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非線形変数変換を用いた積分型固有値解法による固有値解析技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H03250
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分60100:計算科学関連
研究機関筑波大学

研究代表者

櫻井 鉄也  筑波大学, システム情報系, 教授 (60187086)

研究分担者 二村 保徳  筑波大学, システム情報系, 助教 (30736210)
今倉 暁  筑波大学, システム情報系, 准教授 (60610045)
保國 惠一  筑波大学, システム情報系, 助教 (90765934)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2018年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
キーワード固有値解析 / 積分型固有値解法 / 非線形変換 / 非線形変数変換
研究成果の概要

本研究課題では、積分型並列固有値解法の非線形変数変換による高性能化手法の開発を行った。積分型固有値解法は、従来の逐次型の固有値解法と比較して高い並列性を持ち、また、非線形固有値問題に対しても線形固有値問題と同様のアルゴリズムで求解できる特徴を持つ。一方で、その性能は対象領域近傍の固有値分布の影響を受ける。本研究課題では、非線形変数変換を用いて線形固有値問題を非線形化し、得られた非線形固有値問題を非線形版の積分型固有値解法を用いて求解する手法を提案した。提案手法の性能の理論解析を行うとともに、いくつかの実アプリケーションに対して開発手法を適用し提案方法の有効性を確認した

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題において、線形固有値問題を非線形固有値問題に帰着させて解くこれまでにない新規の方法論を提案し、その手法の構築と評価を行ったことが学術的な意義である。大規模な固有値解析は、素粒子や原子核などの基礎物理分野、ナノマテリアルやフォトニック結晶の応用物理分野、自動車・建築物の設計、新素材・デバイスの開発、流体・振動解析、創薬、ネットワーク・データ解析など、幅広いシミュレーションでの応用がある。本課題で開発・拡張を進めた超並列な固有値解法が活用されることで、幅広い分野の科学技術シミュレーション・データ解析応用の発展に寄与する。

報告書

(4件)
  • 2021 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
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (19件) (うち国際共著 5件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 13件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Nanchang University/Shanghai Maritime University(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Wuppertal(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Flexible subspace iteration with moments for an effective contour integration‐based eigensolver2022

    • 著者名/発表者名
      Huber Sarah、Futamura Yasunori、Galgon Martin、Imakura Akira、Lang Bruno、Sakurai Tetsuya
    • 雑誌名

      Numerical Linear Algebra with Applications

      巻: online first 号: 6 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1002/nla.2447

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural analysis based on unsupervised learning: Search for a characteristic low-dimensional space by local structures in atomistic simulations2022

    • 著者名/発表者名
      Tamura Ryo、Matsuda Momo、Lin Jianbo、Futamura Yasunori、Sakurai Tetsuya、Miyazaki Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 7 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.075107

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral Graph Partitioning Using Geodesic Distance-based Projection2021

    • 著者名/発表者名
      Futamura Yasunori、Wakaki Ryota、Sakurai Tetsuya
    • 雑誌名

      2021 IEEE High Performance Extreme Computing Conference (HPEC)

      巻: proceedings ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/hpec49654.2021.9622831

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient Contour Integral-based Eigenvalue Computation Using an Iterative Linear Solver with Shift-Invert Preconditioning2021

    • 著者名/発表者名
      Futamura Yasunori、Sakurai Tetsuya
    • 雑誌名

      HPC Asia 2021: The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region

      巻: 該当なし ページ: 90-99

    • DOI

      10.1145/3432261.3432269

    • 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] Efficient Implementation of a Dimensionality Reduction Method Using a Complex Moment-Based Subspace2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yano, Yasunori Futamura, Akira Imakura, Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      In: Proceedings of HPC Asia 2021: The International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region

      巻: 1 ページ: 83-89

    • DOI

      10.1145/3432261.3432267

    • 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] The tropical scaling for the polynomial eigenvalue problem solved by a contour integral method2021

    • 著者名/発表者名
      Chen Hongjia、Zhang Ke、Sakurai Tetsuya
    • 雑誌名

      Numerical Linear Algebra with Applications

      巻: 29 号: 2

    • DOI

      10.1002/nla.2413

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Ensemble feature learning to identify risk factors for predicting secondary cancer.2019

