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開催情報 火曜日 16:30~18:00 数理科学研究科棟(駒場) 056号室
担当者 齊藤宣一
セミナーURL http://www.infsup.jp/utnas/



16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Yves A. B. C. Barbosa 氏 (Politecnico di Milano)
Isogeometric Hierarchical Model Reduction: from analysis to patient-specific simulations (English)
[ 講演概要 ]
In the field of hemodynamics, numerical models have evolved to account for the demands in speed and accuracy of modern diagnostic medicine. In this context, we studied in detail Hierarchical Model Reduction technique combined with Isogeometric Analysis (HigaMOD), a technique recently developed in [Perotto, Reali, Rusconi and Veneziani (2017)]. HigaMod is a reduction procedure used to downscale models when the phenomenon at hand presents a preferential direction of flow, e.g., when modelling the blood flow in arteries or the water flow in a channel network. The method showed a significant improvement in reducing the computational power and simulation time, while giving enough information to analyze the problem at hand.

Recently, we focused our work in solving the ADR problem and the Stokes problem in a patient-specific framework. Specifically, we evaluate the computational efficiency of HigaMod in simulating the blood flow in coronary arteries and cerebral arteries. The main goal is to assess the
mprovement that 1D enriched models can provide, with respect to traditional full models, when dealing with demanding 3D CFD simulations. The results obtained, even though preliminary, are promising [Brandes, Barbosa and Perotto (2019); Brandes, Barbosa, Perotto and Suito (2020)].


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 117号室
上田祐暉 氏 (The Hong Kong Polytechnic University)
A second-order stabilization method for linearizing and decoupling nonlinear parabolic systems (Japanese)
[ 講演概要 ]
We present a new time discretization method for strongly nonlinear parabolic systems. Our method is based on backward finite difference for the first derivative with second-order accuracy and the first-order linear discrete-time scheme for nonlinear systems which has been introduced by H. Murakawa. We propose a second-order stabilization method by combining these schemes.
Our error estimate requires testing the error equation by two test functions and showing $W^{1,\infty}$-boundedness which is proved by ($H^2$ or) $H^3$ energy estimate. We overcome the difficulty for establishing energy estimate by using the generating function technique which is popular in studying ordinary differential equations. Several numerical examples are provided to support the theoretical result.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 117号室
劉雪峰 氏 (新潟大学理学部)
ポアソン方程式の有限要素解の各点誤差評価---加藤・藤田の方法への再検討 (Japanese)
[ 講演概要 ]
In 1950s, H. Fujita proposed a method to provide the upper and lower bounds in boundary value problems, which is based on the T*T theory of T. Kato about differential equations. Such a method can be regarded a different formulation of the hypercircle method from Prage-Synge's theorem.
Recently, the speaker extended Kato-Fujita's method to the case of the finite element solution of Poisson's equation and proposed a guaranteed point-wise error estimation. The newly proposed error estimation can be applied to problems defined over domains of general shapes along with general boundary conditions.


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
周冠宇 氏 (東京理科大学理学部)
Keller-Segel方程式の保存型の有限体積法について (Japanese)
[ 講演概要 ]


