Updated on 2026/08/30

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shimizu nobutaka
 
Organization
School of Engineering Assistant Professor
Title
Assistant Professor
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Papers

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Presentations

  • Hardness Amplification Beyond Boolean Functions

    夏のLAシンポジウム  2026.7 

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  • マトロイドのエクスパンダー性 Invited

    北海道大学マトロイドセミナー  2025.3 

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  • 埋め込みクリーク予想とその等価性 Invited

    清水 伸高

    情報・計算・暗号の融合による新しい数理基盤の創出  2024.9 

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  • Planted Clique Conjectures Are Equivalent Invited

    Nobutaka Shimizu

    Complexity Network  2024.6 

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  • Hardness Amplification for Planted Clique Problem Invited

    Nobutaka Shimizu

    Conceptual Challenges in AI: from ML to Average-Case Computation and Cryptography  2024.5 

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  • Consensus Dynamics via Martingale Concentration

    2024.2 

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  • Expansion and Local Testability

    2023.7 

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  • Locally Testable Codes from Left-Right Cayley Cubical Complex Invited

    Nobutaka Shimizu

    2023.2 

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    Event date: 2023.2

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  • エクスパンダーグラフと脱乱択化 Invited

    清水 伸高

    エクスパンダーグラフの新しい構成手法の確立とその応用  2022.8 

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    Event date: 2022.8

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

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  • Phase Transitions of Best-of-Two and Best-of-Three on Stochastic Block Models

    2022.6 

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    Event date: 2022.6

    Language:Japanese  

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  • Hardness Self-Amplification

    LA Symposium 2022  2022.1 

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  • エキスパンダーグラフ上の合意モデル Invited

    清水 伸高

    最適化とその応用 (OPTA) 第12回研究部会  2020.8 

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    Event date: 2020.8

    Language:Japanese  

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  • SETHの下での完全二部グラフ数え上げの平均計算量

    清水 伸高, 平原 秀一

    2019年度 冬のLAシンポジウム  2020.2 

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    Event date: 2020.2

    Language:Japanese  

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  • 密なランダム正則グラフの直径

    清水 伸高

    情報科学技術フォーラム(FIT)  2019.9 

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    Language:Japanese  

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  • The Concentration of the Average Distance of Dense Erdős-Rényi Graphs

    Hungarian-Japanese Symposium on Discrete Mathematics and Its Applications  2019.5 

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    Language:English  

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  • The Diameter of Dense Random Regular Graphs Invited

    2019.3 

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    Language:Japanese  

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Awards

  • LA/EATCS-Japan Presentation Award

    2024.2   LA/EATCS Japan Chapter  

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  • LA/EATCS-Japan Presentation Award

    2023.1   LA/EATCS Japan Chapter   Hardness Self-Amplification

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Research Projects

  • メタ計算量に基づく平均時NP完全性理論の開拓

    Grant number:24K21317  2024.6 - 2030.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(開拓)

    平原 秀一, 清水 伸高, 七島 幹人

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    Authorship:Coinvestigator(s) 

    Grant amount:\26000000 ( Direct Cost: \20000000 、 Indirect Cost:\6000000 )

    本年度は、平均時計算量における中心的な問題である埋め込みクリーク問題の解析を行い、論文が理論計算機科学のトップ会議であるSTOC 2024に採択された。埋め込みクリーク問題には判定版と探索版があり、それらの関係についてはよくわかっていなかった。本研究では、それらが実は同等に難しいということを証明することに成功した。さらに、判定版の最適な識別確率を完全に決定することに成功した。より具体的には、一様ランダムなグラフと、そのグラフにサイズkのクリークを埋め込んだようなグラフを効率的に識別する問題を考えよう。この判定問題は、単純に辺の本数を数えることによってk^2/nの確率で識別できる。そして(埋め込みクリーク予想のもとで)これが最適であることを証明した。すなわち、k^2/nの識別確率よりも少しよい効率的なアルゴリズムを構築することができれば、探索問題版の埋め込みクリーク問題、すなわち、サイズkのクリークを効率的に発見することができる、ということを示した。
    また、メタ計算量を用いることによって、ゼロ知識証明系に関する平均時・最悪時計算量に関する長年の未解決問題を解決し、STOC 2024に採択された。Goldreich-Micali-Wigderson (1991)は一方向性関数が存在するならば、任意のNPの問題に対してゼロ知識証明を構築したが、一方向性関数が必要かどうかは未解決であった。Ostrovsky & Wigderson (1993)は平均時計算困難な問題に対するゼロ知識証明の存在には一方向性関数が必要であることを示したが、最悪時計算問題に関しては未解決である。本研究では、一方向性関数が存在することと、「NPに対してゼロ知識証明が存在し、かつ最悪時に計算が難しい」ことが同値であること証明し、ゼロ知識証明の最悪時計算量に基づく初めての一方向性関数の特徴づけを与えた。

