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2018 年度 実績報告書

非凸性及び相関を有するスパースモデリングに対する統計力学的アプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 17H06758
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

高邉 賢史  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60804218)

研究期間 (年度) 2017-08-25 – 2019-03-31
キーワード統計力学 / 圧縮センシング / 情報統計力学 / レプリカ法
研究実績の概要

報告者は本年度以下の課題について研究を行った.
第一に,圧縮センシングの一種である非凸ノルム正則化に対する統計力学的な解析の結果をもとに、深層学習を利用した疎信号推定アルゴリズムを提案した.これは反復アルゴリズムである近似的メッセージパッシングの処理過程を深層ネットワークに展開し,その中の調節すべきパラメタを訓練データから学習するという手法である.このとき,パラメタの学習には通常の深層学習的手法(確率的勾配法等)が使用可能であり,効率的な学習が可能となっている.数値的検証の結果,提案手法は凸な正則化が疎信号復元に失敗する条件下でも正しく信号を復元可能であることが示された.本結果は日本物理学会で発表された.
第二に,凸な圧縮センシングに対する学習可能な反復アルゴリズムを手書き文字画像の復元に応用した.この場合,原信号には相関が含まれているため従来手法の推定性能は必ずしも良くないが,提案手法は従来手法と比較して高い推定性能を示すことが明らかとなった.本結果は査読付き論文として出版済みである.
第三に,統計力学的な解析手法の工学的な各種問題に対する応用を行った.具体的には,通信分野における双方向通信路に対する空間結合低密度パリティ検査符号の典型性能解析やワイヤレス・センサ・ネットワークにおけるセンサノード故障に対する連結性についての相転移現象に関する解析が挙げられる.これらは情報統計力学の枠組みで定式化することで大システム極限に対する相転移現象の解明や有限系に対する近似理論を提案することが可能であり,それらの成果は査読付き論文誌及び国際会議等にて発表された.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Trainable ISTA for Sparse Signal Recovery2019

    • 著者名/発表者名
      Ito Daisuke、Takabe Satoshi、Wadayama Tadashi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 67 ページ: 3113~3125

    • DOI

      10.1109/TSP.2019.2912879

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fault Tolerance of Random Graphs with respect to Connectivity: Mean-field Approximation for Semi-dense Random Graphs2019

    • 著者名/発表者名
      Takabe Satoshi、Takafumi Nakano、Wadayama Tadashi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Approximation Theory for Connectivity of Ad Hoc Wireless Networks with Node Faults2019

    • 著者名/発表者名
      Takabe Satoshi、Wadayama Tadashi
    • 雑誌名

      IEEE Wireless Communications Letters

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1109/LWC.2019.2912610

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ランダム幾何グラフ上の確率的ノード除去モデルの連結性に対する平均場解析2019

    • 著者名/発表者名
      高邉賢史,和田山正
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] 計算-転送方式におけるLDPC符号化変調方式の漸近性能解析2019

    • 著者名/発表者名
      高邉賢史,和田山正,林正人
    • 学会等名
      第3回情報理論および符号理論とその応用ワークショップ
  • [学会発表] Trainable ISTA ~ 深層学習を利用した疎信号復元反復アルゴリズム ~2019

    • 著者名/発表者名
      高邉賢史,和田山正
    • 学会等名
      電子情報通信学会信号処理研究会
  • [学会発表] 大規模過負荷MIMO通信に適した深層学習を用いた反復検出法2018

    • 著者名/発表者名
      今西真之,高邉賢史,和田山正
    • 学会等名
      第41回情報理論とその応用シンポジウム (SITA2018)
  • [学会発表] Connectivity of Ad Hoc Wireless Networks with Node Faults2018

    • 著者名/発表者名
      Takabe Satoshi、Wadayama Tadashi
    • 学会等名
      2018 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM)
    • 国際学会
  • [学会発表] k-connectivity of Random Graphs and Random Geometric Graphs in Node Fault Model2018

    • 著者名/発表者名
      Takabe Satoshi、Wadayama Tadashi
    • 学会等名
      International Symposium on Information Theory and Its Applications (ISITA)
    • 国際学会
  • [学会発表] 大規模過負荷 MIMO 通信における深層学習を用いた反復検出法2018

    • 著者名/発表者名
      今西真之,高邉賢史,和田山正
    • 学会等名
      革新的無線通信技術に関する横断型研究会 (MIKA2018)
  • [学会発表] 圧縮センシングのための非凸ノルムを用いた学習可能アルゴリズム2018

    • 著者名/発表者名
      高邉賢史,和田山正,樺島祥介
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] Trainable ISTA for Sparse Signal Recovery2018

    • 著者名/発表者名
      Ito Daisuke、Takabe Satoshi、Wadayama Tadashi
    • 学会等名
      018 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC Workshops)
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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