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微分方程式に対する汎用的並列構造保存数値解法の基礎理論構築と数値的検証

研究課題

研究課題/領域番号 16K17550
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 計算科学
研究機関大阪大学 (2018-2020)
名古屋大学 (2016-2017)

研究代表者

宮武 勇登  大阪大学, サイバーメディアセンター, 准教授 (60757384)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020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)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード数値解析 / 偏微分方程式 / 行列計算 / 常微分方程式 / 数値解法 / 数値線形代数 / 微分方程式
研究成果の概要

現代科学の多くの分野で長時間スケール数値計算の需要が高まっており,そのためには方程式の構造に着目した構造保存数値解法が適切だが,精度と計算コストのギャップといった問題が顕著化している.本研究では,数理的な立場から汎用性の高い高速かつ高精度な並列構造保存数値解法を開発した.さらに,実装の段階で必要となる行列計算についても新しいアルゴリズムを開発し,それを組み込むことで,当初の狙い以上に性能を持つ数値解法を開発に成功した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

現代の科学技術計算では,計算機の発展より遥かに速いスピードで現場のニーズが多様化・大規模化しており,これまで以上に計算の品質とコストの両立が困難になっている.このような問題に対し,特定の分野や方程式,計算機環境に特化した研究が主流だが,本研究では,より数理的な立場から,高い汎用性を維持して品質とコストが両立するような数値解法の開発に成功したものである.このような考え方は,数値解析や高性能計算分野で新しい研究スタイルの基盤となり,さらには既存解法を遥かに凌ぐ数値解法が次々と生成されることが期待される.

報告書

(6件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 2件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 17件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A fully discrete curve-shortening polygonal evolution law for moving boundary problems2021

    • 著者名/発表者名
      Sakakibara Koya、Miyatake Yuto
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

      巻: 424 ページ: 109857-109857

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2020.109857

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Estimation of ordinary differential equation models with discretization error quantification2021

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda and Y. Miyatake
    • 雑誌名

      SIAM/ASA Journal on Uncertainty Quantification

      巻: 9 号: 1 ページ: 302-331

    • DOI

      10.1137/19m1278405

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Algorithms for the computation of the matrix logarithm based on the double exponential formula2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuoka Fuminori、Sogabe Tomohiro、Miyatake Yuto、Zhang Shao-Liang
    • 雑誌名

      Journal of Computational and Applied Mathematics

      巻: 373 ページ: 112396-112396

    • DOI

      10.1016/j.cam.2019.112396

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A parallelizable energy-preserving integrator MB4 and its application to quantum-mechanical wavepacket dynamics2020

    • 著者名/発表者名
      Sakai Tsubasa、Kudo Shuhei、Imachi Hiroto、Miyatake Yuto、Hoshi Takeo、Yamamoto Yusaku
    • 雑誌名

      Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics

      巻: 38 号: 1 ページ: 105-123

    • DOI

      10.1007/s13160-020-00430-2

    • NAID

      210000183552

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adaptive SOR methods based on the Wolfe conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake, T. Sogabe, S.-L. Zhang
    • 雑誌名

      Numerical Algorithms

      巻: 84 号: 1 ページ: 117-132

    • DOI

      10.1007/s11075-019-00748-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relation between the T-congruence Sylvester equation and the generalized Sylvester equation2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Satake, M. Oozawa, T. Sogabe, Y. Miyatake, T. Kemmochi, S.-L. Zhang
    • 雑誌名

      Applied Mathematics Letters

      巻: 96 ページ: 7-13

    • DOI

      10.1016/j.aml.2019.04.007

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure-preserving model reduction for dynamical systems with a first integral2019

    • 著者名/発表者名
      Miyatake Yuto
    • 雑誌名

      Japan J. Indust. Appl. Math.

      巻: 36 号: 3 ページ: 1021-1037

    • DOI

      10.1007/s13160-019-00378-y

    • NAID

      210000186688

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modified Strang splitting for semilinear parabolic problems2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nakano, T. Kemmochi, Y. Miyatake, T. Sogabe, S.-L. Zhang
    • 雑誌名

      JSIAM Letters

      巻: 11 号: 0 ページ: 77-80

    • DOI

      10.14495/jsiaml.11.77

    • NAID

      130007771371

    • ISSN
      1883-0609, 1883-0617
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A structure-preserving Fourier pseudo-spectral linearly implicit scheme for the space-fractional nonlinear Schr?dinger equation2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake, T. Nakagawa, T. Sogabe, S.-L. Zhang
    • 雑誌名

      Journal of Computational Dynamics

      巻: 6 号: 2 ページ: 361-383

    • DOI

      10.3934/jcd.2019018

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 無段式Runge-Kutta 法の構造保存数値解法としての側面2018