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  • Complexity of Code Construction Problems

    Grant number:23K18460  2023.6 - 2026.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

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    Authorship:Coinvestigator(s) 

    Grant amount:\6500000 ( Direct Cost: \5000000 、 Indirect Cost:\1500000 )

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  • Complexity Lower Bounds from Expansion

    Grant number:23K16837  2023.4 - 2028.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

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    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\4550000 ( Direct Cost: \3500000 、 Indirect Cost:\1050000 )

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  • Community Detection Algorithm from Voting Process

    Grant number:21K21282  2021.8 - 2023.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

    Shimizu Nobutaka

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    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\2340000 ( Direct Cost: \1800000 、 Indirect Cost:\540000 )

    In this project, I studied the possibility of applying a stochastic process called the voting process on a graph to community detection from a theoretical point of view. Specifically, I investigated the behavior of a protocol called k-Majority on a random graph known as the stochastic block model, which is often used as a benchmark for community detection. The performance of the protocol varies depending on the value of parameter k, and I demonstrated that in certain situations, a larger value of k can improve the performance of community detection. Furthermore, I obtained improvements in computational lower bounds for the embedding clique problem, which is closely related to community detection.

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  • クラスPにおけるパラメタ化計算量階層

    Grant number:19J12876  2019.4 - 2021.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費 (DC2)

    清水 伸高

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    Authorship:Coinvestigator(s) 

    Grant amount:\900000 ( Direct Cost: \900000 )

    グラフ上のランダムネスに関する三つの業績を得た.
    一つ目の成果はランダムグラフの計算量に関するものである. 固定サイズの完全二部グラフの部分グラフ数え上げ問題に対し, 入力がランダム二部グラフによって生成される時の精緻なパラメタ化平均計算量の下界を強指数時間仮説(SETH)の下で与えた. 本成果は理論計算機科学のトップ会議Symposium on Discrete Algorithms (SODA)に採択された.
    二つ目の成果はグラフ上の合意モデルに関するものである. 合意モデル研究の文脈では特定のモデルを対象としてその性質を議論する論文がほとんどであるが, 本研究ではこれまで研究されてきた多くの合意モデルを含む一般的な合意モデルのクラスを提案し, そのクラスに属する任意の合意モデルがエキスパンダーグラフ上で高速に(対数ラウンドで)合意に至ることを証明した. 本成果は2020年にInternational Colloquium on Automata, Languages and Programming (ICALP) に採択された.
    最後の成果は動的グラフ上のランダムウォークに関するものである. ランダムウォークはその単純さからネットワーク解析などで広く用いられるが, 実世界に現れるネットワークはその構造が時間とともに変動する. 動的グラフ上のランダムウォークの振る舞いに関する既存研究は幾つか知られているが, それらのほとんどは考えるグラフの頂点数が変動しないという設定を考えていた. 本研究では頂点数が時間とともに増えていくグラフ上のランダムウォークを議論する枠組みを提案し, その性質を明らかにした. 本成果はSymposium on Discrete Algorithms (SODA)に採択された.

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  • Computational Complexity of Minimum Description Size Problems

    Grant number:18H04090  2018.4 - 2022.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    Watanabe Osamu

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    Authorship:Coinvestigator(s) 

    Grant amount:\38480000 ( Direct Cost: \29600000 、 Indirect Cost:\8880000 )

    Size of the smallest description of a given target data is called in general Minimal Description Size (MDS), and the problem of computing MDS is called Minimal Description Size Problem (in short, MDSP). MDS is a key concept in various fields of theory of computing, such as machine learning and computational cryptography, and MDSP itself is important in Computational Complexity Theory. Unfortunately, the hardness of MDSP has been left open from early stage of discussing P≠NP conjecture. In this project, we attacked this research topic and we have obtained several breakthrough results, some of which indeed have overcome the limit of conventional hardness analyses.

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Teaching Experience

  • 数理解析特別講義Ⅰ「PCP定理の証明と応用」(集中講義)

    2025.6 Institution:京都大学数理解析研究所

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  • 数学特別講義E「高次元エクスパンダーとその応用」(集中講義)

    2024.5 Institution:東北大学理学部数学科

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  • プログラミング応用

    2021 Institution:東京科学大学 工学院 経営工学科

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Academic Activities

  • The 13th Hungarian-Japanese Symposium on Discrete Mathematics and Its Applications

    Role(s): Planning, management, etc.

    Akiyoshi Shioura  2025.5

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    Type:Competition, symposium, etc. 

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  • LAシンポジウム事務局(2022年度)

    Role(s): Planning, management, etc.

    安永 憲司  2022.4 - 2023.3

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    Type:Competition, symposium, etc. 

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