CN117597698A - 信息处理系统、材料组成探索方法、材料组成探索装置和程序 - Google Patents
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Abstract
一种信息处理系统，具有使用伊辛模型的退火方式的计算装置、以及将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使计算装置求解的材料组成探索装置，包括：输入接受部，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；转换部，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为计算装置能够使用的数据形式的伊辛模型；最优解计算部，使用伊辛模型，来计算逐渐接近于目标值的材料组成的最优解；后处理部，进行后处理，从计算出的最优解的材料组成中，在目标值的容许变化幅度的范围内，去除混合材料中含有的材料；以及输出控制部，输出经过后处理的材料组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种信息处理系统、材料组成探索方法、材料组成探索装置和程序。
背景技术
例如，存在从各种要素的组合中选择最优组合的组合优化问题，例如寻找具有最优物性的材料组成等。组合优化问题有时不能在现实的时间内求解出，因为随着要素的数量增加，组合的数量急剧增加。例如，如果100种材料以1％步长组合以产生混合材料，则组合的数量为5×1058。
作为专门针对对这样的组合优化问题求解的架构，提出了一种使用伊辛模型(Ising model)的退火机。退火机可以有效地对转换为伊辛模型后的组合优化问题求解。
以往，已知有一种使用专门针对组合优化问题的计算机架构来优化混合制冷剂的热物性的技术(例如参见非专利文献1)。
非专利文献1：“使用数字退火器的混合制冷剂的热物性优化”，No.19-303日本机械学会热工学会议2019演讲论文集[2019.10.12-13，名古屋]
发明内容
<本发明要解决的问题>
例如，在通过退火机对逐渐接近于(近似于)目标物性值的材料组成的组合优化问题求解的情况下，可以得到逐渐接近于目标物性值的混合材料的组成(混合材料中含有的材料及其比率)。但是，即使作为结果得到的混合材料的组成逐渐接近于目标物性值，也存在混合材料中含有的材料数量多等实际难以处理的情况。
本发明的目的在于提供一种信息处理系统、材料组成探索方法、材料组成探索装置和程序，其能够从逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题的最优解中，在容许变化幅度的范围内，减少材料组成含有的材料的数量。
<用于解决问题的方法>
本发明包括以下所示的结构。
[1]一种信息处理系统，其具有使用伊辛模型的退火方式的计算装置、以及材料组成探索装置，所述材料组成探索装置将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解，其中，
所述信息处理系统包括：
输入接受部，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换部，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
最优解计算部，使用所述伊辛模型，来计算逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理部，进行后处理，从计算出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制部，输出经过后处理的所述材料组成。
[2]根据[1]所述的信息处理系统，其中，
所述数学式是通过能量函数对逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的，所述能量函数包含：
成本函数，以所述混合材料的物性值越接近所述目标值则越易于被作为所述最优解计算出，且所述混合材料的物性值越远离所述目标值则越难以被作为所述最优解计算出的方式，输出值；以及
约束条件，以在所述混合材料中含有的材料的比率的总和不达到100％的情况下不被作为所述最优解计算出的方式，输出值。
[3]根据[1]或[2]所述的信息处理系统，其中，
所述数学式是下述式(1)：
(数1)
其中，在所述式(1)中，
所述L是要优化的物性的数量，
所述N是物性值已知的材料的数量，
所述Dk,i是材料i的想要优化的第k个物性的物性值，
所述ri是用二进制法表示材料i的混合比即构成比率的下述式(2)：
(数2)
所述Dk,0是混合材料的想要优化的第k个物性的目标值，
所述ni,j是用二进制法表示材料i的混合比时的数字“0”或“1”，
所述cj是用二进制法表示材料i的混合比时的系数，
所述αk、β是权重常数。
[4]根据[3]所述的信息处理系统，其中，
