Details of the Researcher

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Toshiaki Yachimura
Section
Mathematical Science Center for Co-creative Society
Job title
Senior Assistant Professor
Degree

  • 博士（情報科学）（東北大学）

  • 修士（情報科学）（東北大学）

e-Rad No.
30898797

Research History 8

  • 2025/04 - Present
    Tohoku University　Senior Assistant Professor

  • 2024/10 - Present
    国立研究開発法人 科学技術振興機構 さきがけ研究者 [未来数理科学]

  • 2023/10 - Present
    (兼任) 東北大学 大学院情報科学研究科　助教

  • 2023/04 - 2025/04
    Tohoku University

  • 2020/04 - 2023/04
    Kyoto University

  • 2019/04 - 2020/03
    Japan Society for the Promotion of Science

  • 2017/04 - 2020/03
    Tohoku University　Institute for Promoting Graduate Degree Programs Division for Interdisciplinary Advanced Research and Education

  • 2016/04 - 2017/03
    Tohoku University　Institute for Promoting Graduate Degree Programs Division for Interdisciplinary Advanced Research and Education

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Education 3

  • Tohoku University　Graduate School of Information Sciences　Department of System Information Sciences

    2017/04 - 2020/03

  • Tohoku University　Graduate School of Information Sciences　Department of System Information Sciences

    2015/04 - 2017/03

  • Osaka Prefecture University　School of Engineering　Department of Mathematical Sciences

    2011/04 - 2015/03

Professional Memberships 3

  • 日本応用数理学会

  • 日本数学会

  • 日本計算工学会

Research Interests 7

  • 応用数学

  • 単一細胞データ解析

  • 最適輸送理論

  • 固有値問題

  • 形状最適化問題

  • 逆問題

  • 偏微分方程式論

Research Areas 2

  • Natural sciences / Mathematical analysis /

  • Natural sciences / Mathematical analysis /

Awards 3

  1. 豊田理研スカラー

    2024/04　公益財団法人豊田理化学研究所

  2. 2023年度日本数学会応用数学研究奨励賞

    2024/03　日本数学会　最適輸送理論を⽤いた細胞分化の軌跡推定について

  3. 優秀ポスター賞

    2017/02　第18回北東数学解析研究会

Papers 12

  1. Visualizing Shape Functionals via Sinkhorn Multidimensional Scaling Peer-reviewed

    Toshiaki Yachimura, Jun Okamoto, Lorenzo Cavallina

    SIAM Journal on Imaging Sciences　2025/09/30

    DOI： 10.1137/24M1696093 　

  2. Ocean wave spectrum reconstruction from HF radar data and its application to wave height estimation

    Kaede Watanabe, Toshiaki Yachimura, Tsubasa Terada, Hiroshi Kameda, Ryuhei Takahashi, Hiroshi Suito

    arXiv:2505.13132　2025/05

    DOI： 10.48550/arXiv.2505.13132 　

  3. scEGOT: single-cell trajectory inference framework based on entropic Gaussian mixture optimal transport Peer-reviewed

    Toshiaki Yachimura, Hanbo Wang, Yusuke Imoto, Momoko Yoshida, Sohei Tasaki, Yoji Kojima, Yukihiro Yabuta, Mitinori Saitou, Yasuaki Hiraoka

    BMC Bioinformatics　25　(1)　2024/12/23

    Publisher: Springer Science and Business Media LLC

    DOI： 10.1186/s12859-024-05988-z 　

    eISSN： 1471-2105

  4. Topological Node2vec: Enhanced Graph Embedding via Persistent Homology Peer-reviewed

    Yasuaki Hiraoka, Yusuke Imoto, Théo Lacombe, Killian Meehan, Toshiaki Yachimura

    Journal of Machine Learning Research (JMLR)　25　1-26　2024

  5. Convergence rate of Tsallis entropic regularized optimal transport

    Takeshi Suguro, Toshiaki Yachimura

    arXiv:2304.06616　2023/04

  6. Quantitative stability estimates for a two-phase Serrin-type overdetermined problem Peer-reviewed

    Lorenzo Cavallina, Giorgio Poggesi, Toshiaki Yachimura

    Nonlinear Analysis　222　112919-112919　2022

  7. Symmetry breaking solutions for a two-phase overdetermined problem of Serrin-type Peer-reviewed

    L.Cavallina, T.Yachimura

    Current Trends in Analysis, its Applications and Computation, Research Perspectives, Birkhäuser　433　(441)　2022