13:00-17:00   数理科学研究科棟(駒場) 122号室
"Mini Workshop on Recent Developments in Discontinuous Galerkin Methods"として開催
Eric Chung 氏 (The Chinese University of Hong Kong) 13:00-14:00
Staggered hybridisation for discontinuous Galerkin methods (英語)
[ 講演概要 ]
In this talk, we present a new staggered hybridization technique for discontinuous Galerkin methods to discretize linear elastodynamic equations and nonlinear Stokes equations. The idea of hybridization is used extensively in many discontinuous Galerkin methods, but the idea of staggered hybridization is new. Our new approach offers several advantages, namely energy conservation, high-order optimal convergence, preservation of symmetry for the stress tensor, block diagonal mass matrices as well as low dispersion error. The key idea is to use two staggered hybrid variables to enforce the continuity of the velocity and the continuity of the normal component of the stress tensor on a staggered mesh. We prove the stability and the convergence of the proposed scheme in both the semi-discrete and the fully-discrete settings. Numerical results confirm the optimal rate of convergence and show that the method has a superconvergent property for dispersion.
Feifei Jing 氏 (Northwestern Polytechnical University) 14:30-15:30
DG and HDG methods for the variational inequality problems (英語)
[ 講演概要 ]
There exist many numerical methods for solving the fluid dynamics equations, the main difference between them lies in the partitions of geometric domain and the discrete forms of governing equations. Due to the discontinuous piecewise polynomial subspaces, DG and HDG methods can be easily implemented on highly unstructured meshes, e.g. general polygonal mesh, and volume integrals could be calculated on physical elements, without reference elements and mappings between physical and reference elements. In this talk, DG and HDG methods employed to a class of variational inequality problems arising in hydrodynamics are studied. Some theoretical results will be shown, as well as the implementations of these methods are also put into practice.
及川一誠 氏 (一橋大学) 16:00-16:30
A new HDG method using a hybridized flux (英語)
[ 講演概要 ]
We propose a new hybridizable discontinuous Galerkin (HDG) method for steady-state diffusion problems. In our method, both the trace and flux of the exact solution are hybridized. The Lehrenfeld-Schöberl stabilization is implicitly included in the method, so that the orders of convergence in all variables are optimal without postprocessing and computation of any projection. Numerical results are present to show the validation of our method.
柏原崇人 氏 (東京大学) 16:30-17:00
Numerical approximation of the Stokes–Darcy problem using discontinuous linear elements (英語)
[ 講演概要 ]
We consider the Stokes–Darcy interface problem supplemented with the Beavers– Joseph–Saffman condition on the interface separating two domains. This condition allows for discontinuity in the tangential velocities and in the pressures along the interface. To effectively express it, we propose to use discontinuous linear finite elements to approximate all of the velocities/pressures in the Stokes/Darcy regions. The continuity of velocity in the normal direction is weakly enforced by adopting either the penalty method or Nitsche’s method. We present stability and error estimates for the proposed scheme, taking into account the situation where a curved interface is approximated by a polygonal curve or polyhedral surface.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
松田孟留 氏 (東京大学大学院情報理工学系研究科)
離散化誤差を考慮した常微分方程式モデルのパラメータ推定 (Japanese)
[ 講演概要 ]
常微分方程式でモデル化される現象において、観測データをもとにモデルのパラメータを推定する問題を考える。 ルンゲクッタ法などで得られる数値解を観測データに当てはめる方法が標準的であるが、この方法では数値解に含まれる離散化誤差によって推定精度が悪化しうる。
たとえば、高次元の常微分方程式においては計算量の観点から時間刻みを十分小さくとれないため、離散化誤差を無視できないと考えられる。 そこで本研究では、データに基づいて離散化誤差の大きさを見積もることでパラメータの推定精度を改善する手法を提案する。 数値実験によって、提案手法が離散化誤差を適切に定量化して推定精度を改善することが確認された。 本研究は大阪大学の宮武勇登准教授との共同研究である。


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 117号室
河原田秀夫 氏 (AMSOK, 千葉大学名誉教授)
セラミックス球によるスケール形成防止効果と人体に及ぼす効用 (Japanese)
[ 講演概要 ]
セラミックス球を電解質溶液に浸したその界面に超強電場が発生することが知られている 。その電場に接触した炭酸カルシウム結晶に電気分極を生じ、それに基づく電気的エネル ギー(分極エネルギー)が化学ポテンシャルの一部として分配される。この分極エネルギ ーは核の生成を極端に妨害すると同時に生成した核の表面自由エネルギーを減少させる。 この現象がスケール形成防止効果を表現している。そのメカニズムが数理的手法を用いて 解明される。 更に、上記超強電場が水の分子集団に上記と同様な変化を生成することが 示される。この事実をもとにセラミックス球を人体に接触させたとき、如何なる現象が生 じるかについて議論する。


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
相島健助 氏 (法政大学情報科学部)
対称固有値問題に対する反復改良法 (Japanese)
[ 講演概要 ]



