テンソルネットワークによる生成モデル~株式騰落パターンから相関構造が発現~

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2025-04-07 京都大学

京都大学情報学研究科の原田健自助教らの研究チームは、テンソルネットワーク(TN)を基盤とする新たな生成モデルの構築手法を提案しました。この手法では、ツリー型TNとして表現された波動関数と確率分布の関係を利用したボルンマシンに対し、ネットワーク構造の最適化を行う「適応的テンソルツリー(ATT)」を開発しました。具体的には、S&P500の約10年分の株式騰落データを用いてATTによる生成モデルを構築したところ、学習が進むにつれて株式銘柄間の相関関係が自然にネットワーク構造に反映されることが確認されました。この成果は、従来捕捉が難しかった多様な相関構造の解明や、新しいAI構築の枠組みとしての応用が期待されます。本研究成果は「Machine Learning: Science and Technology」にオンライン掲載されました。

<関連情報>

テンソルツリーはデータ内の隠れた関係構造を学習して生成モデルを構築する Tensor tree learns hidden relational structures in data to construct generative models

Kenji Harada, Tsuyoshi Okubo and Naoki Kawashima
Machine Learning: Science and Technology  Published: 1 April 2025
DOI:10.1088/2632-2153/adc2c7

テンソルネットワークによる生成モデル~株式騰落パターンから相関構造が発現~

Abstract

Based on the tensor tree network with the Born machine framework, we propose a general method for constructing a generative model by expressing the target distribution function as the amplitude of the quantum wave function represented by a tensor tree. The key idea is dynamically optimizing the tree structure that minimizes the bond mutual information. The proposed method offers enhanced performance and uncovers hidden relational structures in the target data. We illustrate potential practical applications with four examples: (i) random patterns, (ii) QMNIST handwritten digits, (iii) Bayesian networks, and (iv) the pattern of stock price fluctuation pattern in S&P500. In (i) and (ii), the strongly correlated variables were concentrated near the center of the network; in (iii), the causality pattern was identified; and in (iv), a structure corresponding to the eleven sectors emerged.

1505金融工学
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