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2012 Fiscal Year Research-status Report

雑音誘起現象へのランダム力学系アプローチ

Research Project

Project/Area Number 24540390
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

佐藤 譲  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (30342794)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 角 大輝  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40313324)
矢野 孝次  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80467646)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords数理物理 / カオス / ランダム力学系 / 雑音誘起現象 / 非線形時系列解析
Research Abstract

ノイズと決定論的力学の相互作用に伴う雑音誘起現象は非線形物理学では古くから研究されてきた問題です。例えば確率共鳴、ノイズ同期、雑音誘起カオスがその典型例です。近年付加ノイズ強度に応じて多重転移を示す現象(多重雑音誘起現象)、ノイズ強度に依存して軌道分布が多様な振動を起こす現象(統計的周期性)といった、これまでに知られていなかった雑音誘起現象が、広いクラスの非線形系に偏在していることがわかってきました。本研究の目的は「雑音誘起現象論」の体系化を進めるとともに、ランダム力学系において、「決定論カオス」に相当する複雑現象を概念化し、数理科学的に基礎づけることにあります。
(A) 様々な雑音誘起現象のメカニズムとその普遍性、現象クラスの分析
研究代表者の先行研究によると、多段回の雑音誘起転移を示す多重雑音誘起現象、軌道密度が振動する統計的周期性は興奮系で普遍的であることが予想されています。多重雑音誘起現象については軌道不安定性の数値解析を行いました。また統計的周期性についてはノイズ強度θでパラメトライズされたLasota-Mackey mapのTransfer演算子の固有値解析を行いました。
(B) 大自由度多スケール系の実験時系列解析
大自由度多スケール系の実験データとして(1)回転流体の表面運動(提供者:田坂裕二、北海道大学、飯間信、広島大学)、(2)ペダリング運動時の心肺リズム(提供者:松本和宏、ヤマハ発動機)、(3)ヒトの脳波(提供者:北城圭一、理化学研究所)についてランダム力学系モデルによる時系列解析をすすめました。(1)回転流体系からはノイズ付き間欠性写像が得られ、雑音誘起間欠性が観察されました。(2)生体リズムデータからはノイズ付きサインサークル写像が得られ、統計的周期性が観察されました。(3)脳波データについては結合振動子系によるモデリングを行っています。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

申請書の「研究の目的」に記載した以下の二つの課題(A), (B)については、おおむね順調に研究が進んでいます。
(A) 様々な雑音誘起現象のメカニズムとその普遍性、現象クラスの分析については、当初の計画を遂行できました。現在結果を論文にまとめています。さらにいくつかの新たな雑音誘起現象がみつかっています。これらは2013年1月にデンバーで開催されたDynamics Days USにおいてポスター発表されました。
(B) 大自由度多スケール系の実験時系列解析については当初予定していた4つの実験データのうち、(1)回転流体の表面運動(提供者:田坂裕二、北海道大学、飯間信、広島大学)、(2)ペダリング運動時の心肺リズム(提供者:松本和宏、ヤマハ発動機)、(3)ヒトの脳波(提供者:北城圭一、理化学研究所)について解析を進めました。結果の一部は2012年10月にマヨルカで開催されたNOLTA2012で口頭発表されました。(4)真性粘菌の形態変化(提供者:青野真士、理化学研究所)のデータについては解析準備中です。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、以下の課題(A), (B)に取り組みます。
(A)多重雑音誘起現象、統計的周期性を含む様々な雑音誘起現象の普遍性とその現象クラスを研究します。主に数値計算により、発見的手法で解析します。
(B)大自由度多スケール系の非線形時系列解析を行い、実験データからランダム力学系を抽出します。
さらに、今年度から研究分担者の角大輝(大阪大学)、矢野孝次(京都大学)と協力して、
(C)ランダム力学系における複雑現象の諸概念構築と不変量の定式化を行います。ランダム力学系理論、複素力学系理論、確率過程論に基づき、様々なクラスの雑音誘起現象を数学的に分析します。
また、2014年2月に本課題と角大輝(阪大)の基盤研究(C)「ランダムな複素力学系および正則写像半群の力学系の研究」の協賛により、京大数理解析研究所において共同研究集会「ランダム力学系とその応用」を開催します。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成24年度に生じた未使用額については、分担者の角大輝(阪大)氏が実施する雑音誘起現象の複素力学系解析、同じく分担者の矢野孝次(京大)氏が実施する雑音誘起現象の確率過程論解析、の消耗品費の支払いに充てる。