  8. On an inverse Robin spectral problem Peer-reviewed

    M.Santacesaria, T.Yachimura

    Inverse Problems　36　(7)　075004　2020

  9. On a two-phase Serrin-type problem and its numerical computation Peer-reviewed

    L.Cavallina, T.Yachimura

    ESAIM: Control, Optimisation and Calculus of Variations　26　65　2020

  10. The Homogenization Method for Topology Optimization of Structures: Old and New Peer-reviewed

    G.Allaire, L.Cavallina, N.Miyake, T.Oka, T.Yachimura

    Interdisciplinary Information Sciences　25　(2)　75-146　2019

    Publisher: Graduate School of Information Sciences, Tohoku University

    DOI： 10.4036/iis.2019.b.01 　

    ISSN： 1340-9050

    eISSN： 1347-6157

  11. Asymptotic behavior for the principal eigenvalue of a reinforcement problem Peer-reviewed

    T.Yachimura

    Applicable Analysis　98　1946-1958　2019

  12. Two-phase eigenvalue problem on thin domains with Neumann boundary condition Peer-reviewed

    T.Yachimura

    Differential and Integral Equations　31　735-760　2018

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Misc. 6

  1. Analysis of Shape Optimization: Theory and Numerical Computation

    Toshiaki YACHIMURA

    The Proceedings of the Materials and Mechanics Conference　2023　MM0105　2023

    Publisher: Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI： 10.1299/jsmemm.2023.mm0105 　

