信息处理装置、信息处理方法和计算机可读存储介质与流程

本文讨论的实施方式涉及信息处理装置、信息处理方法以及存储信息处理程序的非暂态计算机可读存储介质。

背景技术：

1、组合优化问题存在于当今社会的各个领域。例如，在制造/分配、销售等领域中，搜索优化成本或使成本最小化的元素的组合。然而，因为计算时间随着与上述元素对应的变量的数目的增加而指数地增加，因此组合优化问题被认为是难以用常规的冯诺依曼计算机求解的问题。

2、作为用于求解冯诺依曼计算机不擅长的多变量优化问题的方法，存在使用伊辛型能量函数的优化装置。这种优化装置也被称为伊辛机、玻尔兹曼机等。此外，能量函数也可以被称为成本函数或目标函数。优化装置通过用伊辛模型代替要计算的问题来执行计算，伊辛模型是表示磁性材料的自旋行为的模型。

3、作为用于使用伊辛模型的最小值获得问题的计算方法，存在用于通过使用马尔可夫链蒙特卡罗(mcmc)获得伊辛型能量函数的最小值的方法。在mcmc方法中，通常的做法是执行状态转变，即根据玻尔兹曼分布的转变概率来更新能量函数的状态变量。在mcmc方法中，通过以概率方式反转表示状态的位串中的任何位来执行搜索，并且基于从当前状态转变至邻近状态的情况下的能量差来确定是否可以进行转变。伊辛型能量是二进制变量的二次系统的能量。

4、在这样的优化问题中，存在施加了被称为独热约束的约束条件的问题。独热约束是其中在存在多个状态变量的情况下在一个解中其值为1的状态变量的数目被限制为一的约束。出现独热约束的优化问题包括许多调度问题例如旅行商问题(tsp)及通用的地点和路线(vpr)问题以及背包问题和装箱问题。

5、此外，存在两种类型的独热约束。一种是被称为单向独热(1w1h)约束的约束。在这种情况下，在约束表达式中每个变量在集合中仅出现一次。具有这种约束的优化问题包括流量优化问题和装箱问题。

6、另一种是被称为双向独热(2w1h)约束的约束。在这种情况下，当n2个变量以n×n方阵布置时，每一行的总和与每一列的总和全部为1。例如，该约束等同于在确定n个不同元素例如整数1、2、……、n的顺序的情况下的约束。具有这种约束的优化问题包括旅行商问题、通用的地点和路线问题以及二次分配问题(qap)。

7、在对这种双向独热问题的解中，通过设计公式，例如在通用的地点和路线问题中，目标储库(depot)的数目可以从约20增加至约100。此外，提出了通过下述执行优化处理的技术：使用具有不同惩罚系数的两个评估函数中的一个评估函数来进行确定最低能量状态的处理并且使用另一个评估函数来进行搜索优化问题的解的处理。此外，提出了通过使用马尔可夫链蒙特卡罗基于下述转变概率分布来更新状态变量的值的技术，在该转变概率分布中，评估函数的值的变化由于状态变量的值在正方向上的变化而越大，该转变概率就越大于玻尔兹曼分布的转变概率。

8、日本公开特许公报第2019-121137号和日本公开特许公报第2020-205049号作为相关技术被公开。

技术实现思路

1、技术问题

2、然而，在通用的地点和路线问题中的大规模或高度困难的问题中，很难通过借助于设计公式获得的典型解来从准局部解中逃离，并且可能难以获得最优解。其原因在于，在通过设计公式获得的典型解中，当执行状态转变时，状态的窄邻域此时变为搜索目标。这是因为根据双向独热约束的状态转变是作为置换操作的简单操作。因此，考虑一种用于通过使宽邻域成为搜索目标而从准最优状态逃离的方法，但是在进行转变的状态变量的数目增加的情况下，要搜索的下一状态的数目急剧增加，这使计算变得困难。

3、在这点上，在通过使用具有不同惩罚系数的两个评估函数来执行优化处理的技术中，从准局部解中逃离的概率高，但是难以减少以宽邻域作为搜索目标根据双向独热约束执行状态转变的情况下的计算量。此外，即使利用基于其中转变概率根据评估函数的值而增加的转变概率分布来更新状态变量的值的技术，也难以减少以宽邻域作为搜索目标根据双向独热约束执行状态转变的情况下的计算量。

4、鉴于以上描述实现了所公开的技术，并且其目的是提供有效地获得对于根据双向独热约束的问题的解的信息处理装置、信息处理方法和信息处理程序。

5、问题的解决方案

6、根据实施方式的一方面，提供了一种信息处理装置，包括：搜索单元，该搜索单元通过使用基于目标函数的第一矩阵作为权重矩阵来搜索向其赋予了包括双向独热约束的约束条件的问题的解；转变单元，该转变单元在由搜索单元进行的搜索达到特定状态的情况下改变作为搜索单元的搜索结果的解的值的一部分；以及权重矩阵切换单元，该权重矩阵切换单元在解中包括的多个变量的值的一部分被转变单元改变的情况下，通过将通过在权重矩阵中使用惩罚系数生成的返回矩阵设置为权重矩阵来使搜索单元执行搜索，并且当由搜索单元作出的搜索结果达到满足双向独热约束的状态时，通过将权重矩阵返回至第一矩阵来使搜索单元执行搜索。

7、发明的有益效果

8、在一个方面，该实施方式可以有效地获得对于根据双向独热约束的问题的解。

技术特征：

1.一种信息处理装置，包括：

2.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中，

3.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中，在由所述搜索单元进行的所述搜索落入局部解的情况下，所述转变单元将所述解的一部分转变至另一值。

4.根据权利要求1所述的信息处理装置，还包括候选确定单元，在使所述搜索单元通过使用所述第一矩阵执行所述搜索的情况下，所述候选确定单元通过在所述目标函数的变量中选择要被四个接四个地改变的变量来使所述搜索单元执行所述搜索，以满足所述双向独热约束，并且在使所述搜索单元通过使用所述返回矩阵执行所述搜索的情况下，所述候选确定单元通过在所述目标函数的变量中选择要被一个接一个地改变的变量来使所述搜索单元执行所述搜索。

5.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中，在所述解的值的一部分被所述转变单元改变的情况下，所述搜索单元重新计算局部字段。

6.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中，

7.一种由计算机实现的信息处理方法，所述信息处理方法包括：

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有使计算机执行处理的信息处理程序，所述处理包括：

技术总结
本申请涉及信息处理装置、信息处理方法和计算机可读存储介质。信息处理装置包括：搜索单元，该搜索单元通过使用基于目标函数的第一矩阵作为权重矩阵来搜索向其赋予了包括双向独热约束的约束条件的问题的解；转变单元，该转变单元在由搜索单元进行的搜索达到特定状态的情况下改变作为搜索单元的搜索结果的解的值的一部分；以及权重矩阵切换单元，该权重矩阵切换单元在解中包括的多个变量的值的一部分被转变单元改变的情况下，通过将通过在权重矩阵中使用惩罚系数生成的返回矩阵设置为权重矩阵来使搜索单元执行搜索，并且当由搜索单元作出的搜索结果达到满足双向独热约束的状态时，通过将权重矩阵返回至第一矩阵来使搜索单元执行搜索。

技术研发人员：神田浩一
受保护的技术使用者：富士通株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13