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ネットワーク結合力学系の機能的設計とその普遍性

研究課題

研究課題/領域番号 21540376
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 数理物理・物性基礎
研究機関大阪電気通信大学 (2011)
北海道大学 (2009-2010)

研究代表者

柳田 達雄  大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (80242262)

研究分担者 中尾 裕也  東京工業大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (40344048)
研究期間 (年度) 2009 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2011年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2010年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2009年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード結合振動子 / ネットワーク / 同期現象 / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / 複雑系 / 非線形システム
研究概要

同期特性の優れた位相振動子ネットワークのデザインを中心に研究を行った.このモデルは力学的要素がネットワーク的に相互作用した集団(個体群)と見なせるため,細胞内での生化学反応や代謝反応などの複雑なシステムの最も抽象化したモデルと考えられる.マルコフ連鎖モンテカルロ法により同期特性の優れた機能的ネットワークが具体的に設計し,ネットワーク構造の統計的特徴付けを行った.振動数が異なる振動子集団が同期するために最適な結合ネットワーク,および同一な自然振動子集団が外部ノイズに晒されている場合,ノイズにたいして堅牢に同期するネットワークをそれぞれ設計した.異なる自然振動数を持つ場合とノイズに晒されている振動子集団では異なるネットワーク構造が同期最適である事を示した.また,リンク数の増加に伴い,同期最適ネットワークは構造転移する事が分かった.ノイズに抗した同期最適なネットワークはリンク数が少ない場合にはコアと周辺の振動子に分離した構造を持ち,各素子に共通なノイズによるに同期現象と強い関連があると予想され理論的発展が期待される,これらの成果は国内外の学会・研究集会などで口頭発表し,学術雑誌に掲載された.

報告書

(4件)
  • 2011 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2012 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (20件) (うち査読あり 19件) 学会発表 (28件)

  • [雑誌論文] Optimal phase response curves for stochastic synchronization of limit-cycle oscillators by common Poisson noise2011

    • 著者名/発表者名
      Shigefumi Hata, Kensuke Arai, Roberto F. Galan, and Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 84 ページ: 16229-16239

    • NAID

      120006582126

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective phase description of globally coupled excitable elements2011

    • 著者名/発表者名
      Yoji Kawamura, Hiroya Nakao, and Yoshiki Kuramoto
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 84 ページ: 46211-46223

    • NAID

      120006582134

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal phase response curves for stochastic synchronization of limit-cycle oscillators by common Poisson noise2011

    • 著者名/発表者名
      Shigefumi Hata, Kensuke Arai, Roberto F.Galan, Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E

      巻: 84 ページ: 16229-16239

    • NAID

      120006582126

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective phase description of globally coupled excitable elements2011

    • 著者名/発表者名
      Yoji Kawamura, Hiroya Nakao, Yoshiki Kuramoto
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E

      巻: 84 ページ: 46211-46223

    • NAID

      120006582134

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase reduction approach to traveling pulses in reaction-diffusion systems2011

    • 著者名/発表者名
      中尾裕也
    • 雑誌名

      物性研究

      巻: 96 ページ: 59-62

    • NAID

      110008593746

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] Design of easily synchronizable oscillator networks using Monte Carlo Optimization method2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita and Alexander S. Mikhailov
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 81 ページ: 56204-1054

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Slow relaxation to equipartition in spring-chain systems2010

    • 著者名/発表者名
      T. Konishi and T. Yanagita
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Mechanics

      巻: 9 ページ: 9001-9010

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Turing patterns in network-organized activator-inhibitor systems2010

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao and Alexander S. Mikhailov
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 6 ページ: 544-550

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synchronization of uncoupled oscillators by common gamma impulses : from phase locking to noise-induced synchronization2010

    • 著者名/発表者名
      Shigefumi Hata, Takeaki Shimokawa, Kensuke Arai, and Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 82

    • NAID

      120006582071

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of Market Structure Driven by the Degree of Consumer's Rationality2010

    • 著者名/発表者名
      T. Yanagita, T. Onozaki
    • 雑誌名

      Physica A

      巻: 389 ページ: 1041-1054

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Slow relaxation to equipartition in spring-chain systems2010

    • 著者名/発表者名
      T.Konishi, T.Yanagita
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Mechanics

      巻: P09

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Turing patterns in network-organized activator-inhibitor systems"2010

