hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グラフ構造を対象としたデータ統合問題解決のための文脈を保存する融合変換の開発

副作用のない純粋な関数型言語の分野で開発された、プログラム変換技術の一つである「融合変換」に、副作用を有する言語に適用可能なものに拡張するためのアルゴリズムを与えた。特にデータモデルとしてグラフ構造を対象とした言語を用いる。グラフ構造は、現実世界の実体を直接かつ自然に表現できるデータ構造であるからである。研究代表者が既に開発した木構造を対象とした副作用を有する言語であるXQueryはグラフ構造も扱うことができるため、この言語に対する健全な融合変換を与えた。また、完全性を示すためのスキーマのクラスと問合せ言語のクラスを示した。異なるスキーマのもとで管理されている同じ内容のデータにアクセスする「データ相互運用問題」を解決する手法の一つである「データ統合」は,スキーマ間の違いをスキーママッピングで記述する.Web上のデータ交換フォーマットとして開発されたXMLデータにおいては、スキーママッピングはXQueryで記述される.これに基づきこれまでP2Pに基づくXMLデータ統合が提案されてきた.このような状況において、多段のスキーママッピングを介したデータへのアクセスは、途中に多くのXMLエレメント構築をはさむようなcomposite問合せをXQueryで記述することになる.この種の問合せにおいて、途中に存在するエレメント構築の削除による問合せの最適化は大きな効果が見込まれる.しかしながら、XQueryにおいてエレメント構築は副作用があるため単にエレメント構築を削除するだけでは等価な問合せとはならない.このことは、既にXQueryの教科書等でも取り上げられている著名な問題である.したがって、これまでエレメント構築の削除による問合せの最適化は不可能であると考えられてきた.しかしながら、研究代表者によるさきの研究課題において、この問題に対する解が与えられた.グラフ問合せ言語として、XQueryを対象とした場合に実用的な問題を解決することが可能となる一方で、上記のエレメント構築の削除に関して、より実用的なアルゴリズムの開発が必要なった.上記のアルゴリズムは健全ではあるが、完全ではなかった.今年度は、composite XQuery問合せにおける途中に出現するエレメント構築を削除する完全なアルゴリズムを開発した.まず、XQueryの標準形を定義した.特にfor-式の標準形を定義するとことで、in-式を経路式に限定することが可能となり、これまで削除できなかったエレメント構築の削除に成功した.平成25年度は、XQueryの書換えにスキーマ情報を使うことの有効性とプロトタイプ実装に取り組んだ.まず、どのスキーマのクラスを用いるかの検討を行い、現実に使われている、スキーマのクラスとして、duplicate-free、covering、dsisjunction-freeなどを候補として、その記述能力、実際にどのくらい使われているかなどの調査を行った.その結果、これらのスキーマ間について記述能力に関しては包含関係が成り立たずincomparableであることがわかった.現実的な使用状況については、duplicate-free DTDかつcoveringなものの使用がほとんどであるという報告があった.本研究では特に経路式に着目しその融合変換を用いた書換え手法に基づく最適化を提案していることから、本研究の成果が十分に適用可能でかつ現実的に幅広く使われているスキーマのクラスして、duplicate-freeDTDが適当であるとの結論を得た.プロトタイプ実装として、与えられたduplicate-freeDTDとそれに妥当なXMLdocumentに対して、identity queryを用意することで、本研究の成果にスキーマ情報を用いることが達成できた.副作用のない純粋な関数型言語の分野で開発された、プログラム変換技術の一つである「融合変換」に、副作用を有する言語に適用可能なものに拡張するためのアルゴリズムを与えた。グラフ問合せ言語UnQLを拡張し,構造に関する副作用を扱えるようにするための,様々な調査を行った.具体的には,根付きのグラフ構造を対象とし,逆向きエッジやサイクルを表現するための特別なエッジの存在価値について,調査を行った.そのために,データの静的構造とデータを操作するための代数構造が別のものとして設計することを目指した.これは,XPathの設計が,静的には木構造であるがデータを操作する代数構造はグラフを表現しているからである.具体的には,元来順序が定義されていないUnQLが対象とするグラフに順序を導入し,構造再帰を最小限の修正として集合和を連結に,単位元を空集合から空リストにしたもとで,計算の意味を与えた.その結果,ストリーミングデータを表現可能となったが,その一方でオートマトンのε遷移に相当する,εエッジを全て削除することができないことが判明した.また,この拡張によって,文書の目次を作成するような,入力の順序を保持する変換は記述できるが,入力順序を条件とした変換や,順序を変更するような順序に関する副作用は記述できないことも判明した.対象としているグラフ問合せ言語は,双模倣を用いて等価性を定義しており,等価なグラフの演算結果は等価なものになるという,双模倣不変という重要な性質を満たしているが,構造再帰の記述能力を増大させると,双模倣不変を維持することが非常に難しくなってしまうことも判明した.平成26年度は、スキーマ情報を問合せ中に埋め込む手法として等価問合せを用いることを中心に研究をすすめた.

具体的には、スキーマのクラスとしてデータ交換などで広く使われているnested relational DTDを採用し、このDTDに妥当な文書全体について、等価問合せとの合成問合せを構築し、研究代表者らが既に開発済みの副作用を考慮に入れた融合変換を適用することで、スキーマ情報に用いた従来よりも効率の良い問合せへと変換することが可能となった.本研究成果について興味を示している欧州の企業との情報交換なども行い、本研究成果の実用面での効果を確認できた.データベースプログラミング言語グラフ問合せ言語としてXQueryを対象とすることで、現実的な問題をそのまま扱うことが可能となったので、おおむね順調に進展しているものと考えられる.本研究課題の成果の有効性を確認するための実験に用いるプロトタイプ実装が、当初の計画よりも遅れてしまっている.これは、実際に広く用いられておりかつ本研究成果が十分に適用可能なスキーマのクラスの同定に時間がかかってしまったからである.その主な理由は実用上でのスキーマのクラス間に包含関係などが成り立たず、比較不能であったためである.グラフ問合せの調査をして,対象となる問合せ言語の候補をしぼりこんだので,おおむね順調に進展している.今後はグラフ固有の特徴である、合流やサイクルに対して適用するための拡張を行う予定である.identityqueryを用いることでスキーマ情報を利用したXQueryの書換えが達成できるが、必ずしも最適化につながる訳ではない.そこで、遅延的にこのidenity queryを生成し、必要なときにだけ利用するという方法の検討をすることにした.当初の計画通り,順序や合流,サイクルに関する副作用が対象言語で記述できるように拡張する予定である.国内外の旅費に使うことで、国内外の研究者との交流や研究発表をする予定である.プロトタイプ実装が遅れてしまったことにより、成果発表の出張旅費などに使用していないため.成果発表のための出張旅費および、本研究課題に関する独国在住の研究者との議論のための出張旅費としての使用を計画している.当初の予定通り,ノートPCの購入と国内外旅費,学術雑誌掲載費に使用する予定である.
