Hitachi Hokudai Lab. & Hokkaido University Contest 2021

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Can Participate: All Rated Range: - Penalty: None

お知らせ

こちらに日立北大ラボ×北大コンテスト2021「未来の自律分散型まちづくり」(本コンテスト)に関する最新情報を掲載します。
  • 2021年10月14日:コンテストの参加者登録を開始しました。登録はこちらです。
  • 2021年10月14日:Twitterのハッシュタグは#2HC2021です。
  • 今回のコンテストに係る賞金及び賞品の発送手続き、ならびに表彰式のご案内については、北海道大学がプライバシーマークを取得済みの外部委託業者に委託いたします。

概要

  • 日立製作所(日立)と北海道大学(北大)が共同で開催するマラソン型のプログラミングコンテストです。
    (【主催】株式会社日立製作所 基礎研究センタ 日立北大ラボ、国立大学法人北海道大学、【協力】関西大学)
  • 本コンテストは2021年11月5日~2022年1月31日に開催します。
  • 日立は北大キャンパス内に日立北大ラボを開設し、北大と連携して、数学・数理科学の社会応用により複雑化する社会課題の解決を図る、社会創造数学の研究開発を推進しています(研究背景に興味がある方は本ページ最後の「本コンテスト出題の背景」を参照下さい)。
  • 日立北大ラボと北大はマラソン型プログラミングコンテストを過去過去4回(2017、2018、2019、2020年度)開催しました(2017年度1回目はこちら、2回目はこちら、2018年度はこちら、2019年度1回目はこちら、2回目はこちら、2020年度はこちらをクリック下さい)。
  • 2017、2018年度は組合せ最適化問題を効率よく解く、アニーリングマシン向け前処理技術に関する問題を出題しました。また、2019年度は買物支援サービス、2020年度は地域エネルギーシステムをテーマとした時空間(動的)最適化技術に関する問題を出題しました。
  • 地域エネルギーシステムでは、気象、電力需要、運搬需要等の不確実性を考慮しながら、複数の小型グリッドと電気自動車(EV)の設備配置、構成案、運用方針を決定する必要があります。
  • 本コンテストは、EV等を活用した日々のサービス(短期運用)で得られる収益を最適化しながら、長期運用における複数の小型グリッドの最適設備配置、最適運用方針を提示するための最適化問題(階層的時空間最適化問題)に対して、最良な解を求めるアルゴリズム開発をテーマに開催されます。
  • 過去のコンテストでは、大変多くの参加者から様々なアイデアを提出頂き、従来手法に勝るアルゴリズムが考案されました。また、これまで開催してきた全てのコンテストにおいて、一部の入賞者(主に優勝者)と共に、国際会議で成果発表を行ってきました。
    例えば、2017年のコンテストで考案されたグラフ変換アルゴリズムはコンテストの優勝者と共に、北大・日立で実応用に向けた検討を実施し、国際会議TPNC2018にて成果発表を行い、Springer Lecture Notes in Computer Scienceに掲載されました。
    また、2019年のコンテストで考案された買物支援サービスの効率化アルゴリズムについては、国際会議NOLTA2020にて成果発表を行い、2020年度のコンテストで考案された小型グリッド相互連携アルゴリズムについては、国際会議IEEE EPEC2021にて発表予定です。