所述最优解计算部使用将所述式(1)转换为所述计算装置能够使用的数据形式后的所述伊辛模型，来计算所述式(1)的能量函数达到最小值的所述ni,j的组合，作为逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解。
[5]根据[1]至[3]中任一项所述的信息处理系统，其中，
所述输入接受部从用户接受对至少一个物性的目标值的选择、从所述至少一个物性的物性值已知的多个材料中对用作所述混合材料的材料组成的所述材料的选择、以及对所述目标值的容许变化幅度的选择，
所述后处理部进行后处理，从所输出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，按照混合比从小到大的顺序去除所述混合材料中含有的所述材料。
[6]根据[1]至[3]中任一项所述的信息处理系统，其中，
所述输入接受部从用户接受对至少一个物性的目标值的选择、从所述至少一个物性的物性值已知的多个材料中对用作所述混合材料的材料组成的所述材料的选择、以及对所述目标值的容许变化幅度的选择，
所述后处理部进行后处理，从所输出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，按照由用户选择的顺序去除所述混合材料中含有的所述材料。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的信息处理系统，其中，
所述输出控制部将包含由所述最优解计算部计算出的所述材料组成、以及通过所述后处理去除了至少一个所述材料的所述材料组成的信息，显示在显示装置上。
[8]一种材料组成探索方法，其由信息处理系统执行，所述信息处理系统具有使用伊辛模型的退火方式的计算装置、以及材料组成探索装置，所述材料组成探索装置将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解，其中，
所述材料组成探索方法包括：
输入接受步骤，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换步骤，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
最优解计算步骤，使用所述伊辛模型，来计算逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理步骤，进行后处理，从计算出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制步骤，输出经过后处理的所述材料组成。
[9]一种材料组成探索装置，其经由通信网络与使用伊辛模型的退火方式的计算装置连接，将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解，其中，
所述材料组成探索装置包括：
输入接受部，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换部，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
协作部，将经转换而得到的所述伊辛模型发送到所述计算装置，并从所述计算装置接收由所述计算装置计算出的逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理部，进行后处理，从接收到的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制部，输出经过后处理的所述材料组成。
[10]一种程序，其使经由通信网络与使用伊辛模型的退火方式的计算装置连接而将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解的材料组成探索装置，作为下述部件发挥功能：
输入接受部，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换部，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
协作部，将经转换而得到的所述伊辛模型发送到所述计算装置，并从所述计算装置接收由所述计算装置计算出的逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理部，进行后处理，从接收到的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制部，输出经过后处理的所述材料组成。
<发明的效果>
根据本发明，能够从逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题的最优解中，在容许变化幅度的范围内，减少材料组成含有的材料的数量。
附图说明
图1是本实施方式的信息处理系统的一例的结构图。
图2是本实施方式的计算机的一例的硬件结构图。
图3是物性值已知的溶剂信息的一例的结构图。
