[論文レビュー] A Perspective on Future Research Directions in Information Theory

Jeffrey G. Andrews, Alexandros G. Dimakis+16 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2015

Wireless Communication Security Techniques参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ゲノム、神経科学、経済学、通信技術の分野の専門家たちの知見を統合し、情報理論分野の将来の研究動向について展望的な分析を提示している。特に生物学的システム、ネットワーキング学習、量子情報分野に注目し、リスクが高くインパクトの大きな研究と、より広範な社会的関与を提唱している。これらは、分野が常に知的厳密性と基礎的原則を重んじる姿勢に裏打ちされている。

ABSTRACT

Information theory is rapidly approaching its 70th birthday. What are promising future directions for research in information theory? Where will information theory be having the most impact in 10-20 years? What new and emerging areas are ripe for the most impact, of the sort that information theory has had on the telecommunications industry over the last 60 years? How should the IEEE Information Theory Society promote high-risk new research directions and broaden the reach of information theory, while continuing to be true to its ideals and insisting on the intellectual rigor that makes its breakthroughs so powerful? These are some of the questions that an ad hoc committee (composed of the present authors) explored over the past two years. We have discussed and debated these questions, and solicited detailed inputs from experts in fields including genomics, biology, economics, and neuroscience. This report is the result of these discussions.

研究の動機と目的

• 情報理論が70周年を迎えるにあたり、その分野における有望な将来の研究動向を特定・明示すること。
• 今後10～20年間で、情報理論が最も大きなインパクトを与える分野を特定すること。
• ゲノム、神経科学、経済的システムなどの新興学際的分野において、情報理論が画期的な進展をもたらす可能性を特定すること。
• IEEE情報理論協会が、リスクが高くインパクトの大きな研究を支援しつつ、知的厳密性と基礎的優位性を維持する方法を示すこと。
• 通信分野にとどまらず、新たな科学的・社会的課題に取り組むことで、情報理論の影響範囲を拡大すること。

提案手法

• 情報理論および関連分野の主要研究者18名からなる一時的委員会が、2年間にわたり将来の研究路線について討議・議論した。
• ゲノム、生物学、神経科学、経済学、その他の新興分野の分野専門家から詳細な意見を収集した。
• 多様な視点を統合し、学際的統合と基礎的原則を重視した、将来の研究ビジョンを報告書に要約した。
• 単一のアルゴリズム的または理論的枠組みを提示するのではなく、潜在的な研究フロンティアをマップするため、定性的で合意形成に基づくアプローチを採用した。
• データが限られた複雑なシステムにおける主要な課題を特定し、それに対処するための情報理論的ツールを提案した。
• 将来の研究を段階的改善ではなく、科学および技術分野における画期的な機会として位置づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 今後10～20年間で、情報理論分野に画期的な進展をもたらす可能性のある、最も有望な研究動向は何か？
• RQ2 ゲノム、神経科学、経済学などの新興科学分野において、情報理論が最も画期的なインパクトを与える分野はどこか？
• RQ3 IEEE情報理論協会は、リスクが高くインパクトの大きな研究を支援しつつ、分野の知的厳密性を保つにはどうすればよいか？
• RQ4 古典的通信システムを超えて情報理論を拡張するために、どのような新しい理論的・手法的枠組みが必要か？
• RQ5 生物学的・社会科学分野における複雑でデータが限られたシステムに対応するため、情報理論をどのように拡大すればよいか？

主な発見

• 情報理論は、ゲノム、システム生物学、神経符号化といった分野で画期的な貢献が期待されており、データは高次元的だが疎である。
• ネットワーキング学習、分散推論、複雑システムの情報理論的限界といった問題を含め、分野の範囲を拡大すべきである。
• 遺伝子調節ネットワークや神経回路といった生物学的システムにおける情報処理の理解に、情報理論が強く貢献できる可能性がある。
• データが限られたシステム、フィードバックが制限されたシステム、非定常的ダイナミクスを示すシステムを分析するための新しい理論的ツールの必要性が指摘された。
• IEEE情報理論協会は、学際的連携を積極的に推進し、資金援助や会議の取り組みを通じて、探求的でリスクの高い研究を支援すべきである。
• 情報理論の将来は、古典的結果の洗練にとどまらず、複雑で適応的かつ生物学的システムにおける情報処理を再定義することにかかっている。