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今夜は動的モデリングよ~Dynrで簡単クッキング!~

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Hijiyama.R final (2017/11/26) にて発表した資料です。Rのパッケージ”dynr”の紹介になります。

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今夜は動的モデリングよ~Dynrで簡単クッキング!~

  1. 1. 今夜は動的モデリングよ ~Dynrで簡単クッキング!~ 広島大学教育学研究科 難波修史
  2. 2. 自己紹介 •難波 修史(なんば しゅうし) •広島大学大学院教育学研究科D2 •専門:感情と表情の対応、共感 •twitter:@NSushi
  3. 3. ※謝罪 • 今回はパッケージの紹介のみに限らせていた だきます。数式などの詳細はOu et al., (2017) および関連文献を適宜参照してください。
  4. 4. Dynamics に関する科学的関心 Kunisato & Unadon, 2017 MAR_VAR model Namba, unpublish data
  5. 5. 心理学の目的 (Hockenbury & Hockenbury, 2010) • 行動・心理プロセスを理解していくこと 個人の発達・行動・思考は時系列上で発展していく 動的情報に関する関心 (e.g., Krumhuber et al., 2013) = Dynamics を扱う必要性!!
  6. 6. 世はまさに…
  7. 7. 動的モデリング時代!
  8. 8. 今日の話 dynrの紹介
  9. 9. What is dynr? • Linear and Nonlinear Dynamic Modeling のためのパッケージ 利点: 1. multi-subject model にも対応 2. 非線形 model も適用可 3. 全 model で regime switching 実装可 4. C言語ベースなので計算が速い
  10. 10. これまでの関連パッケージ • OpenMx (linear only) • cstem (linear, continuous time only) • MATLAB (single subject) • MKFM6 (linear only) • dlm (slow) • SsfPack (single subject) • Mplus 8 (linear only) • Rstan (Hentai only)
  11. 11. What is dynr? • Linear and Nonlinear Dynamic Modeling のためのパッケージ 利点: 1. multi-subject model にも対応 2. 非線形 model も適用可 3. 全 model で regime switching 実装可 4. C言語ベースなので計算が速い
  12. 12. Regime Switching とは? • Regime = 「見えざる状態」を意味する。 • 各Regimeは離散的な一つの動的プロセスの 状態空間を指す • 市場:「好況」「不況」など • 生体モデル:「夏季」「冬季」など
  13. 13. モデリングの枠組み • 状態方程式 (system model: 真の状態遷移) • 観測方程式 (measurement model: 観測時の状態遷移) • 初期値 ⇒ prep.*Dynamics() ⇒ prep.measurement() ⇒ prep.initial() Kim filter (およびその拡張版) によってRegimeごとの 状態空間モデル+非線形関数への拡張が可能に!
  14. 14. 料理をはじめましょう
  15. 15. 料理? dynr… ※開発者談 関数も料理っぽい 名前に!(recipe関数) • prep. *() • dyneRecipe class • dynr.cook() ©ラブライブ! dyner… diner… dinner !?
  16. 16. 料理フローチャート • dynr.data() で素材づくり (データ作成) • prep. *() でレシピつくり (* = measurement, regimes, †Dinamics, initial and noise: 観測・ 状態方程式などの下準備) • dynr.model() でデータとレシピを合成 • dynr.cook()で料理開始!(計算Start!) • summary()やplot()で実食!(結果+視覚化!)
  17. 17. 扱うデータ (Yang & Chow, 2010) 情動喚起画像 このデータを使います!
  18. 18. 理論的想定 • 2種類のRegime Activated Regime (表情が情動に影響うける) Deactivated Regime (表情と情動に関連無し) たのしい たのしい
  19. 19. データを用意します
  20. 20. レシピを準備します よく読めば大丈夫!
  21. 21. データとレシピをまとめます
  22. 22. Let’s Cooking!! (*´Д`)ハァハァチャンス
  23. 23. 料理の出来栄え(味) 添え字1=Deactivated Regime 添え字2=Activated Regime
  24. 24. 料理の出来栄え 添え字1=Deactivated Regime 添え字2=Activated Regime 切片 (μ) はそんなに変わらない!
  25. 25. 料理の出来栄え でも自己相関 (φ) や、主観報告に よる傾き (β) は大きく変化!! Activated Regimeを支持!!
  26. 26. 料理の見栄え Activated!Deactivated…
  27. 27. 料理の見栄え
  28. 28. レシピを見直すことも可能!
  29. 29. What is dynr? • Linear and Nonlinear Dynamic Modeling のためのパッケージ 利点: 1. multi-subject model にも対応 2. 非線形 model も適用可 3. 全 model で regime switching 実装可 4. C言語ベースなので計算が速い非線形モデルもいってみよー!
  30. 30. 扱うモデル predator-prey model (ロトカ・ヴォルテラ モデルとも呼ばれる) 捕食者と被食者の関係 性を示す動的モデル http://complexnt.blogspot.jp/2012/03/study-of- two-species-interactions-using.html
  31. 31. 方程式 応用例 • 青年期での喫煙や飲酒などの広がり (Rodgers and Rowe, 1993; Rodgers et al., 1998) • 認知エイジングモデル (Chow & Nesselroade, 2004) • カップルの感情Dynamicsモデル (Chow et al., 2007) ↑ 捕食者が被食者の数に依存することを表現する方程式系
  32. 32. 理論的想定 • 2種類のRegime Summer Regime (古典的なpre~model) Winter Regime (冬眠してるので非活発)
  33. 33. 料理結果(プロセスは省略) 夏 夏 夏 冬 冬 冬
  34. 34. 非線形な料理 (モデル) もこの通り!
  35. 35. 他にもあるぞ非線形モデル Damped Oscillator Model (サーモスタット的なモデル) で1週間の情動 Dynamics (「Blue Monday」など) を検討 (Chow et al., 2005) Latent Stochastic Differential Equation Models で拡張・収縮 血圧・心拍Dynamicsを検討 (Lu et al., 2015)
  36. 36. 開発者いわく。。。 • The dynr package allows users free access to computationally efficient algorithms from a simple and easy-to-learn interface…. (Ou et al., 2017)
  37. 37. dynrでみんなもLet’s Cooking!
  38. 38. 参考文献 • Ou, L., Hunter, M. D., & Chow, S. M. (2017). What’s for dynr: A package for linear and nonlinear DYNamic modeling in R. Journal of Statistical Software. • Yang M, Chow SM (2010). “Using State-Space Model with Regime Switching to Represent the Dynamics of Facial Electromyography (EMG) Data.” Psychometrika: Application and Case Studies, 74(4), 744–771. • https://quantdev.ssri.psu.edu/resources/what%E2%80%99s-dynr- package-linear-and-nonlinear-dynamic-modeling-r • https://modeling.uconn.edu/wp- content/uploads/sites/1188/2016/05/What%E2%80%99s-for-dynr- A-package-for-linear-and-nonlinear-DYNamic-modeling-in-R.pdf

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