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ランダム力学系のための非線形時系列解析

研究課題

研究課題/領域番号 18K11461
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関筑波大学 (2019-2020)
東京大学 (2018)

研究代表者

平田 祥人  筑波大学, システム情報系, 准教授 (40512017)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 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)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード時系列解析 / 非線形性 / 確率論性 / 複雑系 / リカレンスプロット / 順列 / 組合せ論的複雑さ / パーミュテーション / 非線形時系列解析 / ランダム力学系 / 非線形 / 確率論的
研究成果の概要

本研究は、確率的な要素を考慮した時の非線形時系列解析論の基盤を整備するものであった。特に、「非線形で確率論的な対象から生成された時系列を、どう特徴づけすれば良いか?」という問いに答えることを目的とした。
まず、x(t)x(t+1)の2乗の時間平均をサロゲートデータ解析の検定統計量として用いることで、非線形性の検定を、決定論性-確率論性の軸から分離した。また、順列やリカレンスプロットなどのモチーフの大きさを大きくしていく時に、出現するモチーフの種類の数が、指数関数的には増加しないことを示すことで、確率論性を特徴づけできる。気象や為替市場などが、非線形で確率論的な対象である可能性を陽に示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

非線形で確率論的である対象が、時系列データを使って陽に同定できるようになった。例えば、線形性-非線形性・決定論性-確率論性などの動的な性質を同定し、それに合わせて時系列解析手法を選ぶことで、方向性結合の検定が、より正確にできる可能性が明らかになった。このことは、対象の性質をより正しく理解するのに役立つであろう。また、非線形で確率論的な対象を特徴づけするのに、順列やリカレンスプロットが、筋よく利用できることもわかった。このことは、非線形で確率論的な対象に対しても、ほぼ等価な記号力学を組み立て、対象をより簡易に記述したり、予測したりするのに役立つであろう。

報告書

(4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
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 9件、 招待講演 5件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] University of Paris-Saclay(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Universidad Miguel Hernandez/CRAG(スペイン)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Recurrence plots for characterizing random dynamical systems2021

    • 著者名/発表者名
      Hirata Yoshito
    • 雑誌名

      Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation

      巻: 94 ページ: 105552-105552

    • DOI

      10.1016/j.cnsns.2020.105552

    • NAID

      120007188772

    • 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] Permutations uniquely identify states and unknown external forces in non-autonomous dynamical systems2020

    • 著者名/発表者名
      Hirata Yoshito、Sato Yuzuru、Faranda Davide
    • 雑誌名

      Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science

      巻: 30 号: 10 ページ: 103103-103103

    • DOI

      10.1063/5.0009450

    • NAID

      120007182859

    • 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] Topological epidemic model: Theoretical insight into underlying networks2020

    • 著者名/発表者名
      Hirata Yoshito
    • 雑誌名

      Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science

      巻: 30 号: 10 ページ: 101103-101103

    • DOI

      10.1063/5.0023796

    • 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] A mobile ELF4 delivers circadian temperature information form shoots to roots2020

    • 著者名/発表者名
      Chen Wei Wei、Takahashi Nozomu、Hirata Yoshito、Ronald James、Porco Silvana、Davis Seth J.、Nusinow Dmitri A.、Kay Steve A.、Mas Paloma
    • 雑誌名

      Nature Plants

      巻: 6 号: 4 ページ: 416-426

    • DOI

      10.1038/s41477-020-0634-2

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detecting nonlinear stochastic systems using two independent hypothesis tests2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata Yoshito、Shiro Masanori
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 100 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreve.100.022203

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surrogate Data Preserving All the Properties of Ordinal Patterns up to a Certain Length2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata Yoshito、Shiro Masanori、Amigo Jose M.
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 21 号: 7 ページ: 713-713

    • DOI

      10.3390/e21070713

    • NAID

      120007133175

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Unified time series analysis for nonlinear deterministic/stochastic systems2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata
    • 学会等名
      DynamIC seminar, Imperial College London
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Identifying a nonlinear stochastic system based on a time series2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata
    • 学会等名
      Workshop on Critical Transitions in Complex Systems 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Combinatorics is the key for analyzing a nonlinear stochastic system2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata
    • 学会等名
      University of Western Australia, Complex Systems Seminar
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非線形で確率論的な対象のための時系列解析:検定・推定・ 時系列予測を中心に2020

    • 著者名/発表者名
      平田祥人
    • 学会等名
      令和2 年度NIFS 共同研究研究会「プラズマの 複雑現象を対象としたデータマイニングの活用」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Permutations and recurrence plots: two tools for analyzing time series generated from nonlinear stochastic systems2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata
    • 学会等名
      GMT Morning Workshop on Nonlinear Dynamics and Statistics
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Recurrence plots for analyzing non-stationary stochastic systems2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata and Takahito Mitsui
    • 学会等名
      2019 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Separating nonlinear stochasticity from linear stochasticity and nonlinear determinism2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata, Masanori Shiro, and Jose M. Amigo
    • 学会等名
      9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Permutations for analyzing random dynamical systems2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata
    • 学会等名
      Data Analysis and Machine Learning in Dynamical Systems
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 区間演算を用いた時系列データの数理モデル化2019

    • 著者名/発表者名
      平田祥人, 城真範, 中村知道
    • 学会等名
      計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Identifying nonlinear stochastic systems via a set of two hypothesis tests2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata and Masanori Shiro
    • 学会等名
      Workshop on Random Dynamical Systems and Anomalous Dynamics, London, UK, 20-22 March 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Distinguishing nonlinear stochasticity from linear stochasticity and nonlinear determinism2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Hirata and Masanori Shiro
    • 学会等名
      The 50th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications, Kyoto, Japan, 1-2 November 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] GMT Morning Workshop on Nonlinear Dynamics and Statistics2020

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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