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多様な時系列データに潜む振動現象の統計解析

研究課題

研究課題/領域番号 19K20220
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分60030:統計科学関連
研究機関東京大学 (2019, 2022-2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2020-2021)

研究代表者

松田 孟留  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (50808475)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023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: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019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 / 状態空間モデル / 振動子 / fNIRS / 常微分方程式 / アジョイント法
研究開始時の研究の概要

振動現象は自然界に遍在しており、その理解は分野を越えて重要である。本研究では、多様な時系列データに潜む振動現象の理解・予測・制御を行うための統計手法を開発する。本研究で開発する手法によって、データ駆動的に振動現象の定量的理解が得られ、さらに不確実性を考慮した予測・制御を行うことが可能となる。

研究成果の概要

状態空間モデルを用いて時系列データに潜む振動成分をデータ駆動的に抽出する振動子分解について、さまざまな実データへの応用およびモデル・アルゴリズムの改良を行った。乳児fNIRSデータへの応用では、脳活動に由来する振動子、脈波に対応する振動子、ミラーリングノイズに対応する振動子の3種類の振動子への分解が得られた。地震波データへの応用では、火山性長周期微動イベントに対応する約11秒周期の振動子が検出された。また、振動子分解プログラムのMATLABからpythonへの移植も行い、githubでコードを公開した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

振動現象は自然界に遍在しており、その理解は分野を越えて重要である。本研究では、時系列データに潜む振動現象の理解・予測・制御を行うための統計手法を開発し、多様なデータに応用した。本手法によって、データ駆動的に振動現象の定量的理解が得られ、さらに不確実性を考慮した予測・制御を行うことが可能となる。

報告書

(6件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 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

    (61件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 6件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 14件、 招待講演 19件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ヘルシンキ大学(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Rutgers University/Harvard University(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University College London(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Rutgers University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University College London(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Adapting to general quadratic loss via singular value shrinkage2024

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Takeru
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: - 号: 5 ページ: 3640-3657

    • DOI

      10.1109/tit.2023.3344649

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Inadmissibility of the corrected Akaike information criterion2024

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Takeru
    • 雑誌名

      Bernoulli

      巻: 30 号: 2

    • DOI

      10.3150/23-bej1638

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modelling the discretization error of initial value problems using the Wishart distribution2024

    • 著者名/発表者名
      Marumo Naoki、Matsuda Takeru、Miyatake Yuto
    • 雑誌名

      Applied Mathematics Letters

      巻: 147 ページ: 108833-108833

    • DOI

      10.1016/j.aml.2023.108833

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Matrix quadratic risk of orthogonally invariant estimators for a normal mean matrix2023

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Takeru
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Statistics and Data Science

      巻: - 号: 1 ページ: 313-328

    • DOI

      10.1007/s42081-023-00216-z

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Information geometry of operator scaling2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Takeru、Soma Tasuku
    • 雑誌名

      Linear Algebra and its Applications

      巻: 649 ページ: 240-267

    • DOI

      10.1016/j.laa.2022.04.022

    • 関連する報告書
      2022 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] Advanced paternal age diversifies individual trajectories of vocalization patterns in neonatal mice2022

    • 著者名/発表者名
      Mai Lingling、Inada Hitoshi、Kimura Ryuichi、Kanno Kouta、Matsuda Takeru、Tachibana Ryosuke O.、Tucci Valter、Komaki Fumiyasu、Hiroi Noboru、Osumi Noriko
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 号: 8 ページ: 104834-104834

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.104834

    • 関連する報告書
      2022 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] Oscillator decomposition of infant fNIRS data2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuda, T., Homae, F., Watanabe, H., Taga, G., & Komaki, F.
    • 雑誌名

      PLoS computational biology

      巻: - 号: 3 ページ: 1-31

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1009985

    • 関連する報告書
      2021 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] 縮小推定と優調和性2021

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 雑誌名

      応用数理

      巻: 31 号: 4 ページ: 7-14

    • DOI

      10.11540/bjsiam.31.4_7

    • NAID

      40022784438

    • ISSN
      2432-1982
    • 年月日
      2021-12-22
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Adjoint-based exact Hessian computation2021

