• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

情報の取得を包含した制御理論と統計的学習理論の融合数理基盤

研究課題

研究課題/領域番号 21H04875
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分60:情報科学、情報工学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

加嶋 健司  京都大学, 情報学研究科, 教授 (60401551)

研究分担者 蔡 凱  大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 教授 (20728266)
河野 佑  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (40743034)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
41,470千円 (直接経費: 31,900千円、間接経費: 9,570千円)
2025年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2023年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2022年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2021年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
キーワード制御理論 / 統計的学習理論 / 機械学習 / 最適化
研究開始時の研究の概要

潤沢なデータと機械学習を活用した制御システム設計は,非線形性や環境の変化への柔軟な対応力を有し,今後さらなる適用範囲の拡大が期待されている.一方で, IoT(Internet of Things)に代表される対象の大規模複雑化やプライバシーの問題により,今後は「いかにデータおよびドメイン知識を取得するか」が重要な課題となると予想される.そこで本研究では,情報の取得戦略も包括的に扱うことができる形でシステム制御理論と統計的学習理論を融合した基盤数理を創生し,取得前データの価値の定量化やデータ化が困難な「現場の知見」の系統的な活用のための方法論を確立することを目指す.

研究実績の概要

本研究では機械学習手法に簡単には組み込めないダイナミクス特有のドメイン知識を活用したモデリング手法を開発することを目指している。これに関して、本年度は、定常応答の事前情報を活用するダイナミクスモデリング、離散事象システムにおけるデータ駆動制御、動的システムにおけるエントロピーと最適輸送の関係性の解明と活用、分布情報にもとづくダイナミクスモデリング、などの理論構築を行った。例として、最適輸送に関する結果においては、静的な最適輸送問題に対して広く用いられているSinkhornアルゴリズムを、モデル予測制御という実用的な制御手法に応用し、さらにその安定性を証明することに成功した。この成果は、システム制御分野のトップジャーナルのひとつであるAutomaticaにおいてEditors' Choiceに選出されている。他にも、システム制御分野のトップジャーナルを多く含む9編の査読つき国際論文誌の出版や、計測自動制御学会論文賞を受賞するなど、国内外で広く成果が認められ始めている。また、これらの理論結果について、研究代表者が参画している未病発見に関するムーンショットプロジェクトやモビリティ社会に関する産学連携プロジェクトへの応用展開も平行して検討しており、成果を社会へ還元する一手法となることを期待している。また、Gromov-Wasserstein距離にもとづく最適輸送と確率制御の関連を明らかにする計画外の研究も実施し、一定の成果が得られた。この距離関数は異なるドメイン間の性質的差異を許容する特徴をもつため、本課題にとってもその意義は大きい。

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

前項で述べたように、予定していた結果を順調に導出し、適切なタイミングで出版をおこなっている。

今後の研究の推進方策

本研究では機械学習手法に簡単には組み込めないダイナミクス特有のドメイン知識(以下では非データ型ドメイン知識と呼ぶ)を活用したモデリング手法を開発す る。本年度は、最適輸送理論、最大エントロピー制御に関する研究など多くの個別課題が着実に進んでいるため、継続的に論文投稿をおこなう。応用においては、昨年度まで雇用していたオピニオンダイナミクスを専門とする研究員との共同研究を継続し、ネットワークモデリング手法の有効性を検証する。 一方で、並行してCyber Physical Systemsなどの数理モデルにおいて頻出する微分/差分方程式では捉えづらい論理演算を内包するダイナミク ス(離散事象システ ム)に対するデータ駆動型システム制御理論の構築に関する研究も継続する。具体的には、前年度に世界に先駆けて国際会議で発表したデータ有用性の概念にもとづいて、 データ駆動設計手法を体系化・論文化をすすめる。さらに、前年度に計画外に実施し一定の成果が得られたGromov-Wasserstein距離にもとづく最適輸送と確率制御の関連を明らかにする研究に関して、実質的に最終年度となる本年度に発展可能性を検討し、次の研究課題申請へのステップとなるか検討する予定である。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (25件) (うち国際共著 6件、 査読あり 25件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 18件)

  • [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Cagliari(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Xidian University(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Xidian University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Contraction analysis of discrete-time stochastic systems2024

    • 著者名/発表者名
      Yu Kawano, Yohei Hosoe
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 69 号: 2 ページ: 982-997

    • DOI

      10.1109/tac.2023.3283678

    • 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] Maximum Entropy Optimal Density Control of Discrete-Time Linear Systems and Schrテカdinger Bridges2024

    • 著者名/発表者名
      Kaito Ito, Kenji Kashima
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 69 号: 3 ページ: 1536-1551

    • DOI

      10.1109/tac.2023.3305319

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Krasovskii and shifted passivity based approaches to mixed input/output consensus2023

    • 著者名/発表者名
      Yu Kawano, Michele Cucuzzella, Jacquelien M.A. Scherpen
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 7 ページ: 1951-1956