深部空孔状態の強度関数の精密測定とカオス的様相の深査

分離エネルギー領域の中性子の核反応で、原子核の隣接レベル分布が、ランダムな分布から予想されるポアソン型でなく、近隣接部が減少するカオス的様相(ウィグナー型)を示すことが、古くから実験的に示され、理論的にランダム行列理論により説明されている。これが量子カオスの1例とされている。最近、γ線データなどから、基底状態付近では分布はポアソン型に近いことが分かり、8MeVまでの励起エネルギーのどこかで、原子核レベルの統計的性質が変異していることが予想されている。しかし、性質の分かったサンプル集団で、この変異を確かめた実験例はなかった。本研究では九州大学及び筑波大学のタンデム加速器からの偏極ビームを使用して、主として(p,d)反応などの精密測定を行った。加速器粒子のエネルギーは20MeVであり、(p,d)反応のQ値が-58MeVであるので、測定励起エネルギー領域は08MeVである。これにより励起エネルギー8MeVまでの深部空孔状態の殻軌道ごとの隣接レベル分布を決定した。九州大学タンデム加速器では、半導体テレスコープにより中分解能の測定を行い、データのフーリエ解析や自己相関解析などの統計処理により連続スペクトルの中でのポアソン・カオス成分を識別し、両分布の変異を探索した。また、筑波大学のタンデム加速器では、高分解能スペクトルグラフESP-90を使用して、高分解能測定により、分離レベルについて詳細なデータを収集した。これらの結果、ポアソンとカオス成分の分離が原子核の励起エネルギー45MeV近辺で起こっているとの徴候を見出した。以上の成果は、学会等に報告し、また一部は論文として公表している。量子カオスに関する自然界のデータは少ない。原子核の隣接レベル分布が、統計的なポアッソン型でなくカオス的様相を示すウィグナー型を示す実験結果が古く示されて以来、現在でも量子カオスの一例としてしばしば言及されている。近年のγ線データ等を解析した結果から、原子核の隣接レベル分布においてポアソン型からウィグナー型に変化する変異エネルギーは、原子核の励起エネルギーで8MeV以下にあるであろうと予測されている。一方、我々は、これまで蓄積した単一中性子移行反応データの解析から、その変異エネルギーは45MeV付近にあると考えている。今年度は、変異エネルギーに関する問題を明確にするため、筑波大学タンデム加速器からの偏極ビーム使用して、22MeV(p,d)反応の測定を行った。^<100>Moをターゲットとして、励起エネルギー領域07MeV、測定角度8°から68°の範囲で測定した。それぞれの励起レベルの強度ならびにスピン・軌道角運動量等の物理量を決定し、隣接レベル分布を得るための解析を現在進めている。実験では、高いエネルギー分解能の測定に成功しており、高精度の結果が期待されている。測定に使用した焦点面検出器の問題点が明らかになったため、この点を踏まえて新検出器の開発を開始した。また、九州大学タンデム加速器施設での連続スペクトル測定の実験を行うために、半導体検出器テレスコープとデータ収集系の開発を行い、現在順調に進んでいる。理論面では、中性子移行反応の連続スペクトルを単一空孔状態がダンピングしたものの重ね合わせとして考え、励起エネルギーが10MeVまでのスペクトル解析に適用し、実験データの再現に成功した。この解析結果を用いてレベル密度分布を求め、隣接レベル分布を評価する手法について検討を進めている。量子カオスに関する自然界のデータは少なく、理論的、感覚的な議論が多いのが実状である。原子核の隣接レベル分布が、統計的なポアッソン型でなくカオス的性質を反映するウィグナー型を示す実験結果が示されて以来、現在でも量子カオスの一例としてしばしば言及されている。本研究では、隣接レベル分布を性質の分かったサンプル集団について分析する。また、量子カオスの実験例としてだけでなく、性質の分かったサンプル集団による解析法の確立を目指す。

九州大学および筑波大学のタンデム加速器を利用して(p,d)反応などの精密測定を行い、励起エネルギー8MeV付近までの深部空孔状態の隣接レベル分布を殼軌道毎に決定し、それらの分布の統計的性質を調べて、ポアッソン型とウィグナー(カオス)型の識別を行い、両分布の変異を探索する。この考えをもとに、原子核の励起・崩壊のメカニズムを解明することを最終目標とする。本年度は、昨年度に測定した21MeV陽子ビームによる^<100>Mo(p,d)^<99>Mo反応データの解析を進めると同時に、データのフーリエ解析や自己相関解析など統計処理により、連続スペクトルの中でのポアッソン・カオス成分を識別する方法について調査を行った。実験データに関しても更に高精度化を図るため、測定装置の改良を行った。九州大学での測定用には、低エネルギー粒子測定用ΔEガス計数管の開発を行っており、テスト実験の結果良好な性能を有することが分かった。筑波大学での高分解能磁気スペクトログラフESP-90を使用する実験用には、高励起原子核の崩壊に伴う遷移を精密に測定するための準備を進めた。このため、高性能大型SWPCの開発が筑波大学グループにより進められており、その性能テストとESP-90の焦点面持性に関するテスト実験を数回行った。分離エネルギー領域の中性子の核反応で、原子核の隣接レベル分布が、ランダムな分布から予想されるポアソン型でなく、近隣接部が減少するカオス的様相(ウィグナー型)を示すことが、古くから実験的に示され、理論的にランダム行列理論により説明されている。これが量子カオスの1例とされている。最近、γ線データなどから、基底状態付近では分布はポアソン型に近いことが分かり、8MeVまでの励起エネルギーのどこかで、原子核レベルの統計的性質が変異していることが予想されている。しかし、性質の分かったサンプル集団で、この変異を確かめた実験例はなかった。本研究では九州大学及び筑波大学のタンデム加速器からの偏極ビームを使用して、主として(p,d)反応などの精密測定を行った。加速器粒子のエネルギーは20MeVであり、(p,d)反応のQ値が-58MeVであるので、測定励起エネルギー領域は08MeVである。これにより励起エネルギー8MeVまでの深部空孔状態の殻軌道ごとの隣接レベル分布を決定した。九州大学タンデム加速器では、半導体テレスコープにより中分解能の測定を行い、データのフーリエ解析や自己相関解析などの統計処理により連続スペクトルの中でのポアソン・カオス成分を識別し、両分布の変異を探索した。また、筑波大学のタンデム加速器では、高分解能スペクトログラフESP-90を使用して、高分解能測定により、分離レベルについて詳細なデータを収集した。これらの結果、ポアソンとカオス成分の分離が原子核の励起エネルギー45MeV近辺で起こっているとの徴候を見出した。以上の成果は、学会等に報告し、また一部は論文として公表している。
