2025/03/27 更新

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マツウラ マサヤ
松浦 真也
Matsuura Masaya
所属
大学院理工学研究科(理) 理工学専攻 数理科学 教授
職名
教授
連絡先
メールアドレス
外部リンク

学位

  • 博士(工学) ( 東京大学 )

研究キーワード

  • 実験数学

  • Mathematical Engineering

  • Experimental Mathematics

  • Time series Analysis

  • 時系列解析

  • 数理工学

研究分野

  • 自然科学一般 / 数学基礎

  • 自然科学一般 / 応用数学、統計数学

  • 情報通信 / 計算科学

学歴

  • 東京大学   工学系研究科   計数工学

    - 2000年

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    国名: 日本国

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  • 東京大学

    - 2000年

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所属学協会

論文

  • 授業アンケートによる理学部教育改革の成果分析

    髙橋 亮治, 小原 敬士, 松浦 真也

    大学教育実践ジャーナル = Journal of faculty and staff development in higher education   ( 15 )   141 - 146   2017年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:愛媛大学教育・学生支援機構  

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  • Gielis’ superformula and regular polygons

    Masaya Matsuura

    Journal of Geometry   106 ( 2 )   383 - 403   2015年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    © 2015, Springer Basel AG. Circles, ellipses, squares, rectangles, rhombuses and cross shapes are all special cases of Lamé curves (also known as superellipses). As a further generalization of Lamé curves, the Belgian botanist Johan Gielis introduced the notion of the so-called superformula with a view to the application to modeling and understanding the shapes of plants and animals. Despite the fact that Gielis’ superformula is expressed by a single simple equation, it can describe a wide range of various shapes, including, for example, triangle-like shapes, star-like shapes, flower-like shapes and so on. So far, it seems that most of the studies about Gielis curves (the curves generated by Gielis’ superformula) are application-oriented. In this paper, we examine precisely and analytically the mathematical structure of Gielis curves from a theoretical point of view. The original equation of the superformula has six parameters, which is too many to deal with at once. Therefore, we focus on a restricted case where the number of the parameters is reduced to three. In particular, we analyze the curvature at the “corners” and the midpoint of the “sides” of Gielis curves. We also derive the limit curves of Gielis curves and compare them with regular polygons.

    DOI: 10.1007/s00022-015-0269-z

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  • Asymptotic behaviour of the maximum curvature of lamé curves

    Masaya Matsuura

    Journal for Geometry and Graphics   18   45 - 59   2014年1月

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    The curve = 1 for a, b, p > 0 in the xy-plane is called a Lamé curve. It is also known as a superellipse and is one of the symbols of Scandinavian design. For fixed a and b, the above curve expands as p increases and shrinks as p decreases. The curve converges to a rectangle as p ∞, while it converges to a cross shape as p → 0+. In general, if p > 2, Lamé curves have shapes which lie between ellipses and rectangles. From the viewpoint of application, one of the fundamental problems is to detect the "optimal" value of the exponent p which creates the "most refined" shape. With this in mind, we closely examine how the curvature of Lamé curves depends on p. In particular, we derive an explicit expression of the asymptote of the maximum curvature, which is the main result of this paper. © 2014 Heldermann Verlag.

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  • On a recursive method including both CG and Burg's algorithms

    Masaya Matsuura

    APPLIED MATHEMATICS AND COMPUTATION   219 ( 3 )   773 - 780   2012年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE INC  

    The CG method (conjugate gradient method) is one of the most important and useful algorithms for the numerical solution of linear equations. On the other hand, Burg's algorithm is an algorithm for estimating the parameters of time series models. Both algorithms are quite popular in the field of numerical calculation and time series analysis, respectively. It is less known, however, that these algorithms have a common mathematical structure. It seems that not so many researchers are familiar with both of these algorithms. Therefore, in this paper, we review these algorithms and see how they are related with each other. This leads to a notion of "anti-stationarity" in time series analysis. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.amc.2012.07.024

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  • A note on generalized G-matrices

    Masaya Matsuura

    LINEAR ALGEBRA AND ITS APPLICATIONS   436 ( 9 )   3475 - 3479   2012年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE INC  

    In this paper, we slightly generalize the notion of G-matrices, which has been recently introduced. A real nonsingular matrix A is called a G-matrix if there exist nonsingular diagonal matrices D-1 and D-2 such that D(1)A(T)D(2) = A(-1). We generalize this definition to the case where A can be singular. We say that a real matrix A, which is nor necessarily square, is a generalized G-matrix (GG-matrix) if there exist nonsingular diagonal matrices D-1 and D-2 such that D(1)A(T)D(2) is a g-inverse of A. The main purpose of this paper is to show that any generalized Cauchy matrix is a GG-matrix. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved