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao, Alexander S.Mikhailoy
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 6 ページ: 544-550

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synchronization of uncoupled oscillators by common gamma impulses : from phase locking to noise-induced synchronization2010

    • 著者名/発表者名
      Shigefumi Hata, Takeaki Shimokawa, Kensuke Arai, Hiroya Nakao
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E

      巻: 82

    • NAID

      120006582071

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of Market Structure Driven by the Degree of Consumer's Rationality2010

    • 著者名/発表者名
      T.Yanagita, T.Onozaki
    • 雑誌名

      Physica A 389

      ページ: 1041-1054

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetic motion of end-particles in constrained dynamical systems2009

    • 著者名/発表者名
      T. Konishi, T. Yanagita
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Mechanics L09

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stochastic phase reduction for a general class of noisy limit cycle oscillators2009

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae, Hiroya Nakao, G. Bard Ermentrout
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett

      巻: 102 ページ: 1941021-1941024

    • NAID

      120006581976

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective dynamical response of coupled oscillators with any network structure2009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kori, Yoji Kawamura, Hiroya Nakao, Kensuke Arai, Yoshiki Kuramoto
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 180 ページ: 362071-362079

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetic motion of end-particles in constrained dynamical systems2009

    • 著者名/発表者名
      T.Konishi, T.Yanagita
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Mechanics L09

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stochastic phase reduction for a general class of noisy limit cycle oscillators2009

    • 著者名/発表者名
      Jun-nosuke Teramae, Hiroya Nakao, G.Bard Ermentrout
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. 102

      ページ: 1941021-1941024

    • NAID

      120006581976

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective dynamical response of coupled oscillators with any network structure2009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kori, Yoji Kawamura, Hiroya Nakao, Kensuke Arai, Yoshiki Kuramoto
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E 180

      ページ: 362071-362079

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 強束縛ひも状系のエネルギー分配:溶媒の効果2012

    • 著者名/発表者名
      小西哲郎, 柳田達雄
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
  • [学会発表] 協働の数理モデル2012

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Spatiotemporal pattern f ormation in reaction-diffusion systems o n complex networks2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao
    • 学会等名
      SMART Workshop : Exploring Collaborative Mathematics
    • 発表場所
      Tohoku University, Japan
    • 年月日
      2012-03-14
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Spatiotemporal pattern formation in reaction-diffusion systems on complex networks2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao
    • 学会等名
      SMART Workshop : Exploring Collaborative Mathematics
    • 発表場所
      Tohoku University, Japan
    • 年月日
      2012-03-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Phase Description of Pe riodic Solutions in Reaction-diffusion Sy stems2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on 50 Years of Chaos : Applied and Theoretical
    • 発表場所
      Kyoto University, Japan
    • 年月日
      2011-12-02
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Phase Description of Periodic Solutions in Reaction-diffusion Systems2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on 50 Years of Chaos : Applied and Theoretical
    • 発表場所
      Kyoto University, Japan
    • 年月日
      2011-12-02
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 反応拡散系における進行パルスの位相記述と共通ノイズ同期2011

    • 著者名/発表者名
      中尾裕也
    • 学会等名
      電子情報通信学会非線形問題研究会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2011-01-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] モンテカルロ法による機能力学系の設計~アクティブ・タッチ・センサー設計のこころみ~2011

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄
    • 学会等名
      ニューロコンピューティング研究会
    • 発表場所
      北海道大学百年記念会館(札幌市)
    • 年月日
      2011-01-24
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] ネットワーク結合力学系の同期と不安定性2010

    • 著者名/発表者名
      中尾裕也
    • 学会等名
      屋久島非線形問題若手ワークショッブ~非線形科学と情報通信科学のフロンティア開拓~
    • 発表場所
      屋久島環境文化研修センター(鹿児島県)
    • 年月日
      2010-09-28
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Design and Statistical Properties of Easily Synchronizable Os cillator Networks2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita
    • 学会等名
      Emergence and Design of Robustness, IFISC
    • 発表場所
      Palma de Mal lorca, Spain
    • 年月日
      2010-09-22
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Design and Statistical Properties of Easily Synchronizable Oscillator Networks2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita
    • 学会等名
      Emergence and Design of Robustness
    • 発表場所
      IFISC, Palma de Mallorca, Spain
    • 年月日
      2010-09-22
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Design and statistical properties of easily synchronizable oscillator networks",, (2010-09)2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita
    • 学会等名
      International Workshop Emerging Topics in Nonlinear Science
    • 発表場所
      Schloss Goldrain, Italy
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Statistical Characters of Synchronization-Optimized Oscillator Networks2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications(NOLTA 2010)
    • 発表場所
      Krakow, Poland
    • 年月日
      2010-09-08
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Statistical Characters of Synchronization-Optimized Oscillator Networks2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA 2010)
    • 発表場所
      Krakow, Poland
    • 年月日
      2010-09-08
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Localization of Laplacian eigenvectors on complex networks2010