ルール

  • 所属・年齢・居住地を問わず、誰でも参加できます。必ず参加登録ボタンから参加登録を行ってください。参加登録は本公開日からコンテスト終了日まで、いつでも可能です。
  • コンテストの開催期間は3か月(2021年11月5日~2022年1月31日)です。(ただし、問題Bは2021年11月19日に開始します)。コンテストは、オンラインで実施されます。
  • コンテストは問題A、Bの2種類の問題を出題します。
  • コンテスト期間中は何回でも解答を提出できます。しかし、提出直後の1時間は再提出することができません(提出制限は、それぞれの問題で適用されます)。
  • コンテスト開催期間中、自分のアイデアを共有したい方はTwitter やブログ等で共有頂いても構いません(推奨ハッシュタグは「#2HC2021」です)。また、自身のソースコードをgithub等のソースコード共有サイトにアップロード頂いても構いません。共有されたアイデアやソースコードを参考にしながらコンテストの解答を作成頂いても構いません*。
  • *アイデアやソースコードを公開頂く際には、MITライセンスや修正BSDライセンスなど、再利用に際して制約の少ないライセンスを指定頂くようお願いいたします。公開されたアイデアやソースコードをベースに第三者がより効率の良いアルゴリズムを発案された場合、そのアルゴリズムによる得点は、原則、第三者に帰属することになりますので、その点だけご留意ください。
  • 問題A、Bの順位付けは、それぞれの問題の得点によって決定されます。同点の場合は、最後に順位表に反映された問題の解答コードの提出時間が最も早い参加者を上位とします。
  • 問題のツール(テストケース生成や得点計算プログラム)を提供します。本ツールはC++, Pythonが実行できる環境で動作します。動作テストはWSLおよびUbuntu上で行われています。
  • 3か月のコンテストの終了後、最終的に提出頂いたコードに対してシステムテストを行います(システムテストに用いられるテストケースは、コンテスト期間中に提供するテストケースとは異なります)。このシステムテストの結果を用いて、それぞれの問題の得点を決定します。

賞金

    成績上位者には、賞金、賞品・記念品(北大・日立グッズ)を贈呈いたします。

  • 問題A
  • 1位 300,000円
    2位 50,000円
    3位 30,000円
    4位~10位 賞品①
    11位~20位 賞品②
    21位~40位 記念品①

  • 問題B
  • 1位 500,000円
    2位 100,000円
    3位 50,000円
    4位~10位 賞品③
    11位~20位 賞品④
    21位~40位 記念品②

    問題A、問題Bそれぞれ10位以内で、ご自身のアルゴリズムのサマリーレポートを送って頂いた方には、Amazonギフト券5,000円分を贈呈いたします。サマリーの形式などについては後日発表いたします。

    上記に加えて入賞者全員にオリジナルTシャツとステッカーを贈呈いたします。入賞者には北大・日立より、外部委託業者を通じて電子メールにて通知させて頂きます。入賞者は、電子メールにて期日内に受賞に同意する旨をご返信ください。指定の期日内に返信メールを頂けない場合は、受賞は取り消しとさせて頂きます。予めご了承下さい。

    さらに問題A、問題Bの41~80位の方の中から、抽選でそれぞれ10名ずつに記念品③とステッカーを贈呈いたします。なお、当選者の発表はメールの通知をもってかえさせて頂きます。

最終結果

システムテストの結果を以下に掲載予定です。

 

 

   

 

表彰式

  • 情報処理学会 第84回全国大会のランチョンセッションにて表彰式を開催します。
  • 日時 : 2022年3月3日(木) ~ 4日(金) 【調整中】
  • 会場 : 愛媛大学 + オンライン開催 【調整中】
  • プログラム(予定):
    • コンテストの背景説明
    • 各問題の解説
    • 成績上位者の表彰
    • 問題A、Bの優勝者による招待講演*
* アルゴリズムの概要・アイデアの着想などに関してご講演頂く予定です。
** 表彰式終了後、当コンテスト入賞者の皆様と北大・日立関係者との意見交換会をオンラインで予定しております。詳細については、対象者に電子メールにてご案内いたします。

その他

  • 使用可能言語は、AtCoder Regular Contestに準じます。(参考)
  • AtCoder社の利用規約、チュートリアル、ルール、用語集、よくある質問 をお読みください。

本コンテスト出題の背景(興味がある方向け)

