Updated on 2023/10/06

写真a

 
KURITA Kazuhiro
 
Organization
Graduate School of Informatics Department of Mathematical Informatics 2 Assistant Professor
Graduate School
Graduate School of Informatics
Undergraduate School
School of Informatics Department of Natural Informatics
Title
Assistant Professor

Degree 1

  1. 博士(情報科学) ( 2020.3   北海道大学 ) 

Research Interests 1

  1. Subgraph Enumeration, K-best Enumeration, Approximation Algorithms, Combinatorial Optimization, Fixed-Parameter Tractability

Research Areas 1

  1. Informatics / Mathematical informatics  / Subgraph Enumeration, K-best Enumeration, Approximation Algorithms, Combinatorial Optimization, Fixed-Parameter Tractability

 

Papers 11

  1. Enumerating Empty and Surrounding Polygons

    TERUI Shunta, YAMANAKA Katsuhisa, HIRAYAMA Takashi, HORIYAMA Takashi, KURITA Kazuhiro, UNO Takeaki

    IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences   Vol. E106.A ( 9 ) page: 1082 - 1091   2023.9

     More details

    Language:English   Publisher:The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers  

    <p>We are given a set <i>S</i> of <i>n</i> points in the Euclidean plane. We assume that <i>S</i> is in general position. A simple polygon <i>P</i> is an <i>empty polygon</i> of <i>S</i> if each vertex of <i>P</i> is a point in <i>S</i> and every point in <i>S</i> is either outside <i>P</i> or a vertex of <i>P</i>. In this paper, we consider the problem of enumerating all the empty polygons of a given point set. To design an efficient enumeration algorithm, we use a reverse search by Avis and Fukuda with child lists. We propose an algorithm that enumerates all the empty polygons of <i>S</i> in <i>O</i>(<i>n</i><sup>2</sup>|<i>ε</i>(<i>S</i>)|)-time, where <i>ε</i>(<i>S</i>) is the set of empty polygons of <i>S</i>. Moreover, by applying the same idea to the problem of enumerating surrounding polygons of a given point set <i>S</i>, we propose an enumeration algorithm that enumerates them in <i>O</i>(<i>n</i><sup>2</sup>)-delay, while the known algorithm enumerates in <i>O</i>(<i>n</i><sup>2</sup> log <i>n</i>)-delay, where a <i>surroundingpolygon</i> of <i>S</i> is a polygon such that each vertex of the polygon is a point in <i>S</i> and every point in <i>S</i> is either inside the polygon or a vertex of the polygon.</p>

    DOI: 10.1587/transfun.2022dmp0007

    Scopus

    CiNii Research

  2. Polynomial-Delay Enumeration of Large Maximal Common Independent Sets in Two Matroids

    Kobayashi Y., Kurita K., Wasa K.

    Leibniz International Proceedings in Informatics, LIPIcs   Vol. 272   2023.8

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    Publisher:Leibniz International Proceedings in Informatics, LIPIcs  

    Finding a maximum cardinality common independent set in two matroids (also known as Matroid Intersection) is a classical combinatorial optimization problem, which generalizes several well-known problems, such as finding a maximum bipartite matching, a maximum colorful forest, and an arborescence in directed graphs. Enumerating all maximal common independent sets in two (or more) matroids is a classical enumeration problem. In this paper, we address an “intersection” of these problems: Given two matroids and a threshold τ, the goal is to enumerate all maximal common independent sets in the matroids with cardinality at least τ. We show that this problem can be solved in polynomial delay and polynomial space. We also discuss how to enumerate all maximal common independent sets of two matroids in non-increasing order of their cardinalities.

    DOI: 10.4230/LIPIcs.MFCS.2023.58

    Scopus

  3. Optimal LZ-End Parsing Is Hard

    Bannai H., Funakoshi M., Kurita K., Nakashima Y., Seto K., Uno T.

    Leibniz International Proceedings in Informatics, LIPIcs   Vol. 259   2023.6

     More details

    Publisher:Leibniz International Proceedings in Informatics, LIPIcs  

    LZ-End is a variant of the well-known Lempel-Ziv parsing family such that each phrase of the parsing has a previous occurrence, with the additional constraint that the previous occurrence must end at the end of a previous phrase. LZ-End was initially proposed as a greedy parsing, where each phrase is determined greedily from left to right, as the longest factor that satisfies the above constraint [Kreft & Navarro, 2010]. In this work, we consider an optimal LZ-End parsing that has the minimum number of phrases in such parsings. We show that a decision version of computing the optimal LZ-End parsing is NP-complete by showing a reduction from the vertex cover problem. Moreover, we give a MAX-SAT formulation for the optimal LZ-End parsing adapting an approach for computing various NP-hard repetitiveness measures recently presented by [Bannai et al., 2022]. We also consider the approximation ratio of the size of greedy LZ-End parsing to the size of the optimal LZ-End parsing, and give a lower bound of the ratio which asymptotically approaches 2.