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao
    • 学会等名
      Dynamics Days Europe 2010
    • 発表場所
      University of Bristol
    • 年月日
      2010-09-06
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Localization of Laplacian eigenvectors on complex networks2010

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakao
    • 学会等名
      Dynamics Days Europe 2010
    • 発表場所
      University of Bristol, UK
    • 年月日
      2010-09-06
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Design and Statistical Properties of Ea sily Synchronizable Oscillator Networks2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita and S. A. Mikhailov
    • 学会等名
      Unwinding Complexity
    • 発表場所
      Port Douglas, Australia
    • 年月日
      2010-07-25
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Design and Statistical Properties of Easily Synchronizable Oscillator Networks2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita, S.A.Mikhailoy
    • 学会等名
      Unwinding Complexity
    • 発表場所
      Port Douglas, Australia
    • 年月日
      2010-07-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Design and Thermodynamic Properties of Easily Synchronizable Oscillator Networks2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Yanagita
    • 学会等名
      New Frontiers in Complex Networks
    • 発表場所
      Seoul National University, Korea
    • 年月日
      2010-07-13
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2010 実績報告書
  • [学会発表] 複雑ネットワークにおけるラプラス固有ベクトルの局在性2010

    • 著者名/発表者名
      中尾裕也
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山市)
    • 年月日
      2010-03-25
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] マルコフ連鎖モンテカルロ法による位相振動子網の設計と解析2010

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄, Alexander Mikhilov
    • 学会等名
      日本物理学会第65回年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山市)
    • 年月日
      2010-03-22
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] スケールフリーネットワーク上の結合振動子系のダイナミクス2010

    • 著者名/発表者名
      中尾裕也
    • 学会等名
      ネットワークダイナミクス研究会(電子情報通信学会非線形問題研究会)
    • 発表場所
      上智大学(東京都)
    • 年月日
      2010-03-09
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] Self-organization of non-uniform dynamical patterns in complex networks of diffusively coupled oscillators2010

    • 著者名/発表者名
      中尾裕也
    • 学会等名
      Workshop : Fluctuation and noise in living organisms II
    • 発表場所
      理化学研究所(和光市)
    • 年月日
      2010-02-02
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] Statistical Properties of Synchrony Designed Network2009

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄, Alexander Mikhilov
    • 学会等名
      Frontiers in network science-advances and applications
    • 発表場所
      Harnack-House, Berlin, German
    • 年月日
      2009-09-22
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Statistical Properties of Synchrony Designed Network2009

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄, Alexander Mikhilov
    • 学会等名
      Frontiers in network science-advances and applications
    • 発表場所
      Harnack-House, Berlin, Germany
    • 年月日
      2009-09-22
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Statistical Properties of Synchrony Designed Network2009

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄, Alexander Mikhilov
    • 学会等名
      Dynamics Days Europe
    • 発表場所
      Max Planck Institute, Gottingen, Germany
    • 年月日
      2009-08-31
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] Extracting Rare Trajectories in Chaos and Designing Network Synchrony by MCMC2009

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄, Yukito Iba
    • 学会等名
      Research Innovation Center Advanced Monte Carlo Algorithm Research Group 1st Workshop
    • 発表場所
      Institute of Statistical Methematics(Tokyo)
    • 年月日
      2009-06-08
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Extracting Rare Trajectories in Chaos and Designing Network Synchrony by MCMC2009

    • 著者名/発表者名
      柳田達雄, Yukito Iba
    • 学会等名
      Research Innovation Center Advanced Monte Carlo Algorithm Research Group 1st Workshop
    • 発表場所
      Institute of Statistical Methematics (Tokyo)
    • 年月日
      2009-06-08
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2016-04-21  

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