    eISSN： 2424-2845

  2. On an inverse Robin eigenvalue problem appearing in thin coating problems

    T. Yachimura

    2186　2021

  3. Kohn-Vogelius汎関数を用いた二相Serrin型優決定問題の数値計算について

    谷地村 敏明, カヴアッリーナ ロレンツォ

    計算工学講演会論文集　24　2019

  4. 薄膜コーティング問題における固有値の漸近挙動について

    谷地村 敏明

    第 15 回数学総合若手研究集会, 北海道大学数学講究録　2019

  5. 薄膜コーティング問題における固有値の漸近挙動について

    谷地村 敏明

    第 40 回発展方程式若手セミナー報告集　2018

  6. Two-phase eigenvalue problem on thin domains with Neumann boundary condition

    谷地村 敏明

    第 38 回発展方程式若手セミナー報告集　2016

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Presentations 59

  1. 正則化混合最適輸送理論と細胞分化ダイナミクス推定への応用 Invited

    第5回富山応用数学セミナー　2025/07/30

  2. 最適輸送理論の単一細胞データ解析への応用：細胞分化ダイナミクスの推定 Invited

    谷地村 敏明

    第19回学習物理領域セミナー＋第71回DLAP　2025/07/24

  3. Inferring Cell Differentiation Dynamics from Time-Series scRNA-seq Data Using scEGOT

    Toshiaki Yachimura

    ACMB-JSMB2025　2025/07/08

  4. 最適輸送理論による軌跡推定とその応用 Invited

    谷地村 敏明

    さいたま数理解析セミナー　2025/07/05

  5. 時系列scRNA-seqデータから細胞分化ダイナミクスを推定するソフトウェアscEGOTの紹介 Invited

    Bio"Pack"athon 2025 #5　2025/05/14

  6. Single-cell trajectory inference via optimal transport theory Invited

    Toshiaki Yachimura

    MathBio Workshop: Shape and Movement in Life Sciences　2025/03/26

  7. 最適輸送理論から見た細胞分化ダイナミクスの推定 Invited

    谷地村 敏明

    合原ムーンショット第2回プロジェクト横断型数理連携研究会　2025/01/28

  8. 最適輸送理論と単一細胞データ解析 Invited

    谷地村 敏明

    データサイエンスと生命医科学研究のフロンティア　2024/10/21

  9. 最適輸送理論を用いたヒト生殖細胞分化ダイナミクスの解析 Invited

    谷地村 敏明

    第5回「医学と数理」研究会　2024/09/29

  10. Analysis of Shape Optimization: Theory, Numerical Computation, and Visualization Invited

    Toshiaki Yachimura

    Workshop for young scholars Control and inverse problems on waves, oscillations and flows - Mathematical analysis and computational methods -　2024/09/25

  11. Sinkhorn MDSによる形状汎関数の可視化

    岡本 潤, 谷地村 敏明, Lorenzo Cavallina

    日本応用数理学会2024年度年会　2024/09/16

  12. 混合最適輸送理論とその応用

    谷地村敏明

    日本応用数理学会2024年度年会　2024/09/16

  13. Reconstruction of Waddington’s Landscape via Optimal Transport Theory Invited

    Finland-Japan Workshop in Industrial and Applied Mathematics　2024/08/26

  14. Reconstruction of Developmental Dynamics through the Lens of Optimal Transport Invited

    The 3rd ASHBi SignAC Workshop: High-content epigenome analysis in the next phase　2024/05

  15. 正則化最適輸送の理論と応用 Invited

    富山数理ワークショップ2024　2024/02

  16. 単一細胞データ解析と最適輸送理論 Invited

    第8回理論免疫学ワークショップ　2024/02

  17. Trajectory Inference of Cell Differentiation and Optimal Transport Theory Invited

    学術変革領域(A) データ記述科学の創出と諸分野への横断的展開 第4回領域会議　2024/01

  18. 最適輸送理論を用いた細胞分化の軌跡推定について

    谷地村 敏明, 井元佑介, 田崎創平, 平岡裕章

    応用数学合同研究集会　2023/12

  19. 正則化混合ガウス最適輸送と単一細胞データ解析への応用 Invited

    岡山応用数学セミナー　2023/12

  20. 形状最適化の解析: 理論とその数値計算 Invited

    日本機械学会 M&M2023 材料力学カンファレンス　2023/09

  21. 細胞分化の軌跡推定と最適輸送理論 Invited

    学術変革領域(A) データ記述科学の創出と諸分野への横断的展開, Optimal Transport Meets Data　2023/05

  22. Entropic Gaussian mixture optimal transport and application to single-cell data analysis Invited

    谷地村 敏明

    広島数理解析セミナー, 広島大学　2022/12

  23. Entropic Gaussian mixture optimal transport and application to single-cell data analysis Invited

    One day workshop on persistent homology and optimal transport, Kyoto University　2022/12

  24. A new reconstruction of Waddington's landscape via optimal transport theory Invited

    the 2nd ASHBi workshop for Mathematical Human Biology, Kyoto University　2022/11

  25. Entropic Gaussian mixture optimal transport and reconstruction of Waddington's landscape Invited

    Workshop for young scholars Control and inverse problems on waves, oscillations and flows, Ehime University　2022/11

