JP6836529B2 - 計算装置、計算プログラム、記録媒体及び計算方法 - Google Patents
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Description
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、実施形態に係る計算装置の例を示す模式図である。
図1に示すように、本実施形態に係る計算装置110は、例えば、処理部20及び保持部10を含む。処理部20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などを含む。処理部20は、例えば電子回路などを含む。保持部10は、種々のデータを保持可能である。保持部10は、例えば、記憶部である。保持部10は、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)の少なくともいずれかを含んでも良い。計算装置110は、計算システムでも良い。
図2に示すように、パラメータを設定する(ステップS201)。パラメータは、例えば、第1パラメータ群{J}を含む。パラメータは、例えば、第2パラメータ群{h}をさらに含んでも良い。これらのパラメータの例については、後述する。
上記の第1式において、「N」はイジングスピンの数である。「si」は、i番目のイジングスピンである。例えば、「si」=±1である。「J」は、例えば、1つの行列である。上記の第1パラメータ群{J}の1つの例が、行列Jである。行列Jは、実対称行列である。実対称行列において、対角成分(対角要素)が全てゼロである。
第2〜第4式において、「N」は、例えば、イジングスピンの数に対応する。「D」は、例えば、「離調」に対応する。「c」は、定数である。「p」は、例えば、「ポンプレート」に対応する。「K」は、例えば、「カー係数」に対応する。これらの値は、例えば、予め設定されても良い。第2〜第4式において、第2パラメータ群{h}は設けられなくても良い。その場合は第3式および第4式の中の{h}の要素を含む項は無視される。
第6〜第8式において、「N」は、例えば、イジングスピンの数に対応する。「D」は、例えば、「離調」に対応する。「c」は、定数である。「p」は、例えば、「ポンプレート」(例えば演算パラメータ)に対応する。「K」は、例えば、「カー係数」に対応する。これらの値は、例えば、予め設定されても良い。第6〜第8式において、第2パラメータ群{h}は設けられなくても良い。その場合は、第7式および第8式の中の{h}の要素を含む項は、無視される。
図3は、ステップS210を例示している。図3に示す式は、例である。図3に示すように、「t」、「p」及び「a」を初期化する(ステップS101)。1つの例において、「t」、「p」及び「a」は0とされる。「T」は、時刻tの最終値に対応する。「dt」は、時刻tの1ステップ当たりの増加量である。「dp」は、パラメータpの1ステップ当たりの増加量である。
図4は、ステップS210を例示している。図4に示す例では、1つの繰り返し処理において、ステップS110の前にステップS120が実施される。このように、ステップS110とステップS120とにおいて、順序は、任意である。
例えば、行列J(第1パラメータ群{J}の1つの例)を取得する。または、行列Jを計算により定める。行列Jは、例えば、イジングモデルのパラメータである。このとき、ベクトルh(第2パラメータ群{h}の1つの例)をさらに取得しても良い。または、ベクトルhは、計算により定められても良い。2種類の変数(第1変数群{x}及び第2変数群{y})を用いる。一方の変数の更新には、他方の変数の値を用いる。一方の変数の更新において、その一方の変数の値を用いない。一方の変数の更新の後に、更新後のその一方の変数の値を用いて、他方を更新する。
図5は、実施形態に係る計算装置の動作の一部を例示するフローチャートである。
図5は、ステップS210を例示している。図5に示す例では、1つのループ(ステップS105〜ステップS106)の中に、小さいループ(ステップS107a〜ステップS107b)が設けられている。ステップS107aにおいて、ループ変数「m」は、1以上M以下である。小さいループの中において、ステップS110及びステップS121がM回繰り返される。ステップS110とステップS121の順序は、入れ替えが可能である。この後、ステップS122に進む。
図6は、ステップS210を例示している。図6に示す例でも、1つのループ(ステップS105〜ステップS106)の中に、小さいループ(ステップS107c〜ステップS107d)が設けられている。ステップS107aにおいて、ループ変数「m」は、1以上M以下である。ステップS122が実施された後に、小さいループ(ステップS121及びステップS110の繰り返し)が実施される。小さいループの中において、ステップS121及びステップS110がM回繰り返される。ステップS121とステップS110の順序は、入れ替えが可能である。
