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2016 年度 実績報告書

計算代数統計による統計と関連数学領域の革新

研究課題

研究課題/領域番号 25220001
研究機関滋賀大学

研究代表者

竹村 彰通  滋賀大学, データサイエンス学部, 教授 (10171670)

研究分担者 高山 信毅  神戸大学, 理学研究科, 教授 (30188099)
日比 孝之  大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (80181113)
研究期間 (年度) 2013-05-31 – 2018-03-31
キーワード数理統計学 / 代数統計学 / グレブナー基底
研究実績の概要

ホロノミック勾配法に関する具体的な研究成果としては、統計的多変量解析における古典的な重要な課題である行列変数の超幾何関数の満たす微分方程式系や差分方程式系と、それに基づくホロノミック勾配法について進展が得られた。特に2F1型の超幾何関数の数値評価へのホロノミック勾配法の適用に関する研究成果は Hashiguchi, Takayama and Takemura, "Distribution of the ratio of two Wishart matrices and cumulative probability evaluation by the holonomic gradient method", Journal of Multivariate Analysis, 2018, の形で刊行された。

また分割表で周辺頻度を固定した場合の一般化超幾何分布に関して、基準化定数及び指数型分布族としての期待値パラメータに関する性質の評価とその数値的応用が得られ(Takayama, Kuriki and Takemura, "A-Hypergeometric Distributions and Newton Polytopes", arXiv 1510.02269)、国際雑誌への投稿と改訂の作業を通じて、一般化超幾何分布分布の最尤推定の性能の向上が得られた。

さらに、統計学以外への応用としては、無線通信分野における多入力多出力系(MIMO, Multiple Input Multiple Output)の復号方式の性能評価へのホロノミック勾配法の応用があげられる。無線通信分野の統計的性能評価では、複素多変量正規分布や複素ウィシャート分布が用いられるが、beamforming と呼ばれる通信方式の性能を調べるための統計量の分布関数に関するホロノミック系の性質について Vidunas and Takemura, "Differential relations for the largest root distribution of complex non-central Wishart matrices", arXiv:1609.01799 において詳しく検討した。

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

本研究の中心課題であるホロノミック勾配法に関しては、研究実績の概要に見たように研究が順調に進展している。この方法の有用性は広く認識されるところとなり、竹村はホロノミック勾配に関する業績により日本数学会2015年度解析学賞を受賞した。その後もさまざまな研究者によってホロノミック勾配法の研究が進展している。また分担者の高山信毅を中心とするホロノミック勾配法のRのパッケージ化の作業も進んでおり、すでにRのパッケージの公開レポジトリにおいて公開されている。

今後の研究の推進方策

ホロノミック勾配法の研究においては、多変量正規分布のもとでの標本分布論として古典的な重要性を持つ行列変数の超幾何関数の数値計算の研究をさらに進める。無線通信分野への応用については、これまで研究を進めてきたZF(zero-forcing)復号方式に加えて、beamforming とよばれる復号方式の研究もはじめているが、まだ完全に一般の結果は得られていない状況であり、一般的な結果を得るための研究を進める。さらにARMAモデルなどの時系列解析の手法について計算代数的観点から考察し、有理関数モデルであるARMAモデルをホロノミック関数の観点から拡張したモデルについて、自己相関関数や偏自己相関関数の挙動を研究する。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2018 2017

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 1件) 学会発表 (3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Distribution of the ratio of two Wishart matrices and cumulative probability evaluation by the holonomic gradient method.2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Hashiguchi, Nobuki Takayamab and A. Takemura.
    • 雑誌名

      Journal of Multivariate Analysis

      巻: 165 ページ: 270, 278

    • DOI

      10.1016/j.jmva.2018.01.002.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relation between the rate of convergence of strong law of large numbers and the rate of concentration of Bayesian prior in game-theoretic probability.2018

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Sato, Kenshi Miyabe and A.Takemura.
    • 雑誌名

      Stochastic Processes and their Applications

      巻: 128 ページ: 1466, 1484

    • DOI

      10.1016/j.spa.2017.07.014.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 滋賀大学で始まったデータサイエンティストの組織的育成2017

    • 著者名/発表者名
      竹村彰通
    • 学会等名
      品質管理学会
  • [学会発表] 滋賀大学データサイエンス学部の現状2017

    • 著者名/発表者名
      竹村彰通
    • 学会等名
      統計関連学会
  • [学会発表] デーサイエンス研究と教育の意義2017

    • 著者名/発表者名
      竹村彰通
    • 学会等名
      組織学会
  • [図書] 基礎系 数学 確率・統計II (東京大学工学教程)2018

    • 著者名/発表者名
      青木敏、竹村彰通
    • 総ページ数
      192
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      4621302701

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公開日: 2018-12-17  

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