图4是本实施方式的信息处理系统的一例的结构图。
图5是表示本实施方式的信息处理系统的材料组成探索方法的处理步骤的一例的流程图。
图6是表示步骤S18的处理步骤的一例的流程图。
图7是表示所采用的溶剂的组合及混合比的一例的结构图。
图8是材料组成探索结果画面的一例的示意图。
具体实施方式
接下来，将详细说明本发明的实施方式。注意，本发明并不限于以下的实施方式。在本实施方式中，作为含有物性值已知的材料的混合材料的优化的一例，对含有物性值已知的溶剂的混合溶剂的优化进行说明。
<系统结构>
图1是本实施方式的信息处理系统的一例的结构图。图1的信息处理系统1具有退火方式计算机10和材料组成探索装置12。退火方式计算机10和材料组成探索装置12经由局域网(LAN)或因特网等通信网络18以能够进行数据通信的方式连接。
退火方式计算机10是使用了伊辛模型的退火机，是使用了伊辛模型的退火方式的计算装置的一例。退火方式计算机10可以由量子计算机实现，也可以由数字电路实现退火方式的计算机架构即数字退火器(注册商标)等实现。
退火机通过伊辛模型的收敛动作来对归结于该伊辛模型的组合优化问题求解。所谓伊辛模型，是表示磁性体的行为的统计力学上的模型，具有通过磁性体的自旋间的相互作用以使能量(哈密顿量)达到最小的方式更新自旋的状态并最终使能量达到最小的性质。退火机能够将组合优化问题归结于伊辛模型，求出能量达到最小的状态，从而得到该状态作为组合优化问题的最优解。
材料组成探索装置12是PC等的用户能够操作的信息处理装置。材料组成探索装置12也可以是平板终端、智能手机等用户能够操作的信息处理终端。材料组成探索装置12接受为了使退火机对归结到伊辛模型的组合优化问题求解所需的信息的输入，使退火方式计算机10对伊辛模型求解。
材料组成探索装置12接收退火方式计算机10解出的组合优化问题的最优解，并以将该最优解的溶剂组成、对该最优解如下所述进行后处理后的溶剂组成等信息显示在显示装置上等用户能够确认的方式输出。
注意，图1的信息处理系统1是一例，也可以是还具有用户操作的用户终端(未图示)，用户从用户终端访问并使用材料组成探索装置12的方式。
此外，退火方式计算机10可以实现为云计算服务。例如，退火方式计算机10能够通过经由通信网络18调用API(应用程序编程接口)来使用。此外，退火方式计算机10不限于作为云计算的服务实现的计算机，也可以是由本地实现的计算机，还可以是由其他公司运用的计算机。退火方式计算机10可以由多个计算机实现。当然，图1的信息处理系统1根据用途和目的具有各种系统结构例。
<硬件结构>
图1的材料组成探索装置12例如通过图2所示的硬件结构的计算机500来实现。
图2是本实施方式的计算机的一例的硬件结构图。图2的计算机500包括输入装置501、显示装置502、外部I/F 503、RAM 504、ROM 505、CPU 506、通信I/F 507、以及HDD 508。注意，输入装置501和显示装置502也可以是连接来加以使用的方式。
输入装置501是用户用于输入各种信号的触摸面板、操作键或按钮、键盘或鼠标等。显示装置502由显示画面的液晶或有机EL等的显示器、输出语音或声音等声音数据的扬声器等构成。通信I/F 507是用于计算机500进行数据通信的接口。
此外，HDD 508是存储程序和数据的非易失性存储装置的一例。存储的程序和数据包括作为控制计算机500整体的基本软件的OS和在OS上提供各种功能的应用程序。注意，计算机500可以使用利用闪存作为存储介质的驱动器装置(例如，固态驱动器：SSD等)来代替HDD 508。
外部I/F 503是与外部装置的接口。外部装置包括记录介质503a等。由此，计算机500能够经由外部I/F 503进行对记录介质503a的读取和/或写入。记录介质503a包括软盘、CD、DVD、SD存储卡、USB存储器等。
ROM 505是即使切断电源也能够保持程序或数据的非易失性半导体存储器(存储装置)的一例。在ROM 505中存储计算机500启动时执行的BIOS、OS设定、以及网络设定等程序和数据。RAM 504是暂时保存程序和数据的易失性半导体存储器(存储装置)的一例。
CPU 506是通过从ROM 505或HDD 508等存储装置将程序或数据读出到RAM 504上并执行处理来实现计算机500整体的控制或功能的运算装置。本实施方式的材料组成探索装置12能够实现后述的各种功能。注意，将省略对退火方式计算机10的硬件结构的说明。
<作为组合优化问题求解的课题例>
以下，说明将物性值已知的多个溶剂混合，将目标物性逐渐接近于(近似)目标值的混合溶剂的混合比(构成比率)作为组合优化问题来求解的例子。
例如，在本实施方式中，使用图3所示的物性值已知的多个溶剂。图3是物性值已知的溶剂信息的一例的结构图。在图3的溶剂信息中，对每个由溶剂名称确定的溶剂，记录1个以上的物性的物性值。在图3中，作为一例，记录了3个物性δD、δP和δH的物性值。
在本实施方式中，设为从图3的溶剂信息中选择目标物性。此外，混合溶剂的目标物性的物性值由以下式(3)计算。