これらの図は、ステップS210の別の例を示している。これらの図に示すように、図3〜図6の例において、ステップS110とステップS121とは、互いに入れ替えられても良い。
図11に示すように、実施形態に係る計算装置111は、複数の回路(第1回路15A、第2回路15B及び第3回路15Cなど)を含む。これらの複数の回路のそれぞれは、例えば、1つのコンピュータである。これらの複数の回路のそれぞれは、例えば、1つの半導体回路でも良い。これらの複数の回路は、互いに通信(例えば、データの送受信)が可能である。計算装置111には、さらに制御回路部15Xが設けられている。制御回路部15Xにより、複数の回路における通信が制御される。
しても良い。
図12は、計算により得られる「カット数」と、「c」と、の関係の例を示している。図12の縦軸は、「c/c0」である。既に説明したように、c0=D/(2N1/2)である。図12の縦軸は、カット数Nmcである。カット数Nmcは、以下の第11式及び第12式、で表される。
図13には、実施形態に係る計算での第2計算例の結果と、参考例に係る計算での第2計算例の結果と、が示されている。図13の横軸は、計算時間Tc(秒)である。縦軸は、イジングエネルギーの100回の平均値Vaveである。図13には、実施形態に係る計算結果110Eと、参考例の計算結果119Rと、が示されている。これらの計算例において、計算コアの数は、1250である。
第2実施形態は、第1実施形態に関して説明した計算が可能な回路を含む。
第3実施形態は、計算プログラムに係る。この計算プログラムは、コンピュータに、処理手順を繰り返させる。この処理手順は第1変数更新及び第2変数更新を含む。
第4実施形態は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。この記録媒体は、コンピュータに、処理手順を繰り返させるプログラムが記録されている。この処理手順は第1変数更新及び第2変数更新を含む。
本実施形態は、計算方法に係る。計算方法は、処理手順を繰り返る。処理手順は第1変数更新及び第2変数更新を含む。
10A、10B…第1、第2保持領域、
10Ap、10Bp…第1、第2保持回路、
15A〜15C…第1〜第3回路、
15X…制御回路部、
16A、16B…第1、第2制御部、
16X…回路、
20…処理部、
20A〜20D…第1〜第4計算部、
20Ap、20Bp…第1、第2処理回路、
31…取得部、
32…操作部、
33…表示部、
110、111…計算装置、
110E、119R…計算結果、
Nmc…カット数、
Tc…計算時間、
Vave…平均値
Claims (16)
- 処理手順を繰り返す処理部を備え、
前記処理手順は第1変数更新及び第2変数更新を含み、
前記第1変数更新は、前記第1変数更新前のi番目(iは1以上N以下の整数であり、前記Nは2以上の整数)の第1変数xiに第1関数を加えて前記i番目の前記第1変数xiを更新することを含み、前記i番目の前記第1変数xiは、第1変数群{x}の1つであり、前記第1関数の変数は、前記i番目の第2変数yiを含み、前記i番目の前記第2変数yiは、第2変数群{y}の1つであり、
前記第2変数更新は、前記第2変数更新前の前記i番目の前記第2変数yiに第2関数及び第3関数を加えて前記i番目の前記第2変数yiを更新することを含み、前記第2関数の変数は、前記i番目の第1変数xiを含み、前記第3関数の変数は、第1パラメータ群{J}の少なくとも一部及び前記第1変数群{x}の少なくとも一部を含み、
前記処理部は、少なくとも、前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xi、及び、前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xiの関数の少なくともいずれかを出力する、計算装置。 - 前記第1関数は、前記第1変数群{x}から独立し、
前記第2関数は、前記第2変数群{y}から独立し、
前記第3関数は、前記第2変数群{y}から独立し、
前記処理手順の1つにおいて、前記第1変数更新後に前記第2変数更新が行われる、または、前記第2変数更新後に前記第1変数更新が行われる、請求項1記載の計算装置。 - 前記第1関数は、前記第1変数群{x}から独立し、
前記第2関数は、前記第2変数群{y}から独立し、
前記第3関数は、前記第2変数群{y}から独立し、
前記第2変数更新は、第1サブ更新及び第2サブ更新を含み、
前記第1サブ更新は、前記第1サブ更新前の前記i番目の前記第2変数yiに前記第2関数を加えて前記i番目の前記第2変数yiを更新することを含み、
前記第2サブ更新は、前記第2サブ更新前の前記i番目の前記第2変数yiに前記第3関数を加えて前記i番目の前記第2変数yiを更新することを含み、
