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「計算機科学のマルコフ連鎖モンテカルロ法」

神戸大学 理学研究科数学専攻/理学部数学科 特別講義 統計学B
2025年前期 5/19-23: 3,4,5限, 講師: 来嶋 秀治(滋賀大学)
月日題目内容資料
15/19(月) 導入 MCMC法 スライド, YouTube [16]
25/19(月) 計算機科学I 多項式時間計算量 スライド, [5,6]
35/19(月) 計算機科学II self-reduction スライド, [7]
45/20(火) マルコフ連鎖基礎 有限マルコフ連鎖 講義ノート, [1]
55/20(火) カップリングI coupling lemma 講義ノート, [1]
65/20(火) カップリングII coupling lemma(つづき)
75/21(水) カップリングIII path coupling 講義ノート, [8]
85/21(水) 固有値 固有値とmixing time 講義ノート, [2]
95/21(水) コンダクタンスI conductance 講義ノート, [2]
105/22(木) コンダクタンスII multi-commodity flow 講義ノート, [10, 11]
115/22(木) コンダクタンスIII bipartite matching 講義ノート, [2, 11]
125/22(木) コンダクタンスIV permanent 講義ノート, [12]
135/23(金) 発展I coupling from the past スライド, [18, 1, 9]
145/23(金) 発展II deterministic approximation スライド, [19, 13, 14]
155/23(金) 発展III 増えるクーポン収集 スライド, [20, 15]

レポート提出 (dropbox; 締切: 7/31; レポート課題(pdf))


参考書

[マルコフ連鎖]
  1. Olle Häggström, Finite Markov Chains and Algorithmic Applications (London Mathematical Society Student Texts, Series Number 52), Cambridge University Press, 2002.
  2. Alistair Sinclair, Algorithms for Random Generation and Counting: A Markov Chain Approach, Springer, 1993
  3. David A. Levin and Yuval Peres, Markov Chains and Mixing Times, second edition, American Mathematical Society,2017. https://pages.uoregon.edu/dlevin/MARKOV/
  4. Mark Jerrum, Counting, Sampling and Integrating: Algorithms and Complexity, Lectures in Mathematics. ETH Zuerich, Springer, 2013.
[計算機科学]
  1. Bernhard Korte and Jens Vygen, Combinatorial Optimization: Theory and Algorithms,sixth edition, Springer, 2018.
  2. Michael Sipser, Introduction to the Theory of Computation, third edition, Course Technology, 2012.

参考論文

  1. Mark R. Jerrum, Leslie G. Valian and Vijay V. Vazirani, Random generation of combinatorial structures from a uniform distribution, Theoretical Computer Science, 43:169--188, 1986. https://doi.org/10.1016/0304-3975(86)90174-X
  2. Martin Dyer and Catherine Greenhill, Polynomial-time counting and sampling of two-rowed contingency tables, Theoretical Computer Science, 246(1-2): 265--278, 2000. https://doi.org/10.1016/S0304-3975(99)00136-X
  3. Shuji Kijima and Tomomi Matsui, Polynomial time perfect sampling algorithm for two-rowed contingency tables, Random Structures & Algorithms, 29(2):243--256, 2006. https://doi.org/10.1002/rsa.20087
  4. Persi Diaconis and Daniel Stroock, Geometric bounds for eigenvalues of Markov chains, Annals of Applied Probability, 1(1):36-61, 1991. https://doi.org/10.1214/aoap/1177005980
  5. Alistair Sinclair, Improved bounds for mixing rates of Markov chains and multicommodity flow, Combinatorics, Probability and Computing , 1(4):351--370, 1992. https://doi.org/10.1017/S0963548300000390
  6. Mark Jerrum, Alistair Sinclair and Eric Vigoda, A polynomial-time approximation algorithm for the permanent of a matrix with nonnegative entries, Journal of the ACM, 51(4); 671--697, 2004.
    https://doi.org/10.1145/1008731.1008738
  7. Takeharu Shiraga, Yukiko Yamauchi, Shuji Kijima and Masafumi Yamashita, Deterministic random walks for rapidly mixing chains, SIAM Journal on Discrete Mathematics, 32(3):2180--2193, 2018. https://doi.org/10.1137/16M1087667
  8. Ei Ando and Shuji Kijima, An FPTAS for the volume computation of 0-1 knapsack polytopes based on approximate convolution, Algorithmica, 76:4 (December 2016), 1245--1263. https://doi.org/10.1007/s00453-015-0096-5
  9. Shuji Kijima, Nobutaka Shimizu and Takeharu Shiraga, How many vertices does a random walk miss in a network with a moderately increasing number of vertices?, Mathematics of Operations Research, to appear. https://doi.org/10.1287/moor.2023.0060

参考資料

  1. MiraikanChannel, 『フカシギの数え方』 おねえさんといっしょ! みんなで数えてみよう!, YouTube, 2012.
    https://www.youtube.com/watch?v=Q4gTV4r0zRs
  2. 渡辺治, 根上生也, 松井知己, Web鼎談:コンピュータ・サイエンスから生まれる新しい基礎科学,1999.
    https://tcs.c.titech.ac.jp/webteidan/index.html
  3. 来嶋秀治, 松井知己, 完璧にサンプリングしよう!,
    1. 第一話 遥かなる過去から, オペレーションズ・リサーチ,50(3):169--174, 2005.
      https://orsj.org/wp-content/or-archives50/pdf/bul/Vol.50_03_169.pdf
    2. 第二話 天と地の狭間で, オペレーションズ・リサーチ,50(4):264--269, 2005.
      https://orsj.org/wp-content/or-archives50/pdf/bul/Vol.50_04_264.pdf
    3. 第三話 終わりある未来, オペレーションズ・リサーチ,50(5):329--334, 2005.
      https://orsj.org/wp-content/or-archives50/pdf/bul/Vol.50_05_329.pdf
  4. 来嶋秀治, 乱択と計算, 応用数理, 27(3):15--23, 2017.
    https://doi.org/10.11540/bjsiam.27.3_15.
  5. 来嶋秀治, 清水伸高, 白髪丈晴, 動的グラフ上のランダムウォーク, 応用数理, 32(1), 5--15, 2022.
    https://doi.org/10.11540/bjsiam.32.1_5.

来嶋 秀治(きじま しゅうじ)
滋賀大学 データサイエンス学部
E-mail: shuji-kijima@biwako.shiga-u.ac.jp
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