当前位置: 首页 > news >正文

建筑网站新闻写那些好做网站分为竞价和优化

建筑网站新闻写那些好,做网站分为竞价和优化,公众号开发者id在哪里查看,电子商务网站建设 实验分析前言 量子退火机在小规模问题上的效果得到了有效验证,但是由于物理量子比特的大规模制备以及噪声的影响,还没有办法再大规模的场景下应用。 这时候就需要我们思考,如何通过软件的方法怎么样把大的问题分解成小的问题,以便通过现在…

前言

量子退火机在小规模问题上的效果得到了有效验证,但是由于物理量子比特的大规模制备以及噪声的影响,还没有办法再大规模的场景下应用。
这时候就需要我们思考,如何通过软件的方法怎么样把大的问题分解成小的问题,以便通过现在小规模的量子退火机解决。主要思路就是,同样的QUBO建模,怎么使用更少的量子比特。

下面的文章中,量子退火机伊辛机会混用。


一、subQUBO的创新点

先行的研究中,使用启发式方法将大型问题划分为较小的问题,并使用伊辛机进行求解,但划分后的问题的答案与原始大型问题的答案并不相同。达成协议的理论条件仍不清楚。早稻田大学的研究者开发出了subQUBO算法在保证分解后的小问题也能保证在原始大问题上的理论上做出了突破。

Atobe, Yuta, Masashi Tawada, and Nozomu Togawa. "Hybrid annealing method based on subQUBO model extraction with multiple solution instances." IEEE Transactions on Computers 71.10 (2021): 2606-2619.

subQUBO的创新点

  1. 首先研究将大规模组合优化问题划分为较小问题而不失去最优性的条件。该条件成立的话就证明,如果用伊辛机来解决一个满足条件的小问题,它就会和原来的大规模问题的答案相匹配。
  2. 还提出了一种新算法,成功地从大规模问题中提取出此类条件,将原始大规模问题缩小到伊辛机可以解决的问题规模,并迭代求解。所提出的算法通过基于理论支持将大规模问题分解为更小的问题来解决它,使得以比传统技术更高的精度解决原始大规模问题成为可能。
    在这里插入图片描述

二、subQUBO的详细思路

1. 怎么把大规模问题分解成小问题

1.1 逻辑前提:挑出错误后,回炉重造

  • 大规模组合优化问题的QUBO建模中,最终的答案由多个量子比特集合组成。
  • 如果你创建一个小规模问题,其中包括最终解的量子比特集合中的,所有不正确的量子比特集合
  • 并使用伊辛机解决该问题,则所有最终解的不正确的量子比特集合都将被纠正为正确的量子比特集合作为解。

1.2 具体实现:

实现方法: 可以创建一个大致包含所有不正确的量子比特集合的小问题,并使用伊辛机重复解决它。

  • 不正确的量子比特集合创建:
    – 我们使用传统的经典计算器来准备问题的多个候选答案。这些候选答案不一定是正确的,但在比较经典计算器求解得到的多个答案的量子比特集合的最终值。
    – 多个候选中匹配一致的就是正确的量子比特集合
    – 答案不匹配且不同的就是不正确的量子比特集合

  • 通过仅提取不正确的量子比特集合,并使用真实的伊辛机进行求解,最终可以获得整体的正确答案。

1.3 业界影响:

传统上,伊辛机很难解决大规模问题,因为可用位数受到硬件限制,但通过使用这种方法,可以使用伊辛机进行计算。因此,人们认为可以使用伊辛机(包括量子退火机)扩展现实世界组合优化问题的用例。此外,本研究尝试将经典计算机与伊辛机相结合来解决问题,这将大大扩展伊辛机的使用范围。

最新成果,参考以下新闻:
Quanmatic Co., Ltd.利用量子计算技术解决方案规模突破1亿比特

https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000015.000117406.html

三、subQUBO的python实现

  1. 导入库
import random
import itertools
import numpy as np
from dataclasses import dataclass
  1. 设置subQUBO所需参数
N_I = 20 # instance池
N_E = 10 # subQUBO的抽取次数
N_S = 10 # N_I个instance池中抽取的解的个数
sub_qubo_size = 5 # subQUBO的量子比特数
  1. QUBO建模