    DOI: 10.1016/j.laa.2011.12.011

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  • Stochastic flows and finite block frames

    Maciej Klimek, Masaya Matsuura, Yasunori Okabe

    JOURNAL OF MATHEMATICAL ANALYSIS AND APPLICATIONS   342 ( 2 )   816 - 829   2008年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACADEMIC PRESS INC ELSEVIER SCIENCE  

    With the aim of understanding the mathematical structure of the fluctuation-dissipation theorem in non-equilibrium statistical physics and then constructing a mathematical principle in the modeling problem for time series analysis, we have developed the theory of KM2O-Langevin equations for discrete time stochastic processes. In this paper, as a new method for model analysis in the theory of KM2O-Langevin equations, we show that block frames provide a natural mathematical language for dealing with minimum norm expansions of multi-dimensional stochastic processes which do not necessarily satisfy stationarity and non-degeneracy conditions. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jmaa.2007.12.015

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  • 時系列のユニバーサルモデリングとシミュレーション

    松浦真也

    シミュレーション   26 ( 2 )   107 - 111   2007年6月

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    記述言語:日本語  

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  • Automatic seismic wave arrival detection and picking with stationary analysis: Application of the KM2O-Langevin equations

    Sho Nakamula, Minoru Takeo, Yasunori Okabe, Masaya Matsuura

    Earth, Planets and Space   59 ( 6 )   567 - 577   2007年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Berlin  

    An automatic detection and a precise picking of the arrival times of seismic waves using digital seismograms are important for earthquake early detection systems. Here we suggest a new method for detecting and picking P- and S-wave signals automatically. Compared to methods currently in use, our method requires fewer assumption with properties of the data time series. We divide a record into intervals of equal lengths and check the "local and weak stationarity" of each interval using the theory of the KM2O-Langevin equations. The intervals are stationary when these include only background noise, but the stationarity breaks abruptly when a seismic signal arrives and the intervals include both the background noise and the P-wave. This break of stationarity makes us possible to detect P-wave arrival. We expand the method for picking of S-waves. We applied our method to earthquake data from Hi-net Japan, and 90% of P-wave auto-picks were found to be within 0.1 s of the corresponding manual picks, and 70% of S-wave picks were within 0.1 s of the manual picks. This means that our method is accurate enough to use as a part of the seismic early detection systems. Copyright © The Society of Geomagnetism and Earth, Planetary and Space Sciences (SGEPSS)
    The Seismological Society of Japan
    The Volcanological Society of Japan
    The Geodetic Society of Japan
    The Japanese Society for Planetary Sciences
    TERRAPUB.

    DOI: 10.1186/BF03352719

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  • Automatic seismic wave arrival detection and picking with stationary analysis: Application of the KM2O-Langevin equations 査読

    Sho Nakamula, Minoru Takeo, Yasunori Okabe, Masaya Matsuura

    EARTH PLANETS AND SPACE   59 ( 6 )   567 - 577   2007年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:TERRA SCIENTIFIC PUBL CO  

    An automatic detection and a precise picking of the arrival times of seismic waves using digital seismograms are important for earthquake early detection systems. Here we suggest a new method for detecting and picking P and S-wave signals automatically. Compared to methods currently in use, our method requires fewer assumption with properties of the data time series. We divide a record into intervals of equal lengths and check the "local and weak stationarity" of each interval using the theory of the KM2O-Langevin equations. The intervals are stationary when these include only background noise, but the stationarity breaks abruptly when a seismic signal arrives and the intervals include both the background noise and the P-wave. This break of stationarity makes us possible to detect P-wave arrival. We expand the method for picking of S-waves. We applied our method to earthquake data from Hi-net Japan, and 90% of P-wave auto-picks were found to be within 0.1 s of the corresponding manual picks, and 70% of S-wave picks were within 0. 1 s of the manual picks. This means that our method is accurate enough to use as a part of the seismic early detection system.

