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アリの流れに身をまかせて
澄川 靖信
@sumi_1554

1
アリ

2
エサを探す
巣から食べ物を探しに行く

3
発見
巣から食べ物を探しに行く

4
お持ち帰り
巣から食べ物を探しに行く

見つけたら持ち帰る
5
フェロモンの分泌
食べ物を持ち帰るときフェロモンを置いて帰る

6
フェロモンって何が良いの?
フェロモンの特徴
1.
2.

他のアリに食べ物の在り処を教える
時間が経つと蒸発する.

7
フェロモンって何が良いの?
フェロモンの特徴
1.
2.

他のアリに食べ物の在り処を教える
時間が経つと蒸発する.

短い経路の方が,他のアリに見つかりやすい!

8
フェロモンって何が良いの?
フェロモンの特徴
1.
2.

他のアリに食べ物の在り処を教える
時間が経つと蒸発する.

短い経路の方が,他のアリに見つかりやすい!
→ 他のアリがフェロモンを増やすかも

9
エサを探しているアリの特徴
フェロモンが多い道を辿る.

下の道を選ぶ

10
フェロモンの蒸発
フェロモンの特徴
1.
2.

他のアリに食べ物の在り処を教える
時間が経つと蒸発する.

エサまで行けないかも...

11
ここまでのまとめ
アリの群は巣からエサまでの最短経路を構築.
個々のアリはエサを探しているだけ.


フェロモンを感知するとその経路を辿る.
フェロモンを経路上に置きながらエサを持ち帰る.



アリ同士が直接的に何か連絡することはしない....
蟻コロニー最適化 (ACO)



蟻の群れを再現したアルゴリズム
個々の蟻は問題の解(エサに相当)を探す



問題をグラフで表現.
蟻はグラフ上をランダムウォーク.





フェロモンが強い辺を優先して歩く.

解が見つかる...
ACOの応用例 ~ 1 ~


巡回セールスマン問題

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ACOの応用例 ~ 1 ~

全ての都市をちょうど一度ずつ巡り,出発地点に戻る
総巡回の総移動コストが最小のものを求める問題.
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1
1

1

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3 1
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ACOの応用例 ~ 2 ~


データマイニング


例:銀行で融資すべきではない人の特徴を知りたい

Classification with Ant Colony Optimization David Martens, Manu De B...
ACOの応用例 ~ 2 ~


最も“質の高い”経路を歩いた蟻に注目



フェロモン値の更新
結果:貯金が5万円以上20万未満の男はダメ
Class

bad
最も質の高い
経路とする.

Term

Term

male

start...
ACOの応用例 ~ 3 ~


移動エージェントとの組み合わせ


ERAM: 災害時の出口への誘導システム


出口をエサとみなす.

Alejandro Avilés del Moral, Munehiro Takimoto, Yas...
ERAM


地図が不要


地図には無い道の案内も可能
- 災害時に壁が崩壊し,人が通れるようになった場合など.

19
おわり


蟻コロニー最適化 (ACO) の紹介



ACOを応用した例も紹介




巡回セールスマン問題
データマイニング
ERAMシステム

20
21
コンパイラへの応用


命令スケジューリングへの応用が提案済


リストスケジューリング のアルゴリズム※細部は省略









依存グラフを作成
リスト内で優先度が一番高いノードを選択
マシン資源の制約と先行命令の時間の...
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Wakate_2014_huyu

