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大規模スパース行列の高速特異値分解法の開発とその実装コード公開

研究課題

研究課題/領域番号 24360038
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 工学基礎
研究機関京都大学

研究代表者

中村 佳正  京都大学, 情報学研究科, 教授 (50172458)

研究分担者 木村 欣司  京都大学, 大学院情報学研究科, 特定准教授 (10447899)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2012年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
キーワード特異値分解 / 大規模スパース行列 / Golub-Kahan-Lanczos法 / 部分特異対 / 再直交化 / 部分特異対計算 / 2分法 / 逆反復法 / 並列計算 / Golub-Kahan-Lanczos前処理 / 応用数学 / アルゴリズム / 固有対計算 / 固有値分解 / 実装コード公開
研究成果の概要

大規模スパース行列の特異値分解はビッグデータ解析の基礎になる重要な行列演算である。本研究では、再直交化つきGolub-Kahan-Lanczos法を大規模スパース行列に適用してその近似3重対角行列を並列計算で高効率に生成し、これに2分法と逆反復法を適用して部分固有対を計算するデータ再利用性の高い並列計算法を開発し、そのソースコードを順次公開している。特に正定値スパース行列に適用すれば部分特異対が得られる。

報告書

(5件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2016 2015 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 18件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] A new parallel symmetric tridiagonal eigensolver based on bisection and inverse iteration algorithms for shared-memory multi-core processors2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura and Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Proceedings of the 10th International Conference on P2P, Parallel, Grid, Cloud and Internet Computing (3PGCIC-2015)

      巻: 1 ページ: 216-223

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Performance evaluation of Golub-Kahan-Lanczos algorithm with reorthogonalization by classical Gram-Schmidt algorithm and OpenMP2015

    • 著者名/発表者名
      Masami Takata, Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yuki Fujii, Hiroki Tanaka, Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Proceedings of The 2015 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications (PDPTA2015)

      巻: 2 ページ: 243-249

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Implementation details of an extended oqds algorithm for singular values2015

    • 著者名/発表者名
      Sho Araki, Kinji Kimura, Yusaku Yamamoto and Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      JSIAM Letters

      巻: 7 ページ: 9-12

    • NAID

      130004953465

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A finite-step construction of totally nonnegative matrices with specified eigenvalues2015

    • 著者名/発表者名
      Kanae Akaiwa, Yoshimasa Nakamura, Masashi Iwasaki, Hisayoshi Tsutsumi, Koichi Kondo
    • 雑誌名

      Numerical Algorithms

      巻: 未定 号: 3 ページ: 469-484

    • DOI

      10.1007/s11075-015-9957-x

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Accurate similarity transformation derived from the discrete Lotka-Volterra system for bidiagonal singularvalues2014

    • 著者名/発表者名
      Munehiro Nagata, Masashi Iwasaki and Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Journal Calcolo

      巻: 未定 号: 2 ページ: 305-317

    • DOI

      10.1007/s10092-013-0085-5

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A tridiagonal matrix construction by the quotient difference recursion formula in the case of multiple eigenvalues2014

    • 著者名/発表者名
      Kanae Akaiwa, Masashi Iwasaki, Koichi Kondo and Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Pacic J. Math. Indust.

      巻: 6 ページ: 21-29

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 再直交化付きブロック逆反復法による固有ベクトルの並列計算2014

    • 著者名/発表者名
      石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌コンピューティングシステム

      巻: 7 ページ: 1-12

    • NAID

      110009815415

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Acceleration of numerical computation for positive roots of polynomials by improved bounds2014

    • 著者名/発表者名
      Kinji Kimura, Takuto Akiyama, Hiroyuki Ishigami, Masami Takata, Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Proceedings of The 2014 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications (PDPTA2014)

      巻: II ページ: 201-207

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GPU Implementation of Inverse Iteration Algorithm for Computing Eigenvectors2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Proceedings of 2014 22nd Euromicro International Conference on Parallel, Distributed and network-based Processing

      巻: I ページ: 664-671

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On implementation and evaluation of inverse iteration algorithm with compact WY orthogonalization2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      IPSJ Trans. Math. Modeling Appl.