16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
及川一誠 氏 (一橋大学大学院経営管理研究科)
HDG法の超収束について (Japanese)
[ 講演概要 ]
近年,hybridizable discontinuous Galerkin (HDG) 法の超収束性に関して研究が進展し,様々な結果が得られている.それらは大きく分けて,数値流束の安定化項に$L^2$射影を施すLehrenfeld-Sch{\" o}berl安定化と,HDG射影を用いるM-decomposition理論との2つに分類される.本講演では両者に関する概要を,講演者の研究結果を交えながら述べる.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
高石武史 氏 (武蔵野大学工学部)
粘弾性を反映したフェーズフィールドき裂進展モデル (Japanese)
[ 講演概要 ]
フェーズフィールドを用いたき裂進展に関する近似エネルギー変分モデルは,弾性体に対する脆性破壊のモデルとしてBourdin-Francfort-Marigo によって導入されたが,近年多様な応用研究が行われている.講演者と木村はエネルギー勾配流の方程式としてより数値計算しやすいき裂進展方程式を得たが,さらに田中のアイデアにより粘弾性体に対応した方程式系を導出した.この粘弾性モデルから得られたき裂進展における粘性の影響と,さらにどのような応用が可能となるかについて述べる.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
岡本久 氏 (学習院大学理学部)
Tosio Kato as an applied mathematician (Japanese)
[ 講演概要 ]
Tosio Kato (1917-1999) is nowadays considered to be a rigorous analyst or theorist. Many people consider his contributions in quantum mechanics to be epoch-making, his work on nonlinear partial differential equations elegant and inspiring. However, around the time when he visited USA for the first time in 1954, he was studying problems of applied mathematics, too, notably numerical computation of eigenvalues. I wish to shed light on the historical background of his study of applied mathematics. This is a joint work with Prof. Hiroshi Fujita.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
相原研輔 氏 (東京都市大学知識工学部)
短い漸化式を用いるクリロフ部分空間法に対する残差スムージング (Japanese)
[ 講演概要 ]


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
長澤壯之 氏 (埼玉大学大学院理工学研究科)
MöbiusエネルギーのMöbius不変な離散化と分解 (Japanese)
[ 講演概要 ]
O'Haraによって提唱された結び目のエネルギーの一つであるMöbiusエネルギーは、Möbius不変性を持つ事がその名前の由来となっている。エネルギーは(少なくとも見かけ上は)特異性を有するエネルギー密度の積分で与えられる事もあり、エネルギー値を手計算で求める事は多くの場合困難である。そのため、結び目を多角形で近似しエネルギー値を近似的に求めるという考えが自然に浮かぶ。そのためには多角形に対するエネルギー(離散エネルギー)が必要である。実際、幾つかの離散エネルギーが提唱されているが、それらは元のエネルギーが有するMöbius不変という性質を失っている。ここでは、Möbius不変性という構造をもった離散エネルギーを提唱し、その収束性を論 じる。また、MöbiusエネルギーはMöbius不変な分解が知られている。提唱する離散エネルギーのMöbius不変分解も与える。本講演は、Simon Blatt (ザルツブルク大学) と石関 彩(千葉大学)との共同研究に基づく。


14:00-15:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Jichun Li 氏 (University of Nevada Las Vegas)
Recent advances on numerical analysis and simulation of invisibility cloaks with metamaterials (English)
[ 講演概要 ]
In the June 23, 2006's issue of Science magazine, Pendry et al. and Leonhardt independently published their seminar papers on electromagnetic cloaking. Since then, there is a growing interest in using metamaterials to design invisibility cloaks. In this talk, I will first give a brief introduction to invisibility cloaks with metamaterials, then I will focus on some time-domain cloaking models we studied in the last few years. Well-posedness study and time-domain finite element method for these models will be presented. I will conclude the talk with some open issues.


16:00-17:30   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
柏原崇人 氏 (東京大学大学院数理科学研究科)
滑らかな領域における楕円型・放物型ノイマン境界値問題に対する有限要素法の$L^\infty$誤差評価について (日本語)
[ 講演概要 ]
楕円型および放物型問題に対する$L^\infty$ノルム(最大値ノルム)による汎用的な誤差評価手法の開発については,1970年代のJ.A. Nitsche, A.H. Schatz, L.B. Wahlbinを含む先駆者の研究以来,多くの貢献がなされ,現在では標準的な証明法が確立されたと言える状況にある.一方で,有限要素法で滑らかな領域(曲がった境界を持つ領域)を扱う際は,多角形や多面体領域で近似した上で三角形分割・有限要素空間の導入・定式化を行うのが最も基本的であるが,そのような領域近似(領域摂動)に伴う誤差を考慮した厳密な$L^\infty$誤差解析は,斉次ディリクレ境界条件の場合しか知られていないと思われる.本講演では,ポアソン方程式と熱方程式の非斉次ノイマン問題に対して,領域摂動誤差を考慮した$L^\infty$誤差評価を考察し,$O(h^2 |\log h|)$すなわち領域摂動なしのP1要素の場合と同等の評価が得られたことを報告する.証明の鍵は,汎用的な誤差評価手法において複数回用いられるガラーキン直交性が厳密には成立しなくなるものの,メッシュサイズが0になる極限のもとで漸近的に成り立つことを領域摂動評価を用いて示す点にある.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 126号室
松本純一 氏 (産業技術総合研究所)
[ 講演概要 ]


