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Nonnegative Matrix Factorization with Orthogonality Constraints
Jiho Yoo,Seungjin Choi 한국정보과학회 2010 Journal of Computing Science and Engineering Vol.4 No.2
Nonnegative matrix factorization (NMF) is a popular method for multivariate analysis of nonnegative data, which is to decompose a data matrix into a product of two factor matrices with all entries restricted to be nonnegative. NMF was shown to be useful in a task of clustering (especially document clustering), but in some cases NMF produces the results inappropriate to the clustering problems. In this paper, we present an algorithm for orthogonal nonnegative matrix factorization, where an orthogonality constraint is imposed on the nonnegative decomposition of a term-document matrix. The result of orthogonal NMF can be clearly interpreted for the clustering problems, and also the performance of clustering is usually better than that of the NMF. We develop multiplicative updates directly from true gradient on Stiefel manifold, whereas existing algorithms consider additive orthogonality constraints. Experiments on several different document data sets show our orthogonal NMF algorithms perform better in a task of clustering, compared to the standard NMF and an existing orthogonal NMF.
( Jiho Yoo ) 생화학분자생물학회 2022 BMB Reports Vol.55 No.11
Mitochondria are cellular organelles that perform various functions within cells. They are responsible for ATP production, cell-signal regulation, autophagy, and cell apoptosis. Because the mitochondrial proteins that perform these functions need Ca<sup>2+</sup> ions for their activity, mitochondria have ion channels to selectively uptake Ca<sup>2+</sup> ions from the cytoplasm. The ion channel known to play the most important role in the Ca<sup>2+</sup> uptake in mitochondria is the mitochondrial calcium uniporter (MCU) holo-complex located in the inner mitochondrial membrane (IMM). This ion channel complex exists in the form of a complex consisting of the pore-forming protein through which the Ca<sup>2+</sup> ions are transported into the mitochondrial matrix, and the auxiliary protein involved in regulating the activity of the Ca<sup>2+</sup> uptake by the MCU holo-complex. Studies of this MCU holocomplex have long been conducted, but we didn’t know in detail how mitochondria uptake Ca<sup>2+</sup> ions through this ion channel complex or how the activity of this ion channel complex is regulated. Recently, the protein structure of the MCU holo-complex was identified, enabling the mechanism of Ca<sup>2+</sup> uptake and its regulation by the MCU holo-complex to be confirmed. In this review, I will introduce the mechanism of action of the MCU holo-complex at the molecular level based on the Cryo-EM structure of the MCU holo-complex to help understand how mitochondria uptake the necessary Ca<sup>2+</sup> ions through the MCU holo-complex and how these Ca<sup>2+</sup> uptake mechanisms are regulated. [BMB Reports 2022; 55(11): 528-534]
비음수 행렬의 부분적 공동 분해를 이용한 드럼 음원 분리
유지호(Jiho Yoo),김민제(Minje Kim),강경옥(Kyeongok Kang),최승진(Seungjin Choi) 한국정보과학회 2009 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.36 No.2C
본 논문에서는 드럼 음원이 포함된 다성 음악 (polyphonic music) 에서 드럼 신호를 분리해 내는 문제를 다룬다. 기존의 방법은 비음수 행렬 분해 (nonnegative matrix factorization)를 사용하여 찾아낸 주파수 특성들로부터 지지벡터기계 (support vector machine) 을 이용하여 드럼 신호의 주파수 특성들만을 분류해 내는 방식으로 드럼 음원 분리를 수행한다. 하지만 드럼 신호의 주파수 특성과 일반적 악기 신호의 주파수 특징을 분류해 내는 지지벡터기계의 학습에는 드럼이 아닌 악기의 신호가 학습 데이터로 필요하며, 다양한 악기에 대하여 이러한 데이터를 만드는 것은 매우 어렵다. 여기서는 드럼 외의 악기 신호에 대한 추가적인 데이타를 필요로 하지 않고, 드럼 신호에 대한 사전 정보만을 사용하여 드럼 신호를 분리해 내는 방법으로써, 비음수 행렬의 부분적 공동 분해 방법을 제안한다. 대상이 되는 신호의 스펙트로그램 행렬과 드럼 소리로 구성된 사전 정보 신호의 스펙트로그램 행렬을 동시에 분해하되, 분해된 행렬의 일부분을 공유하도록 설정함으로써 자연스럽게 드럼 신호의 특성을 분리해 내는 것이 가능하다. 간단한 곱셈에 의한 업데이트 방식을 통해 이와 같은 작업을 수행할 수 있으며, 실제 음원에 대한 실험을 통해 제안된 방법의 성능을 검증하였다.