      巻: 6 ページ: 25-35

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 特異値分解アルゴリズムの性能評価のための大きな条件数を持つ行列作成2013

    • 著者名/発表者名
      高田雅美,木村欣司,中村佳正
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌, 数理モデル化と応用

      巻: 6 ページ: 75-86

    • NAID

      110009656646

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 特異値計算アルゴリズムdqds 法およびm2dLVs 法のための新しいシフト戦略2013

    • 著者名/発表者名
      高田雅美, 豊川博己, 石上裕之, 木村欣司, 山下巧, 岩崎雅史, 中村佳正
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌コンピューティングシステム

      巻: 6 ページ: 94-107

    • NAID

      110009606663

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Implementation of the orthogonal qd algorithm for lower tridiagonal matrices2013

    • 著者名/発表者名
      Sho Araki, Hiroki Tanaka, Kinji Kimura and Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Proceedings of The 2013 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications

      巻: II ページ: 161-167

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 特異値分解アルゴリズムの性能評価のための大きな条件数を持つ行列作成2013

    • 著者名/発表者名
      高田雅美, 木村欣司, 中村佳正
    • 雑誌名

      情報処理学会,MPS-PDPTAI0-2, TOM

      巻: (掲載確定)(印刷中)

    • NAID

      110009656646

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On implementation and evaluation of inverse iteration algorithm with compact WY orthogonalizat ion2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      情報処理学会, MPS-PDPTA11-8, TOM

      巻: (掲載確定)

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 特異値計算アルゴリズムdqds法およびmdLVs法のための新しいシフト戦略,2013

    • 著者名/発表者名
      高田雅美, 石上裕之, 木村欣司, 山下巧, 岩崎雅史, 中村佳正
    • 雑誌名

      情報処理学会,ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム論文集(掲載確定)

      巻: (掲載確定)(印刷中)

    • NAID

      170000073607

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerating the reorthogona1i za t i on on singular vectors with a multi-coreprocessor2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Toyokawa, Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Masami Takata and Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science (LNCS), Springer - Verlag,

      巻: (掲載確定)(印刷中)

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An application of the Kato-Temple inequality on matrix eigenvalues to the dqds algorithm for singular values2013

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamashita, Kinji Kimura, and Yoshimasa Nakamura
    • 雑誌名

      JSIAM Letters

      巻: 4 ページ: 21-24

    • NAID

      130003371115

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] dqds 法および mdLVs 法の新しい実装法について2016

    • 著者名/発表者名
      木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会研究部会連合発表会
    • 発表場所
      神戸学院大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] クラスタ行列に対する直交QD法の特異値分解精度を改善する停止条件について2016

    • 著者名/発表者名
      荒木翔, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会研究部会連合発表会
    • 発表場所
      神戸学院大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Thick-Restart GKL法の新しいリスタートの方法について2016

    • 著者名/発表者名
      石田遊也,木村欣司,中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会研究部会連合発表会
    • 発表場所
      神戸学院大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Bisection and inverse iteration algorithms for computing eigenpair subsets of symmetric band matrices2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yoshimasa Nakamura
    • 学会等名
      International Workshop on Eigenvalue Problems: Algorithms; Software and Applications, in Petascale Computing (EPASA2015)
    • 発表場所
      Tsukuba International Congress Center(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 直交 QD 法 (random-time Toda molecule equation) の実装の詳細につ いて2015

    • 著者名/発表者名
      木村欣司, 石上裕之, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Xeon Phiにおける並列2分法による固有値計算の性能評価2015

    • 著者名/発表者名
      木村欣司, 石上裕之, 中村佳正
    • 学会等名
      情報処理学会 2015年並列/分散/協調処理に関するサマー・ワークショップ (SWoPP2015)
    • 発表場所
      別府ビーコンプラザ(大分県・別府市)
    • 年月日
      2015-08-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Performance evaluation of Golub-Kahan-Lanczos algorithm with reorthogonalization by classical Gram-Schmidt algorithm and OpenMP2015

    • 著者名/発表者名
      Masami Takata, Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yuki Fujii, Hiroki Tanaka, Yoshimasa Nakamura
    • 学会等名
      The 2015 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications(PDPTA2015)
    • 発表場所
      Las Vegas, Monte Carlo Resort(Las Vegas, USA)
    • 年月日
      2015-07-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Xeon Phi における部分固有対計算の高速化に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会研究部会連合発表会
    • 発表場所
      明治大学
    • 年月日
      2015-03-06 – 2015-03-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 直交QD アルゴリズムによる高精度特異値分解について2015

    • 著者名/発表者名
      田中博基, 木村欣司, 石上裕之, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会研究部会連合発表会
    • 発表場所
      明治大学
    • 年月日
      2015-03-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 部分固有対計算ソフトウェアARPACK の改良について2014

