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多様なダイナミクスを学び、理解し、生み出すための学習理論

公募研究

研究領域ヘテロ複雑システムによるコミュニケーション理解のための神経機構の解明
研究課題/領域番号 22120510
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関九州工業大学

研究代表者

古川 徹生  九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 教授 (50219101)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2011年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2010年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードニューラルネット / 自己組織化 / ダイナミクス / テンソル / 機械学習 / ダイナミクス学習 / 自己組織化写像 / 高階化情報処理
研究概要

本研究は,(1)多数のダイナミクスを学習し,(2)ダイナミクス間の類似性・相違性を元にダイナミクス集合のクラスタリング,量子化,補間化を行い,(3)さらにダイナミクス間の類似性から高次表現を獲得する学習理論の確立とアルゴリズム開発を目的とする.近年,ダイナミクスを介した環境-ロボット,ヒト-ロボット間のインタラクションの研究が行われている.このような課題に際して必要になるのが,多数の異なるダイナミクスを学習し,分類・整理・汎化するアルゴリズムである.先行研究ではニューラルネットワークを用いることが多かったが,古典的ニューラルネットワークによるマルチダイナミクス学習は,実は原理的に見てうまく動作しない.なぜならば異なるダイナミクス間で記憶の混乱や干渉が起きるからであり,ヘテロなダイナミクスになるほど困難さは増す.したがって記憶の混乱がなく,安定かつ高速なマルチダイナミクス学習アルゴリズムの開発は,本領域「伝達創成機構」において重要な役割を果たす.
本研究により,マルチダイナミクス学習には適切なモデルパラメタ空間とモデル間測度を定義することが大事であること,また定義した空間の上で学習アルゴリズムを導出することが必要であることが見出され,それは非線形テンソル分解の問題に帰着されることがわかった.さらに高階自己組織化マップを用いて非線形テンソル分解が解けることを示した.また自己組織化マップの正準理論の確立にも取り組み,マルチダイナミクス学習の理論的基盤も解明してきた.本成果は工学的に有用であるのみならず,脳の持つダイナミクス学習機能を理解する上でも役に立つものと考える.

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

当初の計画と比べ,いくかの点で予想以上の成果が上がった.第一は本テーマが非線形テンソル分解の問題に帰着できるということが示せたことであり,数学的な問題の定式化ができたこと,第二は基盤となる位相保存写像の理論確立が進展し,統一的な枠組みが作れたことである.さらに形式ニューロンによる実装,自己言及や自己認識といった脳や知能とのかかわりも見えて来ており,想定以上の収穫があったと考える.他方,当初の計画のうち,情報幾何との接点を明らかにすることはできなかった.しかしこれは理論確立の方針修正により生じたものであり,理論化自体には成功したので,遅れではないと考える.

今後の研究の推進方策

当初の計画以上の進展を見せた一方で,残された最大の課題はそれらをまとめ,論文として発表するプロセスが残されている点である.何本かの関連論文は書けたものの,主題となる論文はこれからである.もとより挑戦的なテーマであるだけに2年という期間内であったため,メインの研究テーマの論文執筆はこれから行うことになる.また新たな進展を見せた形式ニューロン実装や自己認識の自己組織化などは,今後さらに発展させる計画である.

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (17件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Self Evolving Modular Network2012

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tokunaga, Nobuyuki Kawabata, Tetsno Furukawa
    • 雑誌名

      Transaction of IEICE

      巻: (in press)

    • NAID

      10030943300

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Requirements for the Learning of Multiple Dynamics2011

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ohkubo, Tetsuo Furukawa, Kazuhiro Tokunaga
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: Vol.6731 ページ: 101-110

    • DOI

      10.1007/978-3-642-21566-7_10

    • ISBN
      9783642215650, 9783642215667
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The self-organizing adaptive controller2011

    • 著者名/発表者名
      T.Minatohara, T.Furukawa
    • 雑誌名

      International Journal of Innovative Computing, Information and Contro

      巻: Vol.7, No.4 ページ: 1933-1947

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The self-organizing adaptive controller2011

    • 著者名/発表者名
      T.Minatohara, T.Furukawa
    • 雑誌名

      International Journal of Innovative Computing, Information and Control

      巻: 7 ページ: 1933-1948

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 変分近似を見直すとSOMとGTMは一元的に理解できる2012