  26. A novel single-cell trajectory inference framework by Gaussian mixture models and optimal transport theory

    ASHBi Retreat 2022　2022/01

  27. Serrin's overdetermined problem with inclusions Invited

    2021/08/18

  28. 二相媒質におけるSerrin型優決定問題について Invited

    南大阪応用数学セミナー　2021/07/31

  29. 二相Serrin型優決定問題の解析 Invited

    愛媛大学解析セミナー　2021/06/14

  30. Trajectory inference of cell differentiation by Gaussian mixture models and optimal transport theory

    ASHBi Retreat 2021, Kyoto University, zoom　2021/02

  31. On an inverse Robin eigenvalue problem appearing in thin coating problems Invited

    T.Yachimura

    偏微分方程式における逆問題とその応用のさらなる展開，RIMS，zoom　2021/01

  32. 複合媒質における形状最適化問題の解析 Invited

    谷地村 敏明

    応用数学フレッシュマンセミナー2020, 京都大学, zoom　2020/12

  33. ある二相形状最適化問題の理論と数値計算について Invited

    谷地村 敏明

    工学と数学の接点を求めて，zoom　2020/11

  34. 二相Serrin型優決定問題の局所可解性とその数値計算について Invited

    谷地村 敏明

    第77回京都大学応用数学セミナー, zoom　2020/11

  35. Analysis on a two-phase geometric optimization problem Invited

    谷地村 敏明, カヴァッリーナ ロレンツォ

    日本応用数理学会2020年年会　2020/09

  36. 電気インピーダンストモグラフィーとその応用

    第5回全領域合同研究交流会, 東北大学　2020/02

  37. On a Robin eigenvalue problem related to thin coating problems Invited

    T.Yachimura

    第21回北東数学解析研究集会, 北海道大学　2020/02

  38. On a Robin eigenvalue problem related to thin coating problems Invited

    谷地村 敏明

    工学と数学の接点を求めて，大阪大学　2019/11

  39. On a Robin inverse problem related to thin coating problems Invited

    T.Yachimura

    one-day workshop: PDE on thin domains and related topics, Tokyo Metropolitan University　2019/09

  40. Two-phase overdetermined problems of Serrin-type and Kohn-Vogelius functional Invited

    T.Yachimura

    Workshop for young scholars, Control and inverse problems on waves, oscillations and flows, Tokyo University of Science　2019/08

  41. On a thin coating problem and its related inverse problem Invited

    T.Yachimura

    12th International ISAAC Congress　2019/07

  42. Kohn-Vogelius汎関数を用いた二相Serrin型優決定問題の数値計算について Invited

    谷地村 敏明, カヴアッリーナ ロレンツォ

    第24回計算工学講演会　2019/05

  43. 領域の摂動と係数の特異摂動を伴う二相固有値問題

    谷地村 敏明

    日本数学会2019年度年会, 東北工業大学　2019/03

  44. 薄膜コーティング問題における固有値の漸近挙動について

    谷地村 敏明

    第15回総合若手研究集会, 北海道大学　2019/03

  45. 電気インピーダンストモグラフィーとvirtual X-rayについて

    平成30年度後期第5回全領域合同研究交流会, 東北大学　2019/02

  46. On the asymptotic behavior for the principal eigenvalue of a coating problem Invited

    T.Yachimura

    Joint Firenze-Tohoku research workshop on nonlinear PDEs, university of Florence　2018/10

  47. 薄膜コーティング問題における固有値の漸近挙動について

    谷地村 敏明

    第40回発展方程式若手セミナー, 福岡県八女市 グリーンピア八女　2018/08

  48. 電気インピーダンストモグラフィーにおける直接再構成アルゴリズムについて

    第3回FRIS/DIARE Joint Workshop, 東北大学　2018/07

  49. Asymptotic behavior for the principal eigenvalue of a reinforcement problem

    T.Yachimura

    8-th Euro-Japanese Workshop on Blow-up, Tohoku University　2018/06

  50. 薄膜コーティング問題における幾何学的形状の影響について

    谷地村 敏明

    数学・数理科学専攻若手研究者のための異分野・異業種研究交流会2017, 明治大学　2017/11

  51. 補強問題における固有値の漸近挙動について Invited

    谷地村 敏明

    偏微分方程式セミナー，北海道大学　2017/11

  52. Two-phase eigenvalue problem on thin domains with Neumann type boundary condition

    T.Yachimura

    5-th Italian-Japanese Workshop on Geometric Properties for Parabolic and Elliptic PDE`s, Osaka City University　2017/05