    • 著者名/発表者名
      藤井祐貴, 石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会行列・固有値問題の解法とその応用研究部会第18 回研究会
    • 発表場所
      東京大学工学部
    • 年月日
      2014-12-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 高精度特異値分解のための直交QD アルゴリズムの改良2014

    • 著者名/発表者名
      田中博基, 石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会行列・固有値問題の解法とその応用研究部会第18 回研究会
    • 発表場所
      東京大学工学部
    • 年月日
      2014-12-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Accelerating the numerical computation of positive roots of polynomials using improved bounds2014

    • 著者名/発表者名
      Kinji Kimura, Takuto Akiyama, Hiroyuki Ishigami, Masami Takata, Yoshimasa Nakamura
    • 学会等名
      The 2014 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications(PDPTA2014),
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2014-07-21 – 2014-07-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Implementation of the orthogonal QD-algorithm for performing singular value decomposition with high accuracy2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Tanaka, Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yoshimasa Nakamura
    • 学会等名
      8th International Workshop on Parallel Matrix Algorithms and Applications (PMAA2014)
    • 発表場所
      Lugano, Switzerland
    • 年月日
      2014-07-02 – 2014-07-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Speed-up of reorthogonalized block Golub-Kahan-Lanczos algorithm for preprocessing2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Fujii, Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Yoshimasa Nakamura
    • 学会等名
      8th International Workshop on Parallel Matrix Algorithms and Applications (PMAA2014)
    • 発表場所
      Lugano, Switzerland
    • 年月日
      2014-07-02 – 2014-07-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 高精度特異値分解を表現するoqds 法のシフト戦略について2014

    • 著者名/発表者名
      田中博基, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会研究部会連合発表会
    • 発表場所
      京都大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 再直交化付きブロック逆反復法による固有ベクトルの並列計算2014

    • 著者名/発表者名
      石上裕之,木村欣司,中村佳正
    • 学会等名
      情報処理学会2014 年ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム
    • 発表場所
      一橋講堂
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 下3 重対角行列向けoqds 法について2013

    • 著者名/発表者名
      荒木翔,田中博基,木村欣司,中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会「行列・固有値問題の解法とその応用」研究部会
    • 発表場所
      東京大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Reorthogonalized-Golub-Kahan-Lanczos 法と拡大行列に対するReorthogonalized-Lanczos 法の比較について2013

    • 著者名/発表者名
      藤井祐貴, 石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会年会
    • 発表場所
      アクロス福岡
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 新シフト戦略によるoqds 法の反復回数の削減と高精度特異値分解への応用2013

    • 著者名/発表者名
      田中博基, 山下巧, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会年会
    • 発表場所
      アクロス福岡
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 逆反復に基づく並列固有ベクトル計算のブロックCGS2アルゴリズムの適用による高速化2013

    • 著者名/発表者名
      石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      応用数理学会研究部会連合発表会
    • 発表場所
      東洋大学
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Accelerating the Reorthogonali zat i on on Singular Vectors with a Multi-Core Processor2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Toyokawa, Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, Masami Takata, and Yoshimasa Nakamura
    • 学会等名
      The Seventh International Workshop on Automatic Performance Tuning (iWAPT2012)
    • 発表場所
      RIKEN Advanced Institute for Computational Science, Kobe
    • 年月日
      2012-07-17
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Performance Evaluation of Some Inverse Iteration Algorithms on PowerXCellTM 8i Processor2012

    • 著者名/発表者名
      Masarai Takata, Hiroyuki Ishigami, Kinji Kimura, and Yoshimasa Nakamura
    • 学会等名
      The 2012 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications (PDPTA2012)
    • 発表場所
      Monte Carlo Resort, Las Vegas
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] compact WY直交化法の計算量を削減する実装について2012

    • 著者名/発表者名
      石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会年会
    • 発表場所
      稚内全日空ホテル
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] GPUによる逆反復法の高速化について2012

    • 著者名/発表者名
      秋山拓斗, 石上裕之, 木村欣司, 中村佳正
    • 学会等名
      日本応用数理学会年会
    • 発表場所
      稚内全日空ホテル
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考] Singular value decomposition code DBDSLV

    • URL

      http://www-is.amp.i.kyoto-u.ac.jp/lab/en/isvd/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 倍精度2 重対角行列特異値分解コードDBDSLVを含む密行列の特異値分解コードの公開

    • URL

      http://www-is.amp.i.kyoto-u.ac.jp/svd/index.html

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.amp.i.kyoto-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

URL: 

公開日: 2012-04-24   更新日: 2019-07-29  

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