    • 著者名/発表者名
      X. Ye, H. Li, T. Sakurai and P.W. Shueng.
    • 雑誌名

      International Journal of Medical Sciences

      巻: 16(7) 号: 7 ページ: 949-949

    • DOI

      10.7150/ijms.33820

    • NAID

      120007133176

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Backward error analysis for linearizations in heavily damped quadratic eigenvalue problem.2019

    • 著者名/発表者名
      H. Chen, J. Meng, T. Sakurai and X. Wang
    • 雑誌名

      Numerical Linear Algebra with Applications

      巻: 26 号: 4

    • DOI

      10.1002/nla.2253

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simultaneous Band Reduction of Two Symmetric Matrices2019

    • 著者名/発表者名
      Lei Du, Akira Imakura, Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      Computers and Mathematics with Applications

      巻: 77 号: 8 ページ: 2207-2220

    • DOI

      10.1016/j.camwa.2018.12.003

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] 複数右辺ベクトルを持つシフト線形方程式に対する多項式前処理の有効性の検証2019

    • 著者名/発表者名
      関川 悠太, 二村 保徳, 今倉 暁, 櫻井 鉄也
    • 雑誌名

      日本応用数理学会論文誌

      巻: 29 号: 1 ページ: 141-164

    • DOI

      10.11540/jsiamt.29.1_141

    • NAID

      130007618976

    • ISSN
      2424-0982
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scalable Eigen-analysis engine for large-scale eigenvalue problems.2019

    • 著者名/発表者名
      T. Sakurai, Y. Futamura, A. Imakura, T. Imamura
    • 雑誌名

      Advanced Software Technologies for Post-Peta Scale Computing

      巻: 24 号: 6 ページ: 37-57

    • DOI

      10.3233/ida-194942

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distributed Collaborative Feature Selection Based on Intermediate Representation.2019

    • 著者名/発表者名
      X. Ye, H. Li, A. Imakura and T. Sakurai
    • 雑誌名

      Proceedings of the 28th International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI-19),Macao

      巻: 28 ページ: 4142-4149

    • DOI

      10.24963/ijcai.2019/575

    • 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] Complex Moment-Based Supervised Eigenmap for Dimensionality Reduction2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Imakura, Momo Matsuda, Xiucai Ye, Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence

      巻: 33 号: 01 ページ: 3910-3918

    • DOI

      10.1609/aaai.v33i01.33013910

    • 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] Scalable Eigen-analysis engine for large-scale eigenvalue problems2019

    • 著者名/発表者名
      T. Sakurai, Y. Futamura, A. Imakura, T. Imamura
    • 雑誌名

      Advanced Software Technologies for Post-Peta Scale Computing

      巻: 1巻 ページ: 37-57

    • DOI

      10.1007/978-981-13-1924-2_3

    • ISBN
      9789811319235, 9789811319242
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral feature scaling method for supervised dimensionality reduction2018

    • 著者名/発表者名
      Matsuda, Momo, Morikuni, Keiichi, Sakurai, Tetsuya
    • 雑誌名

      Twenty-Seventh International Joint Conference on Artificial Intelligence

      巻: 1巻 ページ: 2560-2566

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高次元データのスペクトラルクラス分類における特徴量スケーリング2018

    • 著者名/発表者名
      松田萌望、保國惠一、今倉暁、櫻井鉄也
    • 雑誌名

      信学技報, IBISML2018-2

      巻: 118巻 no81 ページ: 9-14

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Block SS--CAA: A complex moment-based parallel nonlinear eigensolver using the block communication-avoiding Arnoldi procedure2018

    • 著者名/発表者名
      Akira Imakura, Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      Parallel Computing

      巻: 74 ページ: 34-48

    • DOI

      10.1016/j.parco.2017.11.007

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An improvement of the nonlinear semi-NMF based method by considering bias vectors and regularization for deep neural networks2018

    • 著者名/発表者名
      R. Arai, A. Imakura, T. Sakurai
    • 雑誌名

      International J. Machine Learning and Comput

      巻: 8巻 号: 3 ページ: 191-197

    • DOI

      10.18178/ijmlc.2018.8.3.686

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance evaluation of the Sakurai-Sugiura method with a block Krylov subspace linear solver for large dense Hermitian-definite generalized eigenvalue problems2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yano, Yasunori Futamura, Akira Imakura, Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      JSIAM Letters