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Wakate_2014_huyu

  1. 1. アリの流れに身をまかせて 澄川 靖信 @sumi_1554 1
  2. 2. アリ 2
  3. 3. エサを探す 巣から食べ物を探しに行く 3
  4. 4. 発見 巣から食べ物を探しに行く 4
  5. 5. お持ち帰り 巣から食べ物を探しに行く 見つけたら持ち帰る 5
  6. 6. フェロモンの分泌 食べ物を持ち帰るときフェロモンを置いて帰る 6
  7. 7. フェロモンって何が良いの? フェロモンの特徴 1. 2. 他のアリに食べ物の在り処を教える 時間が経つと蒸発する. 7
  8. 8. フェロモンって何が良いの? フェロモンの特徴 1. 2. 他のアリに食べ物の在り処を教える 時間が経つと蒸発する. 短い経路の方が,他のアリに見つかりやすい! 8
  9. 9. フェロモンって何が良いの? フェロモンの特徴 1. 2. 他のアリに食べ物の在り処を教える 時間が経つと蒸発する. 短い経路の方が,他のアリに見つかりやすい! → 他のアリがフェロモンを増やすかも 9
  10. 10. エサを探しているアリの特徴 フェロモンが多い道を辿る. 下の道を選ぶ 10
  11. 11. フェロモンの蒸発 フェロモンの特徴 1. 2. 他のアリに食べ物の在り処を教える 時間が経つと蒸発する. エサまで行けないかも... 11
  12. 12. ここまでのまとめ アリの群は巣からエサまでの最短経路を構築. 個々のアリはエサを探しているだけ.  フェロモンを感知するとその経路を辿る. フェロモンを経路上に置きながらエサを持ち帰る.  アリ同士が直接的に何か連絡することはしない.  12
  13. 13. 蟻コロニー最適化 (ACO)   蟻の群れを再現したアルゴリズム 個々の蟻は問題の解(エサに相当)を探す   問題をグラフで表現. 蟻はグラフ上をランダムウォーク.    フェロモンが強い辺を優先して歩く. 解が見つかる → その経路のフェロモンを増加. データ数が尐なくなるか,指定した回数に到達す るまで繰返しアリを生成する. 13
  14. 14. ACOの応用例 ~ 1 ~  巡回セールスマン問題 14
  15. 15. ACOの応用例 ~ 1 ~ 全ての都市をちょうど一度ずつ巡り,出発地点に戻る 総巡回の総移動コストが最小のものを求める問題. 5 2 1 1 1 1 4 3 1 2 2 3 15
  16. 16. ACOの応用例 ~ 2 ~  データマイニング  例:銀行で融資すべきではない人の特徴を知りたい Classification with Ant Colony Optimization David Martens, Manu De Backer, Raf Haesen, Jan Vanthienen, Monique Snoeck, Bart Baesens IEEE Transactions on Evolutionary Computation Vol. 11, Nb. 5, pp. 651—665, 2007 Class bad Term Term male start Sex 1 1 end female 5 5 any 20 20 16
  17. 17. ACOの応用例 ~ 2 ~  最も“質の高い”経路を歩いた蟻に注目   フェロモン値の更新 結果:貯金が5万円以上20万未満の男はダメ Class bad 最も質の高い 経路とする. Term Term male start Sex 1 1 end female 5 5 any 20 20 17
  18. 18. ACOの応用例 ~ 3 ~  移動エージェントとの組み合わせ  ERAM: 災害時の出口への誘導システム  出口をエサとみなす. Alejandro Avilés del Moral, Munehiro Takimoto, Yasushi Kambayashi: ERAM Evacuation Routing using Ant Colony Optimization over Mobile Ad Hoc Networks. ICAART (1) 2013: 118-127 18
  19. 19. ERAM  地図が不要  地図には無い道の案内も可能 - 災害時に壁が崩壊し,人が通れるようになった場合など. 19
  20. 20. おわり  蟻コロニー最適化 (ACO) の紹介  ACOを応用した例も紹介    巡回セールスマン問題 データマイニング ERAMシステム 20
  21. 21. 21
  22. 22. コンパイラへの応用  命令スケジューリングへの応用が提案済  リストスケジューリング のアルゴリズム※細部は省略       依存グラフを作成 リスト内で優先度が一番高いノードを選択 マシン資源の制約と先行命令の時間の制約 を満たす範囲で可能な限り早い時期に移動 性能は優先度をどう決定するかに依存 最善の決定法はプログラム構造による アリがグラフ上を歩き優先リストを作成 生成した優先リストを使用してリストスケジューリング → リストの質によってフェロモンを更新する.  Wang, G., Gong, W., Kastner, R.: Instruction scheduling using max-min ant system optimization. In: Proceedings of the 15th ACM Great Lakes Symposium onVLSI. GLSVLSI '05, 44—49, 2005. 22

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