数据处理设备、数据处理方法和程序技术

公开了一种搜索多个状态变量的值的组合的数据处理设备、数据处理方法和程序，通过该组合，包括多个状态变量和权重值的伊辛型评估函数的值是局部最小或局部最大。数据处理设备包括存储单元和处理单元。存储单元存储组信息，组信息指示多个状态变量中的每一个属于通过对多个状态变量进行分组而获得的多个组中的哪个组。处理基于预定值与评估函数的值的变化量之间的比较结果来确定是否允许多个第一状态变量中的每一个的值的改变，并且当在第一处理中确定允许多个第二状态变量的值的改变时，改变多个第二状态变量的值。改变多个第二状态变量的值。改变多个第二状态变量的值。

【技术实现步骤摘要】
数据处理设备、数据处理方法和程序


[0001]本文中讨论的实施方式涉及数据处理设备、数据处理方法和程序。

技术介绍

[0002]作为计算诺依曼型(Neumann
‑
type)计算机不擅长的大规模离散优化问题之一的组合优化问题的设备，存在使用伊辛型评估函数(也称为能量函数等)的伊辛设备(也称为玻尔兹曼机)。
[0003]伊辛设备将组合优化问题转换为表示磁性材料的自旋行为的伊辛模型。伊辛设备通过诸如模拟退火方法或副本交换方法(也称为并行回火方法等)的马尔可夫链蒙特卡洛方法搜索伊辛型评估函数的值(相当于能量)为局部最小的伊辛模型的状态。评估函数的值是局部最小值中的最小值的状态是最优解。通过改变评估函数的符号，伊辛设备还可以搜索评估函数的值是局部最大的状态。伊辛模型的状态可以由多个状态变量的值的组合来表示。0或1可以用作每个状态变量的值。为此，状态变量也可以称为“位”。
[0004]例如，伊辛型评估函数由以下式(1)定义。
[0005][式1][0006][0007]右侧的第一项将两个状态变量的值(0或1)与权重值(指示两个状态变量之间的相互作用程度)的乘积相加，对于伊辛模型的所有状态变量的所有组合没有省略和重复。x
i
是具有标识号i的状态变量，x
j
是具有标识号j的状态变量，并且W
ij
是指示具有标识号i与标识号j的状态变量之间的相互作用程度的权重值。右侧的第二项计算每个标识号的偏置系数与状态变量的乘积之和。b
i/>表示标识号＝i的偏置系数。c是常数。
[0008]x
i
的值改变时的能量变化量(ΔE
i
)由下式(2)表示。
[0009][式2][0010][0011]在式(2)中，当状态变量x
i
从1改变为0时，Δx
i
为
‑
1，而当状态变量x
i
从0改变为1时，Δx
i
为1。h
i
被称为局部场，并且ΔE
i
是h
i
与取决于Δx
i
的符号(+1或
‑
1)的乘积。
[0012]例如，伊辛设备基于ΔE
i
与基于随机数和温度参数值获得的噪声值(也称为热噪声)之间的比较结果来确定是否改变x
i
的值。例如，当ΔE
i
小于噪声值时，伊辛设备通过更新x
i
的值来引起状态转变。在下文中，可以将改变(更新)状态变量的值称为翻转。可以将是否改变状态变量的值的确定称为翻转确定。
[0013]不具有相互作用的一组状态变量的同时翻转不影响计算的收敛性。因此，在相关技术中，存在通过在对多个状态变量执行翻转确定之后允许对不具有相互作用的一组状态变量(权重值为0)同时翻转来提高计算速度的技术(专利文献1)。
[0014][引用列表][0015][专利文献][0016][专利文献1]日本公开特许公报第2017
‑
219952号。