Stiefel 다양체에서 곱셈의 업데이트를 이용한 비음수 행렬의 직교 분해 (pp.347-352)
유지호(Jiho Yoo),최승진(Seungjin Choi) 한국정보과학회 2009 정보과학회논문지 : 소프트웨어 및 응용 Vol.36 No.5
주어진 비음수 데이터를 두 개의 비음수 행렬의 곱의 형태로 표현하는 비음수 행렬 분해(Nonnegative Matrix Factorization) 는 비음수 데이터의 다변량 분석에서 폭넓게 사용되고 있는 방법이다. 비음수 행렬 분해는 집단화(Clustering), 특히 문서의 집단화에서 유용하게 쓰일 수 있다. 본 논문에서는 주어진 문서들로부터 구성된 단어-문서 행렬을 두 개의 비음수 행렬의 곱으로 분해할 때, 그 중 하나의 행렬에 직교 제한을 주는 비음수 행렬의 직교 분해(Orthogonal Nonnegative Matrix Factorization) 방법을 다룬다. 현존하는 비음수 행렬의 직교 분해 방법은 직교 제한과 관련된 항을 더해주는 방식을 사용하지만, 여기서는 Stiefel 다양체 위에서의 실제 기울기를 직접 구하여 곱셈의 업데이트 알고리즘을 유도하였다. 다양한 문서 데이터에 대한 실험을 통해 새롭게 유도된 비음수 행렬의 직교 분해 방법이 기존의 비음수 행렬 분해나 기존의 비음수 행렬의 직교 분해보다 문서 집단화에서 우수한 성능을 나타냄을 보였다. Nonnegative matrix factorization (NMF) is a popular method for multivariate analysis of nonnegative data, the goal of which is decompose a data matrix into a product of two factor matrices with all entries in factor matrices restricted to be nonnegative. NMF was shown to be useful in a task of clustering (especially document clustering). In this paper we present an algorithm for orthogonal nonnegative matrix factorization, where an orthogonality constraint is imposed on thenonnegative decomposition of a term-document matrix. We develop multiplicative updates directlyfrom true gradient on Stiefel manifold, whereas existing algorithms consider additive orthogonality constraints. Experiments on several different document data sets show our orthogonal NMF algorithms perform better in a task of clustering, compared to the standard NMF and an existing orthogonal NMF.
인도네시아 바이오매스 반탄화를 통해 제조된 고품위 고형연료의 활용
유지호(Jiho Yoo) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.4
바이오매스는 풍부한 신재생에너지로 화석연료에 의한 온실가스 배출을 줄일 수 있는 자원으로 활용될 수 있다. 인도네시아에서는 경제성이 우수한 대량의 조림지 부산물과 팜 부산물이 발생된다. 일반적으로 바이오매스들은 낮은 열량 및 연소 효율에 의해 연료로서 사용하기 어려운 경우가 많다. 최근 이러한 바이오매스를 고품위 연료로 전환하는 반탄화 기술 개발이 활발하며, 유럽을 중심으로 다수의 생산 설비가 상용화되었다. 우리나라는 현재 ~ 2 million ton yr<SUP>-1</SUP> 이상의 혼소용 우드팰릿을 동남아시아에서 수입하고 있다. 하지만 반탄화 연료 시장은 아직 열리지 않았고, 추후 국내 기술 및 시장 환경 성숙에 따라 도입되리라 예상된다. 인도네시아 현지 혼소용 연료로서 반탄화된 조림지 부산물은 신재생에너지 확대 정책(feed-in-tariff, FIT) 하에서 경제성 확보 가능하다. 하지만 팜 부산물인 EFB (empty fruit bunch, EFB)를 혼소용 연료로 사용하기 위해서는 알카리 금속 제거에 따른 경제성 저하 극복 방안이 강구되어야 한다. ETS (emission trading system, ETS)와 CDM (clean development mechanism, CDM)제도의 지원을 받는 경우 EFB는 연료 민감성이 낮은 시멘트 소성로에서 기존 석탄을 대체할 수 있을 것으로 판단된다. Biomass is an abundant renewable energy resource that can replace fossil fuels for the reduction of greenhouse gas (GHG). Indonesia has a large number of cheap biomass feedstocks, such as reforestation (waste wood) and palm residues (empty fruit bunch or EFB). In general, raw biomass contains more than 20% moisture and lacks calorific value, energy density, grindability, and combustion efficiency. Those properties are not acceptable fuel attributes as the conditions currently stand. Recently, torrefaction facilities, especially in European countries, have been built to upgrade raw biomass to solid fuel with high quality. In Korea, there is no significant market for torrefied solid fuel (co-firing) made of biomass residues, and only the wood pellet market presently thrives (~ 2 million ton yr<SUP>-1</SUP>). However, increasing demand for an upgraded solid fuel exists. In Indonesia, torrefied woody residues as co-firing fuel are economically feasible under the governmental promotion of renewable energy such as in feed-in-tariff (FIT). EFB, one of the chief palm residues, could replace coal in cement kiln when the emission trading system (ETS) and clean development mechanism (CDM) system are implemented. However, technical issues such as slagging (alkali metal) and corrosion (chlorine) should be addressed to utilize torrefied EFB at a pulverized coal boiler.