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時空間データのスパースモデリングと実データへの応用による現象理解

研究課題

研究課題/領域番号 19K11861
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60030:統計科学関連
研究機関長崎大学

研究代表者

西井 龍映  長崎大学, 情報データ科学部, 教授 (40127684)

研究分担者 田中 章司郎  広島経済大学, メディアビジネス学部, 教授 (00197427)
持田 恵一  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (90387960)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード時空間データ解析 / スパースモデリング / ネットワーク推定 / 深層学習 / 非対称損失 / 精密農業 / カラーマッチング / 分子ネットワーク / 時空間モデリング / カーネル推定 / コンピュータービジョン / 植物表現型分析 / 時空間回帰分析 / スパース回帰分析 / パターン認識 / ADMM / 疎推定 / SVR / 時空間回帰モデル / 遺伝子間ネットワーク
研究開始時の研究の概要

環境・社会から得られる時間的および空間的に依存するビッグデータを数理的に記述するとき、なるべく簡単なモデル(疎なモデル)で記述したい。ここでは疎なモデルを逐次的に推定する手法を研究し、それを時空間データに適応して知を発見する。研究期間中、次の課題を中心に研究する。[a] 新たな疎推定の手法を提案する。[b] 植物の成長に関わるゲノム要因や環境要因を抽出する。[c] 空間的な経済時系列から、空間依存性や経済成長にかかわる因子を抽出する。

研究成果の概要

本研究の目的は時空間実データに対して統計モデルを開発・評価し,当該現象の特徴を把握することである.3年間の研究期間では種々の実データについての統計モデリングを行った.以下は論文として発表した主な研究成果である.
1) 色認識空間における楕円の推定論文, 2) 植物表現型推定におけるコンピュータビジョンのレビュー論文,3) スパース回帰分析と回帰分析(単行本),4) 時空間データの回帰分析における効率的変数選択法,5) 高解像度のハイパースペクトル画像にもとづく教師なし土地利用被覆推定,6) 植物の表現型に関する遺伝子や環境要因の特定,7) 太陽風が地震の引き金の一つであることの実証分析.

研究成果の学術的意義や社会的意義

太陽風が地震に影響しているという仮説を,地震頻度や太陽風に関する9次元の物理計測値から検証し,マグニチュード6より小さい地震頻度に影響することを示した.このように異質なビッグデータを考察することで,新しい知見が得られることの好例である.またオオムギの収穫量等の表現形を,遺伝子タイプや生育方法のうち重要な変数を選んでモデル化することにより,穀物の増産や炭素固定に貢献できる.さらに電力売買において,明日の電力使用が不足せず,かつコストの意味で効率な予測方法を研究した.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 8件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] ガジャマダ大学(インドネシア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of London(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Trento(イタリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Trento(イタリア)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Gadjah Mada University(インドネシア)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Investigation of Relation between Solar Activity and Earthquakes with Deep Learning Method2021

    • 著者名/発表者名
      Leilei Li, Hong Gu, Ryosuke Kikuyama, Ryuei Nishii, Pan Qin
    • 雑誌名

      International Journal of Geosciences

      巻: 12 号: 08 ページ: 704-713

    • DOI

      10.4236/ijg.2021.128040

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Phosphate or nitrate imbalance induces stronger molecular responses than combined nutrient deprivation in roots and leaves of chickpea plants2021

    • 著者名/発表者名
      M. N. Esfahani, K. Inoue, K. H. Nguyen, H. D. Chu, Y. Watanabe, A. Kanatani, D.J. Burritt, K. Mochida, L.-S. P. Tran
    • 雑誌名

      Plant Cell Environ

      巻: 44 号: 2 ページ: 574-597

    • DOI

      10.1111/pce.13935

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Diverse Biosynthetic Pathways and Protective Functions against Environmental Stress of Antioxidants in Microalgae2021