  • Research Products

    (30 results)

All 2013 2012

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (20 results) (of which Invited: 6 results)

  • [Journal Article] On harmonic function for the killed process upon hitting zero of asymmetric Levy processes2013

    • Author(s)
      K. Yano
    • Journal Title

      J. Math-for-Ind.

      Volume: 5A Pages: 17-24

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Random dynamics from time series2013

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Journal Title

      RIMS Technical Report

      Volume: 1827 Pages: 24-32

  • [Journal Article] Transversality family of expanding rational semigroups2013

    • Author(s)
      H. Sumi and M. Urbanski
    • Journal Title

      Adv. Math. 234

      Volume: 234 Pages: 697-734

    • DOI

      10.1016/j.aim.2012.10.020

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extensions of diffusion processes on intervals and Feller's boundary conditions2013

    • Author(s)
      Kouji Yano
    • Journal Title

      Osaka J. Math.

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strong solutions of Tsirel'son's equation in discrete time taking values in compact spaces with semigroup action2013

    • Author(s)
      Takao Hirayama and Kouji Yano
    • Journal Title

      Statist. Probab. Lett.

      Volume: 83 Pages: 824-828

    • DOI

      10.1016/j.spl.2012.11.033

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Random walk in a finite directed graph subject to a road coloring2013

    • Author(s)
      Kouji Yano
    • Journal Title

      J. Theoret. Probab.

      Volume: 26 Pages: 259-283

    • DOI

      10.1007/s10959-011-0398-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] On the laws of total local times for h-paths and bridges of symmetric Levy processes2013

    • Author(s)
      Masafumi Hayashi and Kouji Yano
    • Journal Title

      Abstr. Appl. Anal.

      Volume: 463857 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1155/2013/463857

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 原点死滅過程に対する調和関数について2013

    • Author(s)
      矢野孝次
    • Journal Title

      無限分解可能過程に関連する諸問題

      Volume: 17 Pages: 89--96

  • [Journal Article] Random dynamics from time-serieses of physiological rhythms2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato and Kazuhiro Matsumoto
    • Journal Title

      Proceedings of NOLTA 2012

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bowen parameter and Hausdorff dimension for expanding rational semigroups2012

    • Author(s)
      H. Sumi and M. Urbanski
    • Journal Title

      Discrete and Continuous Dynamical Systems Series A

      Volume: 32 Pages: 2591-2606

    • DOI

      10.3934/dcds.2012.32.2591

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Randomness in noised dynamical systems2013

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      rgodic theory, information theory, and computer sciences
    • Place of Presentation
      大阪大学, 大阪, 日本
    • Year and Date
      20130316-20130316
    • Invited
  • [Presentation] Random complex dynamics by holomorphic families of rational functions with non-empty kernel Julia sets2013

    • Author(s)
      Hiroki Sumi
    • Organizer
      2012年度冬の力学系研究集会
    • Place of Presentation
      日本大学軽井沢研修所, 長野, 日本
    • Year and Date
      20130112-20130112
  • [Presentation] Partial Control of Chaos and Continuity of Safe Set2013

    • Author(s)
      Genming Wang and Yuzuru Sato
    • Organizer
      Dynamics Days US 2013
    • Place of Presentation
      Marriott City Center, Denver, Colorado, USA
    • Year and Date
      20130105-20130105
  • [Presentation] Randomness of Perturbed Dice Throw Dynamics2013

    • Author(s)
      Nobuo Matsunaga and Yuzuru Sato
    • Organizer
      Dynamics Days US 2013
    • Place of Presentation
      Marriott City Center, Denver, Colorado, USA
    • Year and Date
      20130104-20130104
  • [Presentation] Random complex dynamics by holomorphic families of rational functions with non-empty kernel Julia sets2012