    DOI: 10.4230/LIPIcs.CPM.2023.3

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  4. A Framework to Design Approximation Algorithms for Finding Diverse Solutions in Combinatorial Problems, Reviewed

    Tesshu Hanaka, Masashi Kiyomi, Yasuaki Kobayashi, Yusuke Kobayashi, Kazuhiro Kurita, Yota Otachi

    Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence     2023

     More details

    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (international conference proceedings)  

  5. Computing Diverse Shortest Paths Efficiently: A Theoretical and Experimental Study

    Hanaka T., Kobayashi Y., Kurita K., Lee S.W., Otachi Y.

    Proceedings of the 36th AAAI Conference on Artificial Intelligence, AAAI 2022   Vol. 36   page: 3758 - 3766   2022.6

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    Publisher:Proceedings of the 36th AAAI Conference on Artificial Intelligence, AAAI 2022  

    Finding diverse solutions in combinatorial problems recently has received considerable attention (Baste et al. 2020; Fomin et al. 2020; Hanaka et al. 2021). In this paper we study the following type of problems: given an integer k, the problem asks for k solutions such that the sum of pairwise (weighted) Hamming distances between these solutions is maximized. Such solutions are called diverse solutions. We present a polynomial-time algorithm for finding diverse shortest stpaths in weighted directed graphs. Moreover, we study the diverse version of other classical combinatorial problems such as diverse weighted matroid bases, diverse weighted arborescences, and diverse bipartite matchings. We show that these problems can be solved in polynomial time as well. To evaluate the practical performance of our algorithm for finding diverse shortest st-paths, we conduct a computational experiment with synthetic and real-world instances. The experiment shows that our algorithm successfully computes diverse solutions within reasonable computational time.

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  6. Constant Amortized Time Enumeration of Eulerian trails Reviewed

    Kazuhiro Kurita, Kunihiro Wasa

    Theoretical Computer Science   Vol. 923   page: 1 - 12   2022.6

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1016/j.tcs.2022.04.048

  7. Linear-Delay Enumeration for Minimal Steiner Problems Reviewed

    Kobayashi Yasuaki, Kurita Kazuhiro, Wasa Kunihiro

    Proceedings of the 41st ACM SIGMOD-SIGACT-SIGAI Symposium on Principles of Database Systems     2022.6

     More details

    Authorship:Lead author   Language:English   Publishing type:Research paper (international conference proceedings)  

    DOI: 10.1145/3517804.3524148

  8. An Improved Deterministic Parameterized Algorithm for Cactus Vertex Deletion

    Aoike Yuuki, Gima Tatsuya, Hanaka Tesshu, Kiyomi Masashi, Kobayashi Yasuaki, Kobayashi Yusuke, Kurita Kazuhiro, Otachi Yota

    THEORY OF COMPUTING SYSTEMS   Vol. 66 ( 2 ) page: 502 - 515   2022.4

     More details

    Language:Japanese   Publisher:Theory of Computing Systems  

    A cactus is a connected graph that does not contain K4 − e as a minor. Given a graph G = (V,E) and an integer k ≥ 0, Cactus Vertex Deletion (also known as Diamond Hitting Set) is the problem of deciding whether G has a vertex set of size at most k whose removal leaves a forest of cacti. The previously best deterministic parameterized algorithm for this problem was due to Bonnet et al. [WG 2016], which runs in time 26knO(1), where n is the number of vertices of G. In this paper, we design a deterministic algorithm for Cactus Vertex Deletion, which runs in time 17.64knO(1). As an almost straightforward application of our algorithm, we also give a deterministic 17.64knO(1)-time algorithm for Even Cycle Transversal, which improves the previous running time 50knO(1) of the known deterministic parameterized algorithm due to Misra et al. [WG 2012].

