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2022 年度 実施状況報告書

テンソル構造をもつ巨大データの統計的圧縮技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K19769
研究機関筑波大学

研究代表者

青嶋 誠  筑波大学, 数理物質系, 教授 (90246679)

研究分担者 矢田 和善  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90585803)
石井 晶  東京理科大学, 理工学部情報科学科, 嘱託特別講師 (20801161)
赤平 昌文  筑波大学, 数理物質系(名誉教授), 名誉教授 (70017424)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
キーワードデータ圧縮 / 深層学習 / 高次元統計解析 / 巨大データ / 次元の呪い
研究実績の概要

本研究は、コンピューターの性能に依存した従来の学術の体系と方向を大きく変革・転換させ、巨大テンソル型データを低コストで高速かつ高精度に解析できる統計的圧縮技術を開発する。次の3つの研究目的を遂行した。
(1) 巨大データ行列の非スパース性と巨大ノイズの推定論の構築
(2) 3階テンソル型データの次元の呪いの解明と解決法の提案
(3) 巨大テンソル型データの高速・高精度な統計的圧縮技術の開発
(1)について、幾つかのクラスが混在する巨大データ行列において、クラス間の潜在構造の差異を非スパース性で捉え、さらにデータの巨大ノイズの漸近的挙動を確率変動で捉えることで、各クラスがもつ階層構造を高精度に抽出する方法を提案した。(2)について、多重線形主成分分析法を用いて、3階テンソル型データにおける潜在構造推定に一致性が成立するための条件を導出した。この条件から、3階テンソル型データにおいて次元の呪いの主原因となる行列型の巨大ノイズが特定された。(3)について、データの潜在情報の抽出と変数選択を同時に処理できる新たな高次元主成分分析法を考案した。これを巨大テンソル型データに前処理として施すことによって、データサイズの大幅な圧縮が可能となる。本研究の成果について、青嶋は日本数学会に招待され秋季総合分科会で企画特別講演を行った。また、矢田・石井とともに幾つかの国際会議で招待講演を行った。本研究課題に関連するシンポジウムを、対面+オンライン(Zoom)のハイブリッド形式により、つくば国際会議場で開催した。なお、本研究課題に関連して、矢田は筑波大学Best Faculty Member Awardを受賞し、石井は日本統計学会小川研究奨励賞を受賞した。

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

交付申請書に記載した研究の目的に沿って、コンピューターの性能に依存した従来の学術の体系と方向を見直し、巨大テンソル型データを低コストで高速かつ高精度に解析できる統計的圧縮技術の開発を目指した。数学的基礎となる重要な成果が得られ、シンポジウムも開催し、研究成果について活発な意見交換が行われた。おおむね順調に進展していると評価できる。

今後の研究の推進方策

高速かつ高精度な解析を低コストで実現すべく、理論と方法論の両面から巨大テンソル型データの統計的圧縮技術の開発を進め、学術の体系を再構築する。

次年度使用額が生じた理由

分担者の一人が研究開始時点から産休に入ったため、当初の計画を変更することとなった。本年4月から無事に職場に復帰されたので、無理のないように研究を担当して、無理のないように分担金を使用してもらうように計画を立てている。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Chinese University of Hong Kong/Academia Sinica/National Central University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Chinese University of Hong Kong/Academia Sinica/National Central University
  • [雑誌論文] Statistical hypothesis testing for high-dimension, low-sample-size data2023

    • 著者名/発表者名
      Aoshima Makoto、Ishii Aki、Yata Kazuyoshi
    • 雑誌名

      American Mathematical Society, Sugaku Expositions

      巻: ー ページ: ー

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高次元現象の統計数理2022

    • 著者名/発表者名
      青嶋誠
    • 雑誌名

      日本数学会秋季総合分科会総合講演・企画特別講演アブストラクト

      巻: ー ページ: 51~61

  • [雑誌論文] Geometric classifiers for high-dimensional noisy data2022

    • 著者名/発表者名
      Ishii Aki、Yata Kazuyoshi、Aoshima Makoto
    • 雑誌名

      Journal of Multivariate Analysis

      巻: 188 ページ: 104850~104850

    • DOI

      10.1016/j.jmva.2021.104850

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 階層的クラスタリングの高次元漸近的性質について2022

    • 著者名/発表者名
      江頭健斗, 矢田和善, 青嶋誠
    • 雑誌名

      数理解析研究所講究録

      巻: 2221 ページ: 30~37

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 高次元小標本における非階層型クラスタリングの一致性について2023

    • 著者名/発表者名
      江頭健斗, 矢田和善,青嶋誠
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会「種々の統計的モデルにおける推測方式の有効性」
  • [学会発表] 高次元現象の統計数理2022

    • 著者名/発表者名
      青嶋誠
    • 学会等名
      日本数学会秋季総合分科会(企画特別講演)
    • 招待講演
  • [学会発表] Geometric classifiers for high-dimensional noisy data2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Yata, Aki Ishii, Makoto Aoshima
    • 学会等名
      JMVA 50th Jubilee volume follow-up webinar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Estimation of eigenvectors for linear combinations of high-dimensional covariance matrices and its applications2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi Yata, Aki Ishii, Makoto Aoshima
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Econometrics and Statistics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Asymptotic behaviors of hierarchical clustering under high dimensional settings2022

    • 著者名/発表者名
      Kento Egashira, Kazuyoshi Yata, Makoto Aoshima
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Econometrics and Statistics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High dimensional and low sample size case statistics for the screening on crystal information of the solid-state electrolytes2022

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto, H., Yata, K., Yamasaki, H., Aoshima, M.
    • 学会等名
      2022 Materials Research Society Spring Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Hierarchical clustering and its asymptotic behaviors in high-dimensional settings2022

    • 著者名/発表者名
      江頭健斗, 矢田和善,青嶋誠
    • 学会等名
      科研費シンポジウム「統計科学の開拓」
  • [学会発表] 階層的クラスタリングの高次元漸近的振舞い2022

    • 著者名/発表者名
      江頭健斗, 矢田和善,青嶋誠
    • 学会等名
      日本数学会秋季総合分科会
  • [備考] 青嶋研究室ホームページ

    • URL

      https://www.math.tsukuba.ac.jp/~aoshima-lab/jp/

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公開日: 2023-12-25  

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