| 研究課題/領域番号 |
21K18301
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 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
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
宮武 勇登 大阪大学, サイバーメディアセンター, 准教授 (60757384)
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| 研究分担者 |
曽我部 知広 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (30420368)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
25,740千円 (直接経費: 19,800千円、間接経費: 5,940千円)
2025年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 数値解析 / 数値線形代数 / 偏微分方程式 / 微分方程式 / 二次計画問題 / 共役勾配法 / 定常反復法 / 量子系偏微分方程式 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年，情報科学諸分野においても偏微分方程式(PDE)の数値計算の重要度が高まっている.従来，PDEの数値計算は，離散化を担う数値解析学と，行列方程式に帰着された後の数値線形代数学によって支えられてきた.学問の細分化の結果それぞれが一つの学問領域として成熟してきたが，一方で両領域間の交流は希薄になってきており，PDEの数値解法の発展の足かせになりはじめている.本研究では，数値解析学と数値線形代数学を独自の視座で再融合し，特に代数学的精神で解析学を数値的に研究する新しい学理 「数値代数解析学」を開拓する.研究期間内では，特に量子系情報・量子物理シミュレーションの限界突破を目指す.
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| 研究実績の概要 |
偏微分方程式の数値計算は，離散化を担う数値解析学と，行列方程式に帰着された後の数値線形代数学によって支えられてきた．両者はそれぞれが一つの学問領域として成熟し，多くの優れた解法が生成されてきたが，一方で，両領域間の交流は希薄になってきており，偏微分方程式の数値解法の発展の足かせになりはじめている．本研究は，一度は細分化した数値解析学と数値線形代数学を独自の視座で再融合し，特に代数学的精神で解析学を数値的に研究する新しい学理「数値代数解析学」を開拓することを目指すものである．
2年度目は，初年度に開発した適応型射影SOR法について，新たな応用例の研究などを行った．初年度は，偏微分方程式の数値解法や画像処理の文脈を念頭に数値実験による検証を行っていたが，適応型射影SOR法は線形制約付きの二次計画問題全般に応用することが原理的には可能であり，これまでの検証に加えて，機械学習など情報学のいくつかの文脈の問題設定下でも有用であることを検証した．さらに，CG法と微分方程式の関係についても検討を進めた．CG法それ自体について微分方程式との直接的かつ非自明な関係性は依然として発見できていないが，その研究の中で，遅延微分方程式と連立一次方程式の数値解法の間にいくつかの関係性を見出すことができた．その他，KdV方程式やシュレディンガー方程式などいくつかの偏微分方程式に対して，離散化後の行列計算を強く意識した新しい離散化手法の検討を進めた．
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| 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
本研究課題の中心的な課題の一つである，CG法と常微分方程式の数値解法の非自明な関係性については，依然として発見できていないが，一方で，試行錯誤を重ねる中で，連立一次方程式に対するその他の様々な数値解法と常微分方程式の数値解法の間に新たな関係性を見出すことはできており，これらは，本研究課題全体の目的には大きく寄与するものと考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
CG法については引き続き検討を進めていく．また，これまで開発してきた手法を，必要に応じて改良を加えながら，画像処理分野における（制約付き二次計画問題とは異なる）微分方程式によるモデリングの文脈への応用を進める．
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