  • 日立北大ラボでは、北大をはじめとするステークホルダーと連携して、北海道における過疎化、少子高齢化などの社会課題解決と持続可能な地域社会の実現に向けて、健康・人財・産業創出・環境の地域循環による共生のまちづくりを推進しています[1][2]。
  • 豊かな自然と広大な大地を持つ北海道は、様々な自然エネルギーに恵まれ、太陽光、陸上風力の将来に向けた導入ポテンシャルは、それぞれ、全国3位、1位となっています。
    また、全国総計の約4分の1を占める耕地面積を活かした農業など、1次産業が盛んな北海道は、国内の食料自給率向上に大きく貢献すると共に、道内には多数の未利用・廃棄物資源が賦存しています。北海道は寒冷・広大であるため、暖房、移動にエネルギーを多く利用しており、一人当たりのCO2排出量は全国平均より多くなっていることから、今後の持続的な発展のためには、これらの再生可能エネルギーの活用が不可欠となります。
  • しかしながら、太陽光発電や風力発電は供給量の変動が大きく、北海道全体で火力発電も含めた調整を行いながら使うため、安定・安価な電力供給の観点から利用範囲が限定されてきました。
    さらに、需要地・再エネ適地が分散している北海道では、送電線の容量を増加するために多額の費用と工期が必要とされています。このため、新たな再生可能エネルギーを既存の電力系統へ接続することが難しく、再生可能エネルギーを十分に活用するには、長距離の送配電網に頼らないエネルギーシステムの構築が必要となります。
  • また、全道179市町村の中で149市町村が過疎地域に指定され、人口も点在していることから、暖房や輸送が滞ることは生存に関わる大問題になります。したがって、十分なエネルギーが常時安定的に供給されることは地域が生き残る前提条件にもなっています。
    特に、大規模な自然災害も増加しており、大規模停電、さらには地域の孤立に備えた冬の暖房・防寒対策が求められます。また、地方公共交通の衰退やガソリンスタンド数の減少が顕在化しているほか、高齢化も加わり交通弱者も増加しており、環境負荷を低減するEV等を活用した、地域の生活利便性を向上させる施策提案も求められます。
  • 以上のことから、近接地域、遠隔地域での多種・多様な再生可能エネルギーを活用した低炭素・脱炭素の自立型エネルギーシステムの構築が求められます。その際、新規エネルギーシステム導入に伴うコスト面での負担を抑えるため、地域産業や生活に資する新規サービスの構築が重要となります。
    これにより、エネルギーの地域間格差を解消し、各地域におけるコミュニティの維持、住民の安心・安全な生活環境の実現が可能となります。

  • 日立北大ラボと北大は、岩見沢市と連携して、地産地消地域エネルギーシステムの研究開発を推進しています。
  • 本システムでは、再生可能エネルギーを活用した小型グリッドを地域に複数設けて、グリッド間を電気自動車(EV)等でネットワーク化することで、需給一体型可動式グリッドを実現します。
    本システム構築により、電力の地域間格差解消と災害による大規模停電発生の際も利用できる自立型の電力システムの提供に加えて、地域にとって必要不可欠なヒト・モノのコミュータ等、単独の小型グリッドでは創出できない新しいサービスの提供をめざします。さらに、各小型グリッドは小規模な構成のため、導入コストが低く、既存の電力網と親和性が高いシステム技術を構築することで、本エネルギーシステムの様々な地域への展開が期待できます。
  • 本システムを実現するには、気象や、需要の変動等の不確実な変化を考慮し、短期・長期運用における環境問題や経済効果等の様々な価値に対して最良な解を提供する次世代最適化技術(階層的時空間最適化技術)の開発が重要になります。従来の最適化ソルバーでは、周囲環境の時間軸上の変化も考慮した最適化問題を解くことは困難であるため、環境変化に対して速やかに順応し、ロバストに動作するアルゴリズムを新たに開発する必要があります。

これまでのコンテストの様子(興味がある方向け)

  • 日立北大ラボと北大は、複雑化する社会課題解決に向けて、解決したい実問題を数理モデリングで定式化し、明確な評価基準とアルゴリズムを考える楽しさを含めた、実問題のオープンプロブレム化によるマラソン型コンテストを毎年開催しています。
  • 単純なベンチマークではなく、実際の問題を取り扱うことで、世界中の方々に解決したい社会課題の共有、提供したいサービスの価値が共感され、実用につながる高性能なアルゴリズムが本コンテストを通じて考案されています。

  • 2017、2018年度に開催した2週間のマラソン型コンテストでは、アニーリングマシンの前処理技術に関する問題(グラフ変換アルゴリズム及び、多体相互作用から2体相互作用への変換アルゴリズム)を出題しました。
    また、2019年度に2回開催したコンテストでは、買物支援サービスをテーマに時空間最適化技術に関する問題を出題しました。
    さらに、2020年のコンテストでは、地域エネルギーシステムをテーマに多目的時空間最適化技術に関する問題を出題しました。
  • コンテストを通じて考案されたアルゴリズムは、成績優秀者と共に実応用に向けた検討を実施し、毎年国際会議にて研究成果を発表しています。
  • 情報処理学会 第80回、第81回、第83回全国大会にて表彰式を開催し、成績優秀者の表彰及び優勝者による記念講演等が行われました(新型コロナウイルス感染拡大の影響により、2019年度は北大・日立関係者のみでオンライン開催)。
    多くの方々にご参加頂きありがとうございました。

