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短期最適性と長期持続性の相反問題解決とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 21K12047
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関静岡大学

研究代表者

岡部 拓也  静岡大学, 工学部, 准教授 (10324336)

研究分担者 吉村 仁  長崎大学, 熱帯医学研究所, 客員教授 (10291957)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード対数成長率 / 長期持続性 / 大数の法則 / 幾何平均適応度 / 長期最適化 / 確率過程 / 対数正規分布 / 最適化問題 / 増殖的成長 / 進化ゲーム
研究開始時の研究の概要

生物進化や経済活動では個体数や資産の経時的変化が重要となる.活動主体による選択肢(自由度) が変化を大きく左右しうる一方で,制御できない多数の要因によって,変化の大きな部分が確率的過程に支配される.前者の自由度の最適化を考えるとき,短期的にみた場合の最適化と長期的にみた場合の最適化の結果は一般に一致しない.短期的最適化と長期的最適化の間に齟齬が生じるケースで両者の理論の適用限界を明らかにすることは,概念的に重要な分野横断的問題であり,これまで研究がなされてこなかった.本研究はこの問題に先鞭をつける.

研究実績の概要

予測不可能な環境下での個体群サイズの時間的変動は進化生態学において主な関心事であり、短期的な最適化は長期的持続性を損ないうるという意味で、最適化問題を設定する際には時間スケールが重要な要素となる.大数の法則により、ランダム過程のサンプル数が無限大であるならば,成長率の期待値 が全体的なサイズ増加の適切な尺度となる.しかし,無限のサンプルは理想的極限でしかなく,現実にはこの数は有限とみなす必要がある.この有限性により,ランダム成長率の幾何平均が長期持続性を考える上で重要な役割を果たすことをしめした.短期最適化と長期最適化はそれぞれ成長率の期待値と幾何平均(対数成長率の期待値)を考えることに相当し,それぞれが問題となる時間スケールはランダム過程のサンプル数に依存する特徴的尺度により隔てられることがわかった.
上記の幾何平均は理論生態学における幾何平均適応度に相当し,幾何平均適応度を高めることは適応度の世代間分散を抑制することを意味するため,分散をリスクの尺度とみなすポートフォリオの考えと対応している.ただいずれの尺度もランダム環境下で変動する人口・資産サイズが絶滅・破産する確率と定量的に対応するわけではない.そこで絶滅確率に基づく新たな指標として,幾何平均適応度を修正する類似の尺度を提示した.この指標に基づく絶滅・破産確率の最小化は幾何平均適応度の最大化や平均適応度の分散の最小化とは同等ではないが,これら三者は定性的には相互に関連していることをしめした.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

申請した研究課題の進捗状況についてはおおむね順調に進展したものの,成果を論文の形で公表する点において想定外の遅延が生じてしまった.数値シミュレーション結果をまとめた論文はトップジャーナルにて査読にまわったものの結果として掲載とはならず,その後も出版を確定させることができないまま助成期間終了をむかえてしまった.

今後の研究の推進方策

絶滅・破産確率のシミュレーション解析結果に関する現在投稿中の論文を可能な限り早急に公表できるよう全力を尽くしたい.絶滅確率は長期持続性の指標となりうるものの,絶滅がほぼ確実な場合など数値的差異が微小な場合は,たとえば絶滅までの時間尺度の期待値のような確率で重みづけされた統計量を扱う方が,より直感的把握の容易な尺度になることが期待される.そうした統計量について同様に数値解析をすすめることで新たな知見が得られるか検討をすすめたい.

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2022 2021

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 2件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Evolutionary origins of Fibonacci phyllotaxis in land plants2024

    • 著者名/発表者名
      Takuya Okabe
    • 雑誌名

      HELIYON

      巻: 10 号: 6 ページ: e27812-e27812

    • DOI

      10.1016/j.heliyon.2024.e27812

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A new long-term measure of sustainable growth under uncertainty2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Okabe, Jin Yoshimura
    • 雑誌名

      PNAS Nexus

      巻: 15 号: 5

    • DOI

      10.1093/pnasnexus/pgac228

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Practical implications caused by the absence of a well-defined statistical mean: application to the earthquake size distribution2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Okabe; Jin Yoshimura
    • 雑誌名

      American Journal of Physics

      巻: 90 号: 7 ページ: 501-505

    • DOI

      10.1119/10.0010261

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A long-term alternative formula for a stochastic stock price model2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Okabe, Jin Yoshimura
    • 雑誌名

      SN Applied Sciences

      巻: 4 号: 11 ページ: 292-292

    • DOI

      10.1007/s42452-022-05176-9

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimal strategies and cost-benefit analysis of the $${\varvec{n}}$$-player weightlifting game2022

    • 著者名/発表者名
      Cuaresma Diane Carmeliza N.、Chiba Erika、Tubay Jerrold M.、Rabajante Jomar F.、Gavina Maica Krizna A.、Yoshimura Jin、Ito Hiromu、Okabe Takuya、Morita Satoru
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 8482-8482

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12394-z

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Practical implications caused by the absence of a well-defined statistical mean: application to the earthquake size distribution2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Okabe and Jin Yoshimura
    • 雑誌名

      American Journal of Physics

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 動的意思決定と人間行動 ―アレのパラドックス(Allais paradox) の解法―2022

    • 著者名/発表者名
      吉村仁;伊東啓;岡部拓也
    • 雑誌名

      オペレーションズリサーチ

      巻: 672 ページ: 204-209

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 葉序にみる生物形態進化の最適化問題2022

    • 著者名/発表者名
      岡部拓也
    • 雑誌名

      オペレーションズ・リサーチ

      巻: 671 ページ: 20-26

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生物進化における自然選択の最適性 ―変動環境と幾何平均適応度―2022

    • 著者名/発表者名
      吉村仁;岡部拓也;伊東啓
    • 雑誌名

      オペレーションズリサーチ

      巻: 671 ページ: 5-11

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Practical Basis of the Geometric Mean Fitness and its Application to Risk-Spreading Behavior2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Okabe and Jin Yoshimura
    • 雑誌名

      Bulletin of Mathematical Biology

      巻: 84 号: 2 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1007/s11538-021-00984-3

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal strategies and cost-benefit analysis of the n-player weightlifting game2022

    • 著者名/発表者名
      Diane Carmeliza N. Cuaresma, Erika Chiba, Jerrold M. Tubay, Jomar F. Rabajante, Maica Krizna A. Gavina, Jin Yoshimura, Hiromu Ito, Takuya Okabe, Satoru Morita
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improving environment drives dynamical change in social game structure2021

    • 著者名/発表者名
      Chiba Erika、Cuaresma Diane Carmeliza N.、Rabajante Jomar F.、Tubay Jerrold M.、Areja Gavina Maica Krizna、Yamamoto Tatsuki、Yoshimura Jin、Morita Satoru、Ito Hiromu、Okabe Takuya
    • 雑誌名

      Royal Society Open Science

      巻: 8 号: 5 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1098/rsos.201166

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 葉序の最適化問題2022

    • 著者名/発表者名
      岡部拓也
    • 学会等名
      人工知能学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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