テンソルデータ解析の基礎と応用―テンソル表現,縮約計算,テンソル分解と低ランク近似(次世代信号情報処理シリーズ〈7〉) [全集叢書]

テンソルデータ解析の基礎と応用―テンソル表現,縮約計算,テンソル分解と低ランク近似(次世代信号情報処理シリーズ〈7〉) の 商品概要

• 目次

  1.　情報のテンソル表現
  1.1　ベクトル，行列，テンソルの基礎
  　1.1.1　ベクトル
  　1.1.2　行列
  　1.1.3　3階テンソル
  　1.1.4　N階テンソル
  　1.1.5　テンソルのイメージ
  　1.1.6　テンソルのモード
  　1.1.7　テンソルのダイアグラム表記
  　1.1.8　プログラムの例
  1.2　テンソル表現の事例紹介
  　1.2.1　画像処理
  　1.2.2　音響信号処理
  　1.2.3　生体信号処理
  　1.2.4　無線通信
  　1.2.5　バイオインフォマティクス（生命情報処理）
  　1.2.6　自然言語処理
  　1.2.7　関係データ（グラフ）
  　1.2.8　推薦システム
  　1.2.9　交通データ
  　1.2.10　確率質量関数
  　1.2.11　回帰係数
  　1.2.12　線形写像
  章末問題
  2.　テンソルの変形と計算
  2.1　基礎知識
  　2.1.1　数式の記法について
  　2.1.2　テンソルの要素
  　2.1.3　ファイバ
  　2.1.4　スライス
  　2.1.5　部分テンソル
  　2.1.6　プログラムの例
  2.2　テンソルの変形:
  　2.2.1　転置（モード置換）
  　2.2.2　ベクトル展開
  　2.2.3　行列展開
  　2.2.4　折り畳み（テンソル化）
  　2.2.5　変形の線形性
  　2.2.6　変形のダイアグラム表記
  　2.2.7　プログラムの例
  2.3　テンソルの計算
  　2.3.1　和，差，スカラー倍
  　2.3.2　要素ごとの積と商
  　2.3.3　内積
  　2.3.4　フロベニウスノルム
  　2.3.5　外積
  　2.3.6　行列積
  　2.3.7　クロネッカー積
  　2.3.8　カトリ・ラオ積
  　2.3.9　テンソルと行列の積（モード積，縮約）
  　2.3.10　テンソル積
  　2.3.11　テンソルネットワークと計算量
  　2.3.12　プログラムの例
  章末問題
  3.　線形代数と主成分分析
  3.1　線形代数ハイライト
  　3.1.1　列空間と左ゼロ空間
  　3.1.2　直交行列と直交化
  　3.1.3　列空間への射影
  　3.1.4　固有値分解
  　3.1.5　正定値行列
  　3.1.6　逆行列
  　3.1.7　特異値分解
  　3.1.8　行列ノルム
  　3.1.9　特異値分解と固有値分解の関係
  　3.1.10　行列のランク
  　3.1.11　行列の低ランク近似:
  　3.1.12　エッカート・ヤングの定理の証明
  　3.1.13　行列の最良ランク1近似と縮退処理
  　3.1.14　べき乗法による最小ランク1近似
  　3.1.15　特異値分解の原始的アルゴリズム
  3.2　主成分分析
  　3.2.1　次元削減としての主成分分析
  　3.2.2　最適化問題の整理と分散最大化の特徴付け
  　3.2.3　部分空間の最適化
  　3.2.4　主成分分析の手順（まとめ）
  　3.2.5　固有値，固有ベクトルの意味と寄与率
  　3.2.6　主成分分析の適用例
  章末問題
  4.　テンソル分解
  4.1　ランク1テンソル
  　4.1.1　ランク1テンソルの定義と性質
  　4.1.2　ランク1分解によるテンソルの表現
  　4.1.3　ランク1分解の一意性
  　4.1.4　テンソルのランク1近似
  　4.1.5　べき乗法と交互最小二乗法
  　4.1.6　プログラムの例
  4.2　CP分解
  　4.2.1　CP分解とCPランク
  　4.2.2　CP分解の一意性
  　4.2.3　CP分解に基づくテンソルの低ランク近似
  　4.2.4　交互最小二乗アルゴリズムによるCP分解
  　4.2.5　階層的交互最小二乗アルゴリズムによるCP分解
  　4.2.6　プログラムの例
  　4.2.7　CP分解の特徴
  4.3　Tucker分解
  　4.3.1　Tucker分解とTuckerランク
  　4.3.2　Tucker分解の任意性
  　4.3.3　高階特異値分解（HOSVD）
  　4.3.4　交互最小二乗アルゴリズムによるTucker分解（直交制約なし）
  　4.3.5　HOOIアルゴリズムによるTucker分解（直交制約あり）
  　4.3.6　プログラムの例
  　4.3.7　Tucker分解の特徴
  4.4　テンソルトレイン分解
  　4.4.1　テンソルトレイン（TT）分解
  　4.4.2　k行列展開とTTランク
  　4.4.3　特異値分解を用いたTT分解（TT-SVD）
  　4.4.4　TT-SVDによる低ランク近似
  　4.4.5　直交化されたTT分解
  　4.4.6　TT分解のための交互最小二乗アルゴリズム
  　4.4.7　プログラムの例
  4.5　その他のテンソル分解モデル
  　4.5.1　ブロックターム分解
  　4.5.2　階層的Tucker分解
  　4.5.3　テンソルリング分解
  　4.5.4　全結合テンソルネットワーク分解
  　4.5.5　同時テンソル分解
  　4.5.6　対称テンソル分解
  章末問題
  5.　テンソルデータ解析
  5.1　テンソルデータの線形観測モデルと逆問題
  　5.1.1　線形観測モデル
  　5.1.2　観測モデルに基づくデータ分析課題の分類
  5.2　テンソルデータ解析の方法論
  　5.2.1　観測モデルに基づく線形方程式の不良設定性
  　5.2.2　ノルム最小化による再構成
  　5.2.3　テンソルデータ解析問題の定式化
  　5.2.4　誤差関数の種類
  　5.2.5　ペナルティ関数の種類:
  5.3　最適化の準備
  　5.3.1　交互方向乗数法
  　5.3.2　上界最小化（MM）アルゴリズム
  　5.3.3　近接写像
  5.4　欠損値を含むテンソルデータの分析
  　5.4.1　核ノルムに基づく低ランク行列補完
  　5.4.2　テンソル分解に基づく低ランクテンソル補完
  　5.4.3　テンソル補完の応用事例
  5.5　スパース成分を含むテンソルデータの分析
  　5.5.1　ロバスト主成分分析
  　5.5.2　ロバストテンソル分解
  　5.5.3　ロバストテンソル分解の応用事例
  章末問題
  引用・参考文献
  章末問題解答
  索引

