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2022 年度 実績報告書

関数データ解析に基づく高次元データのための新たな統計的モデリングの開発と適用

研究課題

研究課題/領域番号 20K11707
研究機関東北大学

研究代表者

荒木 由布子  東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80403913)

研究分担者 岩田 欧介  名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (30465710)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード関数データ解析 / 高次元データ / 経時測定データ / 正則化法 / 分位点回帰モデル / ベイズ推定 / 多変量関数主成分分析 / 生存時間解析
研究実績の概要

本研究では,従来の手法ではその背後にある現象から有効な情報の抽出が困難なデータの中でも,時間・空間で変動する高次元データに対して,関数データ解析法による新たな統計モデルの理論的・実践的開発を行った.具体的には,(1)高次元データの関数データ化,(2)関数データ集合に対する解析モデルの開発,(3)医学・工学データに新モデルを適用する実践研究から構成し,(1)と(2)の理論的研究と(3)の実践的研究を連携させるフィードバック型の研究である.
(1)については,研究期間全体を通して,動径基底関数とBスプラインを組み合わせた関数や,Brnstein関数,合成基底展開についてその性質を検討した.特に2022年度には,階層構造を持つ経時的・空間的変動を捉えるため,ガウス過程とそのベイズ推定を設計し,その際に,カーネル関数の分散に各基底関数の中心の距離を用いることを提案し,その有用性を数値実験により示した.(2)(3)については,汎化性を意識しつつ,工学・医学分野と協働して特定のデータ対象とした統計モデルの開発を行った.すでに研究代表者が提案済みの関数一般化線形モデルと,高次元データに対して合成基底関数による関数ロジスティックモデルを用いて,関数構造方程式モデルについて検討した.また,経時測定データが共変量にある場合の生存時間解析において,関数化データの凸クラスタリング手法を開発した.さらにその群をCoxPHモデルの共変量として生存時間の推測を行う手法を検討している.新生児ホルモン分泌経時測定データは高次元経時測定データであるが,研究期間全体を通じて多層構造を扱える分位点回帰モデルを開発し,国際誌に採択され大きな成果を得た.多層データである手話学習者データについて,初めて関数主成分分析を適用した論文を発表した.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 その他

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 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Near-infrared light scattering and water diffusion in newborn brains2022

    • 著者名/発表者名
      Sachiko Iwata, Reiji Katayama, Kennosuke Tsuda, Yung-Chieh Lin, Tsuyoshi Kurata, Masahiro Kinoshita, Koya Kawase, Takenori Kato, Shin Kato, Tadashi Hisano, Motoki Oda, Etsuko Ohmae, Sachio Takashima, Yuko Araki, Shinji Saitoh, Osuke Iwata
    • 雑誌名

      ANNALS OF CLINICAL AND TRANSLATIONAL NEUROLOGY

      巻: 9 ページ: 1417-1427

    • DOI

      10.1002/acn3.51641

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bayesian nonparametric quantile mixed-effects models via regularization using Gaussian process priors2022

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tanabe, Yuko Araki, Masahiro Kinoshita, Hisayoshi Okamura, Sachiko Iwata, Osuke Iwata
    • 雑誌名

      JAPANESE JOURNAL OF STATISTICS AND DATA SCIENCE

      巻: 5(1) ページ: 241-267

    • DOI

      10.1007/s42081-022-00158-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A New Quantitative Triage System for Hospitalized Neonates to Assist with Decisions of Hospital Evacuation Priorities2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Imai, Tomoko Suzuki, Satoko Fukaya, Yuko Karasawa, Yoko Bando, Daisuke Sawaki, Yuko Araki, Shinji Saitoh, Osuke Iwata
    • 雑誌名

      Prehospital and Disaster Medicine

      巻: 37(3) ページ: 343-349

    • DOI

      10.1017/S1049023X22000553

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Functional mediation analysis with model selection2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Araki
    • 学会等名
      15th International Conference of the ERCIM WG on Computational and Methodological Statistics
    • 国際学会
  • [学会発表] Latency estimation for P-spline mixture cure model2022

    • 著者名/発表者名
      板東 蓉子, 荒木 由布子
    • 学会等名
      第20回情報学ワークショップ(実行委員会・電子情報通信学会東海支部)
  • [学会発表] Statistical Modeling for the Nonlinear Structure of Quantiles in Hierarchical Data via Regularization2022

    • 著者名/発表者名
      Araki, Yuko
    • 学会等名
      Risk and Statistics, 3rd Tohoku-ISM-UUlm Joint Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多変量関数凸クラスタリングの提案と手話学習データへの適用2022

    • 著者名/発表者名
      澤木 大輔, 西田 昌史, 荒木 由布子
    • 学会等名
      2022年度統計関連学会連合大会
  • [学会発表] Biostatistical modeling for the analysis of the cortisol circadian rhythm in infants2022

    • 著者名/発表者名
      Yuko Araki
    • 学会等名
      8th Annual Data Science in Engineering and Life Sciences Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 関数データ解析入門2022

    • 著者名/発表者名
      荒木 由布子
    • 学会等名
      中央大学研究機構 講演会
  • [学会発表] Survival analysis with several classes of functional data as covariates2022

    • 著者名/発表者名
      Yuko Araki
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Econometrics and Statistics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 精神医学領域の論文を読みこなすキーワード100!2023

    • 著者名/発表者名
      鬼塚俊明 他
    • 総ページ数
      280
    • 出版者
      新興医学出版社
    • ISBN
      488002886X
  • [備考] 東北大学情報科学研究科システム情報学専攻 荒木研究室 -統計数理学研究室-

    • URL

      https://www.math.is.tohoku.ac.jp/~arakilab/

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公開日: 2023-12-25  

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