前記第1変数更新及び前記第1サブ更新を交互にM回(Mは1以上の整数)行った後、前記第2サブ更新を行う、または、前記第2サブ更新後、前記第1変数更新及び前記第1サブ更新を交互にM回行う、請求項1記載の計算装置。 - 前記第3関数は、前記第1パラメータ群{J}の前記少なくとも一部と前記第1変数群{x}の前記少なくとも一部と積和演算を含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載の計算装置。
- 前記第2関数は、前記i番目の前記第1変数xiを変数とする第4関数を含み、
前記第4関数は、前記第1変数xiの非線形関数を含み、
前記第4関数は、演算パラメータpを含み、
前記演算パラメータpは、前記処理手順を繰り返すと変化し、
前記処理手順を繰り返した後の前記第4関数の実数根の数は、前記処理手順を繰り返す前の前記第4関数の実数根の数とは異なる、請求項1〜4のいずれか1つに記載の計算装置。 - 前記処理手順を繰り返した後の前記第4関数の前記根の前記数は、2以上であり、
前記処理手順を繰り返した後の前記第4関数の前記根の1つは正であり、
前記処理手順を繰り返した後の前記第4関数の前記根の別の1つは負であり、
前記処理部は、少なくとも、前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xiの符号を出力する、請求項5記載の計算装置。 - 前記第2関数は、前記i番目の第2パラメータhiを含み、
前記i番目の前記第2パラメータhiは、第2パラメータ群{h}の1つである、請求項1〜6のいずれか1つに記載の計算装置。 - 前記第1変数更新は、前記第1変数更新前の前記i番目の前記第1変数xiを保持部から取得し、前記第1変数更新後の前記i番目の前記第1変数xiを前記保持部に保持させることを含み、
前記第2変数更新は、前記第2変数更新前の前記i番目の前記第2変数yiを前記保持部から取得し、前記第2変数更新後の前記i番目の前記第2変数yiを前記保持部に保持させることを含む、請求項1〜7のいずれか1つに記載の計算装置。 - 前記第1変数更新は、前記i番目の前記第2変数yiを前記保持部から取得して前記第1関数を計算し、前記i番目の前記第1変数xiに前記第1関数を加えて前記i番目の前記第1変数xiを更新することをさらに含み、
前記第2変数更新は、前記i番目の前記第1変数xiを前記保持部から取得して前記第2関数を計算し、前記第1パラメータ群{J}の前記少なくとも一部及び前記第1変数群{x}の前記少なくとも一部を前記保持部から取得して前記第3関数を計算し、前記i番目の前記第2変数yiに前記第2関数及び前記第3関数を加えて前記i番目の前記第2変数yiを更新することをさらに含む、を含む、請求項8記載の計算装置。 - 前記保持部をさらに備えた、請求項8または9に記載の計算装置。
- 前記処理部は、第1計算部と、第2計算部と、を含み、
前記第1計算部は、前記第3関数の計算の一部を実施し、
前記第2計算部は、前記第3関数の前記計算の別の一部を実施し、
前記第1計算部における前記第3関数の前記計算の前記一部の前記実施の少なくとも一部と、前記第2計算部における前記第3関数の前記計算の前記別の一部の前記実施の少なくとも一部は、同時に行われる、請求項1〜10のいずれか1つに記載の計算装置。 - 前記第1変数更新は、前記第1変数更新前の前記i番目の前記第1変数xiを保持部から取得し、前記第1変数更新後の前記i番目の前記第1変数xiを前記保持部に保持させることを含み、
前記第2変数更新は、前記第2変数更新前の前記i番目の前記第2変数yiを前記保持部から取得し、前記第2変数更新後の前記i番目の前記第2変数yiを前記保持部に保持させることを含み、
前記処理部は、第1計算部と、第2計算部と、を含み、
前記第1計算部は、前記第3関数の計算の一部を実施し、
前記第2計算部は、前記第3関数の前記計算の別の一部を実施し、
前記第1計算部における前記第3関数の前記計算の前記一部の前記実施の少なくとも一部と、前記第2計算部における前記第3関数の前記計算の前記別の一部の前記実施の少なくとも一部は、同時に行われ、
前記保持部は、第1保持領域及び第2保持領域を含み、
前記第1パラメータ群{J}は、第1計算使用部分と、第2計算使用部分と、を含み、前記第1計算使用部分は、前記第3関数の前記計算の前記一部で用いられ、前記第2計算使用部分は、前記第3関数の前記計算の前記別の一部で用いられ、
前記第1計算部は、前記第1計算使用部分を前記第1保持領域に保持させ、
前記第2計算部は、前記第2計算使用部分を前記第2保持領域に保持させる、請求項1〜7のいずれか1つに記載の計算装置。 - 前記処理部は、第3計算部と、第4計算部と、を含み、
前記第3計算部は、前記第1変数更新の計算の一部及び前記第2関数の計算の一部を実施し、
前記第4計算部は、前記第1変数更新の計算の別の一部及び前記第2関数の前記計算の別の一部を実施し、