Announcements

We will post the updated announcements about the programming contest on “Future autonomous distributed city development” in this section. Please come back occasionally and check for updates.
  • October 14th, 2021: Registration is opened. Please register from here.
  • October 14th, 2021: Follow us on Twitter #2HC2021
  • Hokkaido University will entrust a third party, with the distribution of award money and special gifts for the best ranked contestants. The third party in question will be announced via this webpage, prior to contacting contestants. We certify that the contracted third party will have a 'privacy mark', ensuring high quality standards on handling of personal information.

Topic and Background

  • A marathon-type programming contest will be held in the collaboration between Hitachi Ltd. and Hokkaido University
    (Hosted by Hitachi Hokudai Lab, Center for Exploratory Research, Hitachi Ltd. and Hokkaido University, and cooperated by Kansai University).
  • This contest will be held fromNovember 5th, 2021 to January 31st, 2022.
  • The contest organizers are a group of researchers atHitachi Hokkaido University Laboratory (Hitachi Hokudai Lab) and Hokkaido Universitywho develop novel services in collaboration with local governments by exploring new mathematical concepts for social creativity. (See the last section of this page 「Background for those who are interested in the research mission behind the programming contest」 for further details.)
  • • Hitachi Hokudai Lab and Hokkaido university held this marathon-type contests for the past 4 years started in 2017. See further details of past contests: here and here, in 2018here, in 2019here and here, in 2020here.
  • We set problems about pretreatment technology for annealing machines to solve combinatorial optimization problems in 2017 and 2018, about spatio-temporal (dynamic) optimization technology with the theme of a shopping support service in 2019, and with the theme of regional energy systems in 2020.
  • • In regional energy systems, it is necessary to determine the facility layout, configuration plan, and operation policy of multiple nanogrids and electric vehicles (EV), taking into consideration of various uncertainties such as weather, electricity demand and transportation demand.
  • • In this contest, while optimizing the profits obtained from daily services (short-term operation), optimization problems (hierarchy) for presenting the optimal facility layout and optimal operation policy for multiple nanogrids in long-term operation will be solved. It will be held under the theme of algorithm development to find the optimum solution for the target space-time optimization problem.
  • • In past contests, a large number of participants submitted various ideas, and algorithms that surpassed conventional methods were devised. In addition, in all the contests we have held so far, we have presented the results at international conferences with some winners (mainly top rank winners). For example, the graph conversion algorithm devised in the 2017 contest was examined for practical application at Hokkaido University and Hitachi together with the winner of the contest, and the results were presented at the international conference TPNC2018 and were published in Springer Lecture Notes in Computer Science. In addition, the results of the efficiency improvement algorithm for shopping support services devised in the 2019 contest was presented at the international conference NOLTA2020, and the nanogrids and EVs mutual cooperation algorithm devised in the 2020 contest will be presented at the international conference IEEE EPEC2021.

Rules

  • Eligibility: Anyone is eligible to participate in the contest, regardless of age, gender, nationality, or affiliation. The contest is open for registration until the contest closes. For registration of participation, click here.
  • Contest Period: The contests will be held online for 3 months (from November 5th, 2021 until January 31st, 2022). It is noted that problem B will starts on November 19th, 2021.
  • Problems: We will prepare two different problems A and B.
  • Submission policy: During the contest period participants may submit as many answers as they like. However, within one hour after submitting a solution, the server may reject further submissions to the same problem. (Submission restrictions will be applied for each problem.)
  • Sharing ideas: through Twitter or blogs during the contests period is explicitly allowed. Please use the contest hashtag #2HC2021 for doing so. You may upload your own source code to a source code sharing site such as github. You can also solve problems based on ideas which others have posted*.
  • * When you publish your ideas and source code, please specify a license with few restrictions on reuse, such as the MIT license and the modified BSD license. If a third party creates the award-winning algorithm on the basis of previously shared ideas or source code, the score will be attributed to the algorithm of the third party.
  • Scoring: Submission to problem A and B will be ranked separately, according to a score specified in the task section. In the unlikely event that two participants have an identical score the participant with the earlier submission date will be ranked better. A participant’s submission date is defined by the last top-scoring submission.
  • Sample Code: We will prepare sample code of test case generation and score calculation programs. This tool works in an environment where C++ and Python can be executed. Operation tests will be done on WSL and Ubuntu.
  • System Test: After the 3-month contest is over, the final standing will be determined by running a system test on previously unseen input using a candidate’s last submission to problems A and B, respectively. It is noted that the test cases used for the system test are different from the test cases provided during the contest period.

