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ベイズ推論による第一原理計算からの有効モデル選択

研究課題

研究課題/領域番号 15J07765
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 数理物理・物性基礎(理論)
研究機関東京大学

研究代表者

竹中 光  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2017年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードベイズ推論 / 第一原理計算 / モデル選択 / 超新星爆発 / 交差検定 / 状態密度 / モンテカルロ法 / 説明変数 / 交換相互作用 / フラストレーション / マルチヒストグラム法 / 古典スピンモデル / ボルツマン分布 / 温度
研究実績の概要

本研究は,電子状態の第一原理的な理論計算データから,ベイズ推論によって有効モデルを自動的に抽出する枠組みを構築し,さらに広い分野で活用できる手法へと拡張させることを目指すものである.採用第3年度では,本手法のさらなる汎用的な拡張を行うため,物性物理学以外の分野のデータにも適用することによって,その有効性を示すことに取り組んだ.具体的には,まず天文学における超新星爆発のデータに対して本手法を適用した.このデータにおいては,極大等級と呼ばれる物理量がどのような説明変数で記述できるのかが重要な論点となっている.そこで,この問題は有効モデルを抽出するという意味において,採用2年度目までに取り扱っていた物性物理学の問題と同じようなアプローチができると考えた.つまり,ベイズ推論に基づくモデル選択手法が,天文学のデータにも同様に適用できる可能性があることに気が付いた.実際に適用した結果,従来そのデータに対して用いられていたモデル選択基準である交差検定誤差と比較して,本手法で扱うモデル選択基準であるベイズ自由エネルギーの方が潜在構造の抽出に適していることを示した.さらに,全ての説明変数の組合せの状態密度を観測することによって,モデル選択を行う基準となるベイズ自由エネルギーや交差検定誤差にどのような構造があるのかを明らかにすることができた.その際に,全状態の状態密度を観測することが難しいような比較的大きな系においては,採用第2年度目において扱っていたマルコフ連鎖モンテカルロ法を用いることによって,近似的に状態密度を再構成することができた.以上のように天文データに対して適用した結果は,人工データに対して適用した結果でも同様に確認することができた.これまでの結果をまとめて,1本の査読有り英文学会誌への発表,国内学会で3件の発表,国際学会で1件の発表を行った.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Exhaustive Search for Sparse Variable Selection in Linear Regression2018

    • 著者名/発表者名
      Igarashi Yasuhiko、Takenaka Hikaru、Nakanishi-Ohno Yoshinori、Uemura Makoto、Ikeda Shiro、Okada Masato
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 号: 4 ページ: 044802-044802

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.044802

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bayesian Approach to Effective Model of NiGa2S4 Triangular Lattice with Boltzmann Factor2016

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Takenaka, Kenji Nagata, Takashi Mizokawa, and Masato Okada
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86(12) 号: 12 ページ: 1-6

    • DOI

      10.7566/jpsj.85.124003

    • NAID

      210000134180

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Efficient Estimation of Classical Spin Hamiltonian based on Bayesian Inference by using Markov Chain Monte Carlo Method2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Takenaka, Kenji Nagata, Takashi Mizokawa, Masato Okada
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 全状態探索による線形回帰のスパース変数選択2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐康彦,竹中光,中西 (大野)義典,植村誠,池田思朗,岡田真人
    • 学会等名
      人工知能学会全国大会(第31回)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] λ-スキャン法を用いたスパース基底選択とスペクトル分解への応用2017

    • 著者名/発表者名
      本武陽一,五十嵐康彦,竹中光,永田賢二,岡田真人
    • 学会等名
      人工知能学会全国大会(第31回)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] スペクトル分解におけるλ-スキャン法の提案2017

    • 著者名/発表者名
      本武陽一,五十嵐康彦,竹中光,永田賢二,岡田真人
    • 学会等名
      第20回情報論的学習理論ワークショップ(IBIS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Bayesian Model Selection of NiGa_2S_4 Triangular Lattice with Boltzmann Factor2016

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Takenaka, Kenji Nagata, Takashi Mizokawa, Masato Okada
    • 学会等名
      STATPHYS 26
    • 発表場所
      Lyon(France)
    • 年月日
      2016-07-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ベイズ推論による量子計算データからの有効モデル選択2016

    • 著者名/発表者名
      竹中光,永田賢二,溝川貴司,岡田真人
    • 学会等名
      人工知能学会全国大会(第30回)
    • 発表場所
      北九州国際会議場(福岡県北九州市)
    • 年月日
      2016-06-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Bayesian Inference of Effective Classical Spin Hamiltonians from Hartree-Fock Calculation2016

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Takenaka, Kenji Nagata, Takashi Mizokawa, Masato Okada
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting
    • 発表場所
      Baltimore(USA)
    • 年月日
      2016-03-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多次元マルチヒストグラム法による古典スピンモデル推定2016

    • 著者名/発表者名
      竹中光,永田賢二,溝川貴司,岡田真人
    • 学会等名
      第19回情報論的学習理論ワークショップ(IBIS2016)
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Auto-Extraction of Effective Spin Hamiltonians from Electronic Structural Calculations by Bayesian Inference2015

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Takenaka, Kenji Nagata, Takashi Mizokawa, Masato Okada
    • 学会等名
      International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science”
    • 発表場所
      メルパルク京都(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-12-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ベイズ推論による二次元量子スピン系からの古典的有効モデルの自動抽出2015

    • 著者名/発表者名
      竹中光
    • 学会等名
      ImPACT未来開拓研究会
    • 発表場所
      休暇村支笏湖(北海道千歳市)
    • 年月日
      2015-10-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 竹中光

    • URL

      http://mns.k.u-tokyo.ac.jp/~takenaka/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書 2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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