  53. 薄膜領域における二相固有値問題について Invited

    谷地村 敏明

    第21回幾何と解析セミナー, 東北大学　2017/05

  54. 領域の特異摂動と二相固有値問題

    谷地村 敏明

    日本数学会2017年度年会　2017/03

  55. 領域の特異摂動と二相固有値問題 Invited

    谷地村 敏明

    なかもず解析セミナー, 大阪府立大学　2017/03

  56. Two-phase eigenvalue problem on thin domains with Neumann type boundary condition

    谷地村 敏明

    第18回北東数学解析研究集会, 東北大学　2017/02

  57. Two-phase eigenvalue problem on thin domains with Neumann type boundary condition

    谷地村 敏明

    JSPS A3 Foresight Program GSIS international winter school Stochastic Homogenization and it’s Applications　2017/02

  58. Two-phase eigenvalue problem on thin domains with Neumann boundary condition

    谷地村 敏明

    第38回発展方程式若手セミナー　2016/08

  59. Entropic Gaussian mixture optimal transport and application to single-cell data analysis Invited

    広島数理解析セミナー, 広島大学

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Research Projects 4

  1. 最適輸送理論による細胞分化ダイナミクスの推定・制御基盤の構築 Competitive

    Offer Organization: 国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)

    System: 戦略的創造研究推進事業(さきがけ)

    Category: 「未来を予測し制御するための数理を活用した新しい科学の探求」領域

    2024/10 - 2028/03

  2. 複合媒質における固有値問題と最適コーティング形状の解析

    谷地村 敏明

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業 若手研究

    Category: 若手研究

    Institution: 京都大学

    2021/04/01 - 2026/03/31

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    本年度においては，コーティング問題に由来する形状最適化問題，特にコーティング問題の臨界形状を表す過剰決定問題について考察し，最適コーティング形状の幾何学的な性質や構造について解析した．具体的には，二相媒質におけるSerrin型優決定問題に関するある種の安定性に関して取り組んだ．特に介在物の係数がコーティング部分に十分近い場合，並びに介在物が境界から十分遠く，かつ体積が十分小さい場合について考察した．これはSerrin型優決定問題において，二相媒質が一相媒質に近い状況であると考えられるため，一相媒質における先行研究の結果からコーティング形状は球面に近づくことが定性的な考察並びに数値計算から予想されていたが，証明できていなかった．本研究では一相Serrin型優決定問題に関する新しい安定性評価を導出し，その結果を二相媒質におけるSerrin型優決定問題に適用することで，二相媒質が一相媒質に近い状況における定量的安定性評価(コーティング形状がどの程度球面に近いか)を導出した．さらにこの安定性に関する結果を応用することで，ある状況において，二相媒質におけるSerrin型優決定問題の内部問題を満たす領域の非存在を証明することができた．この結果は二相媒質におけるSerrin型優決定問題の内部問題を満たす領域の大域存在を考察する際には，介在物の伝導係数または位相に関する制限が必要であることを示唆しており，今後の研究に繋がる興味深い結果である．

  3. 正則化混合ガウス最適輸送理論による細胞分化の軌跡推定手法の構築 Competitive

    Offer Organization: 公益財団法人豊田理化学研究所

    System: 豊田理研スカラー (研究助成)