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
吉川周二 氏 (大分大学理工学部)
Small data global existence for the semi-discrete scheme of a model system of hyperbolic balance laws (Japanese)
[ 講演概要 ]
エネルギー法の差分解法への応用を意識し, 準線形の双曲型保存則系のあるモデルシステムを例に挙げて, この問題の時間に関して中点則で離散化した半離散解法の時間大域解の存在について議論したい. オリジナルの問題は, Racke(1992)や松村--西原(2004)のテキストで紹介されたエネルギー法によって, 初期値が小さいという仮定の下でアプリオリ評価が得られ, 時間大域解の存在を証明できる. 本発表では, 上記の半離散解法もオリジナルの連続問題と同様にして時間大域解の存在を示すことが可能であることについて紹介したい. また誤差評価もこのエネルギー構造を利用して示すことができることも時間があれば触れる. 本研究は川島秀一氏(早稲田大学)との共同研究に基づく.


16:30-18:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Olivier Pironneau 氏 (Sorbonne University and Academy of Sciences)
Parallel Computing Methods for Quantitative Finance: the Parareal Algorithm for American Options (English)
[ 講演概要 ]
With parallelism in mind we investigate the parareal method for American contracts both theoretically and numerically. Least-Square Monte-Carlo (LSMC) and parareal time decomposition with two or more levels are used, leading to an efficient parallel implementation which scales linearly with the number of processors and is appropriate to any multiprocessor-memory architecture in its multilevel version. We prove $L^2$ superlinear convergence for an LSMC backward in time computation of American contracts, when the conditional expectations are known, i.e. before Monte-Carlo discretization. In all cases the computing time is increased only by a constant factor, compared to the sequential algorithm on the finest grid, and speed-up is guaranteed when the number of processors is larger than that constant. A numerical implementation will be shown to confirm the theoretical error estimates.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
齊藤宣一 氏 (東京大学大学院数理科学研究科)
数値解析の諸相 (Japanese)
[ 講演概要 ]

多くの皆様のご協力のおかげで,本セミナーは100回目を迎えることができました. 第100回目は一つの総括の意味を込めて,主催者の一人による初歩的あるいは総括的講演を,あまり形式張らずに行いたいと思います.参加者の方々と議論ができれば幸いです.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
杉谷宜紀 氏 (東北大学AIMR)
機械学習とその医療分野への応用 (Japanese)
[ 講演概要 ]
計算機の進化に伴う深層学習の実現により, 機械学習は現在あらゆる分野で応用され一定の成功を成功を収めているが, 未だに数学的に分かっていない事も多いのが現状である. 機械学習における学習とは, 教師データを使って定義される非線形損失関数の最小化問題を数値的に解く事と言い換えられるが, その際に未知データに対する汎化能力を獲得する為に様々な工夫がなされる. 本講演では主に深層学習の基礎となっているニューラルネットワークについて, その仕組みと背景にあるベイズ統計的解釈について説明する. Pythonでの機械学習用ライブラリKerasを使ったプログラミングについても簡単に紹介する. また, 現在取り組んでいる医療分野への応用としてデータ分布に偏りのある場合の効率的な学習方法について考察する.


15:00-16:00   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
Michael Plum 氏 (Karlsruhe Insitute of Technology)
Existence, multiplicity, and orbital stability for travelling waves in a nonlinearly supported beam (English)
[ 講演概要 ]
For a nonlinear beam equation with exponential nonlinearity, we prove existence of at least 36 travelling wave solutions for the specific wave speed c=1.3. Our proof makes heavy use of computer assistance: starting from numerical approximations, we use a fixed point argument to prove existence of solutions "close to" the approximate ones. Furthermore we investigate the orbital stability of these solutions by making use of both analytical and computer-assisted techniques.