Prizes

  • The top-scoring contestants will be awarded the following prizes.
  • Problem A
  • 1st rank 300,000円
    2nd rank 50,000円
    1st rank 30,000円
    4th-10th rank Special Rewards 1 (Hokkaido University and Hitachi Ltd.’s goods)
    11th-20th rank Special Rewards 2 (Hokkaido University and Hitachi Ltd.’s goods)
    21st-40th rank  Special Gifts 1 (Hokkaido University and Hitachi Ltd.’s goods)

  • Problem B
  • 1st rank 500,000円
    2nd rank 100,000円
    1st rank 50,000円
    4th-10th rank Special Rewards 3 (Hokkaido University and Hitachi Ltd.’s goods)
    11th-20th rank Special Rewards 4 (Hokkaido University and Hitachi Ltd.’s goods)
    21st-40th rank  Special Gifts 2 (Hokkaido University and Hitachi Ltd.’s goods)

  • In addition, we award all prize winners with an original T-shirt and a sticker. The special gifts 3 and stickers will be additionally presented to 20 randomly selected winners (10 winners respectively from problem A and B(41st—80th). We will return to the announcement with notification.
  • We will award Amazon gift certificate (5,000 yen) to the top performers (Problem A: 1st—10th, and Problem B:1st—10th) who submitted a summary report on their algorithm. The guidelines for summary report and the examples will be announced later.

  • After the contest, all prize winners will be contacted by Hokkaido University and Hitachi Ltd. through a third party via email. Please reply to this email within the specified time limit, if you agree to receiving the prize. Please note that we will have to cancel the prize, in case we do not receive a reply by the designated date.

Final Result

The final result will be posted here.

Award Ceremony

    The contest's awards ceremony will be held online during the lunch seminar session of the 84th National Convention of the Information Processing Society of Japan. .
  • Date and time: March 3rd (Thu.) — 4th, 2022 (Fri.) (To be Announced)
  • Venue: Ehime University and Online (To be announced)
  • Program:(Tentative)
    • Introduction to the contest background through the organizers
    • Explanation of the contest task by the organizer
    • Award ceremony
    • Invited lecture by the winners of problem A and B, explaining the main ideas and logic behind the winning algorithm*
* The contest organizers are planning to organize a meeting to exchange ideas with the award winners. The meeting will be held online as well. The award winners will be informed of the details by e-mail.

Other

  • The programming languages should be compatible with AtCoder Regular Contest. (For reference)
  • Please read AtCoder Inc.’s terms of service, tutorials, rules, glossaries, and frequently asked questions.

Background for those who are interested in the research mission behind the programming contest

  • Hitachi Hokudai Lab, in collaboration with stakeholders such as Hokkaido University, aims to solve social issues such as depopulation, declining birthrate and aging population in Hokkaido, and to realize sustainable local communities. We are promoting community development that coexists with health, human resources, industry creation, and regional circulation of the environment.

  • Hokkaido, which has abundant nature and vast land, is blessed with various potential sources of renewable energy. In Japan, Hokkaido comes first and third ranked in the potential for introducing onshore wind power and solar power, respectively. In addition, Hokkaido has thriving primary industries such as agriculture, which makes use of about a quarter of the cultivated land area of the whole country. This greatly contributes to improving the domestic food self-sufficiency rate, but Hokkaido still has many unused and underused resources.

  • On the other hand, Hokkaido is cold and vast, so a lot of energy is used for heating and transportation, and the per capita CO2 emissions are higher than those for the whole country. Therefore, these renewable energy sources must be utilized more efficiently for achieving a sustainable low-carbon society in the future.