混合溶剂的物性值＝Σ(单溶剂的物性值×混合比)…(3)
在本实施方式中，将从图3的溶剂信息包含的溶剂中以例如1％步长混合多种溶剂来探索目标物性逐渐接近于目标值的混合溶剂的混合比，设为作为组合优化问题而想要求解的课题。
在本实施方式中，将想要求解的课题例如如下述式(4)或式(1)那样进行公式化。式(4)是在目标物性为1个的情况下进行公式化而得到的数学式的例子。式(1)是在目标物性为2个以上的情况下进行公式化而得到的数学式的例子。
(数3)
(数4)
其中，在上述式(4)中，
E是能量函数(评价函数)，
N是物性值已知的溶剂的数量，
Di是溶剂i的想要优化的目标物性的物性值，
ri是用二进制法表示溶剂i的混合比(构成比率)的下述式(2)，
(数5)
D0是混合溶剂的想要优化的目标物性的目标值，
ni,j是用二进制法表示溶剂i的混合比时的数字“0”或“1”，在该溶剂i含有比率cj的情况下为“1”，在溶剂i不含比率cj的情况下为“0”，
cj是用二进制法表示溶剂i的混合比时的系数，
α、β是权重常数。
此外，在上述式(1)中，
E是能量函数(评价函数)，
L是要优化的物性(目标物性)的数量，
N是物性值已知的溶剂的数量，
Dk,i是溶剂i的想要优化的第k个目标物性的物性值，
ri是用二进制法表示溶剂i的混合比的上述式(2)，
Dk,0是混合溶剂的想要优化的第k个目标物性的目标值，
αk、β是权重常数。
上述式(4)的右边第一项在由上述式(3)计算出的混合溶剂的1个目标物性的物性值接近目标物性的目标值时变小。上述式(4)的右边第二项是在混合溶剂中含有的溶剂的混合比(比率)的总值为1(100％)时为“0”(变小)的项，是约束项。
此外，上述式(1)的右边第一项在由上述式(3)计算出的混合溶剂的目标物性的物性值接近目标物性的目标值时变小。此外，上述式(1)的右边第二项是在混合溶剂中含有的溶剂的混合比(比率)的总值为1(100％)时为“0”(变小)的项，是约束项。
在上述式(2)的例子中，根据溶剂i的混合比的表现方法的不同，为了表现溶剂i的混合比所需的比率cj的节点数m不同。例如，在溶剂i的混合比的第一表现方法中，比率cj可以用节点数“m＝50”表示，如(c1＝2/100，c2＝2/100，...c50＝2/100)。在混合比的第二表现方法中，比率cj可以用节点数“m＝100”来表示，如(c1＝1/100，c2＝1/100，...c100＝1/100)。在混合比的第三表现方法中，比率cj可以用节点数“m＝7”表示，如(c1＝64/100，c2＝32/100，c3＝16/100，c4＝8/100，c5＝4/100，c6＝2/100，c7＝1/100)。此外，在混合比的第四表现方法中，比率cj可以用节点数“m＝10”来表示，如(c1＝512/1000、c2＝256/1000、c3＝128/1000、c4＝64/1000、c5＝32/1000、c6＝16/1000、c7＝8/1000、c8＝4/1000、c9＝2/1000、c10＝1/1000)。例如，当以1％步长进行混合时，可以使用混合比的第三表现方法，需要7位来表示一溶剂的混合比。注意，在以0.1％步长进行混合的情况下，如混合比的第四表现方法所示，每一溶剂需要10位。
进行公式化得到的上述式(4)或式(1)被转换为退火方式计算机10能够使用的数据形式的伊辛模型后，从材料组成探索装置12被发送到退火方式计算机10。退火方式计算机10使用能够使用的数据形式的伊辛模型，来计算溶剂组成的最优解。
计算出的溶剂组成的最优解从退火方式计算机10被发送到材料组成探索装置12。注意，可以预想到，即使去除例如混合比小的微量成分的溶剂，溶剂组成的最优解也不会大幅地偏离目标物性的目标值。
因此，本实施方式的材料组成探索装置12预先决定目标物性的目标值的容许变化幅度，来进行下述后处理：从自退火方式计算机10接收到的溶剂组成的最优解中，例如在目标物性的目标值的容许变化幅度的范围内，去除例如混合比小的微量成分的溶剂。经过后处理的溶剂组成逐渐接近目标物性的目标值，并且该溶剂组成中含有的材料的数量变少。
材料组成探索装置12以用户能够确认的方式输出例如从退火方式计算机10接收到的溶剂组成的最优解、对该最优解进行后处理后的溶剂组成等信息。
<结构>
说明本实施方式的信息处理系统1的结构。图4是本实施方式的信息处理系统的一例的结构图。注意，图4的结构图对于说明本实施方式时不需要的部分进行了适当省略。
图4所示的信息处理系统1的退火方式计算机10具有调用接受部20和最优解计算部22。此外，材料组成探索装置12具有输入接受部30、公式化部32、转换部34、协作部36、后处理部37、输出控制部38、溶剂信息存储部40、数学式存储部42和容许变化幅度存储部44。
输入接受部30是从用户接受目标物性、该目标物性的目标值、以及目标值的容许变化幅度的输入的输入接口。此外，输入接受部30也可以从用户接受要使用的溶剂信息的输入。输入接受部30将输入的溶剂信息存储在溶剂信息存储部40中。输入接受部30将输入的目标值的容许变化幅度存储在容许变化幅度存储部44中。这样，在本实施方式中，针对目标物性预先决定目标值和容许变化幅度。对于容许变化幅度，也可以事先按每个物性预先设定默认值，由用户根据需要进行变更。