    • 著者名/発表者名
      Shun Tamaki, Keiichi Mochida, Kengo Suzuki
    • 雑誌名

      Plants

      巻: 19 号: 6 ページ: 1-17

    • DOI

      10.3390/plants10061250

    • 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] Diversified amino acid-mediated allosteric regulation of phosphoglycerate dehydrogenase for serine biosynthesis in land plants2021

    • 著者名/発表者名
      E. Okamura, K. Ohtaka, R. Nishihama, K. Uchida, A. Kuwahara, K. Mochida. M. Yokota Hirai
    • 雑誌名

      Biochemical Journal

      巻: 478 号: 12 ページ: 2217-2232

    • DOI

      10.1042/bcj20210191

    • 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] Cellular and transcriptomic analyses reveal two-staged chloroplast biogenesis underpinning photosynthesis build-up in the wheat leaf2021

    • 著者名/発表者名
      N. Loudya, P. Mishra, K. Takahagi, Y. Uehara-Yamaguchi, K. Inoue, L. Bogre, K. Mochida, E. Lopez-Juez
    • 雑誌名

      Genome Biology

      巻: 22 号: 1 ページ: 1-30

    • DOI

      10.1186/s13059-021-02366-3

    • NAID

      120007053369

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Unsupervised spectral-spatial feature extraction with generalized autoencoder for hyperspectral imagery2020

    • 著者名/発表者名
      S. Koda, F. Melgani and R. Nishii
    • 雑誌名

      IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters

      巻: 17 号: 3 ページ: 469-473

    • DOI

      10.1109/lgrs.2019.2921225

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Minimizing the expected value of the asymmetric loss function and an inequality for the variance of the loss2020

    • 著者名/発表者名
      N. Yamaguchi, Y. Yamaguchi and R. Nishii
    • 雑誌名

      Journal of Applied Statistics

      巻: - 号: 13-15 ページ: 2348-2368

    • DOI

      10.1080/02664763.2020.1761951

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Decoding plant-environment interactions that influence crop agronomic traits2020

    • 著者名/発表者名
      K. Mochida, R. Nishii and T. Hirayama
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 61 号: 8 ページ: 1408-1418

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa064

    • NAID

      120006953494

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploration of Life-Course Factors Influencing Phenotypic Outcomes in Crops.2020

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Mochida, Alexander E Lipka, Takashi Hirayama
    • 雑誌名

      Plant & Cell Physiology

      巻: 61 号: 8 ページ: 1381-1383

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa087

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Genetic Engineering Strategies for Euglena gracilis and Its Industrial Contribution to Sustainable Development Goals: A Review.2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Harada, Toshihisa Nomura, Koji Yamada, Keiichi Mochida, Kengo Suzuki
    • 雑誌名

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      巻: 8 ページ: 790-790

    • DOI

      10.3389/fbioe.2020.00790

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Life-course monitoring of endogenous phytohormone levels under field conditions reveals diversity of physiological states among barley accessions2020

    • 著者名/発表者名
      Hirayama T, Saisho D, Matsuura T, Okada S, Takahagi K, Kanatani A, Ito J, Tsuji H, Ikeda Y, Mochida K
    • 雑誌名

      Plant Cell Physiologists

      巻: pcaa046 号: 8 ページ: 1-32

    • DOI

      10.1093/pcp/pcaa046

    • NAID

      120007019116

    • 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
  • [雑誌論文] Highly efficient transgene-free targeted mutagenesis and single-stranded oligodeoxynucleotide-mediated precise knock-in in the industrial microalga Euglena gracilis using Cas9 ribonucleoproteins2019

    • 著者名/発表者名
      Nomura T, Inoue K, Uehara-Yamaguchi Y, Yamada K, Iwata O, Suzuki K, Mochida K
    • 雑誌名

      Plant Biotechnolgy Journal

      巻: 11 号: 11 ページ: 2032-2034

    • DOI

      10.1111/pbi.13174

    • 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
  • [雑誌論文] Plastic transport systems of rice for mineral elements in response to diverse soil environmental changes2019

