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マスター方程式によるネットワーク上の感染症ダイナミクスの解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K05507
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関北海道大学

研究代表者

根本 幸児  北海道大学, 理学研究院, 教授 (60202248)

研究分担者 長谷川 雄央  茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (10528425)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード相転移 / 感染症ダイナミクス / ネットワーク科学 / 数理生物学 / 統計物理学 / 感染症
研究成果の概要

レギュラーランダムグラフ上でSWIR感染モデルの有限シード(初期感染者)比率からの振る舞いをAME(近似マスター方程式)の数値解析から分析し二つの臨界感染率の存在を明らかにした。また,レギュラーランダムとスケールフリーネットワーク上のSIR感染モデルに隔離対策を導入したモデルを提示し,ランダムワクチン対策に対する優位性を解明した。さらにSISモデルの拡張であるSWIS,SWSIS両モデルを統一的に取り扱い,有限シード比率を変化させて現れる連続相転移と不連続相転移のメカニズムを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ネットワーク上の感染症ダイナミクス解析手法であるAMEの拡張と様々なモデル計算においてその相転移メカニズムの解明に資する手法の有効性が明らかになり,より正確な感染症ダイナミクスの把握や効果的な隔離対策の有用性を示す解析・研究につながることが期待され,昨今の新型コロナウィルス対策のための数理モデルに対する知見となりうる成果である。合わせて非平衡統計物理学へのフィードバックとして手法の応用を考えることも可能となる。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Sudden spreading of infections in an epidemic model with a finite seed fraction2018

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa and Koji Nemoto
    • 雑誌名

      The European Physical Journal B

      巻: Vol.91 号: 3

    • DOI

      10.1140/epjb/e2018-80343-3

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficiency of prompt quarantine measures on a susceptible-infected-removed model in networks2017

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa and Koji Nemoto
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: Vol.96 号: 2

    • DOI

      10.1103/physreve.96.022311

    • NAID

      120006346115

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 複雑な接触伝播モデルの初期状態依存性II2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄央, 根本幸児
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Phase transition of infectious disease models in networks with finite seed fractions2018

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa
    • 学会等名
      Quantum walks and dynamics on networks
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Characterizing and Modeling Weighted Networks2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄央
    • 学会等名
      水戸数学・情報数理研究会2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 複雑な接触伝播モデルの初期状態依存性2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄央, 根本幸児
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 複数の感染源が引き起こす感染症の爆発的拡がり2016

    • 著者名/発表者名
      根本幸児, 長谷川雄央
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] ネットワーク上の感染症における隔離対策の効果2016

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄央, 根本幸児
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Outbreaks in the SIR epidemics with multiple seeds - a statistical physics approach2016

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa
    • 学会等名
      JSMB2016
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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