公式化部32接受对从图3的溶剂信息所包含的溶剂中例如以1％步长混合多种溶剂来探索目标物性逐渐接近于目标值的混合溶剂的混合比这一课题进行公式化而得到的上述式(4)或式(1)的输入。如上所述，式(4)是在目标物性为1个的情况下进行公式化而得到的数学式的例子，从用户接受权重常数α、β的输入。式(1)是在目标物性为2个以上的情况下进行公式化而得到的数学式的例子，接受权重常数αk、β的输入。
公式化部32例如通过对上述式(4)或式(1)进行了定义的程序来接受上述式(4)或式(1)的输入。公式化部32将输入的上述式(4)或式(1)存储在数学式存储部42中。
在目标物性为1个的情况下，转换部34基于目标物性、该目标物性的目标值以及上述式(4)，转换为退火方式计算机10能够使用的数据形式的伊辛模型。此外，在目标物性为2个以上的情况下，转换部34基于目标物性、该目标物性的目标值以及上述式(1)，转换为退火方式计算机10能够使用的数据形式的伊辛模型。
协作部36将经转换部34转换而得到的伊辛模型，发送到退火方式计算机10。此外，协作部36接收退火方式计算机10计算出的最优解。
后处理部37进行后处理，在目标物性的目标值的容许变化幅度的范围内减少退火方式计算机10计算出的最优解的溶剂组成中含有的溶剂的数量。例如，后处理部37进行后处理，在目标物性的目标值的容许变化幅度的范围内去除最优解的溶剂组成中含有的混合比小的微量成分的溶剂。通过这样的后处理得到的溶剂组成，与最优解的溶剂组成相比偏离目标物性的目标值，但溶剂组成中含有的溶剂的数量变少，成为在实际工作中易于利用的溶剂组成。注意，从最优解的溶剂组成中去除的溶剂的选择，可以按照混合比从小到大的溶剂的顺序进行，也可以让用户进行选择。
输出控制部38将协作部36接收到的最优解的溶剂组成、经过后处理部37后处理的溶剂组成等显示在显示装置502上，使用户确认结果。显示在显示装置502上的溶剂组成显示为易于为用户所理解的例如混合溶剂中含有的溶剂的混合比。输出控制部38也可以计算协作部36接收到的最优解的溶剂组成以及进行了后处理的溶剂组成各自的目标物性的物性值，显示在显示装置502上，使用户确认结果。
调用接受部20接受来自材料组成探索装置12的调用，并接收转换为材料组成探索装置12能够使用的数据形式的伊辛模型。最优解计算部22通过求出调用接受部20接收到的伊辛模型的能量(哈密顿量)达到最小的状态，来探索目标物性逐渐接近于目标值的混合溶剂的混合比的最优解。调用接受部20将探索出的最优解发送到材料组成探索装置12。
注意，图4的结构图是一例。可以考虑本实施方式的信息处理系统1的各种结构。
<处理>
图5是表示本实施方式的信息处理系统的材料组成探索方法的处理步骤的一例的流程图。在步骤S10中，材料组成探索装置12的输入接受部30从用户接受要优化的混合溶剂的目标物性、该目标物性的目标值、该目标值的容许变化幅度的输入。这里，假设从用户接受目标物性δD、δP和δH以及该目标物性的目标值(δD0、δP0、δH0)＝(18.0、12.3、7.2)的输入。此外，材料组成探索装置12的输入接受部30从用户接受权重常数αk、β、γ的输入。
在步骤S12中，材料组成探索装置12的输入接受部30接受要混合的溶剂的例如图3所示的溶剂信息的输入。图3所示的溶剂信息是存储要混合的单溶剂的多种物性的物性值的表数据。注意，溶剂信息的输入也可以通过选择存储在溶剂信息存储部40中的表数据文件来进行。此外，材料组成探索装置12的输入接受部30也可以基于所选择的表数据文件接受对要混合的单溶剂和混合溶剂的目标物性的选择。
在步骤S14中，材料组成探索装置12的公式化部32和转换部34使用将多种溶剂以例如1％步长进行混合来探索目标物性逐渐接近于目标值的混合溶剂的混合比这一课题进行公式化而得到的上述式(4)或式(1)、在步骤S10中接受输入的要优化的混合溶剂的目标物性和该目标物性的目标值，来得到退火方式计算机10能够使用的数据形式的伊辛模型。
注意，将进行公式化而得到的式(4)或式(1)转换为评价函数的无二次约束的二值最优化(QUBO)形式、或转换为退火方式计算机10能够使用的数据形式的伊辛模型的技术(库)是作为WebAPI等而被提供的，是现有的技术。转换部34展开上述式(4)或式(1)，来计算下述式(5)所示的伊辛模型的矩阵元素Qi,j，并将该矩阵元素Qi,j作为伊辛模型的参数发送到退火方式计算机10。
E＝ΣQi,jninj+ΣQiini…(5)
在步骤S16中，接收到伊辛模型的参数的退火方式计算机10的最优解计算部22求出使上述式(4)或式(1)的哈密顿量达到最小的ni,j作为最优解。使上述式(4)或式(1)的哈密顿量达到最小的ni,j表示目标物性逐渐接近于目标值的混合溶剂的混合比的最优解。