前記第1変数更新は、前記第1変数更新前のj番目(jは前記iとは異なり、1以上前記N以下の整数)の前記第1変数xjに前記第1関数を加えて前記j番目の前記第1変数xjを更新することを含み、前記j番目の前記第1変数xjは、前記第1変数群{x}の1つであり、前記第1関数の変数は、前記j番目の第2変数yjを含み、前記j番目の前記第2変数yjは、前記第2変数群{y}の1つであり、
前記第1変数更新の前記計算の前記一部は、前記i番目の前記第1変数xiの更新の計算を含み、
前記第1変数更新の前記計算の前記別の前記一部は、前記j番目の前記第1変数xjの更新の計算を含み、
前記第2関数の前記計算の前記一部は、前記i番目の前記第1変数xiを変数として含む前記第2関数の計算を含み、
前記第2関数の前記計算の前記別の前記一部は、j番目の前記第1変数xjを変数として含む前記第2関数の計算を含み、
前記第3計算部における前記実施の少なくとも一部と、前記第4計算部における前記実施の少なくとも一部は、同時に行われる、請求項1〜12のいずれか1つに記載の計算装置。 - コンピュータに、処理手順を繰り返させる計算プログラムであって、
前記処理手順は第1変数更新及び第2変数更新を含み、
前記第1変数更新は、前記第1変数更新前のi番目(iは1以上N以下の整数であり、前記Nは2以上の整数)の第1変数xiに第1関数を加えて前記i番目の前記第1変数xiを更新することを含み、前記i番目の前記第1変数xiは、第1変数群{x}の1つであり、前記第1関数の変数は、前記i番目の第2変数yiを含み、前記i番目の前記第2変数yiは、第2変数群{y}の1つであり、
前記第2変数更新は、前記第2変数更新前の前記i番目の前記第2変数yiに第2関数及び第3関数を加えて前記i番目の前記第2変数yiを更新することを含み、前記第2関数の変数は、前記i番目の第1変数xiを含み、前記第3関数の変数は、第1パラメータ群{J}の少なくとも一部及び前記第1変数群{x}の少なくとも一部を含み、
前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xi及び前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xiの関数の少なくともいずれかを出力させる、計算プログラム。 - コンピュータに、処理手順を繰り返させる計算プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記処理手順は第1変数更新及び第2変数更新を含み、
前記第1変数更新は、前記第1変数更新前のi番目(iは1以上N以下の整数であり、前記Nは2以上の整数)の第1変数xiに第1関数を加えて前記i番目の前記第1変数xiを更新することを含み、前記i番目の前記第1変数xiは、第1変数群{x}の1つであり、前記第1関数の変数は、前記i番目の第2変数yiを含み、前記i番目の前記第2変数yiは、第2変数群{y}の1つであり、
前記第2変数更新は、前記第2変数更新前の前記i番目の前記第2変数yiに第2関数及び第3関数を加えて前記i番目の前記第2変数yiを更新することを含み、前記第2関数の変数は、前記i番目の第1変数xiを含み、前記第3関数の変数は、第1パラメータ群{J}の少なくとも一部及び前記第1変数群{x}の少なくとも一部を含み、
前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xi及び前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xiの関数の少なくともいずれかを出力させる、記録媒体。 - 処理手順を繰り返し、
前記処理手順は第1変数更新及び第2変数更新を含み、
前記第1変数更新は、前記第1変数更新前のi番目(iは1以上N以下の整数であり、前記Nは2以上の整数)の第1変数xiに第1関数を加えて前記i番目の前記第1変数xiを更新することを含み、前記i番目の前記第1変数xiは、第1変数群{x}の1つであり、前記第1関数の変数は、前記i番目の第2変数yiを含み、前記i番目の前記第2変数yiは、第2変数群{y}の1つであり、
前記第2変数更新は、前記第2変数更新前の前記i番目の前記第2変数yiに第2関数及び第3関数を加えて前記i番目の前記第2変数yiを更新することを含み、前記第2関数の変数は、前記i番目の第1変数xiを含み、前記第3関数の変数は、第1パラメータ群{J}の少なくとも一部及び前記第1変数群{x}の少なくとも一部を含み、
前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xi及び前記処理手順を前記繰り返した後に得られる前記i番目の前記第1変数xiの関数の少なくともいずれかを出力する、計算方法。
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