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超球面およびシリンダー上の新たな統計モデルの開発およびその推定に関する研究

Research Project

Project/Area Number 19K11863
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60030:Statistical science-related
Research InstitutionTakasaki City University of Economics

Principal Investigator

宮田 庸一  高崎経済大学, 経済学部, 准教授 (10514250)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2025-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords方向統計学 / 非対称性 / 識別可能性 / 時系列解析 / 多様体上の確率モデル / 非対称分布 / 有限混合モデル / 漸近理論
Outline of Research at the Start

風向きなどの方向を表すデータ,文書の特徴を表すデータなどは,長さが1のベクトルで表せることが知られている. またこのようなデータは時として,ピークが2つ以上ある多峰型の形状になることがあり,そのような場合には"対称"な分布をコンポーネントに持つ有限混合モデルもしくは,隠れマルコフモデルを用いることが一般的であった.本研究においては,"非対称"な形にもなり,理論的に取り扱いやすい確率分布の有限混合モデルおよび隠れマルコフモデルを提案し,その推定方法,および推定量の妥当性を明らかにすることを目的とする.

Outline of Annual Research Achievements

シリンダー上の統計モデルとは, 単位円周上のベクトルの角度を表す確率変数と, 非負値もしくは実数値をとる確率変数を組にした確率ベクトルの分布のことをいう. 前年度は, 角度変数側の周辺分布により強い歪みを持たせることができるシリンダー上の統計モデルを開発した. その一方で, この周辺分布の単峰性, circular skewnessに関する既存の統計モデルとの比較などに関しては, 十分に研究されていない部分があった. 最終年度は, このような理論的な側面を, 数学的な証明および数値的な比較から明らかにし, 論文にまとめた.
また球面上の統計モデルとしては, Fisher-von Mises分布がよく知られているが, その密度関数の等高線は, 平均方向を中心にして同心円状に広がっていく回転対称性という性質を持っている. この性質は, 楕円状の分布を表現することができないため, 応用上は制限のある分布になっている. 今年度は, 球面上の統計モデルで, その密度関数が楕円状の等高線を持つものについて調査を行い, 分布の単峰性, 識別可能性, 推定を行ったときの数値的な安定性などについて考察を行った.
研究期間を通じて, 強い歪みを実現でき, かつシンプルな正規化定数, 陽に表すことができる三角モーメントを持つ円周上の確率分布, その分布をコンポーネントに持つ有限混合モデル, そして, それを周辺分布に持つシリンダー上の統計モデルを開発することができた. また, このような統計モデルの識別可能性をチェックすることができる新たな判定方法についても提案することができた. さらに, 今回, 開発されたシリンダー上の統計モデルをコンポーネントに持つ隠れマルコフモデル, 2つのシリンダー上の分布の同時分布を用いることで, 時系列モデルへ拡張することができた.

Report

(6 results)
  • 2024 Annual Research Report
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2025 2024 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 8 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Modeling Joint Cylindrical Distributions and Related Markov Processes2025

    • Author(s)
      Abe Toshihiro、Imoto Tomoaki、Shiohama Takayuki、Miyata Yoichi
    • Journal Title

      In: Kumar, S., Arnold, B.C., Shimizu, K., Laha, A.K. (eds) Directional and Multivariate Statistics

      Volume: 1 Pages: 103~129

    • DOI

      10.1007/978-981-96-2004-3_6

    • Related Report
      2024 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cylindrical Models Motivated through Extended Sine-Skewed Circular Distributions2024

    • Author(s)
      Miyata Yoichi、Shiohama Takayuki、Abe Toshihiro
    • Journal Title

      Symmetry

      Volume: 16 Pages: 295~295

    • DOI

      10.3390/sym16030295

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identifiability of asymmetric circular and cylindrical distributions2022

    • Author(s)
      Miyata, Y., Shiohama, T., and Abe, T.
    • Journal Title

      Sankhya A

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s13171-022-00294-3

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bayesian estimation for mode and anti-mode preserving circular distributions2021

    • Author(s)
      Abe, T., Miyata, Y., and Shiohama, T.
    • Journal Title

      Econometrics and Statistics (In Press, available online)

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.ecosta.2021.03.004

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bayesian Estimation for Mode and Anti-Mode Preserving Circular Distributions2021

    • Author(s)
      Toshihiro Abe, Yoichi Miyata, and Takayuki Shiohama
    • Journal Title

      Econometrics and Statistics

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.ecosta.2021.03.004

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Estimation of finite mixture of skew-symmetric circular distributions2020

    • Author(s)
      Yoichi Miyata, Takayuki Shiohama, and Toshihiro Abe
    • Journal Title

      Metrika

      Volume: 83 Pages: 895-922

    • DOI

      10.1007/s00184-019-00756-z

    • Related Report
      2020 Research-status Report 2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 球面上の統計モデルとその周辺2025

    • Author(s)
      宮田 庸一
    • Organizer
      RIMS共同研究(グループ型A)による研究会 “統計モデルとその有効性”
    • Related Report
      2024 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] A cylindrical hidden Markov model based on skewed circular distributions2023

    • Author(s)
      Yoichi Miyata, Takayuki Shiohama, and Toshihiro Abe
    • Organizer
      6th International Conference on Econometrics and Statistics
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A hidden Markov model whose components are the Weibull-extended sine skewed von Mises distributions2023

    • Author(s)
      Yoichi Miyata, Takayuki Shiohama, and Toshihiro Abe
    • Organizer
      International Conference on the ERCIM WG on CM Statistics 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] An extended sineskewed circular distribution and its application to a model on a cylinder2023

    • Author(s)
      Miyata, Y., Shiohama, T., and Abe, T.
    • Organizer
      Luxembourg- Waseda Conference on Modelling and Inference for Complex data
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] An extended sine-skewed circular distribution and its extension to a model on cylinder2022

    • Author(s)
      Miyata, Y., Shiohama, T., and Abe, T.
    • Organizer
      5th International conference on Econometrics and Statistics (EcoSta 2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] An extension of Johnson- Wehrly-type cylindrical distributions2022

    • Author(s)
      Miyata, Y., Shiohama, T., and Abe, T.
    • Organizer
      15th International Conference on the ERCIM WG on CMStatistics 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 正弦関数摂動分布族のある拡張について2022

    • Author(s)
      宮田庸一, 塩濱敬之, 阿部俊弘
    • Organizer
      日本数学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] An extension of sine-skewed circular distributions2021

    • Author(s)
      Yoichi Miyata
    • Organizer
      Computational and Methodological Statistics, 18-20 December, 2021, King’s College London, UK.
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] On the identifiability of possibly asymmetric circular distributions2019

    • Author(s)
      Yoichi Miyata, Takayuki Shiohama and Toshihiro Abe
    • Organizer
      NCKU-Waseda International Symposium Time Series, Machine Learning and Causality Analysis
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] On some flexible models for circular, toroidal, and cylindrical data (Book Chapter), in Directional Statistics for Innovative Applications2022

    • Author(s)
      Abe, T., Imoto, T., Shiohama, T. and Miyata, Y.
    • Total Pages
      15
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2025-12-26  

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