クォーク物性を解き明かすALICE実験フォトン物理の新展開

第2期衝突実験最終年は5月初め、衝突エネルギー13TeVの陽子衝突を再開した。私たちが運用責任を担うPHOS/DCAL検出器を含めてALICE実験は順調に立ち上がり、10月末の陽子衝突終了までに65/fbの積算衝突輝度を達成した。加速器は引き続き核子対当たり5.0TeV/Aの鉛+鉛原子核衝突に調整され、11月末までの4週間に私たちは単年あたり過去最高の約900/μbの積算輝度データを収集した。私たちはPHOS/DCALが最高性能を発揮するよう日々管理運用に従事するとともに、既得データから陽子/鉛+鉛原子核衝突における中性中間子生成及びジェット抑制に関する物理解析を終結させ学会誌に公表した。2015年に取得した5.0TeV鉛+鉛原子核衝突の中性中間子解析も主導的に推進し、本学院生が5月にイタリア・ヴェネティア市で開催された本分野最重要国際会議クォークマターにて最新成果を口頭発表した。PHOS有意性を最大限発揮する熱輻射光子解析も同時に先導してきたが、既得データ統計量を遙かに超える高品位データを本年度収集できたことを機に、全データ解析を再構築し、充分な統計を確保して信頼性を高めた研究成果とすることに同意した。これまでの研究活動を寸断することなく新たな研究計画のもとで取り組む。カラーグラス凝縮や早期平衡化機構の解明に焦点を絞る超前方検出器FOCAL実証機を製作し、ELPF/PS/SPSで性能評価を行った。本分担者の結果報告と要請に応えて実験技術審査部会はALICE実験装置内での評価テスト実施を受け入れた。私たち大学チームの強い研究意欲と高いプレゼンスを示す好事例であった。ALICE実験地域データ解析拠点Tier2の運用責任を果たすとともに、アジア地域ネットワーク接続強化及び協調的運用を図るべく、アジア解析拠点会議(ATCF)を招集し、指導的役割を担った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。欧州CERN研究所ALICE共同実験に私たちが建設導入した高分解能フォトン検出器PHOS及びジェット対電磁カロリメータDCALを主要測定器とし、LHC原子核衝突が創る超高温領域クォーク物質の強相関物性と完全流体性を解明する。先行研究課題の最終年度を待たずに本研究課題に引き継ぎ、以下の成果を得た。1)第2期衝突実験開始に向けた主要検出器データ読出高速化の要請に応えて、PHOS検出器に新たな高速読出システム(SRU)の実装及び立ち上げを実施した。検出器は地上準備室に引き上げ分解し、回路基板及び部品等を日本、ロシア、中国、北欧で分担調達しながら広島大研究者とロシア側研究者が中核となり約10ヶ月にわたる再組み込み工程を完遂した。2)新規導入するDCAL検出器はPHOSと共通する筐体に載せて一体化し、10月、ALICE実験装置導入を完了させた。わが国大学チームが主導する特色あるフォトン検出器として第2期衝突実験に臨む。ここで鍵となるのは、異なる構造の検出器を一体化して動作させる事象選別機能であり、新たな選別回路(TRU/STU)を調達するとともに選別機能開発は筑波大研究者が中心となり、TRU搭載FPGAコード開発を進めた。3)第1期衝突実験データの物理解析を徹底する努力も継続した。2010年収集した鉛+鉛原子核衝突実験データの先行的解析では単光子エネルギー分布の導出に成功し、摂動的QCD光子分布に重畳する熱輻射光子成分を認めるに至った。統計的に優位な2012年の鉛原子核衝突実験データの解析を進め、先行解析を有意に超える高横運動量の中性中間子運動量分布の導出に成功した。単光子エネルギー分布抽出へ進展させるとともに第2期衝突実験データ解析に向けて解析コード最適化と系統誤差最小化に向けた努力を継続した。・昨年5月から衝突エネルギーを倍増した第2期衝突実験が開始され、13TeV陽子+陽子衝突実験を10月まで継続し、11月から4週間、5TeV/A鉛+鉛原子核衝突実験を遂行した。開始当初からPHOS及びDCALとも順調な立ち上がりを示し、両衝突系ともに中性パイ及びイータ中間子の生成量を横運動量の関数として導出済み。新規導入したPHOS/DCAL事象選別システムも鉛原子核衝突に於いてジェット/光子事象選別データの収集に成功する。・超前方に注目した新たな物理を開拓するため、4モジュール16層から構成するFOCAL検出器PAD読出試作機を10-11月、CERN研究所PS/SPS加速ビームを使って性能評価し、期待通りのエネルギー分解能(20%/√E)を証した。前方物理の様々な可能性を追求しながら検出器仕様の最適化に着手した。・史上最高衝突エネルギーの陽子衝突及び鉛原子核衝突の様相が少しずつ見えてきた。物理解釈を深める広い分野の理論家との協力が重要であり、流体理論物理を専門とする野中千穗を新たに分担者に迎えた。プラズマ物理研究者との協働も継続し、カラー電磁場との相互作用を陽的に含む新たなQGPモデルや流体力学的不安定性についても検討を行っている。