    DOI: 10.1007/s00224-022-10076-x

    Web of Science

    Scopus

  9. Polynomial-Delay and Polynomial-Space Enumeration of Large Maximal Matchings

    Kobayashi Yasuaki, Kurita Kazuhiro, Wasa Kunihiro

    GRAPH-THEORETIC CONCEPTS IN COMPUTER SCIENCE (WG 2022)   Vol. 13453   page: 342 - 355   2022

     More details

    Language:Japanese   Publisher:Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics)  

    Enumerating matchings is a classical problem in the field of enumeration algorithms. There are polynomial-delay enumeration algorithms for several settings, such as enumerating perfect matchings, maximal matchings, and (weighted) matchings in specific orders. In this paper, we present polynomial-delay enumeration algorithms for maximal matchings with cardinality at least given threshold t. Our algorithm enumerates all such matchings in O(nm) delay with exponential space, where n and m are the number of vertices and edges of an input graph, respectively. We also present a polynomial-delay and polynomial-space enumeration algorithm for this problem. As a variant of this algorithm, we give an algorithm that enumerates k-best maximal matchings that runs in polynomial-delay.

    DOI: 10.1007/978-3-031-15914-5_25

    Web of Science

    Scopus

  10. Computing Diverse Shortest Paths Efficiently: A Theoretical and Experimental Study Reviewed

    Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence     2022

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (international conference proceedings)  

    DOI: 10.1609/aaai.v36i4.20290

  11. 多様な解集合を発見する効率良い近似アルゴリズム

    栗田 和宏, 土中 哲秀, 清見 礼, 小林 靖明, 小林 佑輔, 大舘 陽太

    人工知能学会研究会資料 人工知能基本問題研究会   Vol. 119 ( 0 ) page: 21 - 26   2022

     More details

    Language:Japanese   Publisher:一般社団法人 人工知能学会  

    DOI: 10.11517/jsaifpai.119.0_21

    CiNii Research

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Presentations 4

  1. 最適 LZ-End 分解

    中島 祐人

    2022年度冬のLAシンポジウム  2023.2.1 

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    Event date: 2023.1 - 2023.2

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Venue:京都大学   Country:Japan  

  2. Collecting Balls on a Line by Robots with Limited Energy

    Nicolas Honorato Droguett

    2023.2.1 

     More details

    Event date: 2023.1 - 2023.2

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Country:Japan  

  3. Techniques for designing polynomial-delay enumeration algorithms for maximal subset enumeration problems

    Kazuhiro Kurita

    AFSA seminar B04  2022.6.21  Creation and Organization of Innovative Algorithmic Foundations for Social Advancement

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    Event date: 2022.6

    Language:English   Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

  4. 解グラフを用いた多項式遅延列挙アルゴリズムの構築技法 Invited

    栗田和宏

    2022年電子情報通信学会総合大会, COMP学生シンポジウム  2022.3.15 

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    Event date: 2022.3

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

    Venue:オンライン開催   Country:Japan  

Research Project for Joint Research, Competitive Funding, etc. 1

  1. 順序制約付き極大部分集合列挙の基盤技術開発

    Grant number:JPMJAX2105  2021.10 - 2024.3

    戦略的創造研究推進事業/ ACT-X 

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    Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) 4

  1. 列挙や数え上げなどを統一的に扱うための基盤技術

    Grant number:22H03549  2022.4 - 2026.3

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    堀山 貴史, 伝住 周平, 和佐 州洋, 栗田 和宏, 脊戸 和寿, 中畑 裕

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    Authorship:Coinvestigator(s) 

    制約条件を満たす解の列挙、解の個数の数え上げ、すべての解の中からのランダムサンプリングなどのアルゴリズムの設計は、互いに深く関連しつつも、それぞれ独自の技法が必要とされることが多い。このため、それぞれのアルゴリズムは個別に設計されることが多い。本研究課題では、制約条件が定義する解空間の性質についての理解をもとに、基本的なアイデアを記述し、その記述から各アルゴリズムを統一的に導出するための基盤技術の研究を行う。

  2. 部分グラフ列挙問題で用いる多項式遅延列挙アルゴリズム設計技法の拡張に関する研究

    Grant number:21H05861  2021.9 - 2023.3

    科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    栗田 和宏

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\2600000 ( Direct Cost: \2000000 、 Indirect Cost:\600000 )