    • 著者名/発表者名
      S. Ito, T. Matsuda, and Y. Miyatake
    • 雑誌名

      BIT Numerical Mathematics

      巻: - 号: 2 ページ: 503-522

    • DOI

      10.1007/s10543-020-00833-0

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Information criteria for non-normalized models.2021

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, M. Uehara and A. Hyvarinen.
    • 雑誌名

      Journal of Machine Learning Research

      巻: 22(158) ページ: 1-33

    • 関連する報告書
      2021 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] Wasserstein statistics in one-dimensional location scale models2021

    • 著者名/発表者名
      Amari Shun-ichi、Matsuda Takeru
    • 雑誌名

      Annals of the Institute of Statistical Mathematics

      巻: 74 号: 1 ページ: 33

    • DOI

      10.1007/s10463-021-00788-1

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of ordinary differential equation models with discretization error quantification2021

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda and Y. Miyatake
    • 雑誌名

      SIAM/ASA Journal on Uncertainty Quantification

      巻: 9 号: 1 ページ: 302-331

    • DOI

      10.1137/19m1278405

    • 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] Generalization of partitioned Runge--Kutta methods for adjoint systems2021

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda and Y. Miyatake
    • 雑誌名

      Journal of Computational and Applied Mathematics

      巻: 388 ページ: 113308-113308

    • DOI

      10.1016/j.cam.2020.113308

    • 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] T. Matsuda and W. E. Strawderman2021

    • 著者名/発表者名
      Predictive density estimation under the Wasserstein loss
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Planning and Inference

      巻: 210 ページ: 53-63

    • DOI

      10.1016/j.jspi.2020.05.005

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] 競技かるたの決まり字に関する統計的解析2020

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 雑誌名

      応用統計学

      巻: 49 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.5023/jappstat.49.1

    • NAID

      130007891751

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Game-theoretic derivation of upper hedging prices of multivariate contingent claims and submodularity2020

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda and A. Takemura
    • 雑誌名

      Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics

      巻: 37 号: 1 ページ: 213-248

    • DOI

      10.1007/s13160-019-00394-y

    • NAID

      210000175776

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Harmonic Bayesian Prediction Under α -Divergence2019

    • 著者名/発表者名
      Yuzo Maruyama, Takeru Matsuda, Toshio Ohnishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: 65 号: 9 ページ: 5352-5366

    • DOI

      10.1109/tit.2019.2915245

    • NAID

      120007017124

    • 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] 振動子分解法による多チャンネル脳波からのアルファ波分解2024

    • 著者名/発表者名
      高島 和樹, 松田 孟留, 山下 歩, 澤山 正貴, 澁澤 柊花, 天野 薫
    • 学会等名
      日本視覚学会 2024年冬季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Oscillator decomposition of time series data2024

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda
    • 学会等名
      Complex systems seminar, University of Sydney
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 行列のベイズ縮小推定2023

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      科研費シンポジウム「ベイズ統計学の最近の展開」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 行列の縮小推定2023

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      日本数学会2023年度年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Data-driven decomposition of slow-to-fast earthquakes2022

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, S. Baba and A. Kato
    • 学会等名
      International Joint Workshop on Slow Earthquakes 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳波時系列データにおける状態空間モデルのベイズ推定2022

    • 著者名/発表者名
      城田 慎一郎, 松田 孟留
    • 学会等名
      2022年度統計関連学会連合大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 行列の縮小推定2022

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      確率・統計・行列ワークショップ松本2022.
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イーエンス・ピットマン分割のパラメータ推定の漸近理論2022

    • 著者名/発表者名
      郡山 拓也, 松田 孟留, 駒木 文保
    • 学会等名
      2021年度日本統計学会春季集会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Interpretable Stein Goodness-of-fit Tests on Riemannian Manifolds2021

    • 著者名/発表者名
      Wenkai Xu and Takeru Matsuda
    • 学会等名
      Proceedings of the 38th International Conference on Machine Learning (ICML 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation under matrix quadratic loss and matrix superharmonicity2021

    • 著者名/発表者名
      Takeru Matsuda
    • 学会等名
      EcoSta 2021
    • 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] On Geometry of Stein Goodness-of-fit Testing2021