・第1期衝突実験データの物理解析を徹底する努力も継続した。PHOSとITS/TCPを組み合わせた単光子熱輻射成分の解析から2.76TeV/A鉛+鉛原子核衝突の創る熱源はハドロン物質の存在限界を遙かに超える3.4兆度(297±12±41MeV)に達していることを論文発表した。・LHC第2期衝突実験に向け、わが国大学チームが主導する特色あるフォトン物理を展開するPHOS及びDCAL検出器の一体化導入を当初計画通り期限内に完遂した。陽子衝突実験開始当初から両検出器は順調にデータ収集を続け、11月からの鉛原子核衝突実験も成功裡に完遂した。特に本研究で構築したPHOS/DCALと対向するEMCを組み合わせたジェット/光子事象選別システムも順調に稼働し、同データセットを使った特色あるフルジェット再構成解析が現在進行中である。・これらの展開を通して新たな学術分野「強く相互作用する量子多体系」を模索するインフォーマルな活動も名古屋大学にて2回開催した。参加者はQGP物理の専門家のみならず、プラズマ物理、宇宙物理学、宇宙線実験など多岐にわたり活発な議論を行った。2016年5月から陽子衝突13TeVで第2期衝突実験2年目を開始した。PHOS/DCAL検出器とも順調な立ち上がりを果たし、2015年と2016年を合わせて800M事象を収集した。同年10月、陽子+鉛原子核衝突実験を開始した。PHOS/DCALとも順調にデータ収集に参加し、同年末までに660M事象のデータを収集した。3年目の2017年は陽子+陽子衝突に特化し、最終年の2018年は再度、鉛+鉛原子核衝突データを収集する予定である。高分解能PHOS検出器の優位性を発揮させる単光子熱輻射成分の物理解析を推進した。2.8TeV/A鉛原子核衝突が創る熱源が発する熱輻射単光子に異方性の兆候を見出した。熱光子放出源の集団運動的な様相を示唆する。衝突エネルギーを倍増した第2期実験結果との比較から早期熱化機構の解明も期待できる。わが国院生を率いて陽子+鉛原子核衝突が生成する2光子崩壊中性パイ中間子の不変生成量分布を導出するとともに、最新5.02TeV/A鉛+鉛原子核衝突データから単光子熱輻射成分の抽出に着手した。また、わが国に置く地域解析拠点(広島大と筑波大)を整備増強しノンストップ運用責任を果たすと共に、アジア地域解析拠点幹事としてアジア地域ネットワーク接続強化及び協調的な解析力強化の指導的役割を果たした。第1期衝突実験データ解析に引き続き、第2期5.02TeV/A鉛原子核衝突実験データ解析も私たちが先行した。中性中間子の運動量解析に引き続き、PHOSの優位性を発揮する単光子熱輻射成分の解析も進捗し、予備的非公開ながら摂動的QCD光子分布に重畳する熱輻射光子成分を明確に認めることに成功した。今後、衝突エネルギー倍増による到達温度や熱輻射光子量の変化からクォーク物質の熱力学的性質を突き止めていく。新規導入した第1段PHOS/DCAL事象選別機能はジェット対事象を選択することに成功し、2016年の陽子+陽子衝突実験から投入した。この機能によりPHOS/DCAL検出器に有効入射がある事象収集率が高まり、私たちの検出器をベースにしたフォトン物理推進に大きな前進となる。統計量増加に伴い検出器較正精度も向上し、DCALを中核に据える物理解析も加速している。
西洋建築史における建築技術の比較研究および地中海建築情報のインターネット化

1)古代建築に関しては、岡田はイランのチョガザンビルの建築遺構について、ユネスコからの依頼された保存修復について研究を行った。伊藤はギリシアのデルフィにおける実測調査およびメッセネでのギリシアとの共同発掘調査に基づいた建築遺構の復原や設計法の研究、まt渡辺はイタリアのタルクィニアの発掘調査に参加し、出土遺構に関して考察と復原を行った。中世建築については、篠野がビザンチン時代の都市の概念について、中世からのギリシア語原書に基づいた分析を行い、また西田はフランスのシトー派修道院の平面について設計手法を明らかにした。近世建築については、石川がイタリアルネサンスの建築家像について、従来の解釈に対して疑問を投げかけ、中世修道院での助道士の役割について分析した。星は18世紀イギリスの建築家の役割について、文献に基づいて考察を加えた。2)地中海建築文献情報データベースのインターネット化については、熊本大学の伊藤研究室に所蔵する単行本および学術雑誌論文の37347件を、研究室のパソコンをサーバーとした検索システムに載せてすでに公開した。著者名、書名または論文に含まれる単語、雑誌の種類、年号などによってほぼ瞬時に検索できる。日本国内はもちろんおそらく世界中からの利用が見込まれるものと思われ、建築史、美術史、考古学、歴史などの研究分野に関して各国の研究者にとっては、非常に便利な検索システムとなると思われる。1)設計法および施行法の分析古代建築に関しては、伊藤、堀内、林田がデルフィのアテナ・プロナイア建築について行った。その結果以下のことがわかった。トロスは地盤の緩みで変形し、本来の直径が不明確であった。分析の結果、基壇の直径は13.4870mと計算され、古代尺の45尺と考えられる。各部は他のギリシア建築と同様に、比例をもとに設計されているが、アテネのパルテノン神殿と似た4:9の比例が見られ、材料がアッティカのペンテリ産の大理石であることと合わせて、興味深い事実を示している。ルネサンス建築あるいはそれ以後の建築については、星と石川が建築家の役割について研究をし、各々建築学会大会において研究発表をおこなった。2)データベースの作成データベースの作成とそれをインターネットにのせる研究は、いまだ開発途上にあり、まだ完成していない。現在の状況は、ハードウェアを購入した段階であり、これに搭載したソフトウェアを用いて、どのようにデータを構成するか、を検討している。おそらく、来年度にはこのデータベースのインターネットでの公開は実現するものと思われる。現在は、研究代表者がインターネット上にホームページを試験的に作成しており、このホームページの中で公開する予定である。3)研究協議会これらの研究の打ち合わせのために、平成8年7月と平成9年2月の2回、各研究者が熊本大学に集まり研究発表をし議論をする研究協議会を行った。1)設計法および施工法の分析古代建築に付いては、伊藤がデルフィのアテナプロナイア神域の建物のクランプについて、その寸法や使われ方が時代によってどのように変化するかについて分析した。