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2013 Fiscal Year Research-status Report

非平衡関係式を駆使した最適化と制御の情報統計力学

Research Project

Project/Area Number 24740263
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

大関 真之  京都大学, 情報学研究科, 助教 (80447549)

Keywords詳細釣り合い / 非平衡定常系 / 平衡状態 / マルコフ連鎖モンテカルロ
Research Abstract

今年度は非平衡統計力学の知見を確率過程におけるアルゴリズムへの応用を目指して、解析的研究に終止した.特に詳細釣り合いの破れという平衡と非平衡の境目について重点的に調査を行った.マルコフ連鎖モンテカルロ法と呼ばれる汎用的確率過程のアルゴリズムでは、元来詳細釣り合いを課した条件のもとで計算が行われてきた.しかしそれにこだわる必要性は数理的観点から否定されている.諏訪・藤堂は詳細釣り合いを破ることで、棄却率を0とする画期的手法を開発した.そこで詳細釣り合いを破ることでどのようにしてアルゴリズムの性能がよくなったのか、加速の起源はなんであるかを追求することを目指した.
詳細釣り合いの破れを引き起こすことで、確率過程のルールを決める遷移行列の性質がかわることで、ダイナミクスを支配する固有値の変化が見られる.その固有値の変化の仕方が、非対称な行列を用いることで必ずアルゴリズムの加速を引き起こす方向に変化することを見いだした.またこの非対称な行列の導入により、非平衡定常状態特有の維持熱の発生を見ることが出来た.この2つの大きな発見が今年度の主要な研究実績を言える.
また平衡状態への緩和過程におけるダイナミクスの大偏差関数について、空間的に全結合をしているような系でその構造を明らかにした.これは平衡統計力学の平均場近似の、ダイナミクス版となっており、準安定状態の出現に際して、ダイナミクスがどのように凍結するかなどの基本的性質を捉えている基本的な形式を与える非常に重要な知見を得たこととなる.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

非平衡定常系及び平衡状態の緩和過程などのダイナミクスの性質と確率過程のアルゴリズムとしての側面を結びつける基本的性質を明らかにすることに成功したため.

Strategy for Future Research Activity

平衡・非平衡の境目について明らかになったため、この両者の違いを活かした計算アルゴリズムの開発を行う.またマルコフ連鎖モンテカルロの物理的側面について更に検討を加えて、情報量との関連についても議論をする.

  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Violation of detailed balance accelerates relaxation2013

    • Author(s)
      Akihisa Ichiki and Masayuki Ohzeki
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 88 Pages: 020101-1~4

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.88.020101

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonequilibrium work relation in macroscopic system2013

    • Author(s)
      Yuki Sughiyama and Masayuki Ohzeki
    • Journal Title

      Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment

      Volume: 2013 Pages: P04012-1~15

    • DOI

      10.1088/1742-5468/2013/04/P04012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Belief propagation with multipoint correlations and its application to Inverse problem2013

    • Author(s)
      Masayuki Ohzeki
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 473 Pages: 012005-1~

    • DOI

      10.1088/1742-6596/473/1/012005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Variational principle in Langevin system2013

    • Author(s)
      Yuki Sughiyama and Masayuki Ohzeki
    • Journal Title

      Interdisciplinary Information Sciences

      Volume: 19 Pages: 93~99

    • DOI

      10.4036/iis.2013.93

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A challenge for critical point of spin glass in ground state2013

    • Author(s)
      Masayuki Ohzeki
    • Journal Title

      Interdisciplinary Information Sciences

      Volume: 19 Pages: 65~71

    • DOI

      10.4036/iis.2013.65

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 大関 真之、田中 利幸2014

    • Author(s)
      半教師有り学習の情報統計力学
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] 詳細つりあいの破れと線形応答の形式2014

    • Author(s)
      一木 輝久、大関 真之
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] スモールワールドネットワーク上の発電機モデルの同期2014

    • Author(s)
      佐々木 英一、大関 真之、太田 快人
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] 有限次元スピングラスと量子計算2014

    • Author(s)
      大関 真之
    • Organizer
      量子情報の新展開
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      20140323-20140325
    • Invited
  • [Presentation] スモールワールドネットワーク上のSwing方程式の同期2014

    • Author(s)
      佐々木 英一、大関 真之、太田 快人
    • Organizer
      第一回制御部門マルチシンポジウム
    • Place of Presentation
      電気通信大学
    • Year and Date
      20140304-20140307
  • [Presentation] 相関のある相互作用を持つ3次元スピングラス模型の相図2013

    • Author(s)
      藤井 啓祐、中田 芳史、大関 真之、村尾 美緒
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 詳細つりあい条件の破れと緩和速度の関係2013

    • Author(s)
      一木 輝久、大関 真之
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] Belief propagation with multipoint correlations and its application to Inverse problem2013

    • Author(s)
      Masayuki Ohzeki
    • Organizer
      nternational Meeting on ''Inference, Computation, and Spin Glasses'' (ICSG2013),
    • Place of Presentation
      Hokkaido University
    • Year and Date
      20130728-20130730
    • Invited
  • [Presentation] Measurement-based quantum computation protected by symmetry breaking states2013

    • Author(s)
      Masayuki Ohzeki
    • Organizer
      the 25th International Conference on Statistical Physics of the International Union for Pure and Applied Physics
    • Place of Presentation
      Seoul University
    • Year and Date
      20130722-20130726
  • [Presentation] Eigenvalue Problems without Detailed Balance Condition2013

    • Author(s)
      Akihisa Ichiki and Masayuki Ohzeki
    • Organizer
      Frontier of Statistical Physics and Information Processing
    • Place of Presentation
      Kyoto University
    • Year and Date
      20130711-20130714
  • [Presentation] Perspective beyond detailed balance from Markov chain Monte Carlo

    • Author(s)
      Akihisa Ichiki and Masayuki Ohzeki
    • Organizer
      Italia-Giappone attraverso il futuro- A bridge across the future-
    • Place of Presentation
      Kyoto University
    • Invited
  • [Remarks] =TOP= of Masayuki Ohzeki

    • URL

      http://www-adsys.sys.i.kyoto-u.ac.jp/mohzeki/index.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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