    • 著者名/発表者名
      Wenkai Xu and Takeru Matsuda
    • 学会等名
      5th conference on Geometric Science of Information (GSI 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wasserstein statistics in one-dimensional location-scale models2021

    • 著者名/発表者名
      Shun-ichi Amari and Takeru Matsuda
    • 学会等名
      5th conference on Geometric Science of Information (GSI 2021)
    • 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] Estimation under matrix quadratic loss and matrix superharmonic priors2021

    • 著者名/発表者名
      Takeru Matsuda
    • 学会等名
      EAC-ISBA 2021
    • 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] 一般化近単調回帰と常微分方程式の数値計算の誤差推定2021

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留, 宮武 勇登
    • 学会等名
      日本応用数理学会2021年度年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] シンプレクティックアジョイント法に基づく高精度不確実性定量化法2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤 伸一, 松田 孟留, 宮武 勇登
    • 学会等名
      2021年度統計関連学会連合大会.
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 競技かるたの決まり字に関する統計的解析2021

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      2021年度統計関連学会連合大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] データ駆動型研究のためのモデリング・アルゴリズム・数理2021

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      CBI学会2021年大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Imputation estimators for unnormalized models with missing data2020

    • 著者名/発表者名
      M. Uehara, T. Matsuda and J. K. Kim
    • 学会等名
      23rd International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (AISTATS 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Stein goodness-of-fit test for directional distributions2020

    • 著者名/発表者名
      W. Xu and T. Matsuda
    • 学会等名
      23rd International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (AISTATS 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A unified statistically efficient estimation framework for unnormalized models2020

    • 著者名/発表者名
      M. Uehara, T. Kanamori, T. Takenouchi and T. Matsuda
    • 学会等名
      23rd International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (AISTATS 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Extracting non-sinusoidal oscillators from neural time series data2020

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 作用素スケーリングの情報幾何2020

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留, 相馬 輔
    • 学会等名
      日本応用数理学会2020年度年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Second-order adjoint方程式に基づくヘッセ行列の計算について2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤 伸一, 松田 孟留, 宮武 勇登
    • 学会等名
      日本応用数理学会2020年度年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Matrix superharmonic priors for Bayes estimation under matrix quadratic loss2020

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留, William Strawderman
    • 学会等名
      2020年度統計関連学会連合大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Estimation of Non-Normalized Mixture Models2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda and A. Hyvarinen
    • 学会等名
      22nd International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (AISTATS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Singular value shrinkage priors and empirical Bayes matrix completion2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda
    • 学会等名
      New and Evolving Roles of Shrinkage in Large-Scale Prediction and Inference
    • 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] Singular value shrinkage prior: a matrix version of Stein's prior2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda
    • 学会等名
      Symposium in Memory of Charles Stein
    • 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] Singular value shrinkage priors for Bayesian prediction2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda
    • 学会等名
      EAC-ISBA 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] Estimation of ODE models with quantifying discretization error2019

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda and Y. Miyatake
    • 学会等名
      SciCADE 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] ベイズ振動子分解による地震波データの解析2019

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留, 加藤 愛太郎, 駒木 文保
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Estimation of non-normalized mixture models2019

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留, Aapo Hyvarinen
    • 学会等名
      2019年度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
  • [学会発表] 脳神経データの振動子分解2019

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      生理研研究会「脳神経ダイナミクスの可視化と制御」.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Oscillator decomposition of time series data2019

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      理研CBSワークショップ「脳・心・機械の理論に向けて」.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 特異値縮小型事前分布と経験ベイズ行列補完2019

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      大阪大学データ科学特別セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 離散化誤差を考慮した常微分方程式モデルのパラメータ推定2019

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留
    • 学会等名
      東京大学数値解析セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 離散化誤差を考慮した常微分方程式モデルのパラメータ推定2019

    • 著者名/発表者名
      松田 孟留, 宮武 勇登
    • 学会等名
      RIMS研究集会「諸科学分野を結ぶ基礎学問としての数値解析学」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] Takeru Matsuda

    • URL

      http://www.stat.t.u-tokyo.ac.jp/~t-matsuda/ja/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.stat.t.u-tokyo.ac.jp/~t-matsuda/

    • 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: 2025-01-30  

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