    • DOI

      10.1109/lcsys.2023.3282887

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Krasovskii and shifted passivity based output consensus2023

    • 著者名/発表者名
      Yu Kawano, Michele Cucuzzella, Shuai Feng, Jacquelien M.A. Scherpen
    • 雑誌名

      Automatica

      巻: 155 ページ: 111167-111167

    • DOI

      10.1016/j.automatica.2023.111167

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Combinatorial Optimization Approach to Client Scheduling for Federated Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohito Omori, Kenji Kashima
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 7 ページ: 2203-2208

    • DOI

      10.1109/lcsys.2023.3285739

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entropic model predictive optimal transport for underactuated linear systems2023

    • 著者名/発表者名
      Kaito Ito, Kenji Kashima
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 7 ページ: 2761-2766

    • DOI

      10.1109/lcsys.2023.3288474

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deep reinforcement learning for continuous-time self-triggered control with experimental evaluation2023

    • 著者名/発表者名
      Ran Wang, Kenji Kashima
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 37 号: 16 ページ: 1012-1024

    • DOI

      10.1080/01691864.2023.2229886

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transformational Supervisor Localization2023

    • 著者名/発表者名
      Thuijsman Sander、Cai Kai、Reniers Michel
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 7 ページ: 1682-1687

    • DOI

      10.1109/lcsys.2023.3278248

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A TSP-Based Online Algorithm for Multi-Task Multi-Agent Pickup and Delivery2023

    • 著者名/発表者名
      Kudo Fumiya、Cai Kai
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 8 号: 9 ページ: 5910-5917

    • DOI

      10.1109/lra.2023.3301300

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An LMI framework for contraction-based nonlinear control design by derivatives of Gaussian process regression2023

    • 著者名/発表者名
      Kawano Yu、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      Automatica

      巻: 151 ページ: 110928-110928

    • DOI

      10.1016/j.automatica.2023.110928

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observability Gramian for Bayesian Inference in Nonlinear Systems With Its Industrial Application2023

    • 著者名/発表者名
      Kunwoo Lee、Umezu Yusuke、Konno Kaiki、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 7 ページ: 871-876

    • DOI

      10.1109/lcsys.2022.3227452

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Entropic model predictive optimal transport over dynamical systems2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Kaito、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      Automatica

      巻: 152 ページ: 110980-110980

    • DOI

      10.1016/j.automatica.2023.110980

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sparse control node scheduling in networked systems based on approximate controllability metrics2022

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Takuya、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Control of Network Systems

      巻: - 号: 3 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tcns.2022.3154666

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimal Secret Protections in Discrete-Event Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Ma Ziyue、Cai Kai
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 67 号: 6 ページ: 2816-2828

    • DOI

      10.1109/tac.2021.3091438

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Consistent reduction in discrete-event systems2022

    • 著者名/発表者名
      Cai Kai、Giua Alessandro、Seatzu Carla
    • 雑誌名

      Automatica

      巻: 142 ページ: 110333-110333

    • DOI

      10.1016/j.automatica.2022.110333

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Transformational Nonblocking Verification2022

    • 著者名/発表者名
      Thuijsman Sander、Reniers Michel、Cai Kai
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 55 号: 28 ページ: 256-263

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2022.10.351

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient Safe Control via Deep Reinforcement Learning and Supervisory Control ? Case Study on Multi-Robot Warehouse Automation2022

    • 著者名/発表者名
      Konishi Masahiro、Sasaki Tomotake、Cai Kai
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 55 号: 28 ページ: 16-21

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2022.10.318

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controller Reduction for Nonlinear Systems by Generalized Differential Balancing2022

    • 著者名/発表者名
      Kawano Yu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 67 号: 11 ページ: 5856-5871

    • DOI

      10.1109/tac.2021.3124980

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bayesian Differential Privacy for Linear Dynamical Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Sugiura Genki、Ito Kaito、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 6 ページ: 896-901

    • DOI

      10.1109/lcsys.2021.3087096

    • NAID

      40022585991

    • 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] On Resilient Supervisory Control Against Indefinite Actuator Attacks in Discrete-Event Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Ma Ziyue、Cai Kai
    • 雑誌名

      IEEE Control Systems Letters

      巻: 6 ページ: 2942-2947

    • DOI

      10.1109/lcsys.2022.3168926

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Kullback-Leibler control for discrete-time nonlinear systems on continuous spaces2022

    • 著者名/発表者名
      Kaito Ito, Kenji Kashima
    • 雑誌名

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      巻: Vol. 15 号: 2 ページ: 119-129

    • DOI

      10.1080/18824889.2022.2095827

    • 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] Multiple sparsity constrained control node scheduling with application to rebalancing of mobility networks2021

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Takuya、Sakurama Kazunori、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: - 号: 8 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tac.2021.3115441

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deep Reinforcement Learning for Continuous-time Self-triggered Control2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Ran、Takeuchi Ibuki、Kashima Kenji
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 54 号: 14 ページ: 203-208