• 内容紹介

  【書籍の特徴】
  本書はテンソル分解の入門書として書きました。テンソルの基礎，線形代数の基礎，主成分分析，テンソル分解の基礎，テンソル分解の応用までを滑らかにつなぐことを心がけました。テンソルネットワークでよく用いられるダイアグラム表記も積極的に取り入れて解説しています。
  
  【本書の構成】
  1章：「情報のテンソル表現」では，ベクトル，行列，テンソルの簡単な導入と応用事例について広く浅くまとめました。情報が意味するものは，音声，脳波，画像，自然言語など多種多様です。これらのデータはさまざまな形式で保存されていますが，テンソルを使って表現すると，それに対してさまざまなテンソルデータ解析の手法を適用できるようになります。
  2章：「テンソルの変形と計算」では，テンソルどうしの積（縮約）を理解することを最終目標に，テンソルの基本的な操作（ベクトル展開，行列展開，折り畳み，アダマール積，クロネッカー積など）を丁寧に紹介していきます。
  3章：「線形代数と主成分分析」では，前半は線形代数の簡潔なハイライトになっています。内積，外積，ノルム，列空間，直交化，射影，固有値分解，特異値分解，行列ランクなどの内容を一通り学び直すことができます。エッカート・ヤングの定理の証明，べき乗法や縮退処理を用いた特異値分解のアルゴリズムについて紹介している点が特色です。後半ではこれらの応用として主成分分析の紹介と，それをコンピュータを用いてどのように行うのか（アルゴリズム）について説明していきます。
  4章：「テンソル分解」では，CP分解，Tucker分解，TT分解を紹介し，それに基づいてテンソルのCPランク，Tuckerランク，TTランクについて説明します。また，各テンソル分解によってテンソルの低ランク近似を得るための基本アルゴリズムについて解説します。他のテンソル分解モデルについては代表的なものを紹介する程度にしています。
  5章：「テンソルデータ解析」では，テンソル分解を実際のデータ分析課題へ適用するための方法論について紹介しました。観測モデル，誤差関数，制約付きテンソル分解などの組合せで多様な問題設定が考えられることがおわかりいただけると思います。
  
  【著者からのメッセージ】
  本書を理解するうえで必要な数学的知識は線形代数+αのみです。線形代数への愛着と理解が深まるほど，テンソル分解への理解も深まるといえます。また，本書ではMATLABプログラムの例をたくさん載せています。自分でプログラムが書ける，そしてきちんと動く，というのは少なくとも処理の流れは具体的に，かつ正確に理解できていることの証だと思います。手を動かしながら読んでいただき，具体的な理解につなげていだだければと思います。
  
  図書館選書
  線形代数の復習をしながら，テンソル分解の基礎から応用を学ぶことができる一冊。MATLABプログラムの例を多数記載し，手を動かしながら具体的な理解につなげられる。

• 著者紹介（「BOOK著者紹介情報」より）（本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです）

  田中 聡久(タナカ トシヒサ)
  １９９７年東京工業大学工学部電気・電子工学科卒業。２０１８年東京農工大学教授
  
  横田 達也(ヨコタ タツヤ)
  ２００９年東京工業大学工学部開発システム工学科卒業。２０２１年名古屋工業大学准教授

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