また堀内はパルテノン神殿の設計法に関して、その円柱のエンタシスについて分析を試みた。渡辺は、紀元前2世紀から紀元2世紀まで400年間の古代ローマの浴場建築に付いて、網羅的な研究をし、平面の変遷に付いて分析した。石川は、最近相継いで出版されているルネサンス時代の建築家による図面に付いて、その図面の作られた意図、役割、今日からみたその意味などに付いて考察を加えた。2)データベースの作成熊本大学の西洋建築史研究室に所蔵する地中海建築に関する文献情報のデータベースの作成は、ほぼ完了している。とくに単行本に関しては、すでにインターネット上に載せるだけになっており、これがネット上で公開されれば全国の研究者にとって、非常に有効な情報を供給できるものと思われる。残りの学術雑誌の論文については、これも既にデータベース化されているものの、これをインターネットに載せるための、ソフト上での操作が残されている。したがって、これが来年度の課題である。3)研究協議会これらの研究の打合せのために、平成9年10月と平成10年3月の2回、研究分担者が熊本大学に集まり研究発表をし議論をする研究協議会を行なった。

1)古代建築に関しては、岡田はイランのチョガザンビルの建築遺構について、ユネスコからの依頼された保存修復について研究を行った。伊藤はギリシアのデルフィにおける実測調査およびメッセネでのギリシアとの共同発掘調査に基づいた建築遺構の復原や設計法の研究、また渡辺はイタリアのタルクィニアの発掘調査に参加し、出土遺構に関して考察と復原を行った。中世建築については、篠野がビザンチン時代の都市の概念について、中世からのギリシア語原書に基づいた分析を行い、また西田はフランスのシトー派修道院の平面について設計手法を明らかにした。近世建築については、石川がイタリアルネサンスの建築家像について、従来の解釈に対して疑問を投げかけ、中世修道院での助道士の役割について分析した。星は18世紀イギリスの建築家の役割について、文献に基づいて考察を加えた。2)地中海建築文献情報データベースのインターネット化については、熊本大学の伊藤研究室に所蔵する単行本および学術雑誌論文の37347件を、研究室のパソコンをサーバーとした検索システムに載せてすでに公開した。著者名、書名または論文に含まれる単語、雑誌の種類、年号などによってほぼ瞬時に検索できる。日本国内はもちろんおそらく世界中からの利用が見込まれるものと思われ、建築史、美術史、考古学、歴史などの研究分野に関して各国の研究者にとっては、非常に便利な検索システムとなると思われる。
並列処理を組み入れた高速なインパルス性雑音の検出法と除去に関する研究

インパルス性雑音の除去には,スイッチング型のメディアンフィルタが有効である.開発済みの多方向スイッチングメディアンフィルタ(M-SMF)は,2x2画素サイズの検出器と平均化を使った復元器を特徴とする.この手法は対象画素が雑音かを判別するためのしきい値を必要とする.このしきい値の適切な値は画像内のエッジの強さと量により異なる.通常,エッジの強さや量は,画像の場所によっても異なるので,場所ごとの適切なしきい値も異なる.本研究では,しきい値の設定範囲を分割し,分割画像ごとにエッジの平均値に応じたしきい値を設定するM-SMFの改善方法と,GPUを用いた並列処理アルゴリズムの方法を開発した。本研究では、多方向走査平均処理スイッチング・メディアン・フィルタの雑音除去性能の改善と並列化処理を用いた高速さを実現するのが目的である。平成25年度には、これまでに開発を進めている多方向走査型平均処理スイッチング・メディアン・フィルタは雑音の除去性能は高いが誤検出率と未検出率も高いという課題があるため、これを低下させるための改良点として次の(I)雑音検出器の改善、(II)復元器の改善の2項目について研究を行なった。項目(I)の雑音検出器については、本手法の検出器のサイズが2×2画素小さいため、注目画素の周辺情報を考慮することができず雑音検出のしきい値が検出率に大きく影響を与える。そこで、画像を細分化することで、このしきい値を細分化された画像ごとに可変することで検出率の改善が可能となった。もう一つの(II)復元器の改善については、中央値や方向に対する雑音の可能性に関する検出回数を利用する方法などについて検討しているが、現方式である平均化処理を上回るには至っていない。本年度は、もう一つ処理速度に関して、(III)アルゴリズムの並列処理を導入することで高速化を図るという項目についても研究を行なった。本手法の多方向からの雑音検出処理をマルチコアのCPUに対応させる並列処理にアルゴリズムに変えて処理速度に関する実験を行なったところ、従来の方式に比べて3分の1以下の処理時間に抑えられることがわかった。また、多手法と比較しても非常に良好な結果を得ることができた。さらに、平成26年度に予定していた(IV)しきい値の自動検出という項目に関しても、サンプル画像を使った実験から画像のエッジ情報との関連が定性的ではあるが相関関係が若干見出された。平成26年度における研究では、提案をしているインパルス性雑音を除去するための多方向走査平均処理スイッチング・メジアン・フィルタの改善として、以下の3項目について重点を置いた。一つ目は、フィルタとしての雑音除去性能は高いが誤検出率および未検出も高いという課題にたいして画像を分割化することで細分化された画像ごとに雑音判定に重要な役割を果たすしきい値を可変することである。二つ目は、この細分化した画像ごとのしきい値と画像中のエッジ部分の割合を示す強度との関係を分析して、しきい値を自動的に求められるようにすることである。三つ目は、フィルタのアルゴリズムについてマルチコアCPUを用いた並列化とGPUを用いた並列化よって処理速度を向上させることである。画像の分割化による画像ごとのしきい値を用いた処理結果では、単一のしきい値を用いた場合と比較して十分良好な結果が得られることがわかった。分割数は細かいほど良い結果が得られるが、逆にしきい値の決定時間が増加することが課題となっている。