2015 Fiscal Year Research-status Report
インタラクティブな大規模ベイジアンネットワーク推定法の提案と生物データへの応用
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15K00402
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
竹中 要一 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (00324830)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生物情報学 / ベイジアンネットワーク / 遺伝子制御ネットワーク / インタラクティブ性 / 大規模 / 小観測点 / Devide & Reconstruction |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，「基本概念の確立」をキーワードとして研究目的にて提示したベイジアンネットワークの３つの問題点，「大規模化」「インタラクティブ性」「因果関係比較」のうち，「インタラクティブ性」に焦点をあてた研究を行った．
ベイジアンネットワークの推定手法としてベイジアンネットワークにインタラクティブ性を付与するという「概念」を確立した． また我々が提案したDivide & Reconstruction法に基づく解法が，当該概念の実現に効果的であるとの検証を終えた．また，当該提案アルゴリズムの並列化を可能とするアルゴリズムの基本設計を終了した．
次に時系列データに基づくベイジアンネットワーク推定についての考察及び検証を行った．その結果，当該提案アルゴリズムの有効性が低下する事が明らかとなった．これはベイジアンネットワークを推定する際，時系列データにおけるマルコフ過程を仮定した場合，そのネットワークは非循環であるとの制約が緩和される事が原因である．推定問題自身の複雑度が低下する事により貪欲法の効率が向上し，結果として提案手法の相対的な有効性が提言する事が明らかとなった．
次に入力として与えられる各変数の観測点数（サンプル点）が少ない事がベイジアンネットワーク推定に与える影響の調査を行った．これは特に生物学データに特異的な事項である．ベイジアンネットワークのベンチマーク問題では観測点数は1000から5000程存在するが，生物学の実データでは平均で23.4点しか存在しない．(Gene Expression OmnibusのDatasetに基づく)．この生物学データ特異的な問題への対処法の一手法を考案した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の計画であったベイジアンネットワークの推定にインタラクティブ性を付与するための基本概念，及び有効性の確立を成し遂げる事ができたと考えている．特に，事象（確率変数）の３つ組を網羅的に作成し，それを再構築する事でベイジアンネットワークを作成する仕組みと，インタラクティブ性付与との間に効率的な関係が存在する事を明らかとしている．そして，研究計画にあった時系列データにたいする対応法の考察，ベンチマーク問題及び遺伝子発現プロファイルに対する適用，並列化に対する考察も順調に推移している．さらには，生物学データに特異的な，多数の事象かつ少数の観測点である情報の網羅的な把握，このデータを用いてベイジアンネットワーク推定を行う際に生じる問題点とその一解決法の提案は，当初計画を超えた進捗となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は現在順調に推移しているため，今後の研究推進方策は計画通りとする．研究２年目の研究キーワードは「大規模化」である．ベイジアンネットワークの推定が必要となる遺伝子制御ネットワークの推定問題は，確率変数である遺伝子の数が数千から数万となる．多試行による確率補正の問題はさておき，問題そのものの解決が困難である．近似解法を用いた場合，問題の規模が大きくなるに従い，最適解の精度からの乖離率が大きなってしまう．それを軽減するためのしくみとして，既提案のDivide & Reconstructionに基づく手法が有効である．これにインタラクティブ性を保持させる仕組みを考える．なお，小サンプル数である問題の解決法については，当初計画では今年度行う事になっていたが，既に有効な解決案を提案しているため本年度では実施しない．
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| Causes of Carryover |
日本国内で開催される国際会議に参加したため，外国旅費として想定していた金額分に剰余が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
海外で国際会議での発表回数を増やす事に用いる予定である．
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