    2024/04 - 2025/03

  4. 最適コーティングと特異摂動固有値問題

    谷地村 敏明

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費

    Category: 特別研究員奨励費

    Institution: 東北大学

    2019/04/25 - 2021/03/31

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    本年度においては，コーティング問題に由来する形状最適化問題ならびに逆問題について考察し，最適コーティング形状の幾何学的な性質や構造を解析した．具体的には，以下の三つの問題について取り組んだ． まず，ポアソン方程式に関する薄膜コーティング問題について考察した．特に最適コーティングが定数であるならば領域は球に限るかについて考察し，最適コーティングと方程式の解との関係式や部分積分等から本問題をSerrinの過剰決定問題に帰着させることで示した．この結果の対偶をとることにより，球でない場合，最適コーティングは定数ではないことがわかる．さらに，領域が球から摂動した際の最適コーティング形状の解析に取り組み，形状微分を用いることにより最適コーティング形状を同定した． 次にコーティング問題に由来するSerrin型優決定問題について考察した．本研究ではまず，陰関数定理と形状微分を用いて，自明解(同心球)近傍における二相Serrin型優決定問題の解の存在と一意性を証明した．さらに，Kohn-Vogelius汎関数とH^1勾配法を用いた数値計算を行った．さらに提案したアルゴリズムによる数値計算から，ある特別な場合において分岐現象が現れることが示唆されていた．この問題に関して分岐解析を行い，介在物が球であってもコーティング形状は一様とは限らないというある種の対称性の破れが起こることを示した． さらに薄膜コーティング問題について，第一固有値と対応する第一固有関数の外部におけるノイマンデータが観測できたとき，内部のロバン係数(コーティング部分)が復元できるかというスペクトル逆問題について考察し，本逆問題に対する一意性及び局所リプシッツ安定性を示した．さらに，ノイマン追跡型汎関数に対するフレッシェ微分を求めることにより，勾配法に基づいた数値アルゴリズムを導出し数値計算を行った．

Teaching Experience 8

  1. フーリエ解析　東北学院大学

  2. 理数基礎教育センター 相談員　東北学院大学

  3. 解析学A　東北大学

  4. g-RIPS-Sendai, IHI Project, academic mentor (東北大学)

  5. 解析学A　東北大学

  6. g-RIPS-Sendai, MITSUBISHI-B Project, academic mentor　Tohoku University

  7. フーリエ解析　大阪府立大学

  8. 常微分方程式　大阪府立大学

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Works 1

  1. scEGOT

    Toshiaki Yachimura

    2024/12/23 -

    Type: Software

Social Activities 3

  1. KISTEC教育講座 研究者・技術者のためのもう一度、数学 データの本質をつかむ数学リテラシー – かたち・うごき・つながりから理解する –

    2025/01/20 - 2025/01/22

  2. オープンイノベーションセッション

    株式会社フューチャーセッションズ if space

    2024/02 -

  3. オープンイノベーションセッション

    東北大学 青葉山キャンパス ラーニングコモンズ

    2023/12 -

Media Coverage 1

  1. 時系列scRNA-seqデータから細胞分化ダイナミクスを推定 – 包括的軌跡推定フレームワークscEGOTの開発

    京都大学ヒト生物学高等研究拠点　https://ashbi.kyoto-u.ac.jp/ja/news_research/12038/

    2025/02/06

    Type: Internet

Academic Activities 7

  1. MathCCSセミナー

    2024/04/01 - Present

    Activity type: Academic society, research group, etc.

  2. Shape Seminar

    2023/09 - Present

    Activity type: Academic society, research group, etc.

  3. 数理解析若手交流会

    2021/11 - Present

    Activity type: Academic society, research group, etc.

  4. 第9回JST数学領域未解決問題ワークショップ

    2025/09/13 - 2025/09/15

    Activity type: Academic society, research group, etc.

  5. 日本応用数理学会2025年度年会正会員主催OS「かたちの数理とその応用」

    2025/09/02 - 2025/09/04

    Activity type: Academic society, research group, etc.

  6. 日本応用数理学会2024年度年会正会員主催OS「かたちの数理とその応用」

    2024/09/16 - 2024/09/16

    Activity type: Academic society, research group, etc.

  7. the 2nd ASHBi SignAC Workshop: Integrating Single-cell Analysis and Mathematics

    online

    2022/12/10 -

    Activity type: Academic society, research group, etc.

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