    • 著者名/発表者名
      宮武 勇登
    • 雑誌名

      応用数理

      巻: 28 号: 3 ページ: 15-22

    • DOI

      10.11540/bjsiam.28.3_15

    • NAID

      130007552790

    • ISSN
      2432-1982
    • 年月日
      2018-09-26
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On the equivalence between SOR-type methods for linear systems and the discrete gradient methods for gradient systems2018

    • 著者名/発表者名
      Miyatake Yuto、Sogabe Tomohiro、Zhang Shao-Liang
    • 雑誌名

      Journal of Computational and Applied Mathematics

      巻: 342 ページ: 58-69

    • DOI

      10.1016/j.cam.2018.04.013

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution of the k -th eigenvalue problem in large-scale electronic structure calculations2018

    • 著者名/発表者名
      Lee Dongjin、Hoshi Takeo、Sogabe Tomohiro、Miyatake Yuto、Zhang Shao-Liang
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

      巻: 371 ページ: 618-632

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2018.06.002

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 二重指数関数型数値積分公式を用いた行列実数乗の計算2018

    • 著者名/発表者名
      立岡 文理、曽我部 知広、宮武 勇登、張 紹良
    • 雑誌名

      日本応用数理学会論文誌

      巻: 28 号: 3 ページ: 142-161

    • DOI

      10.11540/jsiamt.28.3_142

    • NAID

      130007487583

    • ISSN
      2424-0982
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On a relationship between the T-congruence Sylvester equation and the Lyapunov equation2018

    • 著者名/発表者名
      Oozawa Masaya、Sogabe Tomohiro、Miyatake Yuto、Zhang Shao-Liang
    • 雑誌名

      Journal of Computational and Applied Mathematics

      巻: 329 ページ: 51-56

    • DOI

      10.1016/j.cam.2017.05.044

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 微分方程式に対する離散勾配法に基づく線形方程式の数値解法の生成2017

    • 著者名/発表者名
      宮武 勇登、曽我部 知広、張 紹良
    • 雑誌名

      日本応用数理学会論文誌

      巻: 27 号: 3 ページ: 239-249

    • DOI

      10.11540/jsiamt.27.3_239

    • NAID

      130006100066

    • ISSN
      2424-0982
    • 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
  • [雑誌論文] Geometric numerical integrators for Hunter-Saxton-like equations2017

    • 著者名/発表者名
      Miyatake Yuto、Cohen David、Furihata Daisuke、Matsuo Takayasu
    • 雑誌名

      Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics

      巻: 34 号: 2 ページ: 441-472

    • DOI

      10.1007/s13160-017-0252-1

    • NAID

      210000160223

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy-preserving H1-Galerkin schemes for the Hunter-Saxton equation2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake, G. Eom, T. Sogabe, S.-L. Zhang
    • 雑誌名

      J. Math. Res. Appl.

      巻: 37 ページ: 107-118

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A characterization of energy-preserving methods and the construction of parallel integrators for Hamiltonian systems2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake, J. C. Butcher
    • 雑誌名

      SIAM J. Numer. Anal.

      巻: 54 号: 3 ページ: 1993-2013

    • DOI

      10.1137/15m1020861

    • NAID

      120005905587

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Adjoint-based computation of the exact Hessian-vector multiplication2020

    • 著者名/発表者名
      S. Ito, T. Matsuda, Y. Miyatake
    • 学会等名
      Adjoint-based computation of the exact Hessian-vector multiplication
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Second-order adjoint方程式に基づくヘッセ行列の計算について2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤伸一, 松田孟留, 宮武勇登
    • 学会等名
      日本応用数理学会2020年度年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Adjoint-based algorithm for computing the exact Hessian-vector multiplication2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake
    • 学会等名
      ANZIAM2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantifying discretisation errors by isotonic regression and its application to estimating ODE models2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, Y. Miyatake
    • 学会等名
      Geometric Numerical Integration of Differential Equations
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Estimation of ODE models with quantifying discretization error2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, Y. Miyatake
    • 学会等名
      SciCADE2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On the equivalence between SOR-type methods for linear systems and Itoh-Abe-type discrete gradient methods for gradient systems2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake, T. Sogabe, S.-L. Zhang
    • 学会等名
      SciCADE2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantifying and reducing forward uncertainty in estimating parameters of initial value problems2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, Y. Miyatake
    • 学会等名
      SIAM: East Asian Section Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On an interval truncation method of the double exponential formula for the matrix logarithm2019