    部分集合列挙の研究に対する近年の大きな進展として,部分グラフ列挙分野で2019年に近接探索(proxmity search)とよばれる技法が開発され,列挙を容易にする十分条件が明らかになった. しかし,近接探索では,ある列挙問題を効率良く解くアルゴリズムの存在性を仮定するため,問題ごとに専用のアルゴリズムを設計する必要があるため,十分条件として扱いづらい.また,近接探索のアイディアは部分グラフ列挙問題以外にも適用可能であると申請者は考える.そこで本研究では,近接探索の他の列挙問題に対する拡張と,あるアルゴリズムの存在性を用いない効率良い列挙のための十分条件の発見を目指す.
    本年度は独立性システムに関する列挙問題とマトロイドに関する列挙問題の特殊系となるグラフの列挙問題について研究を行った.
    独立性システムの列挙に関しては k -拡張システムの極大解列挙アルゴリズムの構築に取り組んだ.これは定義から, k が定数であるならば多項式遅延で列挙できることがわかった.しかし,この結果の興味深い点は,多項式遅延列挙ができるが入力制約問題が多項式時間で解けるかがわかっていないという点である.そこで,次なる課題として,入力制約問題が多項式時間で解けるかを調べるために具体的な離散構造の列挙問題に取り組んだ.その問題として,マトロイドマッチングについて研究を行った.マトロイドマッチングは組合せ最適化分野で古くから知られる離散構造であり,二部グラフマッチングの一般化となっている.この問題は最適化問題としてはNP-困難であることが知られているが,列挙問題としてみた時,マトロイドマッチングの特殊系の問題は入力制約問題が多項式時間で解けることに気づいた.そこで,マトロイドマッチングについての列挙問題を研究したところ,マトロイドマッチングが2-拡張可能システムであることがわかった.この結果はグラフをハイパーグラフに拡張した場合,ハイパー辺のサイズが定数 k であればマトロイドマッチングは k-拡張可能システムになることがわかった.従って,この構造は多項式遅延で列挙できることがわかったが,まだ入力制約問題が多項式時間で解ける反例は得られなかった.
    次に,マトロイドに関連するグラフ上の列挙問題としてはグラフ中の極小な全域2辺連結部分グラフを列挙する問題について研究を行い,グラフが平面的である場合はこの問題は多項式遅延が可能であると予想する.これは平面グラフにおいて,辺連携性と最小サイクルが非常に深い関係があるため,その知見を用いた良いアルゴリズムが設計できるためである.
    本研究の目標は多項式遅延が容易に可能な離散構造を明らかにすることである.これを実現するため,独立性システムという抽象度の高い離散構造に着目し,入力制約問題を解く列挙アルゴリズムを用いない列挙アルゴリズムの構築を行なっている.そのための重要な離散構造の例としてk-拡張システムが存在することが明らかになり,この構造はマトロイドマッチングという組合せ最適化分野で扱われる多くの問題を一般化した離散構造を含むことがわかった.この結果から,二部グラフマッチングを一般化した多くの離散構造は容易に多項式遅延で列挙できることがわかる.これらの結果から組合せ最適化分野で古くから研究されている多くの離散構造は多項式遅延が容易なことがわかった.一方,これらの結果を進展させようとしたが, k - 拡張システムより一般の独立性システムでは多項式遅延は容易ではなく,事実,kが一般の場合は列挙アルゴリズム分野の長年の未解決問題を含む問題になってしまうことが明らかになった.そこで,今後の研究計画として,独立性システムだけではなく,他の離散構造についてもこれらの結果で得られた知見が使えないかを検討する.
    今後の研究の推進方策として,まずは去年度に得られた結果をまとめて論文化することが重要である.去年度得られた結果は本研究の目的から興味深いと感じる内容だったが,技術的な貢献は少なく,現在の結果だけで論文化するには難しいと考えていた.しかし,現状 k - 拡張システムに関する良い結果を得るための明確な方針がないため,現在得られている結果までをまとめて論文化することを目指す.
    これらの論文化をした後の研究として,マトロイドと関連するグラフ上の問題について研究を考えていたが,これまでの研究で,列挙アルゴリズム分野の大きな未解決問題である凸多面体の頂点列挙が部分集合列挙問題として,定式化できることに気づいた.さらに,凸多面体の頂点列挙に関しては多項式遅延ではない列挙アルゴリズムが多く,本研究で得られた知見がどの程度適用可能なのかも興味深い.このように今まで研究していたグラフや独立性システム以外の離散構造からこれまでの研究を見返すことで,容易に多項式遅延で列挙可能な離散構造の更なる発見を目指して研究を行う.この問題は一般の凸多面体の頂点列挙は長年の未解決問題で解決が困難であるため,特殊な凸多面体について扱う.具体的にはnetwork LPと呼ばれる特殊な線形制約で表現される凸多面体について扱う.この構造は効率よく列挙が可能だが,多項式遅延が可能かは未解決な問題であるため,最初の一歩の研究として適切な問題であると考える.