アルゴリズムの並列化では、本手法の特徴である多方向からの雑音検出処理をマルチコアCPUに対応させた並列処理による処理速度の実験よって、従来手法と比べて3分の1以下の処理時間に抑えられることがわかった。さらに、GPUを用いた並列化ではその割合は10分の1近い処理時間に抑えられるがわかった。今後、GPUのスレッド数に対する処理時間比を明確にすることが必要と考えられる。なお、画質の比較においては従来法と比較しても遜色のない結果を得ることができた。最後のしきい値の自動決定に関しては、画像中のエッジ情報との相関がら最良のエッジ抽出フィルタを見つけることができ、そのエッジ強度から導いたしきい値を使うことで概ね良好な結果が得られることがわかった。本研究では、画像に重畳するインパルス性雑音を除去するための多方向スイッチングメディアンフィルタ(多方向SMF法)について、以下の3項目について重点を置いて改善を図った。1つ目は、雑音除去性能を高めるために、画像を分割することで分割画像ごとに雑音判定に用いるしきい値を可変型とすることである。2つ目は、この分割画像ごとの画像中のエッジ割合としきい値との関係を分析して、しきい値を自動的に算出できるようにすることである。3つ目は、本手法のアルゴリズムに関して、マルチコアCPUを用いた並列処理方式とGPUを用いた並列処理方式にすることで処理速度を向上させることである。各分割画像内のエッジ割合をエッジ強度から定め、これを基に算出したしきい値による雑音除去性能は、単一しきい値による処理結果と比較して良好な画質評価指標(PSNR)が得られた。分割数については細かいほど画質は良くなるが、しきい値設定の時間が増加することが分かった。しかし、従来法と画質PSNRを比較した結果では、雑音付加率が50%ぐらいまでにおいて最高レベルの結果を得ることができた。しきい値の自動決定に関しては、画像中のエッジ割合との相関の知見を基にエッジ強度から導いたしきい値を使うことで概ね良好な結果が得られることがわかった。

また、本フィルタの並列処理方式として、マルチCPUを用いた並列処理方式のアルゴリズムと、GPUを用いた並列処理方式のアルゴリズムを開発した。2048×2048画素の画像サイズにおけるマルチコアCPU型並列処理の処理速度は、従来の多方向SMF法と比べて3分の1以下の処理時間に抑えられ、さらにGPU型並列処理ではマルチコア型の約20分の1以下の処理時間で済むことが分かった。以上より開発予定の項目をほぼ実現することができ、また良好な結果を得ることができた。インパルス性雑音の除去には,スイッチング型のメディアンフィルタが有効である.開発済みの多方向スイッチングメディアンフィルタ(M-SMF)は,2x2画素サイズの検出器と平均化を使った復元器を特徴とする.この手法は対象画素が雑音かを判別するためのしきい値を必要とする.このしきい値の適切な値は画像内のエッジの強さと量により異なる.通常,エッジの強さや量は,画像の場所によっても異なるので,場所ごとの適切なしきい値も異なる.本研究では,しきい値の設定範囲を分割し,分割画像ごとにエッジの平均値に応じたしきい値を設定するM-SMFの改善方法と,GPUを用いた並列処理アルゴリズムの方法を開発した。平成26年度に予定していた計画であるスイッチング型の雑音除去フィルタでは重要な役割を果たすしきい値に関して、自動的に決定する方法を開発することが主目的であったが、これに対して画像の中に含まれるエッジ情報から具体的な決定方法を開発することができた。ただし、雑音除去性能として最適しきい値と比較すると若干の画質低下があるため改良の余地が残されている。その他の成果として、画像分割による画像ごとのしきい値設定によって単一のしきい値の画質よりも向上した結果が得られた。さらに、平成27年度の主目的であるアルゴリズムの並列化について、マルチコアCPUおよびGPUを活用した手法を作成しその処理速度の性能を調査することを始められた。以上から、若干計画が年度を前後する項目も含まれているが、十分に目的を達成できていると言える。画像処理平成27年度では、前年度までに開発したしきい値の自動化と並列処理アルゴリズムに関して、次のような方策を考えている。しきい値の自動化では、自動的に計算されたしきい値と最適しきい値との間には開きがあるため、この差をできるだけ小さくするために画像の特徴分析をする必要があると考えている。並列処理に関しては、GPUを用いた並列化においてスレッド数と処理時間の関係を明確にすることで、本手法の処理速度に関する他手法と比較したときの有効性を明らかにする。さらに、この並列処理アルゴリズムにしきい値の自動決定の方法を取り入れたアルゴリズムを完成させる。このためには、実用性の評価として高解像度ディジタルカメラで撮影した2400万画素以上の大量の画像に対して評価試験を行ないながら改良も行なう予定である。今年度が最終年度となるために、これまでの研究において得られた成果について国際会議ならびに数回の学会で発表していく予定である。また、現在投稿中の学術論文2編に加えて、H27年度の研究成果の論文を投稿する予定でもある。平成25年度に計画した(I)
ベイズ型統計モデルによる複数異種形式データ解析の理論と方法論の研究

