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レザバーコンピューティングシステムの数理的解析と最適設計

研究課題

研究課題/領域番号 16K00326
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 ソフトコンピューティング
研究機関東京大学

研究代表者

田中 剛平  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (90444075)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードレザバーコンピューティング / 数理解析 / 非線形システム / 省エネルギー / 力学系 / 機械学習 / 時系列データ / 画像処理 / 時系列予測 / 高速機械学習 / 非線形力学系 / ニューラルネットワーク / メモリスタ / スピン波 / デバイス / ハードウェア / 数理モデル / エコーステートネットワーク / ばらつき / 時系列情報処理 / 非線形 / 最適化
研究成果の概要

レザバーコンピューティングは、高速学習を可能とする機械学習の枠組みの一つである。本研究では、レザバーコンピューティングの数理的解析とレザバーの最適設計を行い、従来の問題点を解決するとともに、新たなモデルを提案して学習の高速化や計算性能向上を実現した。また、物理的レザバーの可能性を広く探究して数理モデリングを行い、その基本特性や基礎的タスクにおける計算性能を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、レザバーコンピューティング技術の向上を目指して、数理的研究に取り組んだ。レザバーコンピューティングと他の機械学習との融合や、時系列データ予測のための新しい学習モデルは、本手法の発展に寄与するという学術的意義をもつ。物理的レザバーコンピューティングの研究成果は、低消費電力で動作するオンライン機械学習デバイスの開発につながるものであり、人工知能の発展をさらに促すという社会的意義をもつと考えられる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 15件、 招待講演 2件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Recent Advances in Physical Reservoir Computing: A Review2019

    • 著者名/発表者名
      G. Tanaka, T. Yamane, J. B. Heroux, R. Nakane, N. Kanazawa, S. Takeda, H. Numata, D. Nakano, and A. Hirose
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 115 ページ: 100-123

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2019.03.005

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spatially Arranged Sparse Recurrent Neural Networks for Energy Efficient Associative Memory2019

    • 著者名/発表者名
      G. Tanaka, R. Nakane, T. Takeuchi, T. Yamane, D. Nakano, Y. Katayama, and A. Hirose
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems

      巻: - 号: 1 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1109/tnnls.2019.2899344

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hybrid pooling for enhancement of generalization ability in deep convolutional neural networks2019

    • 著者名/発表者名
      Z. Tong and G. Tanaka
    • 雑誌名

      Neurocomputing

      巻: 333 ページ: 76-85

    • DOI

      10.1016/j.neucom.2018.12.036

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reservoir Computing With Spin Waves Excited in a Garnet Film2018

    • 著者名/発表者名
      R. Nakane, G. Tanaka, and A. Hirose
    • 雑誌名

      IEEE ACCESS

      巻: 6 ページ: 4462-4469

    • DOI

      10.1109/access.2018.2794584

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Analysis on Characteristics of Multi-Step Learning Echo State Networks for Nonlinear Time Series Prediction2019

    • 著者名/発表者名
      T. Akiyama and G. Tanaka
    • 学会等名
      International Joint Conference on Neural Networks
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Analysis on Wave Dynamics in a Spin-Wave Reservoir for Machine Learning2019

    • 著者名/発表者名
      R. Nakane, G. Tanaka, and A. Hirose
    • 学会等名
      International Joint Conference on Neural Networks
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Proposal of carrier-wave reservoir computing2018

    • 著者名/発表者名
      A. Hirose, G. Tanaka, S. Takeda, T. Yamane, H. Numata, N. Kanazawa, J. B. Heroux, D. Nakano, R. Nakane
    • 学会等名
      International Conference on Neural Information Processing
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dimensionality Reduction by Reservoir Computing and Its Application to IoT Edge Computing2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamane, H. Numata, J. B. Heroux, N. Kanazawa, S. Takeda, G. Tanaka, R. Nakane, A. Hirose, and D. Nakano
    • 学会等名
      International Conference on Neural Information Processing
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reservoir Computing with Untrained Convolutional Neural Networks for Image Recognition2018

