基底関数の物理特性を取り入れたスパースモデリング

• 研究課題/領域番号: 17K12735
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 知能情報学
• 研究機関: 筑波大学 (2019-2020); 東京大学 (2017-2018)
• 研究代表者: 五十嵐 康彦 筑波大学, システム情報系, 准教授 (40733085)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: スパースモデリング / ベイズ推論 / 機械学習 / 計測科学 / ベイズ情報量基準 / 動的モード分解 / フーリエ変換 / 放射光データ / 拡張フーリエ基底 / フーリエ基底 / フーリエ計測 / 時空間解析

研究成果の概要

本研究では基底関数の物理特性を組み込んだSpM手法の開発を行った。その結果、XPSなどのスペクトルデータを対象にした高速なスペクトル分解アルゴリズムを構築した。さらに、理論公式をもとに基底関数をフーリエ展開から拡張することで放射光データ解析における効率的なデータ解析法を構築した。また、時系列データへの適用例として、超高速分光への展開を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では基底関数の物理特性を組み込んだスパースモデリング手法を開発し、計測データ解析への展開を行った。放射光データを対象にした解析法は、新規解析法として新規機能性材料や、熱電材料、二次電池の固体電解質材料等の物質の構造解明に応用され、電池の高機能化や長寿命化などに貢献することが期待される。また、コヒーレントフォノン計測への解析法は、光誘起構造相転移の光励起直後の初期ダイナミクスの解明等で重要な計測法で、 物性物理学の様々な分野で盛んに研究が行われている。このように、スパースモデリングを汎用的に計測データへの解析に展開することで広範囲の波及効果が得られると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Normal mode analysis of a relaxation process with Bayesian inference (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakata Itsushi, Nagano Yoshihiro, Igarashi Yasuhiko, Murata Shin, Mizoguchi Kohji, Akai Ichiro,Okada Masato
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 21 号: 1 ページ: 67-78
  • DOI: 10.1080/14686996.2020.1713703
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A nonlinear parametric model based on a power law relationship for predicting the coastal tsunami height (2019)
  • 著者名/発表者名: Masashi Yoshikawa, Yasuhiko Igarashi, Shin Murata, Toshitaka Baba, Takane Hori & Masato Okada
  • 雑誌名: Marine Geophysical Research 巻: 40 号: 4 ページ: 467-477
  • DOI: 10.1007/s11001-019-09388-4
  • NAID: 120007144461
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selection of Tsunami Observation Points Suitable for Database-Driven Prediction (2018)
  • 著者名/発表者名: Junichi Taniguchi, Kyohei Tagawa, Masashi Yoshikawa, Yasuhiko Igarashi, Tsuneo Ohsumi, Hiroyuki Fujiwara, Takane Hori, Masato Okada, and Toshitaka Baba
  • 雑誌名: Journal of Disaster Research 巻: 13 号: 2 ページ: 245-253
  • DOI: 10.20965/jdr.2018.p0245
  • NAID: 130007493322
  • ISSN: 1881-2473, 1883-8030
  • 年月日: 2018-03-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ES-DoS: Exhaustive search and density-of-states estimation as a general framework for sparse variable selection. (2018)
  • 著者名/発表者名: Igarashi, Y., Ichikawa, H., Nakanishi-Ohno, Y., Takenaka, H., Kawabata, D., Eifuku, S., Tamura, R., Nagata, K., & Okada, M.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series. 巻: 1036 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1036/1/012001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sparse Modeling of an Extended X-Ray Absorption Fine-Structure Spectrum Based on a Single-Scattering Formalism (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Akai, Kazunori Iwamitsu, Yasuhiko Igarashi, Masato Okada, Hiroyuki Setoyama, Toshihiro Okajima and Yasuharu Hirai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87(7) 号: 7 ページ: 1-7
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.074003
  • NAID: 210000134893
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Robust One-dimensional Phase Unwrapping using a Markov Random Field Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuhisa Nakashima, Yasuhiko Igarashi, Yasushi Naruse and Masato Okada
  • 雑誌名: Jouranl of Physics Society of Japan 巻: 87(8) 号: 8 ページ: 1-8
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.084801
  • NAID: 210000134929
  • 査読あり
• [雑誌論文] べき乗則をもとにした津波高予測のための非線形パラメトリックモデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川真史，五十嵐康彦，村田伸，馬場俊孝，堀高峰，岡田真人
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 117(293) ページ: 261-267
• [学会発表] L1 Regression Method to Analyze Microscopic Structure for Extended X-Ray absorption fine structures (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Kumazoe, Y. Igarashi, F. Iesari, K. Iwamitsu, T. Okajima, Y. Seno, M. Okada, I. Akai
  • 学会等名: 14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials, Kobe, Japan.
  • 国際学会
• [学会発表] EXAFSスペクトル解析における,ベイズ推論を用いた基底選択 (2019)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐康彦, 瀬戸山寛之, 岡島敏浩, 赤井一郎, 岡田真人
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，10pK36-10, 岐阜大学．
• [学会発表] Sparse Modeling analysis of EXAFS data using two-body formalism (2019)
  • 著者名/発表者名: イエザーリ・ファビオ，瀬戸山寛之，五十嵐康彦，岡田真人，熊添博之, 岩満一功，赤井一郎, 妹尾与志木, 岡島敏浩
  • 学会等名: 第22回XAFS討論会，京都大学．
• [学会発表] Bayesian basis selection and reliability inference for extended X-ray absorption fine structures (EXAFS) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Igarashi, Hiroyuki Setoyama, Toshihiro Okajima, Ichiro Akai, Masato Okada
  • 学会等名: 14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials (NCM14), Nichii, PortIsland, Kobe.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 海底水圧データを用いた津波高予測手法の比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柏原健之朗, 吉川真史，五十嵐康彦，馬場俊孝，堀高峰，岡田真人
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会(第32回)
• [学会発表] A nonlinear parametric model based on power law for tsunami height prediction at Owase in the Kii Peninsula, Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Igarashi
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society(AOGS)
  • 国際学会
• [学会発表] 海底水圧データと沿岸津波高の相関を利用した津波高予測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柏原健之朗, 吉川真史，五十嵐康彦，馬場俊孝，堀高峰，岡田真人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Regression of coastal tsunami height from tsunami height of offshore observation points with L1 regularization (2017)
  • 著者名/発表者名: Junichi Taniguchi
  • 学会等名: International Tsunami Symposium(ITS) 2017
  • 国際学会
• [学会発表] べき乗則をもとにした津波高予測のための非線形パラメトリックモデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川真史
  • 学会等名: 第20回情報論的学習理論ワークショップ(IBIS2017)
• [学会発表] 共通ノイズを持つ系のスパイク3 次相関の相互情報量解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐康彦
  • 学会等名: 第27回日本神経回路学会全国大会(JNNS2017)
• [学会発表] べき乗則をもとにした津波高予測のための非線形パラメトリックモデル (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川真史
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] L1正則化項付き線形回帰による津波予測に適した観測点配置の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷口純一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会