    • 著者名/発表者名
      松下聡史, 古川徹生
    • 学会等名
      ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      玉川大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 潜在変数分布で評価する高階自己組織化マップ~ヘテロなデータ集合体の可視化ツール~2012

    • 著者名/発表者名
      石橋英朗, 古川徹生
    • 学会等名
      ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      玉川大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 隠れマルチダイナミカルシステムの学習理論とアルゴリズム~高階位相写像による実現~2012

    • 著者名/発表者名
      古川徹生, 大久保貴之
    • 学会等名
      ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      公立はこだて未来大学(北海道)
    • 年月日
      2012-01-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Bayesian optimization makes GTM resemble to SOM2011

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Matsushita, Tetsuo Furukawa
    • 学会等名
      日本神経回路学会第21回全国大会
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学(沖縄県)
    • 年月日
      2011-12-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Som Canonica : Establishing A Standard Algorithm of Self-Organizing Maps2011

    • 著者名/発表者名
      Masahide Nakano, Takashi Ohkubo, Tetsuo Furukawa
    • 学会等名
      日本神経回路学会第21回全国大会
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学(沖縄県)
    • 年月日
      2011-12-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Another-SOM2 for Metrics Map : A Self-Referable Neural Network2011

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Ishibashi, Keisuke Yoneda, Tetsuo Furukawa
    • 学会等名
      日本神経回路学会第21回全国大会
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学(沖縄県)
    • 年月日
      2011-12-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] What is Required for a Multi-Dynamical System Learning Task?2011

    • 著者名/発表者名
      Takashi Ohkubo, Tetsuo Furukawa
    • 学会等名
      日本神経回路学会第21回全国大会
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学(沖縄県)
    • 年月日
      2011-12-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] トポロジー分類のための高階処理の開発2011

    • 著者名/発表者名
      東祐介, 古川徹生
    • 学会等名
      第13回日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県)
    • 年月日
      2011-12-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 混合ガウスモデルと自己組織化マップによる階層情報処理2011

    • 著者名/発表者名
      一ノ瀬裕介, 古川徹生
    • 学会等名
      第13回日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県)
    • 年月日
      2011-12-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 教師ありSOMによるメトリクス学習2011

    • 著者名/発表者名
      渡邉隆之, 古川徹生
    • 学会等名
      第13回日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県)
    • 年月日
      2011-12-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 確率的生成モデルによる位相保存写像のアルゴリズム導出2011

    • 著者名/発表者名
      松下聡史, 中野将秀, 古川徹生
    • 学会等名
      第14回情報論的学習理論ワークショップ
    • 発表場所
      奈良女子大学(奈良県)
    • 年月日
      2011-11-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 位相保存写像の標準理論確立の試み2011

    • 著者名/発表者名
      古川徹生
    • 学会等名
      ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      2011-10-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Multi-dynamics learning algorithm based on SOM22011

    • 著者名/発表者名
      S.Matsushita, T.Ohkubo, T.Furukawa
    • 学会等名
      The 3rd International Conference of Cognitive Neurodynamics (ICCN 2011)
    • 発表場所
      Hilton Niseko Village
    • 年月日
      2011-06-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 自己進化型モジュラーネットワーク2010

    • 著者名/発表者名
      徳永憲洋
    • 学会等名
      第26回ファジィシステムシンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      2010-09-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 高階SOMにおける観測変換不変な距離測度の導入2010

    • 著者名/発表者名
      薬師寺翔, 大久保貴之, 古川徹生
    • 学会等名
      第26回ファジィシステムシンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      2010-09-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] NG+SOMとNG×SOM:特徴ベクトル集合を扱うパターン分類法の比較2010

    • 著者名/発表者名
      大久保貴之, 岡田義史, 古川徹生
    • 学会等名
      第26回ファジィシステムシンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      2010-09-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] SOM Canonicaへの試み:多様なモデル集合を扱う学習基盤を目指して2010

    • 著者名/発表者名
      大久保貴之, 古川徹生
    • 学会等名
      電子情報通信学会・ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      琉球大学(沖縄県)
    • 年月日
      2010-06-18
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.brain.kyutech.ac.jp/~furukawa/

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-08-23   更新日: 2023-03-16  

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