2020 Fiscal Year Research-status Report
Dynamic network analysis and visualization derived from natural science data
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19K20278
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
夏川 浩明 京都大学, 学術情報メディアセンター, 特定講師 (90712951)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 情報可視化 / 非線形状態空間再構成 / 動的ネットワーク / 視覚的分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では計測された時系列データのデータ間の動的な関係性を定量化し背景のシステムの理解を深めるために、非線形状態空間再構成（State space reconstruction: SSR）を用いた解析手法によりデータ間の動的な関係性を定量化する手法を開発し、定量化した関係性から動的ネットワークを構築する。また、これらの解析ワークフローとインタラクティブな可視化技術を結び付けてユーザー理解を促進することで、生態学や神経科学等の自然科学分野知見創出のための動的ネットワーク分析のための可視化システムの構築を目指す。R2年度の実績としては、SSRにより計測時系列データ間の時間変化する関係性を計算する手法（Empirical Dynamic Modeling: EDM）により、動的ネットワークを構築し、ｔ-SNEなどの種々の次元削減法と連携可視化を組み合わせることで、動的ネットワークの状態と遷移の解釈を支援する可視化分析システムのプロトタイプに、新たに動的ネットワークの要約グラフを表示する機能を追加した。さらに生態学シミュレーションや海洋メソコスム実験データ、神経科学データなどに適用することで、生態系の状態特定やその遷移の分析に有用であることを確認できた。またこれらの実験結果のユーザフィードバックをまとめた。その結果をR2年10月に国際会議IEEE Visualization 2020にTVCG Trackに口頭発表したほか、同内容が可視化分野のトップジャーナルである学術論文IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphicsに採録された。以上の成果を踏まえ、引き続き最終年度に、更なるシステムの改良や、生態学以外のデータへの適用による知見創出を目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までの進捗状況としては、非線形状態空間再構成法（SSR）により計測時系列データ間の時間変化する関係性を計算する手法（Empirical Dynamic Modeling: EDM）により、動的ネットワークを構築し、t-SNEやPCA、UMAPなどの種々の次元削減法を利用し、動的ネットワークの状態を特定し解釈するための可視化解析システムのプロトタイプを実装した。本システムを生態学データ等に適用することで、生態系の状態特定とその遷移の分析に資することが確認でき、これらの結果を前年度の目標の通り、国際会議での発表および学術論文誌IEEE TVCGに採択された。加えてさらなるシステムの改良のためにドメインの研究者と議論を進めている。これらの進捗を鑑みて、概ね順調に進捗していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては、R2年度に構築した動的ネットワークの可視化分析システムのプロトタイプの改良を行う。そのために、Empirical Dynamic Modeling（EDM）の研究を主導してきた米国の研究者と議論することで、機能要件の再定義や解析をサポートする情報可視化技術の開発導入などに引き続き取り組む。特に、可視化ツールを多くのユーザーに提供できるようにWebツール化を検討しており、またEDMの計算としてpyEDMというpythonのlibraryを利用できるようなシステムを構築予定である。また、ユーザー実験も考慮に入れたシステム評価に取りかかる。以上を踏まえて、動的ネットワーク解析と可視化の新たな方法論を提案する。
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| Causes of Carryover |
R2年度に解析手法の研究を主導してきた米国の研究者との打ち合わせのための出張旅費等を計上していたが、コロナ禍のため米国出張などの予定がR3年度以降に変更となったため、一部を繰越し、最終年度の可視化システムのプロトタイプ改良のための経費に充てることとする。
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