    DOI: 10.1186/BF03352719

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  • Waveform characteristics of deep low-frequency earthquakes: time-series evolution based on the theory of the KM2O-Langevin equation

    Minoru Takeo, Hiroko Ueda, Yasunori Okabe, Masaya Matsuura

    GEOPHYSICAL JOURNAL INTERNATIONAL   165 ( 1 )   87 - 107   2006年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:BLACKWELL PUBLISHING  

    Since the 1970s, deep low-frequency earthquakes (DLF) with depths ranging 20-40 km have been observed just beneath the Japan Island Arc. Almost all of these earthquakes are recognized up to now have had magnitudes less than 2.5, so that we have little information concerning IDLE Employing the theory of KM2O-Langevin equations, we develop a new method to represent the characteristics of the coda parts of DLF, and propose a new concept of 'average dissipation spectrum'.
    The new averaging algorithm for the KM2O-Langevin matrix function was applied in the analysis of DLF (M: 1.0), which occurred in Akita prefecture on 2001 July 11, and we succeeded in separating the characteristics of the source vibration system and the source excitation process into the averaged dissipation term and the fluctuation term, respectively. The gaps between the arrival times of the fluctuation term's peaks at three stations near the epicentre are slightly different than the gaps between the S-wave arrival times. Assuming a homogenous crust structure with an S-wave velocity of 4.3 km s(-1) and assuming the depth of the second source to be the same as that of the hypocentre, the second source lies about 1.5 km, N 56 degrees E of the hypocentre. We estimate the common characteristics of this DLF successfully by using the 'average dissipation spectrum', which is made up of typical frequencies, theta(k), attenuation factors, Q(k) and amplitude factors, A(k). The common elements of (theta(k) similar to 1.5, Q(k) similar to -0.3) an (theta(k) similar to 3.25, Q(k) similar to -0.45) among all stations indicate the characteristics of the source dynamics of the Akita DLF.
    The major parts of the coda waves of DLF satisfy the stationary property, and the causality values for the linear and odd-degree non-linear transformations are relatively higher than those for the even-degree non-linear transformations. These characteristics are quite different from the characteristics of tectonic earthquakes. This quantitative property is common among all DLF.

    DOI: 10.1111/j.1635-246X.2006.02838.x

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  • Waveform characteristics of deep low-frequency earthquakes: time series evolution based on the theory of the KM2O-Langevin equation(共著)

    Geophysical Journal International   165 ( 1 )   87 - 107   2006年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1111/j.1635-246X.2006.02838.x

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  • On non-linear filtering problems for discrete time stochastic processes

    Y Okabe, M Matsuura

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   57 ( 4 )   1067 - 1076   2005年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:MATH SOC JAPAN  

    In this paper, we shall develop the linear causal analysis for the system consisting of two flows in a real inner product space and give an algorithm for calculating the non-linear filter for a discrete stochastic system which is given by two discrete time stochastic processes, to be called a signal process and an observation process, based upon the theory of KM2O-Langevin equations.

    DOI: 10.2969/jmsj/1150287304

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  • On non-linear filtering problems for discrete time stochastic processes(共著)

    Journal of the Mathematical Society of Japan   57 ( 4 )   1067 - 1076   2005年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.2969/jmsj/1150287304

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  • An axiomatic approach to block decompositions of rings

    M Matsuura

    JOURNAL OF ALGEBRA   284 ( 2 )   578 - 592   2005年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACADEMIC PRESS INC ELSEVIER SCIENCE  

    In calculations with matrices, block calculations play an important role. To elucidate the essential structures of block decompositions, we shall in this paper introduce a simple system of axioms which guarantees block calculations of rings. The axioms can be interpreted as rules of some kind of information filters. We shall also give another system of axioms in terms of idempotents which is equivalent to the above mentioned system and is similar to the Kolmogorov axioms of probability spaces. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jalgebra.2004.10.012

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  • Relations among the minimum norm coefficients for degenerate nonstationary flows

    M Matsuura

    SIAM JOURNAL ON MATRIX ANALYSIS AND APPLICATIONS   27 ( 3 )   654 - 664   2005年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SIAM PUBLICATIONS  

    In previous papers, we have investigated degenerate stochastic processes (or more generally, degenerate flows in inner product spaces), which is important in the analysis of time series obtained from deterministic dynamical systems. In this paper, we shall generalize the results in [M. Matsuura, Methodol. Comput. Appl. Probab., 5 (2003), pp. 369 - 387] and derive recursive relations for the minimum norm coefficients of the equations which describe the time evolutions of degenerate nonstationary flows. The obtained results can be considered as recursive relations among the minimum norm least squares solutions of matrix equations.