16:15-17:15   数理科学研究科棟(駒場) 056号室
長藤かおり 氏 (Karlsruhe Insitute of Technology)
An approach to computer-assisted existence proofs for nonlinear space-time fractional parabolic problems (English)
[ 講演概要 ]
We consider an initial boundary value problem for a space-time fractional parabolic equation, which includes the fractional Laplacian, i.e. a nonlocal operator. We treat a corresponding local problem which is obtained by the Caffarelli-Silvestre extension technique, and show how to enclose a solution of the extended problem by computer-assisted means.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 128号室
三浦達彦 氏 (東京大学大学院数理科学研究科)
Finite volume scheme for the Hamilton-Jacobi equation on an evolving surface (Japanese)
[ 講演概要 ]
In this talk we consider the first-order Hamilton-Jacobi equation on a given closed evolving surface embedded into the three-dimensional Euclidean space, which describes the motion of a closed curve on the evolving surface. Our aim is to give a numerical scheme and establish its convergence and an error estimate between numerical and viscosity solutions.
Based on a finite volume scheme for the Hamilton-Jacobi equation on a flat domain introduced by Kim and Li (J. Comput. Math., 2015), we construct a numerical scheme on triangulated surfaces and prove its monotonicity and consistency without assuming that the triangulation is acute. Then applying these results we show the convergence of a numerical solution to a viscosity solution and an error estimate of the same order as in the case of a flat stationary domain.
This talk is based on a joint work with Prof. Klaus Deckelnick (Otto von Guericke University Magdeburg) and Prof. Charles M. Elliott (University of Warwick).


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 117号室
小山大介 氏 (電気通信大学大学院情報理工学研究科)
Hybrid discontinuous Galerkin methods for nearly incompressible elasticity problems
[ 講演概要 ]
A Hybrid discontinuous Galerkin (HDG) method for linear elasticity problems has been introduced by Kikuchi et al. [Theor. Appl. Mech. Japan, vol.57, 395--404 (2009)], [RIMS Kokyuroku, vol.1971, 28--46 (2015)]. We consider to seek numerical solutions of the plane strain problem by the HDG method, especially in the case when materials are nearly incompressible, that is, when the first Lam\'e parameter $\lambda$ is large. In this talk, we consider two cases when the HDG method uses a lifting term and does not use it. When the lifting term is used, the method can be free of volumetric locking. On the other hand, when the lifting term is not used, we have to take an interior penalty parameter of order $\lambda$ as $\lambda$ tends to infinity, in order to guarantee the coercivity of the bilinear form. Taking such an interior penalty parameter causes volumetric locking phenomena. We thus conclude that the lifting term is essential for avoiding the volumetric locking in the HDG method.


16:50-18:20   数理科学研究科棟(駒場) 002号室
石川歩惟 氏 (神戸大学大学院システム情報学研究科)
変分原理に基づくエネルギー保存数値解法と無制約最適化問題への応用 (Japanese)
[ 講演概要 ]
構造保存型数値解法は, 方程式のもつ力学的構造に着目し, その力学的性質を保つようにしてスキームを設計する数値計算法である. 特に, エネルギー保存則を厳密に保つような数値解法はエネルギー保存数値解法と呼ばれ, 離散勾配法などが知られている. 離散勾配法とは, 勾配の性質を引き継ぐよう定義された離散勾配と呼ばれるものをスキームに用いる方法で, この方法によるスキームは安定性に優れたものとなることが多い. その一方, 多くの場合に陰的になり, また, 解析力学における基本原理である変分原理との対応も明らかではない. また, 離散勾配自体の導出も, 容易でない場合もある.
 そこで, 我々は, 離散勾配法の枠組みに変分原理を取り入れたエネルギー保存数値解法を提案してきた. 本講演では, この手法について紹介したのち, 変分原理を活かしたエネルギー散逸系に対する方法への拡張方法について述べる. また, これと離散勾配を自動的に導出する自動離散微分という方法を組み合わせ, 無制約最適化問題の近似解法を設計する. 最後に, 最近の話題として, Lie群上でのスキーム設計手法についても述べる.

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