●マイクロアレイデータとデータベース上で各遺伝子に付与されている機能アノテーションを統合し,情報抽出を行う手法を開発した.GO:: TermFinder, FatiGOと呼ばれるソフトウェアとして公開されている既存の方法論の問題点を指摘し,それを解決する方法論を構築できた.また,kの成果を基にしたソフトウェアを公開するために準備中である.●マイクロアレイデータは,各遺伝子が生成するメッセンジャーRNAを計測しているため,実際に細胞内で働いているタンパク質の状態(量・活性度)を理解することは難しい.しかしながら,転写制御機構を明らかにするためには,転写因子と呼ばれる多数の遺伝子を制御しているタンパク質の活性を予測することが必要不可欠である.そこで,マイクロアレイデータと転写因子結合配列情報を利用することで,転写因子の活性度を予測する手法を開発した.また,この手法を,人参養栄湯と呼ばれる漢方薬を投与したマウスについて適用し,その作用機序を明らかにするための知見を得た.この論文は,複合薬である漢方のバイオインフォマティクス的解析の世界初の論文であり,複合薬の解析にこのアプローチは有用であることを示した.●ベイジアンネットワークによる遺伝子ネットワーク推定においては,その構造学習はNP-困難であることが示されている.そこで,パラメータ推定と構造学習が同時に可能なlassoに着目し,グラフィカル・ガウシアンモデルを推定するための方法論を開発した.また, lassoを改良したweighted lassoを開発し, lassoの問題点である擬陽性を大幅に減らすことに成功した.1000を超えるような非常に多くの確率変数の依存関係を表すグラフィカルモデルの推定問題に対して,ベイジアンネットワーク,ブーリアンネットワーク,状態空間モデル,マルコフランダムフィールドなど様々なモデルを用いてその有効性について検討し学術雑誌および査読付きの国際会議にて論文発表した.これらの研究を通して,確率変数の数が増えるとともにモデルが観測データにオーバーフィットしていく様相を統計学的観点のみならず,実データの観点から再確認できた.この現象を克服するために同種の観測データの数を増やすことが困難な状況では他の実験系からのデータを統合することが必要不可欠である.この問題は,本研究のメインテーマであり,本年度はその着実な第一歩を踏み出せたと確信している.以下に本年度に行った研究の主なものをまとめる:[1]前年度行った超多次元データのクラスタリングのための混合因子分析モデルの推定を最尤法の枠組みからよりデータへの化適合を避けるために罰則付き最尤法に拡張した.[2]ブーリアンネットワークによる遺伝子ネットワーク推定においては,スコア関数の意味で同値なモデルが複数存在する可能性を示し,その解決策として発現データに加え結合配列データと呼ばれる別の実験系からの観測データを統合したスコア関数を提案した.[3]マイクロアレイデータに生物の進化情報を考慮することでマイクロアレイデータへの化適合を避けた遺伝子ネットワーク推定法を確立した.[4]薬剤を投与した際の時系列マイクロアレイデータと定常状態と思われるstaticなマイクロアレイデータを統合して薬剤の影響パスウェイを同定する手法を確立した.[5]ベイジアンネットワークとマルコフランダムフィールドを統合した新しいモデルを提案し,遺伝子制御のネットワークとタンパク質相互作用ネットワークを同時に推定する枠組みを提案した.1000を越える極め多くの確率変数の依存関係を表すグラフィカルモデルの推定問題を中心に前年度の研究をさらに発展させた.特に,ベイジアンネットワークに基づき推定した遺伝子ネットワークを用いた発展的研究や遺伝子ネットワークを推定するためのゲノムデータの統合手法について研究を行った.また,新たに,シミュレーションモデルと観測データを利用し生命システムネットワークを明らかにするための方法としてデータ同化技術のための基礎的研究を開始した.以下に本年度に行った研究の主なものをまとめる:[1]推定した遺伝子ネットワークと薬剤応答のマイクロアレイデータを用いて,新たな投薬標的遺伝子を発見するための情報科学的手法について研究した.その有効性については出芽酵母のマイクロアレイデータを用いることで実証した.[2]データベースに登録されている情報を計測データと共に遺伝子ネットワーク推定に用いるための統計モデルについて研究を行った.提案手法は,データベース情報には誤りがあり,また多くの情報が欠損していることを前提とした方法であり,データベース情報を修復しながら遺伝子ネットワークを推定することにその特徴がある.[3]前年度行った超高次元データのクラスタリング手法であるMixed Factors Analysisを実装し,フリーのソフトとして公開した.[4]研究代表者の所属する研究室ではCell Illustrator (CI)という細胞内ネットワークシミュレーションのためのソフトウェアを開発している.CIには多数のパラメータが存在するため,これまではエキスパートによるハンドチューニングによりシミュレーションモデルは構築されてきた.そこで,データ同化技術を応用し,マイクロアレイデータやプロテオミクスデータを用い,自動的にCIのパラメータを推定できる枠組みを開発した.●マイクロアレイデータとデータベース上で各遺伝子に付与されている機能アノテーションを統合し,情報抽出を行う手法を開発した.GO:: TermFinder, FatiGOと呼ばれるソフトウェアとして公開されている既存の方法論の問題点を指摘し,それを解決する方法論を構築できた.また,kの成果を基にしたソフトウェアを公開するために準備中である.●マイクロアレイデータは,各遺伝子が生成するメッセンジャーRNAを計測しているため,実際に細胞内で働いているタンパク質の状態(量・活性度)を理解することは難しい.しかしながら,転写制御機構を明らかにするためには,転写因子と呼ばれる多数の遺伝子を制御しているタンパク質の活性を予測することが必要不可欠である.

そこで,マイクロアレイデータと転写因子結合配列情報を利用することで,転写因子の活性度を予測する手法を開発した.また,この手法を,人参養栄湯と呼ばれる漢方薬を投与したマウスについて適用し,その作用機序を明らかにするための知見を得た.この論文は,複合薬である漢方のバイオインフォマティクス的解析の世界初の論文であり,複合薬の解析にこのアプローチは有用であることを示した.●ベイジアンネットワークによる遺伝子ネットワーク推定においては,その構造学習はNP-困難であることが示されている.そこで,パラメータ推定と構造学習が同時に可能なlassoに着目し,グラフィカル・ガウシアンモデルを推定するための方法論を開発した.また, lassoを改良したweighted lassoを開発し, lassoの問題点である擬陽性を大幅に減らすことに成功した.
