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情報幾何学に基づく分布データに対する機械学習手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H01793
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 知能情報学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

赤穗 昭太郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 上級主任研究員 (40356340)

研究分担者 藤木 淳  福岡大学, 理学部, 教授 (10357907)
日野 英逸  統計数理研究所, モデリング研究系, 教授 (10580079)
村田 昇  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60242038)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード機械学習 / ノンパラメトリック / 情報幾何 / 学習アルゴリズム / 情報幾何学 / ノンパラメトリック推定 / ガウス過程 / モーダル回帰 / 非負値行列分解
研究成果の概要

大量のデータを効率的に機械学習で扱う有効な方法として、データを確率分布のパラメータに縮約することが考えられる。本課題では、そのようなデータに対する機械学習の開発に取り組んできた。もともと、代表者が開発してきた分布データに対する主成分分析の拡張という研究があったが、それをより柔軟性のあるノンパラメトリックな枠組みへと拡張するというのが本研究課題の学術的な貢献であり、ガウス過程回帰の情報幾何などで達成できた。また、神経科学や地球物理学などへの応用についても情報幾何学的な行列分解の適用などを通じて実践できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

機械学習では、通常実数値ベクトルを入力として学習が行われることが前提であるが、大量のデータを集約した分布のパラメータなどは実数値として扱うことが必ずしも適切ではない。本研究課題では、そのような分布データに関する機械学習の手法を理論・応用の両面から深化させ、さまざまな応用課題(神経科学や地球科学をはじめとする多くの分野)に適用するための方法論を確立したことにある。

報告書

(6件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 1件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Principal Component Analysis for Gaussian Process Posteriors2022

    • 著者名/発表者名
      Ishibashi Hideaki、Akaho Shotaro
    • 雑誌名

      Neural Computation

      巻: 34 号: 5 ページ: 1189-1219

    • DOI

      10.1162/neco_a_01489

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detecting cell assemblies by NMF-based clustering from calcium imaging data2022

    • 著者名/発表者名
      Nagayama Mizuo、Aritake Toshimitsu、Hino Hideitsu、Kanda Takeshi、Miyazaki Takehiro、Yanagisawa Masashi、Akaho Shotaro、Murata Noboru
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 149 ページ: 29-39

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2022.01.023

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Full-Span Log-Linear Model and Fast Learning Algorithm2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Takabatake, Shotaro Akaho
    • 雑誌名

      Neural Computation

      巻: 34

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast and robust multiplane single-molecule localization microscopy using a deep neural network2021

    • 著者名/発表者名
      Aritake Toshimitsu、Hino Hideitsu、Namiki Shigeyuki、Asanuma Daisuke、Hirose Kenzo、Murata Noboru
    • 雑誌名

      Neurocomputing

      巻: 451 ページ: 279-289

    • DOI

      10.1016/j.neucom.2021.04.050

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] α-Geodesical Skew Divergence2021

    • 著者名/発表者名
      Kimura Masanari、Hino Hideitsu
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 23 号: 5 ページ: 528-528

    • DOI

      10.3390/e23050528

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sparse isocon analysis: A data-driven approach for material transfer estimation2020

    • 著者名/発表者名
      Kuwatani Tatsu、Yoshida Kenta、Ueki Kenta、Oyanagi Ryosuke、Uno Masaoki、Akaho Shotaro
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 532 ページ: 119345-119345

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2019.119345

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Single-Molecule Localization by Voxel-Wise Regression Using Convolutional Neural Network.2020

    • 著者名/発表者名
      Aritake T, Hino H, Namiki S, Asanuma D, Hirose K, Murata N
    • 雑誌名

      Results in Optics

      巻: 1 ページ: 100019-100019

    • DOI

      10.1016/j.rio.2020.100019

    • 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] Diffusion equations from master equations:A discrete geometric approach2020

    • 著者名/発表者名
      Goto Shin-itiro、Hino Hideitsu
    • 雑誌名

      Journal of Mathematical Physics

      巻: 61 号: 11 ページ: 113301-113301

    • DOI

      10.1063/5.0003656

    • 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] Expectation Variables on a Para-Contact Metric Manifold Exactly Derived from Master Equations2019

    • 著者名/発表者名
      Shin-itiro Goto and Hideitsu Hino
    • 雑誌名

      GSI 2019, Lecture Notes in Computer Science

      巻: 11712 ページ: 239-247

    • DOI

      10.1007/978-3-030-26980-7_25

    • ISBN
      9783030269791, 9783030269807
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Information and contact geometric description of expectation variables exactly derived from master equations2019

    • 著者名/発表者名
      Shin-itiro Goto and Hideitsu Hino
    • 雑誌名

      Physica Scripta

      巻: 95 号: 1 ページ: 015207-015207

    • DOI

      10.1088/1402-4896/ab4295

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On a Convergence Property of a Geometrical Algorithm for Statistical Manifolds2019

    • 著者名/発表者名
      Akaho Shotaro、Hino Hideitsu、Murata Noboru
    • 雑誌名

      ICONIP 2019: Neural Information Processing (CCIS)

      巻: 1143 ページ: 262-272

    • DOI

      10.1007/978-3-030-36802-9_29

    • ISBN
      9783030368012, 9783030368029
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of neural connections from partially observed neural spikes2018

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Taishi、Hino Hideitsu、Tatsuno Masami、Akaho Shotaro、Murata Noboru
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 108 ページ: 172-191