技术实现思路

[0017][问题][0018]然而，由于允许对不具有相互作用的一组状态变量同时翻转的相关技术在翻转确定之后使用状态变量之间的权重值，因此即使允许被翻转的状态变量也可能取决于权重值而不被翻转。在这种情况下，对翻转确定执行的计算作为无用计算而结束。例如，当相对于x
i
的权重值不为0的状态变量的数目为r
i
时，每一次翻转确定发生Σ
i
r
i
(当状态变量的总数目为n时，i＝1至n)次无用计算。
[0019]根据一个方面，本公开内容旨在提供可以缩短组合优化问题的计算时间的数据处理设备、数据处理方法和程序。
[0020][问题的解决方案][0021]根据一种实施方式，提供了一种数据处理设备，该数据处理设备搜索多个状态变量的值的组合，通过该组合，包括多个状态变量和下述权重值的伊辛型评估函数的值是局部最小或局部最大，所述权重值指示多个状态变量之间的相互作用程度。数据处理设备包括：存储单元，其被配置成存储组信息，该组信息指示多个状态变量中的每一个属于下述多个组中的哪个组，所述多个组通过将多个状态变量进行分组使得权重值的绝对值等于或小于阈值而获得；以及处理单元，其被配置成：执行以下第一处理：基于预定值与在多个第一状态变量中的每一个的值改变的情况下评估函数的值的变化量之间的比较结果，确定是否允许多个第一状态变量中的每一个的值的改变，所述多个第一状态变量属于第一组并且是基于组信息从多个状态变量中选择的；以及当在第一处理中确定允许多个第一状态变量中的多个第二状态变量的值的改变时，执行改变多个第二状态变量的值的第二处理。
[0022]此外，根据一种实施方式，提供了数据处理方法。
[0023]此外，根据一种实施方式，提供了程序。
[0024]专利技术效果
[0025]根据一个方面，本公开内容可以缩短组合优化问题的计算时间。
附图说明
[0026]图1是示出根据第一实施方式的数据处理设备和数据处理方法的示例的图；
[0027]图2是示出根据第二实施方式的数据处理设备的硬件示例的框图；
[0028]图3是示出数据处理设备的功能的示例的框图；
[0029]图4是示出组信息的示例的图；
[0030]图5是示出分组处理流程的示例的流程图；
[0031]图6是示出分组的校正处理的流程的示例的流程图；
[0032]图7是示出阈值确定处理的流程的示例的流程图；
[0033]图8是示出搜索处理的流程的示例的流程图；
[0034]图9是示出根据第三实施方式的数据处理设备的示例的图；
[0035]图10是示出现场可编程门阵列(FPGA)的第一示例的图；
[0036]图11是示出FPGA的每个单元的操作时序的示例的时序图；
[0037]图12是示出FPGA的第二示例的图；
[0038]图13是示出FPGA的第三示例的图；以及
[0039]图14是示出数据处理方法的修改示例的图。
具体实施方式
[0040]在下文中，将参照附图描述本公开内容的实施方式。
[0041](第一实施方式)
[0042]图1是示出根据第一实施方式的数据处理设备和数据处理方法的示例的图。
[0043]第一实施方式的数据处理设备10包括存储单元11和处理单元12。
[0044]例如，存储单元11是作为诸如动态随机存取存储器(DRAM)的电子电路的易失性存储设备，或者是作为诸如硬盘驱动器(HDD)或闪存的电子电路的非易失性存储设备。存储单元11可以包括诸如寄存器的电子电路。
[0045]存储单元11存储指示预先分组的多个状态变量中的每一个属于多个组中的哪个组的组信息。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搜索多个状态变量的值的组合的数据处理设备，通过所述组合，包括所述多个状态变量和下述权重值的伊辛型评估函数的值是局部最小或局部最大，所述权重值指示所述多个状态变量之间的相互作用程度，所述数据处理设备包括：存储单元，其被配置成存储组信息，所述组信息指示所述多个状态变量中的每一个属于下述多个组中的哪个组，所述多个组通过将所述多个状态变量进行分组使得所述权重值的绝对值等于或小于阈值而获得；以及处理单元，其被配置成：执行以下第一处理：基于预定值与在多个第一状态变量中的每一个的值改变的情况下所述评估函数的值的变化量之间的比较结果，确定是否允许所述多个第一状态变量中的每一个的值的改变，所述多个第一状态变量属于第一组并且是基于所述组信息从所述多个状态变量中选择的，以及当在所述第一处理中确定允许所述多个第一状态变量中的多个第二状态变量的值的改变时，执行改变所述多个第二状态变量的值的第二处理。2.根据权利要求1所述的数据处理设备，其中，所述处理单元通过在改变所述多个组中的作为所述第一组的组之后执行所述第一处理和所述第二处理，来搜索通过其使所述评估函数的值是局部最小或局部最大的、所述多个状态变量的值的组合。3.根据权利要求1或2所述的数据处理设备，其中，所述预定值是基于随机数和温度参数值获得的噪声值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的数据处理设备，其中，所述处理单元包括：选择电路，其从存储在所述存储单元中的所述组信息中选择用于标识所述多个第一状态变量中的每一个的标识号，计算电路，其基于所述多个状态变量的值和基于所选择的标识号选择的权重值来计算所述多个第一状态变量中的每一个的变化量，并且基于所述变化量与所述预定值之间的比较结果来确定是否允许所述多个第一状态变量中的每一个的值的改变，保存电路，其保存所述计算电路的确定结果，以及更新电路，当所述保存电路保存了针对所述多个第一状态变量中的每一个的确定结果时，所述更新电路改变所述多个第二状态变量的值。5.根据权利要求4所述的数据处理设备，其中，所述计算电路包括多个电路单元，并且对所述多个第一状态变量中的与多个电路单元的数目相同数目的状态变量的所述第一处理由所述多个电路单元并行地执行。6.根据权利要求5所述的数据处理设备，其中，所述多个电路单元以与所述多个状态变量的数目相同的数目提供。7.一种搜索多个状态变量的值的组合的数据处理方法，通过所述组合，包括所述多个状态变量和下述权重值的伊辛型评估函数的值是局部最小或局部最大，所述权重值指示所述多个状...

【专利技术属性】
技术研发人员：石田雄一，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：