    DOI: 10.1137/S089547980343964

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  • Chaos and KM2O-Langevin equations(共著)

    Okabe Yasunori, Matsuura Masaya

    Bulletin of Informatics and Cybernetics   37   73 - 107   2005年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Research Association of Statistical Sciences  

    We treat two one-dimensional chaotic dynamics derived from both the logistic and the tent transformations from the viewpoint of the theory of stochastic processes. We construct two one-dimensional stochastic processes associated with the above dynamics. Applying the stationarity analysis and the non-linear information analysis in the theory of KM_2O-Langevin equations to them, we investigate the problem of the coexistence of order and chaos from the viewpoint of the fluctuation-dissipation theorem which characterizes the stationarity property of stochastic processes.

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  • On a new fluctuation-dissipation theorem for degenerate stationary flows

    M Matsuura

    METHODOLOGY AND COMPUTING IN APPLIED PROBABILITY   5 ( 3 )   369 - 387   2003年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:KLUWER ACADEMIC PUBL  

    The theory of KM2O-Langevin equations for stochastic processes (or more generally, flows in inner product spaces) have been developed in view of applications to time series analysis (e.g., Okabe and Nakano, 1991; Okabe, 1999, 2000; Okabe and Matsuura, 2000). In Klimek et al. (2002) and Matsuura and Ckabe (2001, 2003). we have investigated degenerate flows, which is important in the analysis of time series obtained from deterministic dynamical systems. As a continuation, we shall in this paper derive an efficient algorithm by which the minimum norm coefficients of KM2O-Langevin equations are explicitly obtained in degenerate cases. The obtained results have close relations to the calculations of conditional expectations such as nonlinear predictors of stochastic processes (Matsuura and Okabe, 2001). The method has also potential applications to financial mathematics.

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  • A generalization of Moore-Penrose biorthogonal systems

    Masaya Matsuura

    Electoronic Journal of Linear Algebra   10,146-154   146 - 154   2003年6月

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    In this paper, the notion of Moore-Penrose biorthogonal systems is generalized. In [Fiedler, Moore-Penrose biorthogonal systems in Euclidean spaces, Lin. Alg. Appl. 362 (2003), pp. 137-143], transformations of generating systems of Euclidean spaces are examined in connection with the Moore-Penrose inverses of their Gram matrices. In this paper, g-inverses are used instead of the Moore-Penrose inverses and, in particular, the details of transformations derived from reflexive g-inverses are studied. Furthermore, the characterization theorem of Moore-Penrose inverses in [Fiedler and Markham, A characterization of the Moore-Penrose inverse, Lin. Alg. Appl. 179 (1993), pp. 129-133] is extended to any reflexive g-inverse.

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  • On the Craig-Sakamoto theorem and Olkin's determinantal result

    M Matsuura

    LINEAR ALGEBRA AND ITS APPLICATIONS   364   321 - 323   2003年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE INC  

    Let A and B be any n x n real symmetric matrices. The following fact is well known: If \I-n - alphaA - betaB\ = \I-n - alphaA\\I-n - betaB\ for any alpha, beta is an element of R, then AB = 0. There exist various proofs. In this paper, we refine Olkin's method [Linear Algebra Appl. 264 (1997) 217]. Furthermore, his determinantal result is generalized. (C) 2003 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/S0024-3795(02)00615-8

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  • On the theory of KM2O-Langevin equations for non-stationary and degenerate flows

    M Matsuura, Y Okabe

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   55 ( 2 )   523 - 563   2003年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:MATH SOC JAPAN  

    We have developed the theory of KM2O-Langevin equations for stationary and non-degenerate flow in an inner product space. As its generalization and refinement of the results in [14], [15], [16], we shall treat in this paper a general flow in an inner product space without both the stationarity property and the non-degeneracy property. At first, we shall derive the KM2O-Langevin equation describing the time evolution of the flow and prove the fluctuation-dissipation theorem which states that there exists a relation between the fluctuation part and the dissipation part of the above KM2O-Langevin equation. Next we shall prove the characterization theorem of stationarity property, the construction theorem of a flow with any given nonnegative definite matrix function as its two-point covariance matrix function and the extension theorem of a stationary flow without losing stationarity property.

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  • On the theory of KM<sub>2</sub>-Langerin equations for non-stationary degenerate flows(共著)

    Journal of the Mathematical Society of Japan   55 ( 2 )   523 - 563   2003年

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  • On a method for detecting certain signs of stock market crashes by non-linear stationarity tests(共著)

    International Journal of Pure and Applied Mathematics   3 ( 4 )   443 - 484   2003年

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  • A geometric proof of the fluctuation-dissipation theorem for the KM2O-Langevin equation(共著)

    Hokkaido Mathematical Journal   31 ( 3 )   615 - 628   2002年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.14492/hokmj/1350911904

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  • On a non-linear prediction problem for one-dimensional stochastic processes(共著)