# 为了简单,使用TSP作为例子
NUM_CITY = 4
ALPHA = 1
np.random.seed(0)
num_spin = NUM_CITY ** 2distance_mtx = np.random.randint(1, 100, (NUM_CITY, NUM_CITY))
distance_mtx = np.tril(distance_mtx) + np.tril(distance_mtx).T - 2 * np.diag(distance_mtx.diagonal())# <<< Objective term >>>
qubo_obj = np.zeros((NUM_CITY**2, NUM_CITY**2), dtype=np.int32)
for t_u_v in itertools.product(range(NUM_CITY), repeat=3):t, u, v = t_u_v[0], t_u_v[1], t_u_v[2]idx_i = NUM_CITY * t + uif t < NUM_CITY - 1:idx_j = NUM_CITY * (t + 1) + velif t == NUM_CITY - 1:idx_j = vqubo_obj[idx_i, idx_j] += distance_mtx[u, v]
qubo_obj = np.triu(qubo_obj) + np.tril(qubo_obj).T - np.diag(np.diag(qubo_obj))# <<< Constraint term >>>
qubo_constraint = np.zeros((NUM_CITY**2, NUM_CITY**2), dtype=np.int32)
# Calculate constraint term1 : 1-hot of horizontal line
for t in range(NUM_CITY):for u in range(NUM_CITY - 1):for v in range(u + 1, NUM_CITY):qubo_constraint[NUM_CITY*t+u, NUM_CITY*t+v] += ALPHA * 2
# Linear term
for t_u in itertools.product(range(NUM_CITY), repeat=2):qubo_constraint[NUM_CITY*t_u[0]+t_u[1], NUM_CITY*t_u[0]+t_u[1]] += ALPHA * (-1)
const_constraint = ALPHA * NUM_CITY# Calculate constraint term2 : 1-hot of vertical line
# Quadratic term
for u in range(NUM_CITY):for t1 in range(NUM_CITY - 1):for t2 in range(t1+1, NUM_CITY):qubo_constraint[NUM_CITY*t1+u, NUM_CITY*t2+u] += ALPHA * 2
# Linear term
for u_t in itertools.product(range(NUM_CITY), repeat=2):qubo_constraint[NUM_CITY*u_t[1]+u_t[0], NUM_CITY*u_t[1]+u_t[0]] += ALPHA * (-1)
const_constraint += ALPHA * NUM_CITY
  1. 创建instance池

@dataclass
class Solution():"""Solution information.Attributes:x (np.ndarray): n-sized solution composed of binary variablesenergy_all (float): energy value obtained from QUBO-matrix of all termenergy_obj (float): energy value obtained from QUBO-matrix of objective termenergy_constraint (float): energy value obtained from QUBO-matrix of constraint termconstraint (bool): flag whether the solution satisfies the given constraint"""x: np.ndarrayenergy_all: float = 0energy_obj: float = 0energy_constraint: float = 0constraint: bool = True@classmethoddef energy(cls, qubo:np.ndarray, x: np.ndarray, const=0) -> float:"""Calculate the enrgy from the QUBO-matrix & solution xArgs:qubo (np.ndarray): n-by-n QUBO-matrixx (np.ndarray): n-sized solution composed of binary variablesconst (int, optional): _description_. Defaults to 0.Returns:float: Energy value."""return float(np.dot(np.dot(x, qubo), x) + const)@classmethoddef check_constraint(cls, qubo: np.ndarray, x: np.ndarray, const=0) -> bool:"""Check whether the solution satisfies the constraints.Args:qubo (np.ndarray): QUBO-model of the constraint term.x (np.ndarray): solution that you want to check.const (int, optional): constant of the constraint term. Defaults to 0.Returns:bool: Return True if the solution satisfy.Return False otherwise."""return True if cls.energy(qubo, x, const) == 0 else False
  1. subQUBO Hybrid Annealing Algorithm
# https://ieeexplore.ieee.org/document/9664360# <<< Line 2-4 >>>
# Initialize the Instance Pool
pool = []
for i in range(N_I):# ====================# 实验时改动此参数x = np.random.randint(0, 2, num_spin) # 生成随机解# ====================energy_obj = Solution.energy(qubo_obj, x)energy_constraint = Solution.energy(qubo=qubo_constraint, x=x, const=const_constraint)pool.append(Solution(x = x,energy_all = energy_obj + energy_constraint,energy_obj = energy_obj,energy_constraint = energy_constraint,constraint = Solution.check_constraint(qubo=qubo_constraint, x=x, const=const_constraint)))
ascending_order_idx = np.argsort(np.array(list(map(lambda sol: sol.energy_all, pool))))
pool = [pool[i] for i in ascending_order_idx]# <<< Line 5 >>>
# Find the best solution
ascending_order_idx = np.argsort(np.array(list(map(lambda sol: sol.energy_all, pool))))
x_best = pool[ascending_order_idx[0]]for _ in range(1): # <<< Line 6 >>># <<< Line 7-8 >>># Obtain a quasi-ground-state solution for every N_I solution instance by a classical QUBO solverfor solution_i in pool:# ====================# 实验时改动此参数x = np.random.randint(0, 2, num_spin) # 生成随机解# ====================# Update the solution infosolution_i.x = xenergy_obj = solution_i.energy(qubo_obj, x)energy_constraint = solution_i.energy(qubo_constraint, x, const_constraint)solution_i.energy_all = energy_obj + energy_constraintsolution_i.energy_obj = energy_objsolution_i.energy_constraint = energy_constraintsolution_i.constraint = solution_i.check_constraint(qubo=qubo_constraint, x=x, const=const_constraint)for i in range(N_E): # <<< Line 9 >>># <<< Line 10 >>># Select N_S solution instance randomly from the pooln_s_pool = random.sample(pool, N_S)# <<< Line 11-14 >>># Calculate variance of each spin x_i in N_S instance poolSolution.check_constraint(qubo_constraint, x, const_constraint)vars_of_x = np.array([sum(n_s_pool[k].x[j] for k in range(N_S)) - N_S/2 for j in range(num_spin)])# <<< Line 15 >>># Select a solution randomly from N_S solution instance pool as a tentative solutionsolution_tmp = random.choice(n_s_pool)# Extract a subQUBOextracted_spin_idx = np.argsort(vars_of_x)[:sub_qubo_size]non_extracted_spin_idx = np.argsort(vars_of_x)[sub_qubo_size:]subqubo_obj = np.array([[qubo_obj[j, k] for k in extracted_spin_idx] for j in extracted_spin_idx])subqubo_constraint = np.array([[qubo_constraint[j, k] for k in extracted_spin_idx] for j in extracted_spin_idx])for idx_i in range(sub_qubo_size):subqubo_obj[idx_i, idx_i] += sum(qubo_obj[idx_i, idx_j] * solution_tmp.x[idx_j] for idx_j in non_extracted_spin_idx)subqubo_constraint[idx_i, idx_i] += sum(qubo_constraint[idx_i, idx_j] * solution_tmp.x[idx_j] for idx_j in non_extracted_spin_idx)# <<< Line 16 >>># Optimize the subQUBO using an Ising machine# ====================# 实验时改动此参数x_sub = np.random.randint(0, 2, sub_qubo_size) # 生成随机解# ====================# Combine the quasi-ground-state solution from the subQUBO with the tentative solution X_t(solution_tmp)for idx, val in enumerate(extracted_spin_idx):solution_tmp.x[idx] = x_sub[idx]# <<< Line 17 >>># Add the solution into the poolpool.append(solution_tmp)# <<< Line 18 >>># Find the best soliutionascending_order_idx = np.argsort(np.array(list(map(lambda sol: sol.energy_all, pool))))x_best = pool[ascending_order_idx[0]]# <<< Line 19 >>># Arrange the N_I instance poolsorted_pool = [pool[i] for i in ascending_order_idx]pool = sorted_pool[:N_I]pool, x_best