      巻: 10 号: 0 ページ: 77-80

    • DOI

      10.14495/jsiaml.10.77

    • NAID

      130007550465

    • ISSN
      1883-0609, 1883-0617
    • 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
  • [学会発表] On the Residual Gap of Block Lanczos-Type Methods and Its Remedy by Cross-Interactive Residual Smoothing2021

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Aihara, Akira Imakura, Keiichi Morikuni
    • 学会等名
      SIAM Conference on Applied Linear Algebra (SIAM-LA21)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Empirical Study of Non-Model Shared Data Collaboration Analysis Using Pseudo-data.2020

    • 著者名/発表者名
      Nakai, Akie; Takahashi, Yuta; Imakura, Akira; Okada, Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      サービス学会 第8回国内大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 組織内に分散された共有不能データのデータコラボレーション解析による活用実験.2020

    • 著者名/発表者名
      稲葉, 弘明; 今倉, 暁; 栗山大輔; 鎮目, 進一; 岡田幸彦; 櫻井鉄也
    • 学会等名
      サービス学会 第8回国内大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of an Eigen-Analysis Engine for Large-Scale Simulation and Big Data Analysis.2020

    • 著者名/発表者名
      Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing (PP20)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A complex moment-based dimensionality reduction for data analysis.2019

    • 著者名/発表者名
      Imakura, Akira; Matsuda, Momo; Ye, Xiucai; Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      2019 Mini-Workshop on Computational Science (MWCS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Distributed Collaborative Feature Selection Based on Intermediate Representation.2019

    • 著者名/発表者名
      Ye, Xiucai; Li, Hongmin; Akira, Imakura; Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      28th International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI-19)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear semi-NMF based method for deep neural network computations and its improvements.2019

    • 著者名/発表者名
      Imakura, Akira; Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel dimensionality reduction method using a complex momnet-based subspace.2019

    • 著者名/発表者名
      Imakura, Akira; Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A complex moment-based spectral method for detecting anomalous structures in large graphs.2019

    • 著者名/発表者名
      Sakurai, Tetsuya; Funamura, Yasunori; Ye, Xiucai; Imakura, Akira
    • 学会等名
      International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Data Collaboration for Distributed Data Analytic Infrastructure.2019

    • 著者名/発表者名
      Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      The 6th Japan-U.S. Digital Innovation Hub Workshop: Alliance for the Future of Digital Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 最小二乗確率的分類器を用いた多峰性のあるデータに対する特異点検出.2019

    • 著者名/発表者名
      与田裕之; 今倉暁; 松田萌望; 叶, 秀彩; 櫻井鉄也
    • 学会等名
      第48回数値解析シンポジウム(NAS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Data Collaboration for Robust Anomaly Detection in Cybersecurity.2019

    • 著者名/発表者名
      Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      International Symposium on "Digital Science Now"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ensemble Feature Learning to Identify Risk Factors for Predicting Secondary Cancer.2019

    • 著者名/発表者名
      Ye, Xiucai; Li, Hongmin; Sakurai, Tetsuya; Pei-Wei Shueng
    • 学会等名
      International Conference on Medical and Health Informatics (ICMHI2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral Clustering with Adaptive Similarity Measure in Kernel Space.2019

    • 著者名/発表者名
      Ye, Xiucai; Sakurai, Tetsuya
    • 学会等名
      International Conference on Soft Computing and Machine Learning (SCML2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Intel Xeon Phiを用いたSpectral nested dissectionの性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      稲川裕太, 二村保徳, 今倉暁, 櫻井鉄也
    • 学会等名
      SWoPP2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Efficient Parallel Implementation of Spectral Nested Dissection for Large-Scale Sparse Linear System2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Inagawa, Yasunori Futamura, Akira Imakura, Tetsuya Sakurai
    • 学会等名
      PMAA18
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improving numerical stability and analyzing backward error for heavily damped quadratic eigenvalue problem2018

    • 著者名/発表者名
      諶 鴻佳
    • 学会等名
      EASIAM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 反復線形ソルバを用いた大規模密一般化固有値問題向けSS-RR法の性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      矢野貴大、二村保徳、今倉暁、櫻井鉄也
    • 学会等名
      日本応用数理学会2018年度年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] スペクトラル特徴量スケーリングの多クラス分類問題への拡張2018

    • 著者名/発表者名
      松田萌望, 保國惠一, 今倉暁, 櫻井鉄也
    • 学会等名
      日本応用数理学会2018年度年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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