    • Author(s)
      Hiroki Sumi
    • Organizer
      複素力学系の新展開
    • Place of Presentation
      京都大学, 京都, 日本
    • Year and Date
      20121210-20121210
  • [Presentation] Random complex dynamics by holomorphic families of rational functions with non-empty kernel Julia sets2012

    • Author(s)
      Hiroki Sumi
    • Organizer
      Ergodic Theory and Metric Number Theory
    • Place of Presentation
      日本女子大学, 東京, 日本
    • Year and Date
      20121204-20121204
  • [Presentation] 一次元非対称レヴィ過程の調和関数について2012

    • Author(s)
      矢野孝次
    • Organizer
      無限分解可能過程に関連する諸問題
    • Place of Presentation
      統計数理研究所, 東京, 日本
    • Year and Date
      20121110-20121110
  • [Presentation] Asymmetric game dynamics and its applications2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      CICS Spring Lecture Series
    • Place of Presentation
      CICS, Universidad del Desarrollo, Santiago, Chile
    • Year and Date
      20121031-20121031
    • Invited
  • [Presentation] Functional limit theorem for processes pieced together from excursions2012

    • Author(s)
      矢野孝次
    • Organizer
      確率解析とその周辺
    • Place of Presentation
      名古屋大学, 名古屋, 日本
    • Year and Date
      20121025-20121025
  • [Presentation] Random Dynamics from a Time Series of Physiological Rhythms2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      NOLTA 2012
    • Place of Presentation
      Gran Melia Victoria, Majorca, Spain
    • Year and Date
      20121024-20121024
  • [Presentation] Noise-induced phenomena in one dimensional maps2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      DynamIC seminar
    • Place of Presentation
      Imperial College-London, London, UK
    • Year and Date
      20121018-20121018
    • Invited
  • [Presentation] Noise-induced phenomena in one dimensional maps2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      Complex systems group seminar
    • Place of Presentation
      Imperial College-London, London, UK
    • Year and Date
      20121011-20121011
  • [Presentation] Random dynamics from time series2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      RIMS workshop on Collective Dynamics in Dynamical Systems - Across the border of preserving and dissipative systems -
    • Place of Presentation
      京都大学, 京都, 日本
    • Year and Date
      20120926-20120926
  • [Presentation] Noise-induced phenomena in one dimensional maps2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      Dynamical Systems: 100 years after Poincare
    • Place of Presentation
      Hotel NH, Gijon, Spain
    • Year and Date
      20120903-20120903
  • [Presentation] Random dynamical systems approaches to noise-induced phenomena2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      Summer Workshop 2012 - Artificial Minds and Real Brains
    • Place of Presentation
      北海道大学, 札幌, 日本
    • Year and Date
      20120802-20120802
  • [Presentation] Noise-induced phenomena in one dimensional maps2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      非線形・統計力学とその周辺セミナー
    • Place of Presentation
      京都大学, 京都, 日本
    • Year and Date
      20120711-20120711
  • [Presentation] Functional limit theorem for processes pieced together from excursions2012

    • Author(s)
      矢野孝次
    • Organizer
      京大確率論水曜セミナー
    • Place of Presentation
      京都大学, 京都, 日本
    • Year and Date
      20120620-20120627
  • [Presentation] Noise-induced phenomena in one dimensional maps2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      Applied Mathematics Colloquium
    • Place of Presentation
      Soongsil University, Seoul, Japan
    • Year and Date
      20120530-20120530
    • Invited
  • [Presentation] Stability, bifurcation and classification of minimal sets in random complex dynamics2012

    • Author(s)
      Hiroki Sumi
    • Organizer
      Workshop on Non-uniformly Hyperbolic and Neutral One-dimensional Dynamics
    • Place of Presentation
      National University of Singapore, Singapore
    • Year and Date
      20120425-20120425
    • Invited
  • [Presentation] Noise-induced phenomena and their applications2012

    • Author(s)
      Yuzuru Sato
    • Organizer
      Workshop on Open dynamical systems: Ergodic Theory, Probabilistic Methods and Applications
    • Place of Presentation
      BIRS, Banff, Canada
    • Year and Date
      20120412-20120412
    • Invited

URL: 

Published: 2014-07-24  

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