    • 著者名/発表者名
      Z. Tong and G. Tanaka
    • 学会等名
      International Conference on Pattern Recognition
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Network Structure-Dependent Performance of Memristor-Based Reservoir Computing2018

    • 著者名/発表者名
      G. Tanaka, R. Nakane, A. Hirose
    • 学会等名
      Cognitive Computing - Merging Concepts with Hardware
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of spin-wave-based reservoir computing for next-generation machine-learning devices2018

    • 著者名/発表者名
      R. Nakane, G. Tanaka, A. Hirose
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多段階学習Echo state networkによる非線形時系列予測2018

    • 著者名/発表者名
      秋山 貴則, 田中 剛平
    • 学会等名
      情報論的学習理論と機械学習研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 3D-skeleton-Based Human Action Recognition with a Combination of Random Convolutional Networks and Echo State Networks2018

    • 著者名/発表者名
      Ziqiang Tong, Gouhei Tanaka
    • 学会等名
      情報論的学習理論と機械学習研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Recent advances in physical reservoir computing2018

    • 著者名/発表者名
      Gouhei Tanaka
    • 学会等名
      The 3rd Neuromorphic Research Retreat in AIST
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニューロン特性の不均一性を考慮したエコーステートネットワーク2017

    • 著者名/発表者名
      田中 剛平, 中根 了昌, 山根 敏志, 中野 大樹, 武田 征士, 中川 茂, 廣瀬 明
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年総合大会
    • 発表場所
      名城大学
    • 年月日
      2017-03-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Nonlinear Dynamics of Memristive Networks and its Application to Reservoir Computing2017

    • 著者名/発表者名
      G. Tanaka, R. Nakane, T. Yamane, S. Takeda, D. Nakano, S. Nakagawa, A. Hirose
    • 学会等名
      Int. Symp. Nonlinear Theory and its Applications
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Complex-Valued Neural Networks to Realize Energy-Efficient Neural Networks Including Reservoir Computing2017

    • 著者名/発表者名
      A. Hirose, S. Takeda, T. Yamane, D. Nakano, S. Nakagawa, R. Nakane, and G. Tanaka
    • 学会等名
      Int. Symp. Nonlinear Theory and its Applications
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Waveform Classification by Memristive Reservoir Computing2017

    • 著者名/発表者名
      G. Tanaka, R. Nakane, T. Yamane, S. Takeda, D. Nakano, S. Nakagawa, A. Hirose
    • 学会等名
      Int. Conf. Neural Information Processing
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Complex-valued neural networks for wave-based realization of reservoir computing2017

    • 著者名/発表者名
      A. Hirose, S. Takeda, T. Yamane, D. Nakano, S. Nakagawa, R. Nakane, and G. Tanaka
    • 学会等名
      Int. Conf. Neural Information Processing
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simulation Study of Physical Reservoir Computing by Nonlinear Deterministic Time Series Analysis2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamane, S. Takeda, D. Nakano, G. Tanaka, R. Nakane, A. Hirose, S. Nakagawa
    • 学会等名
      Int. Conf. Neural Information Processing
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploiting Heterogeneous Units for Reservoir Computing with Simple Architecture2016

    • 著者名/発表者名
      G. Tanaka, R. Nakane, T. Yamane, D. Nakano, S. Takeda, S. Nakagawa, and A. Hirose
    • 学会等名
      International Conference on Neural Information Processing
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      2016-10-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational Performance of Echo State Networks with Dynamic Synapses2016

    • 著者名/発表者名
      R. Mori, G. Tanaka, R. Nakane, A. Hirose, and K. Aihara
    • 学会等名
      International Conference on Neural Information Processing
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      2016-10-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リザーバ計算と省エネルギー情報処理2016

    • 著者名/発表者名
      田中 剛平
    • 学会等名
      第219回有機エレクトロニクス材料研究会
    • 発表場所
      東京大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] GT: 研究業績

    • URL

      http://eeip.t.u-tokyo.ac.jp/gtanaka/publication_jp.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] GT: Publications

    • URL

      http://eeip.t.u-tokyo.ac.jp/gtanaka/publication.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] GT: Publications

    • URL

      http://www.sat.t.u-tokyo.ac.jp/~gouhei/publication.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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