    Japanese Journal of Mathematics   27 ( 1 )   51 - 112   2001年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.4099/math1924.27.51

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  • On the theory of KM2O-Langevin equations for stationary flows(3) : extension theorem(共著)

    Hokkaido Mathematical Journal   29 ( 2 )   369 - 382   2000年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.14492/hokmj/1350912977

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MISC

  • 第4部 超ロバスト計算原理プロジェクト報告 超ロバスト計算原理プロジェクト 不確実性のモデル化活動グループ 揺動散逸原理に基づく時系列データの非線型構造の解析と超ロバストなモデル化

    松浦真也

    東京大学21世紀COE情報科学技術戦略コア 平成18年度 報告書   294 - 297   2007年

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    記述言語:日本語  

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  • Waveform characteristics of deep low-frequency earthquakes: Time-series evolution based on the theory of the KM2O-Langevin equation

    Minoru Takeo, Hiroko Ueda, Yasunori Okabe, Masaya Matsuura

    Geophysical Journal International   165 ( 1 )   87 - 107   2006年4月

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    記述言語:英語  

    Since the 1970s, deep low-frequency earthquakes (DLF) with depths ranging 20-40 km have been observed just beneath the Japan Island Arc. Almost all of these earthquakes are recognized up to nowhave had magnitudes less than 2.5, so that we have little information concerning DLF. Employing the theory of KM2O-Langevin equations, we develop a new method to represent the characteristics of the cod a parts of DLF, and propose a new concept of 'average dissipation spectrum'. Th e new averaging algorithm for the KM2O-Langevin matrix function was applied in the analysis of DLF (M: 1.0), which occurred in Akita prefecture on 2001 July 11, and we succeeded in separating the characteristics of the source vibration system and the source excitation process into the averaged dissipation term and the fluctuation term, respectively. The gaps between the arrival times of the fluctuation term's peaks at three stations near the epicentre are slightly different than the gaps between the S-wave arrival times. Assuming a homogenous crust structure with an S-wave velocity of 4.3 km s-1 and assuming the depth of the second source to be the same as that of the hypocentre, the second source lies about 1.5 km, N 56°E of the hypocentre. We estimate the common characteristics of this DLF successfully by using the 'average dissipation spectrum', which is made up of typical frequencies, θk, attenuation factors, Qkk and amplitude factors, Ak. The common elements of (θk ∼ 1.5, Qk ∼ -0.3) and (θk ∼ 3.25, Qk ∼-0.45) among all stations indicate the characteristics of the source dynamics of the Akita DLF. The major parts of the cod a waves of DLF satisfy the stationary property, and the causality values for the linear and odd-degree non-linear transformations are relatively higher than those for the even-degree non-linear transformations. These characteristics are quite different from the characteristics of tectonic earthquakes. This quantitative property is common among all DLF. © 2006 The Authors Journal compilation © 2006 RAS.

    DOI: 10.1111/j.1365-246X.2006.02838.x

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  • 超ロバスト計算原理プロジェクト 不確実性のモデル化活動グループ 揺動散逸原理に基づく時系列データの非線形構造の解析と超ロバストなモデル化

    岡部靖憲, 松浦真也

    東京大学21世紀COE情報科学技術戦略コア 平成17年度 報告書   315 - 318   2006年

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    記述言語:日本語  

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  • On non-linear filtering problems for discrete time stochastic processes

    Yasunori Okabe, Masaya Matsuura

    Journal of the Mathematical Society of Japan   57 ( 4 )   1067 - 1076   2005年10月

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    記述言語:英語  

    In this paper, we shall develop the linear causal analysis for the system consisting of two flows in a real inner product space and give an algorithm for calculating the non-linear filter for a discrete stochastic system which is given by two discrete time stochastic processes, to be called a signal process and an observation process, based upon the theory of KM2O-Langevin equations.

    DOI: 10.2969/jmsj/1150287304

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  • Chaos and KM2O-Langevin equations(jointly worked)

    Bulletin of Informatics and Cybernetics   37   73 - 107   2005年

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  • On the theory of KM2O-Langevin equations for non-stationary and degenerate flows

    M Matsuura, Y Okabe

    JOURNAL OF THE MATHEMATICAL SOCIETY OF JAPAN   55 ( 2 )   523 - 563   2003年4月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:MATH SOC JAPAN  

    We have developed the theory of KM2O-Langevin equations for stationary and non-degenerate flow in an inner product space. As its generalization and refinement of the results in [14], [15], [16], we shall treat in this paper a general flow in an inner product space without both the stationarity property and the non-degeneracy property. At first, we shall derive the KM2O-Langevin equation describing the time evolution of the flow and prove the fluctuation-dissipation theorem which states that there exists a relation between the fluctuation part and the dissipation part of the above KM2O-Langevin equation. Next we shall prove the characterization theorem of stationarity property, the construction theorem of a flow with any given nonnegative definite matrix function as its two-point covariance matrix function and the extension theorem of a stationary flow without losing stationarity property.

