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2020 年度 実施状況報告書

データ分離解析に対する拡散型方程式理論の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 20K20342
配分区分基金
研究機関東京大学

研究代表者

儀我 美一  東京大学, 大学院数理科学研究科, 教授 (70144110)

研究分担者 石毛 和弘  東京大学, 大学院数理科学研究科, 教授 (90272020)
行木 孝夫  北海道大学, 理学研究院, 教授 (40271712)
黒田 紘敏  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (80635657)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード全変動流方程式 / 拡散型偏微分方程式 / クラスタリング
研究実績の概要

データ分離における分離線の構成問題は、画像処理における輪郭線を抽出する問題と共通の面がある。本研究では、カラー画像に対して用いられる全変動写像流方程式に対して、その空間離散版に対して、有効な数値スキームを確立した。具体的には、値域空間が球面の場合はいろいろ研究されているが、例えば回転群値の場合の有効な数値スキームはなかった。これに対して、多様体の指数写像を用いる方法を提案し、その時間空間離散スキームの収束性を証明した。このスキームは滑らかでないが凸の変分問題を解くので計算がしやすく、実際に計算をブレグマンスキームで行った。また輪郭線からノイズを取る曲率流方程式について、外力付クリスタライン平均曲率流方程式の等高面法を確立した。熱方程式によるデータ分離を筋委縮症の薬の製造に生命科学者とともに応用した。
第一のテーマと関係するが、画像分離やデータ分離問題への応用が期待される小林・ワレン・カーターエネルギーは、全変動エネルギーに重みをつけて、その重みの部分を単底型モディカ・モルトラエネルギーに加えたものである。これについて、一次元問題ではあるがその特異極限を求めることに成功している。これはいわゆるガンマ収束の言葉で記述されるが、その時の位相の取り方が肝心であることを見出した。この問題はいわゆる画像分離に用いられるいわゆるマンフォード・シャハエネルギーを近似する問題に似ているが、分離線に濃淡がでるところが異なる。データ分離への応用が期待される。

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

研究は当初の計画以上に進展していたが、コロナ禍でさまざまな企画が規模の縮小を余儀なくされた。オンライン研究集会等を活用してなんとか一定の成果をあげることができた。

今後の研究の推進方策

研究計画の一つの主目標であった小林-ワレン-カーターもでるについて、その特異極限の特徴づけを行う。また、その極限ダイナミクスについて、その解の挙動の解析を行う。一方、熱方程式の解析については、データ分離線の数学的特徴づけについて調べていきたい。

次年度使用額が生じた理由

予定していたポスドク研究院が他機関に転職したため、雇用費が予定より少ない金額となった。また、コロナ禍で対面型研究会を開催できず、また参加もできなかったため、この項目も当初より少ない支出となった。次年度以降、コロナ禍が収まった時点で、研究会主催、研究会出席、共同研究を積極的に行いたい。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 5件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 6件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] ワルシャワ大学(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      ワルシャワ大学
  • [雑誌論文] A varifold formulation of mean curvature flow with Dirichlet or dynamic boundary conditions2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga, F. Onoue and K. Takasao
    • 雑誌名

      Differential and Integral Equations

      巻: 34 ページ: 21-126

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Existence of asymptotic speed for birth and spread model equations2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga, H. Mitake, T. Ohtsuka and H. V. Tran
    • 雑誌名

      Indiana Univ. Math. J.

      巻: 70 ページ: 121-156

    • DOI

      10.1512/iumj.2021.70.8305

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The hydrostatic Stokes semigroup and well-posedness of the primitive equations on spaces of bounded functions2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga, M. Gries, M. Hieber, A. Hussein and T. Kashiwabara
    • 雑誌名

      J. Funct. Anal.

      巻: 279 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.jfa.2020.108561

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rigorous justication of the hydrostatic approximation for the primitive equations by scaled Navier-Stokes equations2020

    • 著者名/発表者名
      K. Furukawa, Y. Giga, M. Hieber, A. Hussein, T. Kashiwabara and M. Wrona
    • 雑誌名

      Nonlinearity

      巻: 33 ページ: 6502-6516

    • DOI

      10.1088/1361-6544/aba509

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] On boundary detachment phenomena for the total variation flow with dynamic boundary conditions2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga, R. Nakayashiki, P. Rybka and K. Shirakawa
    • 雑誌名

      J. Differential Equations

      巻: 269 ページ: 10587-10629

    • DOI

      10.1016/j.jde.2020.07.015

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] On a discrete scheme for time fractional fully nonlinear evolution equations2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga, Q. Liu and H. Mitake
    • 雑誌名

      Asymptot. Anal.

      巻: 120 ページ: 151-162

    • DOI

      10.3233/ASY-191583

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A new numerical scheme for discrete constrained total variation flows and its convergence2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga, K. Sakakibara, K. Taguchi and M. Uesaka
    • 雑誌名

      Numer. Math.

      巻: 146 ページ: 181-217

    • DOI

      10.1007/s00211-020-01134-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Remarks on large time behavior of level-set mean curvature flow equations with driving and source terms2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga, H. Mitake and H. V. Tran
    • 雑誌名

      Discrete Contin. Dyn. Syst. Ser. B

      巻: 25 ページ: 3983-3999

    • DOI

      10.3934/dcdsb.2019228

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Viscosity solutions for the crystalline mean curvature flow with a nonuniform driving force term2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga and N. Pozar
    • 雑誌名

      SN Partial Differ. Equ. Appl.

      巻: 1 ページ: -

    • DOI

      10.1007/s42985-020-00040-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On the Helmholtz decompositions of vector fields of bounded mean oscillation and in real Hardy spaces over the half space2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga and Z. Gu
    • 雑誌名

      Adv. Math. Sci. Appl.

      巻: 29 ページ: 87-128

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prediction of compound bioactivities using heat-diffusion equation2020

    • 著者名/発表者名
      T. Hidaka, K. Imamura, T. Hioki, T. Takagi, Y. Giga, M.-H. Giga, Y. Nishimura, Y. Kawahara, S. Hayashi, T. Niki, M. Fushimi and H. Inoue
    • 雑誌名

      Patterns

      巻: 1 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.patter.2020.100140

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 単底型モディカ・モルトラ汎関数の微細な特異極限2021

    • 著者名/発表者名
      儀我美一
    • 学会等名
      Workshop on Analysis in Kagurazaka 2021
    • 招待講演
  • [学会発表] On total variation flow type equations2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga
    • 学会等名
      Seminar Analysis and Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] On some macroscopic models of phase transitions2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga
    • 学会等名
      Nonlinear Science Seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spatially discrete total variation map flow and its time discrete approximation2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga
    • 学会等名
      Differential Equations for Data Science
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 微分方程式で表現される粘性や拡散の効果2021

    • 著者名/発表者名
      儀我美一
    • 学会等名
      談話会
    • 招待講演
  • [学会発表] A finer singular limit of a single-well Modica-Mortola functional and its applications2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga
    • 学会等名
      Nonlocal diffusion problems, nonlocal interface evolution
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] On total variation flow type equations2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga
    • 学会等名
      SN PDE Webinar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A finer singular limit of a single-well Modica-Mortola functional and its applications2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Giga
    • 学会等名
      Partial Differential Equations under Various Metrics
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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