注意，如上所述，ni,j是存储有用二进制法表示溶剂i的混合比时的数字“0”或“1”的变量。ni,j在该溶剂i含有比率cj的情况下为“1”，在溶剂i不含比率cj的情况下为“0”。例如，在溶剂i含有33％的情况下，在上述混合比的第三表现方法中，{ni,j}＝(0,1,0,0,0,0,0,1)。
在步骤S18中，材料组成探索装置12的协作部36接收退火方式计算机10求出的使上述式(4)或式(1)的哈密顿量达到最小的ni,j作为最优解。材料组成探索装置12的后处理部37按照例如图6所示的处理步骤执行后处理，从最优解的溶剂组成中，在目标物性的目标值的容许变化幅度的范围内，从混合溶剂中去除溶剂。
图6是表示步骤S18的处理步骤的一例的流程图。在步骤S30中，后处理部37获取退火方式计算机10求出的最优解的溶剂组成的信息。此外，在步骤S32中，后处理部37从容许变化幅度存储部44获取目标物性的目标值的容许变化幅度的信息。
在步骤S34中，后处理部37从溶剂组成中含有的溶剂中去除混合比最小的溶剂，制作新的溶剂组成。在第一次的步骤S34的处理中，制作从最优解的溶剂组成中含有的溶剂中去除混合比最小的溶剂的新的溶剂组成。在第二次及之后的步骤S34中，从前一次的步骤S34的处理中制作的新的溶剂组成中去除混合比最小的溶剂，制作新的溶剂组成。
例如，如果溶剂组成中含有的溶剂为{A、B、C、D、E、F、G}，各溶剂的混合比为{46:22:12:9:8:2:1}，则后处理部37制作去除了混合比为“1”且最小的溶剂“G”的新的溶剂组成。注意，新的溶剂组成的混合比被标准化为总和为100％。
在步骤S36中，后处理部37对于新的溶剂组成的混合溶剂，计算该溶剂组成下的目标物性的物性值。混合溶剂的物性值可以由上述式(3)计算出。
在步骤S38中，如果在步骤S36中计算出的新的溶剂组成的目标物性的物性值全部在目标值的容许变化幅度的范围内，则后处理部37返回到步骤S34的处理，制作去除混合比其次小的溶剂(前一次的步骤S34的处理中制作的溶剂组成中混合比最小的溶剂)的新的溶剂组成。
例如，如果最优解的溶剂组成中含有的溶剂为{A、B、C、D、E、F、G}，且前一次的步骤S34的处理中去除的溶剂为“G”，则接着制作去除其次小的溶剂“F”的新的溶剂组成。
后处理部37重复步骤S34～S38的处理，直到判断为在步骤S36计算出的新的溶剂组成的目标物性的物性值的至少一个不在目标值的容许变化幅度的范围内为止。因此，退火方式计算机10求出的最优解的溶剂组成中，在目标物性的目标值的容许变化幅度的范围内，该溶剂组成中含有的溶剂的数量减少。
另一方面，如果在步骤S36中计算出的新溶剂组成的目标物性的物性值中的至少一个不在目标值的容许变化幅度的范围内，则后处理部37进入步骤S40的处理。在步骤S40中，后处理部37采用在前一次的步骤S34的处理中去除最后的溶剂之前的溶剂组成。
注意，图6的流程图的处理是一例。例如，在步骤S34的处理中去除的溶剂的选择不限于混合比从小到大的溶剂的顺序，也可以考虑其他信息来选择，还可以让用户选择。此外，在步骤S40中采用的溶剂组成也可以是多个。
返回到图5的流程图的步骤S20，输出控制部38输出作为步骤S18的后处理的结果的混合溶剂、该混合溶剂的目标物性的物性值。此外，输出控制部38也可以输出作为最优解的混合溶剂、该混合溶剂的目标物性的物性值。输出控制部38例如能够基于作为最优解从协作部36接收到的ni,j，输出作为最优解的混合溶剂、该混合溶剂的目标物性的物性值等混合溶剂的信息。
注意，输出控制部38例如如图7所示，能够输出作为步骤S18的结果的混合溶剂、该混合溶剂的目标物性的物性值等所采用的混合溶剂的信息。
图7是表示所采用的溶剂的组合及混合比的一例的结构图。在图7中，示出了包含所采用的混合溶剂中含有的溶剂、该溶剂的混合比、混合溶剂的物性值在内的信息的例子。混合溶剂的物性值可以由上述式(3)计算出。注意，例如在图6的例子中，通过以2:1:64:33的比例混合4种溶剂Acetone(丙酮)、Cyclohexanone(环己酮)、Sulfolane(环丁砜)(Tetramethylene Sulfone：四氢噻吩砜)及Toluene(甲苯)，成为目标物性δD、δP及δH接近于该目标物性的目标值(δD0、δP0、δH0)＝(18.0、12.3、7.2)的混合溶剂。
例如，输出控制部38也可以在图8所示的材料组成探索结果画面1000中输出所采用的混合溶剂的信息。图8是材料组成探索结果画面的一例的示意图。材料组成探索结果画面1000显示用户输入的信息的显示栏1102、以及输出所采用的混合溶剂的信息的显示栏1104以使退火机对归结到伊辛模型的组合优化问题求解。
在显示栏1102中，作为用户输入的信息的一例，显示了目标物性、目标物性的目标值、溶剂信息、权重常数以及目标值的容许变化幅度。此外，在显示栏1104中，所采用的混合溶剂的信息的一例，显示了混合溶剂的组成(混合溶剂中溶剂的种类以及该溶剂的混合比)以及目标物性的物性值。