    Web of Science

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  • On a method for detecting certain signs of stock market crashes by non-linear stationarity tests(jointly worked)

    International Journal of Pure and Applied Mathematics   3 ( 4 )   443 - 484   2003年

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  • A geometric proof of the fluctuation-dissipation theorem for the KM2O-Langevin equation

    Maciej Klimek, Erlendur Karlsson, Masaya Matsuura, Yasunori Okabe

    Hokkaido Mathematical Journal   31 ( 3 )   615 - 628   2002年

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    記述言語:英語  

    We give a short proof, based on the geometry of inner product spaces, of the fluctuation-dissipation theorem that asserts applicability of the Whittle-Wiggins-Robinson algorithm in the context of the KM2O-Langevin equations also in degenerate and non-stationary cases. © 2002 by the University of Notre Dame. All rights reserved.

    DOI: 10.14492/hokmj/1350911904

    Scopus

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  • On a non-linear prediction problem for one-dimensional stochastic processes(jointly worked)

    Japanese Journal of Mathematics   27 ( 1 )   51 - 112   2001年

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  • On the theory of KM<sub>2</sub>O-Langevin equations for stationary flows(3) : extension theorem(jointly worked)

    Hokkaido Mathematical Journal   29 ( 2 )   369 - 382   2000年

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講演・口頭発表等

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 視覚的感性の数理モデルの導出とデザイン生成アルゴリズムの開発

    2021年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    松浦 真也

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    配分額:2600000円 ( 直接経費:2000000円 、 間接経費:600000円 )

    本研究では、プロダクトデザインに関し、「デザイン×数理・DS・AI」という立場で研究開発を進めている。具体的には、北欧デザインで用いられているラメ曲線や、それを拡張したギーリス曲線などの数理曲線を用い、次のA、Bについて調べている。
    A. 多くの人から高く評価されているデザインは、感性工学の諸手法を用い、数理曲線の幾何学的特性量の言葉で整理すると、どう表現できるのか?特に、数理曲線のパラメータ分布を用いて、視覚的感性が数理モデルとしてどう記述できるのか?
    B. 視覚的感性について、個人の嗜好性が数理曲線のパラメータ分布を始め、幾何学的特性量にどう反映されるのか?そして、その結果、上記の視覚的感性の数理モデルに、どのような形でどの程度、嗜好性に応じた個人差が生じるのか?
    研究初年度となる令和3年度には、主として上記のAの部分に取り組んだ。具体的には、人間の感性に対する大規模なアンケート調査を実施するための準備として、調査に用いるギーリス曲線のパラメータの組み合わせを選定するとともに、選定された曲線の幾何学的特性量を理論的に計算した。特に、正多角形と円とが組み合わさった形や、星形など、単純で人間にとって馴染みの深いデザインについて、重点的にアンケート調査を実施するために、そうした曲線をギーリス曲線で表現するためのパラメータ(の満たす関係式)を特定し、パラメータ値の変化と、幾何学的特性量の値との関係を解明した。これにより、視覚的感性の調査において、ME法、正規化順位法、SD法、評価グリッド等を用いた定量的な分析が、より効率よく実施可能となった。

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  • 数理閉曲線・曲面を用いたデザイン支援システムの開発

    2015年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C) 

    松浦 真也

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  • 離散時間確率過程の諸分解と時系列解析への応用

    2010年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    松浦 真也, KLIMEK Maciej

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    配分額:2730000円 ( 直接経費:2100000円 、 間接経費:630000円 )

    本研究では、地震波、株価等に代表される時系列データ(時間と共に値の変動するデータ)の解析法・取り扱い方について、特に確率過程の分解(「揺動散逸分解」「正弦波分解」「弱白色分解」)という観点から詳細に調べた。これらの分解は、時系列データの異常を検出したり、時系列データの特性量を抽出してデータの分類を行ったり、秘匿時系列データを複数のランダムな時系列に分散して管理したりすることへの応用が期待できる。こうした応用のための数学的な基礎研究を行い、それをもとに、実際に分解を実行するプログラムを作成した。

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  • 複雑系現象の時系列解析と抽出された分離性の確率過程論的研究