  • However, the outputs of renewable energy sources, such as photovoltaic (PV) and wind power, significantly fluctuate due to unpredictable weather. As a result, their use ranges have been limited from the perspective of ensuring a stable and inexpensive supply because power fluctuations must be suppressed by adjusting the power using thermal power plants so the fluctuations will not affect the electric transmission system. Furthermore, in Hokkaido, where electricity demand areas and areas suitable for renewable energy generation are widely dispersed, the capacity of power transmission lines requires a high cost and long construction period. For this reason, new renewable energy sources such as solar power and wind power are difficult to connect with the existing system. Therefore, to make full use of renewable energy, an energy system needs to be built that does not rely on long-distance power transmission and distribution networks.

  • In addition, 149 of 179 municipalities in Hokkaido, are designated as depopulated areas and the population is scattered, so delays in heating and transportation are a major problem for survival. Therefore, a stable supply of sufficient energy at all times is also a prerequisite for the survival of the region. In particular, large-scale natural disasters are increasing, and winter heating and cold protection measures are required to prepare for large-scale power outages and isolation of the region.
    Furthermore, the decline of local public transportation and the decrease in the number of gas stations are becoming apparent, and the number of vulnerable people is increasing due to the aging of the population. It is also required to propose measures to improve the convenience of living in the region by utilizing EVs that reduce the environmental load.

  • Based on the above, it is necessary to build a low-carbon and decarbonized self-sustaining energy system that utilizes a wide variety of renewable energies in nearby and remote areas. At that time, it is important to build new services that contribute to local industry and daily life in order to reduce the cost burden associated with the introduction of new energy systems. This will eliminate regional disparities in energy, maintain communities in each region, and realize a safe and secure living environment for residents.

  • Hitachi Hokudai Lab and Hokkaido University are promoting research and development of regional energy systems for local production and local consumption in collaboration with Iwamizawa City. In this system, multiple small grids (nanogrids) that utilize renewable energy will be scattered around the area and networked with electric vehicles (EVs) to build a movable grid in which supply and demand are integrated. This system will solve the regional disparities in stable electric power supply and provide a self-sustaining electric power system, which can be used even in the event of a widespread power blackout due to a disaster. In addition, we aim to provide new services utilizing electricity provided by the nanogrids such as a regional commuter, which are essential for a community. On the other hand, the installation cost of this system is low because each grid has a small configuration. Thus, the energy system is expected to be used in various regions in Hokkaido by developing system technologies having a high affinity with the existing power transmission system.

  • To achieve this system, the next-generation optimization technology (hierarchical multi-objective and spatio-temporal optimization technology) must be developed that provides the optimal solutions to environmental problems and economic challenges in short-term and long-term operation and robustly adapts its solutions to sudden temporal changes such as fluctuations in climate and demand. With conventional optimization solvers, it is difficult to solve optimization problems that take into account changes in the surrounding environment on the time axis, so we will develop new algorithms that quickly adapt to changes in the environment and operate robustly.

Impressions of the previous contests (for those interested in)

  • Hitachi Hokudai Lab and Hokkaido University hold a marathon-type contest every year by formulating the actual problems including the fun of thinking about clear criteria and algorithms, to be solved by mathematical modeling and making them open problems in order to solve complicated social problems.

  • By dealing with actual problems rather than simple benchmarks, people all over the world can share social issues that we want to solve, sympathize with the value of the services we want to provide, and devise high-performance algorithms that lead to practical use through this contest.

  • In FY2017 and 2018, we organized three marathon-type programming contests, each of which lasted two weeks. The content of the previous contests focused on pre-compiler algorithms that convert a given optimization problem into a form amenable to modern annealing machines, such as the D-Wave quantum annealer or Hitachi's CMOS Annealing machine. In addition, in the contest held twice in FY2019, we focused on space-time optimization technology under the theme of shopping support services. Furthermore, in FY2020, we focused on multipurpose spatiotemporal optimization technology under the theme of regional energy systems.
  • The previous award ceremonies were held at the 80th (FY2017), 81st (FY2018), and 83rd (FY2020) National Convention of the Information Processing Society of Japan, where award winners gave impressive lectures on the award-winning algorithms and their underlying ideas. In reaction to the COVID-19 Pandemic, the award ceremony in FY2019 was held online with only Hokkaido University and Hitachi officials virtually attending. We appreciate all participants taking part in our contest. The pictures below show the organizers and award winners at the award ceremonies of the previous programming contests.