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2020 年度 実績報告書

混合整数最適化を用いた制約付き変数選択による高精度パラメータ推定

研究課題

研究課題/領域番号 17K12983
研究機関筑波大学

研究代表者

高野 祐一  筑波大学, システム情報系, 准教授 (40602959)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード変数選択 / 正則化 / 最適化 / アルゴリズム
研究実績の概要

本年度は階層的時系列予測のための構造的正則化手法と、計数データ分析のための変数選択手法の開発に取り組んだ。
階層的時系列とは上層の時系列が対応する下層の時系列の和として表される多変量時系列であり、地域別の観光客数やカテゴリ別の商品需要数などが相当する。本研究では、このような時系列の階層構造を活用して、階層的時系列の予測性能を改善する方法を提案した。提案手法では最下層の時系列予測モデルに対して構造的正則化項を導入し、上位層の時系列予測と統合する。さらに人工ニューラルネットワークを用いた時系列予測を対象として、提案手法に基づく推定アルゴリズム(誤差逆伝播法)を開発した。人工データと実データを用いた数値実験を実施し、従来手法と比較して提案手法が予測精度と計算効率の両面で優れていることを示した。
ポアソン回帰とは事象の発生回数を予測するための方法であり、製品故障数や疾病発生数などの分析で利用される。本研究ではポアソン回帰モデルの変数選択問題に対して区分線形近似を適用し、求解しやすい混合整数凸2次最適化問題による定式化を導出した。さらに、区分線形近似に有効な接線を選択するための2種類の方法(適応的貪欲法・同時最適化法)を提案した。人工データと実データを用いた数値実験を実施し、提案した接線選択手法では従来手法よりも優れた対数尤度値が得られた。また特にデータのノイズが小さいような状況で、提案手法は従来手法よりも優れた予測性能を示した。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Sparse Poisson regression via mixed-integer optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Saishu, Kota Kudo, and Yuichi Takano
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 16 ページ: e0249916

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0249916

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 時間付加グラフのベクトル表現を用いたタクシー軌跡データの解析2021

    • 著者名/発表者名
      河上佳太, 西村直樹, 白鳥友風, 工藤晃太, 松岡雄大, 最首大輝, 渡邊彰久, 高野祐一
    • 雑誌名

      オペレーションズ・リサーチ:経営の科学

      巻: 66 ページ: 246-254

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 混合整数最適化による線形回帰モデルの最良変数選択2021

    • 著者名/発表者名
      高野 祐一, 宮代 隆平
    • 雑誌名

      日本統計学会誌

      巻: 50 ページ: 343-362

    • DOI

      10.11329/jjssj.50.343

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Prediction of hierarchical time series using structured regularization and its application to artificial neural networks2020

    • 著者名/発表者名
      Tomokaze Shiratori, Ken Kobayashi, and Yuichi Takano
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 ページ: e0242099

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0242099

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multi-objective optimization models for many-to-one matching problems2020

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Shimada, Natsuki Yamazaki, and Yuichi Takano
    • 雑誌名

      Journal of Information Processing

      巻: 28 ページ: 406-412

    • DOI

      10.2197/ipsjjip.28.406

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stochastic discrete first-order algorithm for feature subset selection2020

    • 著者名/発表者名
      Kota Kudo, Yuichi Takano, and Ryo Nomura
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E103.D ページ: 1693-1702

    • DOI

      10.1587/transinf.2019EDP7274

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Best subset selection via cross-validation criterion2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Takano and Ryuhei Miyashiro
    • 雑誌名

      TOP: An Official Journal of the Spanish Society of Statistics and Operations Research

      巻: 28 ページ: 475-488

    • DOI

      10.1007/s11750-020-00538-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] サポートベクトルマシンとカーネル法2020

    • 著者名/発表者名
      高野 祐一
    • 雑誌名

      オペレーションズ・リサーチ:経営の科学

      巻: 65 ページ: 304-309

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 形状制約モデルによる顧客の商品選択行動の予測2020

    • 著者名/発表者名
      西村直樹, 鮏川矩義, 高野祐一, 岩永二郎
    • 雑誌名

      オペレーションズ・リサーチ:経営の科学

      巻: 65 ページ: 328-333

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Best subset selection for linear regression models via mixed-integer optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Takano
    • 学会等名
      NUS-Tsukuba Joint-Online-Workshop on "Sustainable Management and Data Sciences"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Stochastic discrete first-order algorithm for feature subset selection2020

    • 著者名/発表者名
      Kota Kudo, Yuichi Takano, and Ryo Nomura
    • 学会等名
      INFORMS 2020 Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic portfolio selection with linear control policies for coherent risk minimization2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Takano and Jun-ya Gotoh
    • 学会等名
      Webinars of Quantitative Finance Program, Stony Brook University
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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