    2005年 - 2007年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    松浦 真也, 岡部 靖憲, 湯元 清文, 武尾 実, 加藤 天美, 堀田 武彦, 岡部 靖憲, 松浦 真也

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    配分額:11630000円 ( 直接経費:10700000円 、 間接経費:930000円 )

    本研究の目的は、実験数学の指導原理である「データから法則、モデルへ」の姿勢で、複雑系現象の観測データのみから、解析に使う定理の前提条件を検証し、データの非線形構造を抽出し、時間発展の「モデル」を導くことである。それを支える数学理論がKM20-ランジュヴァン方程式論である。これまでに、時系列の定常性、異常性、決定性などを調べるテスト(Test(S)、 Test(ABN)、 Test(D)等)を提唱し、種々の時系列に適用した。特に、特殊な地震(深部低周波地震)の解析をし、「分離性」(奇数次の多項式型変換を施した時系列から元の時系列への因果の強さが、常に、偶数次の変換を用いた場合より強い)という性質を発見した。この分離性は大脳皮質脳波などにも見られるが、通常の地震波や頭皮脳波にはなく、分離性を数学的に特徴付けることが、物理学的・脳科学的にも重要である。当該研究では、以下の成果を得た。
    1.「分離性」を数学の概念として定式化し、確率過程の有限次元分布が対称ならば、分離性が成り立つことを証明した。さらに、離散時間確率過程の周波数域での表現定理を証明し、そこに現れるパラメータの違いによって、有限次元分布の対称性が破れても分離性が成り立つ場合があることを示した。
    2.分離性と関係して、異常性の検出が重要であるが、Test(ABN)は大域的に発生する異常時刻を区別できない。これを補うため、非線形予測誤差を用いた時系列の異常性の検証法Test(RSK)を提唱し、その実用性を確認した。
    3.分離性を持たない株価時系列も解析した結果、2次の多項式の非線形変換が特徴的なダイナミクスとして抽出されることが分かった。分離性のある深部低周波地震でも、共通の性質が確認される。この結果の数学的解釈は今後の研究課題である。
    以上のように、本砺究により分離性の解明が、理論と応用の両面で進んだ。

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  • 時系列データの異常性の検出のための確率過程の定常性に関する理論的・実証的研究

    2003年 - 2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    松浦 真也

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    配分額:3400000円 ( 直接経費:3400000円 )

    本研究のねらいは、自然現象や社会現象における異常の発生を、定常性の崩れとしてとらえ、これに基づき時系列の異常の検出を行う手法に関して、定常性の理論をより精密化することにある。とりわけ、定常過程(弱定常過程、および更に広義での定常過程)の幾何学的な特性について理論的に詳しく調べることで、異常の検出の精度を向上させることを目指した。
    昨年度までの研究において、決定性の強い時系列(背後に存在する確率過程が退化している時系列)の定常性についてのデータ解析と、それを踏まえた退化した確率過程に対する理論的な解析を進めた。本年度の研究では、それらを整理すると共に、新たにスペクトル分解の視点からの理論的な解析を加えた。そして、退化した一次元定常過程のある種の標準表現を与えた。これにより、退化した離散時間確率過程に対して、ウエイト変換と呼ばれる変換に基づく解析、一般逆行列による解析、そしてスペクトル分解による解析という具合に、3種類の互いに相補的な解析が可能となった。
    それを踏まえ、具体例として、最も単純な退化確率過程の1つである正弦波に付随する確率過程や、カオス写像の典型的な例であるテント写像に付随する確率過程を扱った。そして、それらの時間発展を記述する時間域や周波数域での方程式を導いた。さらに、応用と直接結びつく例として、ブラインド音源分離問題との関係を調べた。
    一方、これらの理論的な研究成果を実際のデータ解析に反映させるため、昨年度までに作成した計算機プログラムの改良に取り組んだ。そして、本研究のまとめとして、人工的に発生させた時系列、および地震波、株価、金利などの実データの解析を再度行い、改良したプログラムの有用性を確認した。

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  • 複雑系現象の異常検出とモデル導出の時系列解析と導出したモデルの確率過程論的研究

    2002年 - 2004年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    岡部 靖憲, 柳川 堯, 室田 一雄, 井上 昭彦, 堀田 武彦, 松浦 真也

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    配分額:9100000円 ( 直接経費:9100000円 )