    • 著者名/発表者名
      F. Tatsuoka, T. Sogabe, Y. Miyatake, S.-L. Zhang
    • 学会等名
      SIAM: East Asian Section Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reducing the effect of discretization errors in estimating ODE models by iteratively reweighted least squares2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, Y. Miyatake
    • 学会等名
      ANZIAM 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimating ODE models by iteratively reweighted least squares2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, Y. Miyatake
    • 学会等名
      A3 Workshop on fluid dynamics and related topics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ウルフ条件を利用した適応型SOR法2018

    • 著者名/発表者名
      宮武勇登, 曽我部知広, 張紹良
    • 学会等名
      第47回数値解析シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 保存量を持つ常微分方程式に対するモデル縮減について2018

    • 著者名/発表者名
      宮武勇登
    • 学会等名
      常微分方程式の数値解法とその周辺2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 常微分方程式の初期値推定における離散化誤差に由来するバイアスの軽減に向けて2018

    • 著者名/発表者名
      松田孟留, 宮武勇登
    • 学会等名
      RIMS研究集会:次世代の科学技術を支える数値解析学の基盤整備と応用展開
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Energy-preserving model reduction for Poisson systems2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake
    • 学会等名
      SIAM: East Asian Section Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure-preserving model reduction for initial value problems with a first integral2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake
    • 学会等名
      CJK2018 Joint Conference on Numerical Mathematics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SOR法の緩和パラメータの幾何学的解釈2018

    • 著者名/発表者名
      宮武勇登, 曽我部知広, 張紹良
    • 学会等名
      日本応用数理学会 第14回 研究部会連合発表会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 発展方程式に対して複数の保存量を再現する差分スキームの導出2017

    • 著者名/発表者名
      宮武勇登
    • 学会等名
      流体方程式の構造と特異性に迫る数値解析・数値計算 II
    • 発表場所
      名古屋(名古屋大学)
    • 年月日
      2017-01-30
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Structure-preserving continuous stage Runge-Kutta methods2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake
    • 学会等名
      A3 Workshop on Fluid Dynamics and Material Science
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Finite difference schemes preserving multiple invariants for evolutionary partial differential equations2017

    • 著者名/発表者名
      D.I. McLaren, Y. Miyatake, G.R.W. Quispel
    • 学会等名
      SciCADE2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On the equivalence between the SOR-type methods and the Itoh-Abe discrete gradient methods2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake, T. Sogabe, S.-L. Zhang
    • 学会等名
      SIAM: East Asian Section Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Iterative solvers based on the discrete gradient method for symmetric positive definite linear systems2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake, T. Sogabe, S.-L. Zhang
    • 学会等名
      19h International Conference on Finite Elements in Flow Problems - FEF 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SOR法と離散勾配法の関係と緩和パラメータに関する考察2017

    • 著者名/発表者名
      SOR法と離散勾配法の関係と緩和パラメータに関する考察
    • 学会等名
      応用数学合同研究集会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 波動方程式に対するモデル縮減手法を組み込んだ確率的数値解法について2017

    • 著者名/発表者名
      宮武勇登
    • 学会等名
      日本応用数理学会2017年度年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Dirichlet 境界条件下の偏微分方程式に対する splitting 解法の収束性劣化の改善案2017

    • 著者名/発表者名
      中野航輔, 宮武勇登, 曽我部知広, 張紹良
    • 学会等名
      第46回数値解析シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 発展方程式に対する複数の保存量を再現する差分スキーム2016

    • 著者名/発表者名
      D. I. McLaren, 宮武勇登, G. R. W. Quispel
    • 学会等名
      応用数学合同研究集会
    • 発表場所
      瀬田(龍谷大学)
    • 年月日
      2016-12-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Structure-preserving Galerkin methods based on variational structure2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake
    • 学会等名
      IMI-La Trobe Joint Conference ''Geometric Numerical Integration and its Applications''
    • 発表場所
      Melbourne
    • 年月日
      2016-12-05
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 勾配系の数値計算に基づく線形方程式の数値解法の生成について2016

    • 著者名/発表者名
      宮武勇登, 曽我部知広, 張紹良
    • 学会等名
      RIMS研究集会:現象解明に向けた数値解析学の新展開 II
    • 発表場所
      京都(京都大学)
    • 年月日
      2016-10-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] KdV方程式に対する複数の保存量を再現する差分スキーム2016

    • 著者名/発表者名
      D. I. McLaren, 宮武勇登, G. R. W. Quispel
    • 学会等名
      日本応用数理学会2016年度年会
    • 発表場所
      北九州
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] An energy-preserving H1-Galerkin scheme for the Hunter-Saxton equation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyatake
    • 学会等名
      SIAM: East Asian Section Conference 2016
    • 発表場所
      Macau
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      https://yutomiyatake.github.io/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-01-27  

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