[发明专利]优化装置及优化方法

说明书

提供了优化装置及优化方法。优化装置包括：状态保持单元，其保持在表示能量的评价函数中包括的多个状态变量的值以及针对状态变量的每个集合的权重值；能量变化计算单元，其在多个状态变量的任何值改变的情况下，基于多个状态变量的值和权重值计算在多个状态变量的值中的每个值被设置为下一变化候选时的能量变化值；惩罚加法单元，其通过将根据违反不等式约束的超出量的惩罚值与针对多个状态变量计算出的多个能量变化值中的每个能量变化值相加来计算总能量变化值，该超出量是基于耦合系数以及阈值来计算的；以及更新控制单元，其基于设置温度值、随机数值和多个总能量变化值来改变在状态保持单元中保持的多个状态变量的任何值。

技术领域

实施方式涉及优化装置及优化方法。

背景技术

作为求解诺伊曼型(Neumann-type)计算机不容易处理的各种变量的优化问题的方法，存在使用伊辛型(Ising-type)能量函数(也被称为评价函数或目标函数)的优化装置(也称为伊辛机(Ising machine)或玻尔兹曼机(Boltzmann machine))。优化装置通过用伊辛模型代替计算对象的问题来对该问题进行计算，该伊辛模型是表示磁性材料的自旋(spin)行为的模型。

还可以通过使用例如神经网络来对优化装置进行建模。在这种情况下，与伊辛模型函数中包括的多个自旋相对应的多个状态变量中的每一个作为神经元，该神经元根据另一状态变量的值以及指示另一状态变量与它自身的状态变量之间的相互作用的大小的权重系数来输出0或1。优化装置通过使用随机搜索方法例如模拟退火获得相应状态变量的值的如下组合作为解：根据所述组合获得以上所描述的能量函数(下文中称为能量)的最小值。

此处，提出了一种通过使用例如数字电路执行模拟退火来计算具有最小能量的每个状态变量的值的组合的优化装置。另外，提出了一种包括对伊辛模型中的相应自旋之间的相互作用进行模拟的伊辛芯片和控制该伊辛芯片的信息处理单元的信息处理装置。

提出了一种优化系统，该优化系统通过将二进制二次规划问题简化为半正定规划问题、得到半正定规划问题的解并将所得到的半正定规划问题的解转换成二进制二次规划问题的解来得出最优解。

在日本公开特许公报第2018-41351号、国际公布小册子第WO2017/017807号和国际公布小册子第WO 2017/056366号中公开了相关技术。

发明内容

以上所描述的优化装置使由状态变量的二次形式表示的评价函数最小化。同时，在优化问题中，可以施加由不等式表示(例如针对某些量(例如，装载量或预算)提供上限或下限来表示)的约束条件(不等式约束)。然而，通过优化装置可能难以求解将不等式约束公式化为状态变量的二次形式的问题。

在一方面，本发明的目的是提供有效地求解包括不等式约束的问题的优化装置和优化方法。

在一方面，提供了一种优化装置。该优化装置包括状态保持单元、能量变化计算单元、惩罚加法单元和更新控制单元。状态保持单元保持在表示能量的评价函数中包括的多个状态变量的值以及针对状态变量的每个集合的权重值。能量变化计算单元在多个状态变量的任何值改变的情况下基于多个状态变量的值和权重值计算在多个状态变量的值中的每个值被设置为下一变化候选时的能量变化值。惩罚加法单元通过将根据违反不等式约束的超出量的惩罚值与针对多个状态变量计算出的多个能量变化值中的每个能量变化值相加来计算总能量变化值，该超出量是基于指示不等式约束中的多个状态变量中的每个状态变量的权重的耦合系数以及阈值来计算的。更新控制单元基于设置温度值、随机数值和多个总能量变化值来改变保持在状态保持单元中的多个状态变量的任何值。

此外，在一方面，提供了一种优化方法。

[本发明的有利效果]

在一方面，可以有效地求解包括不等式约束的问题。

附图说明