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2019 年度 実績報告書

基底関数の物理特性を取り入れたスパースモデリング

研究課題

研究課題/領域番号 17K12735
研究機関筑波大学

研究代表者

五十嵐 康彦  筑波大学, システム情報系, 准教授 (40733085)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードスパースモデリング / ベイズ情報量基準 / 動的モード分解 / フーリエ変換 / 放射光データ / 拡張フーリエ基底
研究実績の概要

計測において,これまで最も広く用いられている手法は,フーリエ変換後の周波数空間での計測である.しかし,計測時間の制約や計測器の性能限界による不可避の観測ノイズやデータ数の不足によって,得られたデータから現象を説明する周期性を抽出することが困難になりつつある.そこで,本研究課題では,自然データに内在する物理特性を取り入れたスパースモデリング(SpM)手法を開発し,様々な計測データに耐えうるSpM手法の確立とテータ解析問題への進展を目指す.
本年度は具体的に次の課題に取り組んだ.

【課題A】物理特性を組み込んだフーリエ計測のSpM手法開発:本年は,昨年度に引き続き,放射光データ解析に適した拡張フーリエ基底によるスパースモデリング手法を深化させた.具体的には,ノイズ強度がエネルギー強度の3乗に比例して増加する計測データの特性と,近接原子の数は,原子間の距離に比例または二乗に比例する形で増加する一般的な物理特性を事前知識として組み込むことで適切なベイズ情報量基準を評価する,最適なスパースモデリング手法を開発した.
【課題B】フーリエ基底を用いた実計測データへの応用:【課題A】で開発した手法を,銅箔(Cu)だけでなく,Fcc構造をもつ他原子に応用するとともに,FeといったBcc構造をもつ原子に応用した.また,基底構造をさらに第一原理計算を用いて拡張することで,化合物への手法適用を行い,学会発表を行った.
【課題C】時空間データの少数モード展開への応用として,時空間データを時間成分と空間成分にスパースな行列分解する手法であるスパース動的分解に対して,適切な正則化パラメータをベイズ情報量基準によって最適化するSpM解析手法を開発した.実データとしては,物理計測におけるコヒーレントフォノンへの応用を行い,従来は難しかったノイズ強度の推定とともに高精度な物理情報抽出を行った.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Normal mode analysis of a relaxation process with Bayesian inference.2020

    • 著者名/発表者名
      Sakata, I., Nagano, Y., Igarashi, Y., Murata, S., Mizoguchi, K., Akai, I., & Okada, M
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 21 ページ: 67-78

    • DOI

      10.1080/14686996.2020.1713703

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A nonlinear parametric model based on a power law relationship for predicting the coastal tsunami height2019

    • 著者名/発表者名
      Masashi Yoshikawa, Yasuhiko Igarashi, Shin Murata, Toshitaka Baba, Takane Hori & Masato Okada
    • 雑誌名

      Marine Geophysical Research

      巻: 40 ページ: 467-477

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s11001-019-09388-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] L1 Regression Method to Analyze Microscopic Structure for Extended X-Ray absorption fine structures2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kumazoe, Y. Igarashi, F. Iesari, K. Iwamitsu, T. Okajima, Y. Seno, M. Okada, I. Akai
    • 学会等名
      14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials, Kobe, Japan.
    • 国際学会
  • [学会発表] EXAFSスペクトル解析における,ベイズ推論を用いた基底選択2019

    • 著者名/発表者名
      五十嵐康彦, 瀬戸山寛之, 岡島敏浩, 赤井一郎, 岡田真人
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会,10pK36-10, 岐阜大学.
  • [学会発表] Sparse Modeling analysis of EXAFS data using two-body formalism2019

    • 著者名/発表者名
      イエザーリ・ファビオ,瀬戸山寛之,五十嵐康彦,岡田真人,熊添博之, 岩満一功,赤井一郎, 妹尾与志木, 岡島敏浩
    • 学会等名
      第22回XAFS討論会,京都大学.
  • [学会発表] Bayesian basis selection and reliability inference for extended X-ray absorption fine structures (EXAFS)2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Igarashi, Hiroyuki Setoyama, Toshihiro Okajima, Ichiro Akai, Masato Okada
    • 学会等名
      14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials (NCM14), Nichii, PortIsland, Kobe.
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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