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2018.07.019

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometrical Formulation of the Nonnegative Matrix Factorization2018

    • 著者名/発表者名
      Akaho Shotaro、Hino Hideitsu、Nara Neneka、Murata Noboru
    • 雑誌名

      International Conference on Neural Information Processing (LNCS(

      巻: 11303 ページ: 525-534

    • DOI

      10.1007/978-3-030-04182-3_46

    • ISBN
      9783030041816, 9783030041823
    • 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] Information Geometric Perspective of Modal Linear Regression2018

    • 著者名/発表者名
      Sando Keishi、Akaho Shotaro、Murata Noboru、Hino Hideitsu
    • 雑誌名

      International Conference on Neural Information Processing

      巻: 11303 ページ: 535-545

    • DOI

      10.1007/978-3-030-04182-3_47

    • ISBN
      9783030041816, 9783030041823
    • 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] Progressive evolution of whole-rock composition during metamorphism revealed by multivariate statistical analyses2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Kenta、Kuwatani Tatsu、Hirajima Takao、Iwamori Hikaru、Akaho Shotaro
    • 雑誌名

      Journal of Metamophic Geology

      巻: 36 号: 1 ページ: 41-54

    • DOI

      10.1111/jmg.12282

    • NAID

      120006460068

    • 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] ider: Intrinsic Dimension Estimation with R2017

    • 著者名/発表者名
      H. Hino
    • 雑誌名

      R Journal

      巻: 9 ページ: 329-341

    • 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
  • [学会発表] e(m)-PCAを用いた2クラス分類に向けて2022

    • 著者名/発表者名
      藤木淳,赤穂昭太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会 NC 研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 変数の拡張に対する最適輸送を用いたドメイン適応2022

    • 著者名/発表者名
      有竹俊光,日野英逸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 IBISML 研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 共変量シフトの情報幾何2022

    • 著者名/発表者名
      木村正成,日野英逸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 IBISML 研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Bayesian Dynamic Mode Decomposition with Variational Matrix Factorization2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kawashima, Hayaru Shouno, Hideitsu Hino
    • 学会等名
      The Thirty-Fifth AAAI Conference on Artificial Intelligence (AAAI2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 背景学習による対象領域抽出2020

    • 著者名/発表者名
      中村凌, 植田祥明, 藤木淳, 田中勝
    • 学会等名
      MIRU2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 2色刷りされたカラー文書画像の色相補正に関する一提案2020

    • 著者名/発表者名
      植田祥明, 藤木淳
    • 学会等名
      MIRU2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非負値行列因子分解を用いたカルシウムイメージンクデータからの睡眠状態解析2019

    • 著者名/発表者名
      永山瑞生・有竹俊光・日野英逸・上田壮志・宮崎峻弘・柳沢正史・赤穂昭太郎・村田 昇
    • 学会等名
      電子情報通信学会 IBISML 研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Sleep State Analysis Using Calcium Imaging Data by Non-negative Matrix Factorization2019

    • 著者名/発表者名
      Mizuo Nagayama, Toshimitsu Aritake, Hideitsu Hino, Takeshi Kanda, Toshihiro Miyazaki, Masashi Yanagisawa, Shotaro Akaho, Noboru Murata
    • 学会等名
      International Conference on Artificial Neural Networks 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation of Material Transfer from Compositional Dataset Using Sparse Modeling2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsu Kuwatani, Kenta Yoshida, Kenta Ueki, Ryosuke Oyanagi, Masaki Uno, Shotaro Akaho
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スパースモデリングによる沈み込み帯深部流体活動の定量的見積り2019

    • 著者名/発表者名
      吉田健太, 桑谷 立, 上木賢太, 大柳良介, 赤穗 昭太郎
    • 学会等名
      日本地質学会第126年学術大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スパースアイソコン法の資源探査分野への応2019

    • 著者名/発表者名
      桑谷 立,赤穂昭太郎
    • 学会等名
      資源・素材2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 情報幾何に基づくガウス過程事後分布集合の次元削減法2019

    • 著者名/発表者名
      石橋 英朗, 赤穂昭太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会 IBISML 研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 全岩化学組成データセットからのプロセス推定:カコウ岩の風化を例に2018

    • 著者名/発表者名
      桑谷立,赤穂昭太郎
    • 学会等名
      日本地質学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 岩石風化プロセスのフォーワードモデリングと逆解析2018

    • 著者名/発表者名
      桑谷立,赤穂昭太郎
    • 学会等名
      資源・素材学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 深層ニューラルネットワークにおけるFisher情報行列の普遍性2018

    • 著者名/発表者名
      唐木田亮,赤穂昭太郎,甘利俊一
    • 学会等名
      IBIS2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 最頻値線形回帰の情報幾何2018

    • 著者名/発表者名
      三戸圭史,赤穂昭太郎,村田 昇,日野英逸
    • 学会等名
      第32回情報論的学習理論と機械学習研究会(IBISML)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 事後分布推定されたガウス過程間のKLダイバージェンスは有限次元の正規分布間のKLダイバージェンスで評価できる2017

    • 著者名/発表者名
      石橋英朗,古川 徹生,赤穂昭太郎
    • 学会等名
      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] 深層学習による楽器音の音名識別2017

    • 著者名/発表者名
      江口 脩,田中 勝,藤木 淳,栗田 多喜夫
    • 学会等名
      画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-01-30  

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