    • 著者名/発表者名
      Wang P, Yamaji N, Inoue K, Mochida K, Ma JF.
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 11 号: 1 ページ: 156-169

    • DOI

      10.1111/nph.16335

    • 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] Computer vision-based phenotyping for improvement of plant productivity: a machine learning perspective2018

    • 著者名/発表者名
      Mochida Keiichi、Koda Satoru、Inoue Komaki、Hirayama Takashi、Tanaka Shojiro、Nishii Ryuei、Melgani Farid
    • 雑誌名

      GigaScience

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1093/gigascience/giy153

    • 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
  • [雑誌論文] Strong model dependence in statistical analysis: goodness of fit is not enough for model choice2018

    • 著者名/発表者名
      Copas, J. & Eguchi, S.
    • 雑誌名

      Ann Inst Stat Math

      巻: 印刷中 号: 01 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1142/s2661335219500023

    • 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] Diversity of developmental trajectories in barley illustrated through deep phenotyping ディープフェノタイピングによるオオムギの成長トラジェクトリの多様性の解明2022

    • 著者名/発表者名
      持田恵一、金俊植、高萩航太郎、金谷麻加、井上小槙、上原由紀子、清水みなみ、最相大輔、井藤純、服部公央亮、岡田聡史、池田陽子、梅崎太造、辻寛之、平山隆志
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Attesting Interlinkages between Income Inequality and the Covariates by Variable Selection for Sustainable Regional Development: A Case Study of Palm Oil Industry in Sumatra Island, Indonesia2022

    • 著者名/発表者名
      Gigih Fitrianto, Ryuei Nishii, Shojiro Tanaka
    • 学会等名
      Hiroshima International Conference on Peace and Sustainability
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Solar activity is one of triggers of earthquakes with magnitudes less than 62020

    • 著者名/発表者名
      R. Nishii, P. Qin and R. Kikuyama
    • 学会等名
      Proc. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two stage estimation procedure of non-linear regression functions for spatially-dependent data2020

    • 著者名/発表者名
      R. Nishii and S. Tanaka
    • 学会等名
      Proc. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 野外生育環境におけるオオムギ成長過程の多様性2020

    • 著者名/発表者名
      持田 恵一、高萩 航太郎、上原 由紀子、井上 小槙、金谷 麻加、清水 みなみ、最相 大輔、平山 隆志
    • 学会等名
      第61回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Two stage estimation procedure for spatial regression models and model selection2019

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka, R. Nishii and G. Fitrianto
    • 学会等名
      IGARSS 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of regional economic growth against crisis2019

    • 著者名/発表者名
      G. Fitrianto, S. Tanaka and R. Nishii
    • 学会等名
      ISI World Statistics Congress
    • 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] オオムギのライフコース研究2019

    • 著者名/発表者名
      持田 恵一
    • 学会等名
      第136回日本育種学会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 正定値行列の一般化平均 - 色認知空間上の楕円予測-2019

    • 著者名/発表者名
      江口 真透, 中本 尊元, 西井 龍映
    • 学会等名
      統計関連学会連合大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] スパース回帰分析とパターン認識2020

    • 著者名/発表者名
      梅津 佑太, 西井 龍映, 上田 勇祐
    • 総ページ数
      208
    • 出版者
      講談社
    • ISBN
      9784065186206
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [備考] 理化学研究所 環境資源科学研究センター バイオ生産情報研究チーム

    • URL

      https://www.csrs.riken.jp/jp/labs/birt/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 長崎大学 情報データ科学部 教員紹介

    • URL

      https://www.idsci.nagasaki-u.ac.jp/staff/staff1.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 理化学研究所 環境資源研究センター バイオ生産情報研究チーム

    • URL

      http://www.csrs.riken.jp/jp/labs/birt/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 田中章司郎のウェブページ

    • URL

      http://www.shojiro-tanaka.net/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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