通过确认图8的材料组成探索结果画面1000，用户容易对所采用的混合溶剂进行评价。此外，如果用户确认了图8的材料组成探索结果画面1000后的结果是想要探索其他的混合溶剂，那么，例如只要在重新调整了上述式(4)或式(1)所包含的权重常数之后进行图5所示的流程图的处理即可。权重常数的重新调整可以由用户手动进行，也可以使用自动进行权重常数的优化的程序等进行。
此外，图8的材料组成探索结果画面1000也可以与所采用的混合溶剂的信息一起显示最优解的混合溶剂的信息。通过将最优解的混合溶剂的信息与所采用的混合溶剂的信息一起显示，用户易于将作为最优解得到的混合溶剂与所采用的混合溶剂进行比较来进行评价。
此外，如果用户确认了材料组成探索结果画面1000后的结果是想要改变所采用的混合溶剂中含有的溶剂的数量(种类)，那么，例如只要在调整目标值的容许变化幅度之后进行图6所示的流程图的再处理即可。
如果例如想减少混合溶剂中含有的溶剂的种类，则用户通过增大上述目标值的容许变化幅度，即使目标物性与目标值稍有偏离，也能够易于采用混合溶剂中含有的溶剂的数量少的溶剂组成。
此外，如果例如想增加混合溶剂中含有的溶剂的种类，则用户通过减小上述目标值的容许变化幅度，即使混合溶剂中含有的溶剂的数量较多，也能够易于采用目标物性接近目标值的溶剂组成。
图8的材料组成探索结果画面1000是一例，也可以设置用于重新调整上述式(4)或式(1)所包含的权重常数的栏、用于调整目标值的容许变化幅度的栏、执行用于在重新调整了权重常数后的上述式(4)或式(1)中重新探索最优解的处理的重新探索按钮、以重新调整后的目标值的容许变化幅度执行图6所示的流程图的处理的后处理按钮等。图8的材料组成探索结果画面1000也可以包含图7的结构图进行显示。
所采用的混合溶剂的信息可以用于对通过指定要混合的溶剂及其混合比来生成混合溶剂的例如混合溶剂生成装置的控制等。此外，上述混合溶剂生成装置生成的混合溶剂的物性能够通过评价装置进行评价。因此，所采用的混合溶剂的信息能够与通过指定该混合溶剂的信息而在混合溶剂生成装置中生成的混合溶剂的物性进行比较，且能够通过反馈该比较的结果来提高最优解探索的精度。
以上，根据本实施方式的信息处理系统1，能够从逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题的最优解中，在容许变化幅度的范围内，减少材料组成含有的材料的数量。
以上，对本实施方式进行了说明，但可以理解，在不脱离权利要求的主旨和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种变更。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，在权利要求书所记载的范围内可以进行各种变形。本申请主张于2021年6月10日向日本专利厅提交的基础申请2021-097382号的优先权，通过参照将其全部内容援引于此。
附图标记说明
1信息处理系统
10退火方式计算机
12材料组成探索装置
18通信网络
20调用接受部
22最优解计算部
30输入接受部
32公式化部
34转换部
36协作部
37后处理部
38输出控制部
40溶剂信息存储部
42数学式存储部
44容许变化幅度存储部
502显示装置。
Claims (10)
1.一种信息处理系统，其具有使用伊辛模型的退火方式的计算装置、以及材料组成探索装置，所述材料组成探索装置将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解，其中，
所述信息处理系统包括：
输入接受部，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换部，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
最优解计算部，使用所述伊辛模型，来计算逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理部，进行后处理，从计算出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制部，输出经过后处理的所述材料组成。
2.根据权利要求1所述的信息处理系统，其中，
所述数学式是通过能量函数对逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的，所述能量函数包含：
成本函数，以所述混合材料的物性值越接近所述目标值则越易于被作为所述最优解计算出，且所述混合材料的物性值越远离所述目标值则越难以被作为所述最优解计算出的方式，输出值；以及
约束条件，以在所述混合材料中含有的材料的比率的总和不达到100％的情况下不被作为所述最优解计算出的方式，输出值。
3.根据权利要求1或2所述的信息处理系统，其中，
所述数学式是下述式(1)：
其中，在所述式(1)中，
所述L是要优化的物性的数量，
所述N是物性值已知的材料的数量，
所述Dk,i是材料i的想要优化的第k个物性的物性值，