总结

subQUBO思路很简单,希望大家可以看着代码,理解如果实现。这个算法已经被早稻田大学申请专利了。

http://www.yayakq.cn/news/76039/

相关文章:

  • 自己建设网站需要多少钱网站百度推广怎么做
  • 实验室规划设计厂商seo整站优化一年价格多少
  • 阜阳建设网站公司响应式网站做mip
  • php 自动做网站点击量北京公司摇号
  • 公众号建网站vue.js做的网站
  • 网站文章页图片大全全国黄页大全
  • 排名前50名免费的网站遵义外国网站制作
  • 徐州企业建站模板拟定一个物流网站的建设方案
  • asp 企业网站源码四川省住建厅官网
  • 潍坊免费做网站cms网站开发涉及的知识
  • 国外木屋建设网站北京中国建设部网站首页
  • 儿童设计网站建设工程教育官方网站
  • 如何制作课程网站模板下载地址电子商务网站如何进行维护和推广
  • 吉林建设集团网站网站如何定位
  • 建设部网站如何登录监理工程师网站建设多少钱兴田德润放心
  • 大连零基础网站建设教学培训响应式网站是个坑
  • 用wex5 网站开发手机网站做桌面快捷方式
  • 沈阳化工大学建设工程陕西seo主管
  • 网站开发开题报告旅游商业网站策划书
  • 凡网站创建郴州建设信息网站
  • 建设银行网站注销网站域名怎么写好
  • 澄迈网站制作建e网设计案例
  • 网站开发公司挣钱吗推介做resume的网站
  • 企业网站本身应该就是企业( )的一部分外包公司网站开发
  • 重庆建设行政主管部门网站wordpress微电影模板下载
  • 安卓手机做网站朝阳市做网站
  • 深圳市工程建设网站百度快速收录seo工具软件
  • 做图网站中国女排联赛排名
  • 模板网站跟仿站的区别大型网站设计
  • 软装设计案例网站做设计赚钱的网站