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数値計算とコンピュータグラフィックスを援用した離散幾何解析の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K03488
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11020:幾何学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

内藤 久資  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 教授 (40211411)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワード離散幾何解析 / 離散曲面 / 深層ニューラルネットワーク / グラフ理論 / 幾何学的グラフ理論 / グラフの固有値
研究開始時の研究の概要

本研究では, 数値計算およびコンピュータグラフィックスを利用して, 離散幾何解析の研究を行う. 特に, 離散幾何解析の中でも, 三分岐離散曲面の解析に重点をおく.
本研究では, 三分岐離散曲面の「細分」を適切に定義し, その収束理論を展開する. 応募者がこれまで に行ってきた研究では, 三分岐離散曲面に対する曲率の定義を行い, Mackay 型結晶(Schwarz P 曲面 の「離散化」と考えられる三分岐曲面)の細分を考察した. そこで, より一般の三分岐離散曲面を対象 として, 収束理論を展開して, そこであらわれる特異点と材料科学的な性質との関連を明らかにしたい.

研究実績の概要

1.3分岐離散調和曲面に対する局所的なワイエルシュトラス表現公式を構成した.さらに,それを用いて,3分岐離散調和曲面の細分列に対する収束定理を証明した. その具体例として,3分岐エネパー形調和曲面を構成し,その細分列は,古典的な極小曲面であるエネパー曲面に収束することを示した.
2.3次元ユークリッド空間内に配置された entangled graph および weaving の絡み合いを定義し,それらの間に反発項を含むエネルギーを定義することで,絡み合い成分ごとに,時間に対して 1/3 乗の速度で分離することを示した.
3.教師なし機械学習(ニューラルネットワーク)を用いて,複数粒子に関する1次元シュレディンガー方程式の基底状態およびいくつかの励起状態を計算した. 特に,複数のフェルミオンに対する状態を,ボソンに対する状態と同じ手法で計算した.
4.平面内の多角形および空間内の多面体を,簡単な教師データを用いたニューラルネットワークで生成できることを示した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

3分岐離散調和曲面に対するワイエルシュトラス表現公式を,局所的であっても構成することができ,それによって3分岐離散調和曲面の細分列に対する収束定理を示すことができた.

今後の研究の推進方策

我々が構成した3分岐離散調和曲面に対するワイエルシュトラス公式は局所的なものであり,例えば,この公式を用いて離散カテノイドを構成することはできない. このようなモノドロミーをもつ曲面にも適用可能なワイエルシュトラス形公式の構成を考える.
また,3次元空間に配置された3次元的グラフの絡み合いの反発力をもつエネルギーに関する安定構造を求める.

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 8件、 招待講演 12件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Northeast Normal University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Neural Polytopes2024

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto, Tomoya Naito, and Hisashi Naito
    • 雑誌名

      1st Workshop on the Synergy of Scientific and Machine Learning Modeling at ICML2023

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-body wave function of ground and low-lying excited states using unornamented deep neural networks2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Naito, Hisashi Naito, and Koji Hashimoto
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Research

      巻: 9 号: 3 ページ: 033189-033189

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.033189

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A simple method for multi-body wave function of ground and low-lying excited states using deep neural network2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Naito, Hisashi Naito, and Koji Hashimoto
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Construction of continuum from a discrete surface by its iterated subdivisions2022

    • 著者名/発表者名
      Motoko Kotani, Hisashi Naito, and Chen Tao
    • 雑誌名

      Tohoku Mathematical Journal

      巻: 74 号: 2 ページ: 229-252

    • DOI

      10.2748/tmj.20201225

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of continuum from a discrete surface by its iterated subdivisions2022

    • 著者名/発表者名
      Motoko Kotani, Hisashi Naito, and Chen Tao
    • 雑誌名

      Tohoku Math. J.