所述ri是用二进制法表示材料i的混合比即构成比率的下述式(2)：
所述Dk,0是混合材料的想要优化的第k个物性的目标值，
所述ni,j是用二进制法表示材料i的混合比时的数字“0”或“1”，
所述cj是用二进制法表示材料i的混合比时的系数，
所述αk、β是权重常数。
4.根据权利要求3所述的信息处理系统，其中，
所述最优解计算部使用将所述式(1)转换为所述计算装置能够使用的数据形式后的所述伊辛模型，来计算所述式(1)的能量函数达到最小值的所述ni,j的组合，作为逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的信息处理系统，其中，
所述输入接受部从用户接受对至少一个物性的目标值的选择、从所述至少一个物性的物性值已知的多个材料中对用作所述混合材料的材料组成的所述材料的选择、以及对所述目标值的容许变化幅度的选择，
所述后处理部进行后处理，从所输出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，按照混合比从小到大的顺序去除所述混合材料中含有的所述材料。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的信息处理系统，其中，
所述输入接受部从用户接受对至少一个物性的目标值的选择、从所述至少一个物性的物性值已知的多个材料中对用作所述混合材料的材料组成的所述材料的选择、以及对所述目标值的容许变化幅度的选择，
所述后处理部进行后处理，从所输出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，按照由用户选择的顺序去除所述混合材料中含有的所述材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的信息处理系统，其中，
所述输出控制部将包含由所述最优解计算部计算出的所述材料组成、以及通过所述后处理去除了至少一个所述材料的所述材料组成的信息，显示在显示装置上。
8.一种材料组成探索方法，其由信息处理系统执行，所述信息处理系统具有使用伊辛模型的退火方式的计算装置、以及材料组成探索装置，所述材料组成探索装置将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解，其中，
所述材料组成探索方法包括：
输入接受步骤，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换步骤，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
最优解计算步骤，使用所述伊辛模型，来计算逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理步骤，进行后处理，从计算出的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制步骤，输出经过后处理的所述材料组成。
9.一种材料组成探索装置，其经由通信网络与使用伊辛模型的退火方式的计算装置连接，将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解，其中，
所述材料组成探索装置包括：
输入接受部，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换部，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
协作部，将经转换而得到的所述伊辛模型发送到所述计算装置，并从所述计算装置接收由所述计算装置计算出的逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理部，进行后处理，从接收到的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制部，输出经过后处理的所述材料组成。
10.一种程序，其使经由通信网络与使用伊辛模型的退火方式的计算装置连接而将逐渐接近于目标物性值的材料组成的组合优化问题转换为伊辛模型来使所述计算装置求解的材料组成探索装置，作为下述部件发挥功能：
输入接受部，接受至少一个物性的目标值和容许变化幅度的输入；
转换部，将对从物性值已知的材料的混合材料逐渐接近于所述目标值的材料组成的组合优化问题进行公式化而得到的数学式，转换为所述计算装置能够使用的数据形式的所述伊辛模型；
协作部，将经转换而得到的所述伊辛模型发送到所述计算装置，并从所述计算装置接收由所述计算装置计算出的逐渐接近于所述目标值的材料组成的最优解；
后处理部，进行后处理，从接收到的最优解的所述材料组成中，在所述目标值的容许变化幅度的范围内，去除所述混合材料中含有的所述材料；以及
输出控制部，输出经过后处理的所述材料组成。
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