  3. A Method for Analyzing Collective Behavior Based on Structuring Topics on Large-Scale SNS

    Grant number:21H03559  2021.4 - 2026.3

    Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

      More details

    Authorship:Coinvestigator(s) 

  4. サイズ制約付き極小部分集合列挙問題に対する多項式遅延近似列挙アルゴリズムの研究

    Grant number:21K17812  2021.4 - 2025.3

    科学研究費助成事業  若手研究

    栗田 和宏

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\4810000 ( Direct Cost: \3700000 、 Indirect Cost:\1110000 )

    列挙問題はその問題自体の効率良い計算の理論的限界の研究が行われるだけでなく,最適化や,データマイニングやデータベース分野でも盛んに研究が行われおり,理論と実用の両面から研究されている重要な問題である.しかし,既存の列挙の理論研究と実用を考えたとき,理論的に効率良い列挙アルゴリズムの研究には課題があると申請者は考える.特に申請者が考える大きな課題は,実用上の有望な解と定式化した列挙問題の解のギャップが大きすぎることである.このギャップにより,列挙した解のほぼ全てが無意味な場合もある.そのため,本研究では実用を見据えた新たな列挙問題の提案とその列挙問題を解くアルゴリズムの基盤技術開発を行う.
    今年度は列挙アルゴリズムに関する3編の論文を執筆し,うち1編がデータベース分野のトップ会議であるPODS 2022に採択された.また,列挙アルゴリズムの新たな応用として,ある離散構造の重み和が重い順に上位k個を効率良く計算するアルゴリズムが存在すれば,そのアルゴリズムを用いて多様な組合せ構造を発見する効率良い近似アルゴリズムを開発した.この結果も論文化して現在国際会議に投稿中である.
    列挙アルゴリズム,特に最適化制約を加えた列挙問題に対する近似的な列挙アルゴリズムについては,入力制約問題という特殊な列挙問題が解ける問題に関して,効率良い近似列挙アルゴリズムを与えた.この結果は現在アルゴリズム分野の学術雑誌であるdiscrete applied mathematicsに投稿中である.さらに,この論文で開発した技法を適用できる新たな問題も発見した.具体的には極小な連結辺支配集合が近似的に列挙できることを明らかにした.列挙において頂点に関する連結性を扱うことはしばしば困難になるため,本研究では辺に関する連結性を持つ問題に関して列挙アルゴリズムが構成できるかどうかを研究した.この結果は現在プレプリントとして公開している.
    また,近似的な列挙アルゴリズムは列挙の困難性と最適化の困難性を同時に持つため,近似的な列挙アルゴリズムの研究のためには最適化制約を除いた場合の列挙の研究を深めることも重要である.そこで,本年度は極小なシュタイナー木という辺の連結性に関するグラフの構造に対し,効率良い列挙アルゴリズムの研究を行った.この構造の列挙は2000年台中盤にデータベース分野でも行われており,グラフアルゴリズム分野以外でも興味が持たれている問題である.今年度はこの問題に対して線型遅延の効率良い列挙アルゴリズムを与え,PODS 2022に採択された.
    今年度は近似的な列挙に関する論文を2編の執筆と投稿,極小な部分集合に関する列挙に関する論文を1編を出版することができた.これらの結果は申請時に公開していたプレプリントの結果が元になっており,超グラフ技法で培った知見を用いて得られた結果である.また,現在プレプリントを公開中の極小な連結辺支配集合の近似的な列挙についてはCKS性を持たない,つまり入力制約問題を多項式時間で解くことができないが,多項式遅延かつ定数近似比で列挙ができることを明らかにした.
    さらに,列挙アルゴリズムの応用として多様な解の発見という人工知能分野で興味が持たれている問題との関係を発見することができた.特に,このような列挙アルゴリズムが,多様な解の発見という見た目が大きく違う問題を解くため道具として有用であると示すことは,申請書にあるように,他分野への列挙応用への基盤となると考えている.
    昨年度では解グラフ技法を元にする近似的な列挙アルゴリズムの開発を行なった.これらの結果は列挙アルゴリズム分野で用いられる技法だけを用いて得られた興味深い結果であると考える.しかし,近似アルゴリズムの設計技法は数多く存在し,これらのアルゴリズム設計技法から得られる知見も多いのではないかと予想する.事実,近似的な列挙とは多少問題設定は異なるが,トップ-k列挙分野においては最適化アルゴリズムと列挙アルゴリズムの両者の技法を組合せたアルゴリズム設計技法というのは一般的である.そこで,今後の研究の推進方策として,超グラフ技法による列挙アルゴリズムの研究に加え,近似アルゴリズムの技法を取り入れたアルゴリズム設計ができるかどうかを検討する.