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2021.10.353

    • 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] Structural controllability and time-to-control of directed scale-free networks with minimum number of driver nodes2021

    • 著者名/発表者名
      Imae Takanobu、Cai Kai
    • 雑誌名

      Systems & Control Letters

      巻: 156 ページ: 105025-105025

    • DOI

      10.1016/j.sysconle.2021.105025

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Usability aware secret protection with minimum cost2021

    • 著者名/発表者名
      Matsui Shoma、Cai Kai
    • 雑誌名

      Nonlinear Analysis: Hybrid Systems

      巻: 43 ページ: 101111-101111

    • DOI

      10.1016/j.nahs.2021.101111

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Observability Gramian for Bayesian Inference in Nonlinear Systems With Its Industrial Application2023

    • 著者名/発表者名
      Kunwoo Lee, Yusuke Umezu, Kaiki Konno, Kenji Kashima
    • 学会等名
      The 2023 American Control Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sparse Network Identification for Consensus Discrete-Time Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ikeda, Kenji Kashima
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Resilience Evaluation of Entropy Regularized Logistic Networks with Probabilistic Cost2023

    • 著者名/発表者名
      Koshi Oishi, Yota Hashizume, Tomohiko Jimbo, Hirotaka Kaji, Kenji Kashima
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reinforcement Learning for Discrete-Time Static Noisy State Feedback Control with Reward Estimation2023

    • 著者名/発表者名
      Ran Wang, Ye Tian, Kenji Kashima
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Maximum Entropy Density Control of Discrete-time Linear Systems with Quadratic State Cost2023

    • 著者名/発表者名
      Kaito Ito, Kenji Kashima
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cost Robustness of Maximum Entropy Optimal Controller on Euclidean Input Space2023

    • 著者名/発表者名
      Yota Hashizume, Kenji Kashima
    • 学会等名
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On the System Identifiability from Probability Distribution Data of Linear Systems Driven by Gaussian Noise2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Morimoto, Kenji Kashima
    • 学会等名
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Data-Informativity for Data-Driven Supervisory Control of Discrete-Event Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Tomofumi Ohtsuka, Kai Cai, Kenji Kashima
    • 学会等名
      62nd IEEE Conference on Decision and Control (CDC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Combinatorial Optimization Approach to Client Scheduling for Federated Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohito Omori, Kenji Kashima
    • 学会等名
      62nd IEEE Conference on Decision and Control (CDC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DIfferentiable Sparse Optimal Control2023

    • 著者名/発表者名
      Ryotaro Shima, Ryuta Moriyasu, Sho Kawaguchi, Kenji Kashima
    • 学会等名
      62nd IEEE Conference on Decision and Control (CDC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Entropic model predictive optimal transport for underactuated linear systems2023

    • 著者名/発表者名
      Kaito Ito, Kenji Kashima
    • 学会等名
      62nd IEEE Conference on Decision and Control (CDC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Online supervisory control for safe and adaptive human-in-the-loop warehouse logistic automation2023

    • 著者名/発表者名
      Makoto Kimura, Manato Fujimoto, Kai Cai
    • 学会等名
      第66回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Smart nudge system using autonomous robots2023

    • 著者名/発表者名
      Makoto Kimura, Manato Fujimoto, Kai Cai
    • 学会等名
      第66回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Optimal secret protection in discrete event systems with dynamic clearance levels2023

    • 著者名/発表者名
      Ziyue Ma, Kai Cai
    • 学会等名
      22nd IFAC World Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] グラフニューラルネットワークを用いた非均質合意ネットワークのラベル推定2023

    • 著者名/発表者名
      後藤直紀, 加嶋健司
    • 学会等名
      第66回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Sinkhorn MPC: Model predictive optimal transport over dynamical systems2022

    • 著者名/発表者名
      Ito Kaito、Kashima Kenji
    • 学会等名
      2022 American Control Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Secret Protections in Discrete-Event Systems with Minimum Costs2022

    • 著者名/発表者名
      Jiang Jiagang、Ma Ziyue、Cai Kai
    • 学会等名
      2022 American Control Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimal time-varying topology for network systems2022

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Takuya、Kashima Kenji
    • 学会等名
      13th Asian Control Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Matrix Pontryagin principle approach to controllability metrics maximization under sparsity constraints2022

    • 著者名/発表者名
      Tomofumi Ohtsuka, Takuya Ikeda, Kenji Kashima
    • 学会等名
      24th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Maximum entropy optimal density control of discrete-time linear systems2022

    • 著者名/発表者名
      Kaito Ito, Kenji Kashima
    • 学会等名
      24th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Continuous-time MPC of an engine airpath system based on machine-learning assisted modeling2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sakaguchi, Ryuta Moriyasu, Masayuki Kusunoki, Kenji Kashima
    • 学会等名
      10th IFAC Symposium on Robust Control Design
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-06-20  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi