有多体相互作用的伊辛模型)。
[0027]伊辛机以由式(1)表示的能量E
Ising
为目标函数，算出使能量E
Ising
尽可能小的解。能量E
Ising
成为最小值的伊辛模型的解(s1、s2、
……
、s
N
)被称为最优解。但是，伊辛模型的解也可以不是最优解而是能量E
Ising
接近最小值的近似解。即，伊辛问题也可以是不仅算出最优解而且也算出近似解的问题。
[0028]另外，以取0和1中的任一值的离散变量(比特(bit))的二次函数为目标函数的组合优化问题被称为QUBO(二次无约束二进制优化，Quadratic Unconstrained Binary Optimization)问题。通过利用(1+s
i
)/2的运算，离散变量(比特)被变换为s
i
。也即是说，QUBO问题可以说与由式(1)表示的伊辛问题是等价的。因此，0
‑
1组合优化问题可以变换为
伊辛问题，通过伊辛机来计算解。
[0029]伊辛机例如由量子退火器(annealer)、相干伊辛机以及量子分叉机等进行硬件实现。量子退火器使用超导电路实现量子退火。相干伊辛机利用由光参量振荡器形成的网络的振荡现象。量子分叉机利用具有克尔(Kerr)效应的参量振荡器的网络中的量子力学的分叉现象。被这些硬件实现的伊辛机有可能实现计算时间的大幅缩减，但另一方面也存在难以大规模化和稳定运用这一问题。
[0030]伊辛问题也可以使用广为普及的数字计算机(digital computer)来计算解。与量子退火器、相干伊辛机以及量子分叉机等相比，数字计算机可以实现大规模化和稳定运用。模拟退火法(SA：simulated annealing)是用于利用数字计算机求解伊辛问题的算法的一例。但是，由于模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算装置，是求解组合优化问题的计算装置，具备：更新部，其针对与第1变量和第2变量相关联的多个要素中的每一个，从初始时刻到结束时刻按每单位时间依次将所述第1变量和所述第2变量交替更新；以及输出部，其基于所述结束时刻的所述多个要素中的每一个的所述第1变量，输出所述组合优化问题的解，所述多个要素对应于所述组合优化问题的多个离散变量，所述第1变量和所述第2变量分别由实数表示，在所述每单位时间的更新处理中，所述更新部针对所述多个要素中的每一个，基于所述第2变量更新所述第1变量，在所述第1变量小于预先确定的第1值的情况下，将所述第1变量变更为所述第1值，将所述第2变量变更为预先确定的第3值，在所述第1变量大于比所述第1值大的预先确定的第2值的情况下，将所述第1变量变更为所述第2值，将所述第2变量变更为所述第3值，对所述第2变量加上通过预先确定的运算算出的加速值。2.根据权利要求1所述的计算装置，在所述每单位时间的更新处理中，所述更新部针对所述多个要素中的每一个，在更新所述第1变量之前，更新所述第2变量，在更新所述第1变量之后，对所述第2变量加上所述加速值。3.根据权利要求1所述的计算装置，在所述每单位时间的更新处理中，所述更新部针对所述多个要素中的每一个，在更新所述第1变量之后，更新所述第2变量，在更新所述第1变量之后且更新所述第2变量之前，对所述第2变量加上所述加速值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的计算装置，所述输出部，针对所述结束时刻的所述多个要素中的每一个，算出将所述第1变量用预先设定的阈值进行二值化得到的离散变量的值，将算出的所述多个离散变量的值作为所述组合优化问题的解输出。5.根据权利要求1至4中任一项所述的计算装置，所述加速值是对紧跟前时刻的对应的所述第2变量乘以预定系数与所述单位时间的乘积而得到的值。6.根据权利要求1至5中任一项所述的计算装置，所述多个要素中的每一个与多个处理电路中的任一个对应，所述多个处理电路中的每一个针对所述多个要素中的对应的要素，执行基于所述第2变量更新所述第1变量的处理、将所述第1变量变更为所述第1值或所述第2值的处理和将所述第2变量变更为所述第3值的处理、以及对所述第2变量加上所述加速值的处理。7.根据权利要求1至6中任一项所述的计算装置，在所述每单位时间的更新处理中，所述更新部针对所述多个要素中的每一个，通过对较对象时刻早单位时间的紧跟前时刻的所述第1变量加上将所述第2变量与预先确定的常数和所述单位时间相乘得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金尾太郎，后藤隼人，日高亮，辰村光介，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：