      巻: 74

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Construction of continuum from a discrete surface by its iterated subdivisions2021

    • 著者名/発表者名
      Motoko Kotani, Hisashi Naito, Chen Tao
    • 雑誌名

      Tohoku Mathematical Journal (掲載決定済)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A nitrogen-doped nanotube molecule with atom vacancy defects2020

    • 著者名/発表者名
      K. Ikemoto, S. Yang, H. Naito, M. Kotani, S. Sato, H. Sato
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11, 1807 号: 1 ページ: 1807-1807

    • DOI

      10.1038/s41467-020-15662-6

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A short lecture on topological crystallography and a discrete surface theory2020

    • 著者名/発表者名
      Hisashi NAITO
    • 雑誌名

      Anam Lecture Notes in Mathematics

      巻: 2 ページ: 83-147

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Eigenvalues of the Laplacian on the Goldberg-Coxeter constructions for 3- and 4-valent graphs2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Omori, Hisashi Naito, and Tatsuya Tate
    • 雑誌名

      Electron. J. Combin.

      巻: 26

    • 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
  • [学会発表] 離散幾何解析と材料科学2024

    • 著者名/発表者名
      内藤久資
    • 学会等名
      ワークショップ「離散幾何学~理論から物質を探求する~」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 変分問題とかニューラルネットワークとか多面体とか2023

    • 著者名/発表者名
      内藤久資
    • 学会等名
      研究集会「多様体上の微分方程式
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 双対グラフを用いた配位多面体に基づく結晶構造生成2023

    • 著者名/発表者名
      横山智康, 市川和秀, 内藤久資
    • 学会等名
      2023年日本結晶学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Construction of weaving structures by standard realizations with repulsive interactions2023

    • 著者名/発表者名
      Eriko Shinkawa, Motoko Kotani, and Hisashi Naito
    • 学会等名
      Geometric Shape Generation II: Design, ICIAM 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Trivalent discrete surfaces and carbon structures2023

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Naito
    • 学会等名
      The 3rd Conference on Surfaces, Analysis, and Numerics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 離散幾何解析とその物性科学への応用2022

    • 著者名/発表者名
      内藤久資
    • 学会等名
      ワークショップ「物性と離散幾何学」
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Topological Crystallography2021

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Naito
    • 学会等名
      MoSI Meeting at Nagoya University
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Carbon structures and Geometry of Trivalent Discrete Surfaces2021

    • 著者名/発表者名
      Hisashi NAITO
    • 学会等名
      International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 3分岐離散曲面と炭素構造2021

    • 著者名/発表者名
      内藤久資
    • 学会等名
      日本数学会2021年度年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 周期孔を有する窒素ドープ型ナノチューブ分子2021

    • 著者名/発表者名
      梁承民,池本晃喜,内藤久資,小谷元子,佐藤宗太,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Carbon structures and a discrete surface theory2021

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Naito
    • 学会等名
      Mathematical Sciences of Visualization and Deeping of Symmetry and Moduli, Osaka City University
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 周期孔を有する窒素ドープ型ナノチューブ分子2020

    • 著者名/発表者名
      梁承民,池本晃喜,内藤久資,小谷元子,佐藤宗太,磯部寛之
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業 第10回CSJ化学フェスタ2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Eigenvalues of the Laplacian on the Goldberg-Coxeter constructions for 3- and 4-valente graphs2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki Omori, Hisashi Naito, and Tatsuya Tate
    • 学会等名
      Mathematical Materials Sciences, MRM 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Carbon structures and a discrete surface theory2019

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Naito, Toshiaki OmoriI, Chen Tao and Motoko Kotani
    • 学会等名
      Mathematical Materials Sciences, MRM 2019
    • 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] 離散幾何解析 -- 離散曲面論と材料科学への応用 --2019

    • 著者名/発表者名
      内藤久資
    • 学会等名
      大阪市立大学
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 結晶格子の標準実現とその物質科学への応用2019

    • 著者名/発表者名
      内藤久資
    • 学会等名
      結晶の界面,転位,構造の先進数理解析 (九州大学 IMI 研究集会)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Crystal Structure and a Discrete Surface Theory2019

    • 著者名/発表者名
      Hisashi NAITO
    • 学会等名
      International symposium of Polymers and networks via topology and entanglement
    • 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] 三分岐離散曲面の曲率と細分2019

    • 著者名/発表者名
      内藤久資
    • 学会等名
      新学術領域「次世代物質探索のための離散幾何学」研究成果発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Crystal Structure and a Discrete Surface Theory2019

    • 著者名/発表者名
      Hisashi NAITO
    • 学会等名
      Geometric shape generation: integrability, variational analysis and applications ICIAM 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] Trivalent Discrete Surfaces and Carbon Structures2023

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Naito
    • 総ページ数
      110
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789819957699
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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