焦点合わせの不要な新しい血流イメージング

本研究では,非接触・無侵襲な血流計測法であるレーザースペックル法にディジタルホログラフィ技術を適用し,レンズレスで焦点合わせの不要な新しい方式の血流イメージング法を確立することで,従来から大きな問題であった結像レンズ収差や生体運動由来の被検部焦点ずれによる誤差を原理的に除去する高安定な血流イメージングを実現すると共に,異なる2波長の光源を用いた方式に展開することで血液濃度,酸素飽和度,表面形状の同時イメージングを実現した.本研究は,非接触・無侵襲な血流計測法であるレーザースペックル法にディジタルホログラフィ技術を適用し,レンズレスで焦点合わせの不要な新方式の血流イメージング法を確立し,生体の血流分布および表面形状から良性・悪性腫瘍を判別する診断システムを高精度かつ低コストに構築することを目的としている.平成24年度では最初に,前年度で課題として残っていた光による生体計測における光量ロスの問題を,被験物体とCCDカメラ間の距離を近づけてホログラムを記録することによって解消した.この問題は近赤外光の感度が高いCCDカメラを使用することによって更に改善されると考えられる.次に,波長が異なりかつ生体への光侵達性の高い近赤外領域の2つレーザーを用いて2重露光によりホログラムを同時に取得し,血流・血液濃度変化および酸素飽和度の情報を2次元的に可視化する.被験物体は人間の人差し指の第一間節までとし,光源は光学系の簡素化および低コスト化を実現するためにファイバ付半導体レーザーを用い,発振波長は当研究室で考案された分光計算処理による血液濃度変化の計測法に用いる785 nmと830 nmを選択した.2波長の再生像の重畳による画質劣化を防ぐために,ホログラム記録において空間分割法を使用し,2波長の再生像に当研究室ですでに確立されている分光演算を適用することで血液濃度と酸素飽和度を取得した.また,2波長の再生像の位相差を計算することで人差し指の表面形状を取得できた.しかしながら,再生像における振幅および位相情報は生体内部における多重散乱によりかなり劣化しており,計測誤差が大きく適切な時間および空間平均処理が必要であるといることがわかった.平成24年度,光学系にファイバ付き半導体レーザーを導入したことにより,小型で簡便かつ低コストなディジタルホログラフィ血流計測システムが実現された.本研究では,非接触・無侵襲な血流計測法であるレーザースペックル法にディジタルホログラフィ技術を適用し,レンズレスで焦点合わせの不要な新しい方式の血流イメージング法を確立することで,従来から大きな問題であった結像レンズ収差や生体運動由来の被検部焦点ずれによる誤差を原理的に除去する高安定な血流イメージングを実現すると共に,異なる2波長の光源を用いた方式に展開することで血液濃度,酸素飽和度,表面形状の同時イメージングを実現した.本研究は,非接触・無侵襲な血流計測法であるレーザースペックル法にディジタルホログラフィ技術を適用し,レンズレスで焦点合わせの不要な新方式の血流イメージング法の確立し,生体の血流分布および表面形状から良性・悪性腫瘍を判別する診断システムを高精度かつ低コストに構築することを目的としている.平成23年度の研究計画は主にディジタルホログラフィを用いた血流イメージングと従来のレーザースペックル法との比較・検討を行うための基礎研究を行なうものである.血流イメージング用のディジタルホログラフィ光学系を構成し,785 nmの半導体レーザーを移動ステージに置かれたスリガラスに照射し,その反射光と参照波により生じる干渉パターンをCCDにより検出する.CCDのフレームレートを15 fpsとし,スリガラスの移動速度を変えて数度の実験を行った.その結果,移動速度の増加につれて再生像の画質が劣化していくことが確認された.これは,移動速度の増加に伴い,物体の情報を持つ干渉パターンの明暗のコントラストが時間平均により小さくなることで,物体の情報が消失したのだと考えられる.このため,本方法はレーザースペックル法と比較して高フレームレートを必要とすることが明らかとなった.次に,実際の生体試料としてヒトの指の血流イメージングを試みたところ,予想以上に光量ロスが多く,画質の良い再生像を得ることはできなかった.これに関しては,光量を高めるための光学系を考えており,次年度に取り組む予定である.この実験と並行して,解析プログラムの作成を行った.具体的にはディジタルホログラフィの特徴の1つである計算機処理によるオートフォーカスのプログラムと,波長に依存した再生像のサイズの補正プログラムの開発に成功した.本予算の申請書の研究目的に記載したうち,平成23年度で達成する予定であったのは,焦点合わせの不要なレーザー血流イメージング法の確立と,コンピュータ再生による被検部の傾き・焦点ずれ補正及び倍率調整プログラムの開発の2つである.前者に関しては,血流イメージング法の一般的なスリガラスを用いた基礎実験を行い,ディジタルホログラフィ技術を用いて血流イメージングを行う際に有用な研究成果が得られ,計画通りに100%達成された.一方で,生体試料としてヒトの指を用いた血流計測においては,生体からの反射光の光量が著しく低下してしまったため,実験成果の取得が難航しているため,達成度は60%程度と考える.また,後者の達成度に関しては,被検部の傾きの補正に関しての現在の達成度は80%程度である.一方で,焦点ズレをディジタルホログラフィの大きな利点であるコンピュータでの後処理によるオートフォーカスのプログラムを完成することができた.

被検部の画像診断の補助的な役割として,画像の倍率調整が可能なプログラムの開発に関しては平成23年度で開発に成功し,100%達成することができた.上記より,平成23年度の全体的な研究達成度は85%程度であり,概ね申請書に記載した計画通りに研究が進行している.平成23年度で達成ができなかった主要な課題は,ディジタルホログラフィで実際の生体血流の情報を反射光の光量の問題から取得できなかったことである.これについて平成24年度では最初に取り組む.光量の問題を解消するために,CCDと被験物体間の距離を近づけたディジタルホログラフィ光学系を構成し,血流イメージング法の実験および確認を行う.次に,ディジタルホログラフィを用いた血流計測法において,血液情報として重要な情報である血液濃度および酸素飽和度イメージング計測を実現するために780 nmと808 nmの2つの半導体レーザーを用いて実験を行う.2波長のスペックルをCCDカメラに2重露光し,ディジタルホログラフィの特性を利用して異なる波長により得られる2つの再生像を空間的に分離し,当研究室ですでに確立されている分光演算法によって血液濃度と酸素飽和度を計測する.また,2波長で得られた再生像の位相情報を利用して,被検物体の表面形状を計測するプログラムの解析を行う.位相情報を表面形状の情報に変換する際に,2波長の値を正確に知る必要があるため,高分解能な分光器を用いて波長を計測する.2分岐ファイバ光学系を導入し,小型で簡便かつ低コストなディジタルホログラフィ血流計測システムの構築を行う.平成24年度には,2波長法に必要な808 nmの近赤外半導体レーザー素子を新規に購入する.また,半導体レーザーは発振波長に5 nm程度の個体差が生じることが知られており,表面形状を取得する際の誤差の原因となることから光源の波長を正確に測定するための高分解能分光器を購入する.本研究の最終的な目的である小型で簡便かつ安価なディジタルホログラフィ血流計測装置を構成するために,レーザー光導波用の光ファイバを新規購入する.また,実験装置の構成に必要な光学素子,機械・電子部品の購入費用を消耗品費に計上した.2回の国内学会と1回の国際学会での成果発表のための費用と,国内外の研究動向調査のための論文購読料および論文投稿料として使用する.