    離散時間の確率過程に対するKM2O-ランジュヴァン方程式論を用いて,二つの離散時間の確率過程に対する非線形推定を求める公式を求めた.それを具体的な信号過程と観測過程からなる非線形なシステムに応用して,Kalman-Bucyの研究以後未解決であった非線形推定問題を非線形推定子を計算するアルゴリズムを求める形で一つの解を与えた.
    時系列データの異常性を定常性の破れと定義し,KM2O-ランジュヴァン方程式論に基づく時系列データの定常性の検証Test(S)と離散時間の確率過程の非線形情報空間に付随する多項式型の生成系を用いて,時系列データの異常性の兆候を捉える異常性の検出Tst(ABN)を提唱した.
    時系列の異常性の兆候を捉えるTest(ABN)と時系列の決定性を検出するTest(D)を地震波,オーロラ,磁気嵐と脳波の時系列に適用したとき,深部低周波地震波のS波が到着してからの定常な時間域,オーロラ・磁気嵐が発生した後の定常な時間域と大脳皮質からとった脳波の時系列(ECoG)のいたるところに「分離性」という全く新しい性質が現れることを発見した.この性質は通常の地震の時系列と頭皮からとった脳波の時系列(EEG)ではどこにも現れない.さらに,この性質は日本語の母音にも現れることも分かった.
    大域的な時間発展が[α,β,γ]-ランジュヴァン方程式によって記述される連続時間の弱定常過程Xに対し,イノベーション法を用いることによって,確率過程Xの局所的時間発展を記述するKM2O-ランジュヴァン方程式を導き,その方程式に現れる特性量である係数を相関関数によって特徴付ける方程式系を導いた.

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  • 複雑系時系列のカオス性の検証と導出したカオスモデルの確率過程論的研究

    2002年 - 2003年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  萌芽研究

    岡部 靖憲, 堀田 武彦, 合原 一幸, 柳川 堯, 松浦 真也

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    配分額:3200000円 ( 直接経費:3200000円 )

    (1):計量ベクトル空間内の退化した一般の流れに対し,その時間発展を記述するKM_2O-ランジュヴァン方程式の特性量であるKM_2O-ランジュヴァン行列系を流れの2点共分散行列関数より計算するアルゴリズムを求めた.それは流れの定常性を特徴付ける揺動散逸定理(the fluctuation-dissipation theorem)を非定常な流れに対して求めた一般化した揺動散逸定理(the generalized fluctuation-dissipation theorem)に基づいている.
    (2):複雑系時系列にモデル解析を適用し,その時間発展が決定的と判定されたダイナミクスを与える非線形な関数から直接リアプーノフ指数を計算するアルゴリズムを求め,テント写像・ロジスティック写像の力学系の見本関数として与えられる時系列に対し適用し,カオス性の特徴の一つであるリアプノフ指数が正であることを確認した.
    (3):カオス的時系列の特徴である「秩序と混沌の共存状態」の定量的な表現として,テント写像・ロジスティック写像から導かれる離散時間の確率過程に対し,定常性を特徴付ける揺動散逸定理とは異なる新たな揺動散逸定理を証明した.
    (3.1)ロジスティック写像に関しては,2次元の離散時間の確率過程の共分散行列関数は移動平均過程(moving average process)と同じ構造を持っているが,KM_2O-偏相関行列関数は自己回帰過程(autoregressive process)のそれと同じ構造をもつことを示した.
    (3.2)テント写像に関しては,2次元の離散時間の確率過程の共分散行列関数は移動平均過程(moving average process)と異なる構造を持ち,KM_2O-偏相関行列関数を求めるアルゴリズムを見つけた.

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  • The theory of KM<sub>2</sub>O-Langevin Equations

    Cooperative Research 

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    資金種別:競争的資金

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  • Mathematical Finance

    Cooperative Research 

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    資金種別:競争的資金

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  • Non-linear Time Series Analysis

    Cooperative Research 

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    資金種別:競争的資金

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担当授業科目(学内)

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社会貢献活動

  • 出張講義「パズルの数理」

    役割:講師

    新田青雲中等教育学校  2017年11月

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    種別:出前授業

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  • 出張講義「パズルの数理」

    役割:講師

    宇和島南中等教育学校  2016年12月

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    種別:出前授業

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  • 松山東高校SGH課題研究「スウェーデンと日本の比較分析」

    役割:助言・指導

    松山東高校  2016年4月 - 2017年9月

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    種別:研究指導

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  • 松山東高校SGH課題研究「データで比べるスウェーデンと日本」

    役割:助言・指導

    松山東高校  2015年9月 - 2016年3月

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    種別:研究指導

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  • 愛媛県高等学校教育研究会数学部会顧問

    役割:助言・指導

    2015年4月 - 現在

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