複雑ネットワーク結合力学系における自己組織化機構の解明と制御

• 研究課題/領域番号: 25540108
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ソフトコンピューティング
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 中尾 裕也 東京工業大学, 工学院, 准教授 (40344048)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 非線形ダイナミクス / 複雑ネットワーク / 自己組織化 / ネットワーク / 結合力学系 / 摂動理論 / ラプラシアン / 反応拡散系 / パターン形成

研究成果の概要

本研究では、複雑ネットワークを介して相互作用する自律ダイナミクスを持つ要素集団における自己組織化現象の探求とメカニズムの解明、またその最適化や制御手法について解析した。研究期間中、ネットワーク上の反応拡散系におけるTuring不安定性およびパターン形成の解析とその種々の数理モデルへの一般化、ネットワーク結合振動子系の集団ダイナミクスの応答解析や外部ノイズによる同期の制御手法、ネットワーク上の拡散現象を記述するLaplacian行列の固有ベクトルの局在性に関する研究などを行った。研究成果については、論文を国際学術誌に出版するとともに、国内外での学会や研究会で発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Localization of Laplacian eigenvectors on random networks (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigefumi Hata and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1121-1121
  • DOI: 10.1038/s41598-017-01010-0
  • NAID: 120006582596
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optimization of noise-induced synchronization of oscillator networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoji Kawamura and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 94 号: 3
  • DOI: 10.1103/physreve.94.032201
  • NAID: 120006582541
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase reduction approach to synchronization of nonlinear oscillators (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Contemporary Physics 巻: 57 号: 2 ページ: 188-214
  • DOI: 10.1080/00107514.2015.1094987
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A criterion for timescale decomposition of external inputs for generalized phase reduction of limit-cycle oscillators (2015)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurebayashi, Sho Shirasaka, and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE 巻: 6 号: 2 ページ: 171-180
  • DOI: 10.1587/nolta.6.171
  • NAID: 130005064241
  • ISSN: 2185-4106
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase description of oscillatory convection with a spatially translational mode (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoji Kawamura and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Physica D 巻: 295-296 ページ: 11-29
  • DOI: 10.1016/j.physd.2014.12.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design and control of noise-induced synchronization patterns (2014)
  • 著者名/発表者名: W. Kurebayashi, T. Ishiil, M. Hasegawa and H. Nakao
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 107 号: 1 ページ: 10009-10009
  • DOI: 10.1209/0295-5075/107/10009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complex Ginzburg-Landau equation on networks and its non-uniform dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 雑誌名: European Physical Journal Special Topics 巻: 223 号: 12 ページ: 2411-2421
  • DOI: 10.1140/epjst/e2014-02220-1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase reduction approach to synchronization of spatiotemporal rhythms in reaction-diffusion systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao, Tatsuo Yanagita, and Yoji Kawamura
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 4 号: 2 ページ: 021032-021055
  • DOI: 10.1103/physrevx.4.021032
  • NAID: 120006582330
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement of noise correlation for noise-induced synchronization of limit-cycle oscillators by threshold filtering (2014)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Kazama, Wataru Kurebayashi, Takahiro Tsuchida, Yuta Minoshima, Mikio Hasegawa, Koji Kimura, and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE 巻: 5 号: 2 ページ: 157-171
  • DOI: 10.1587/nolta.5.157
  • NAID: 130003395999
  • ISSN: 2185-4106
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Advection of passive particles over flow networks (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigefumi Hata, Hiroya Nakao, and Alexander S. Mikhailov
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 89 号: 2
  • DOI: 10.1103/physreve.89.020801
  • NAID: 120006582311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Noise-induced synchronization of oscillatory convection and its optimization (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoji Kawamura and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 89 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreve.89.012912
  • NAID: 120006582300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersal-induced destabilization of metapopulations and oscillatory Turing patterns in ecological networks (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigefumi Hata, Hiroya Nakao, and Alexander S. Mikhailov
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep03585
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sufficient conditions for wave instability in three-component reaction-diffusion systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigefumi Hata, Hiroya Nakao, and Alexander S. Mikhailov
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2014 号: 1 ページ: 13A01-0
  • DOI: 10.1093/ptep/ptt102
  • NAID: 120006582301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase reduction method for strongly perturbed limit cycle oscillators (2013)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurebayashi, Sho Shirasaka, and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 111 号: 21
  • DOI: 10.1103/physrevlett.111.214101
  • NAID: 120006582293
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase ordering in coupled noisy bistable systems on scale-free networks (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Atsumi, Shigefumi Hata, and Hiroya Nakao
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 88 号: 5
  • DOI: 10.1103/physreve.88.052806
  • NAID: 120006582291
  • 査読あり
• [学会発表] Pattern formation in reaction-diffusion systems on random networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 学会等名: Interdisciplinary Applications of Nonlinear Science
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2016-11-03
  • 国際学会
• [学会発表] Pattern formation and collective dynamics in reaction-diffusion systems on networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 学会等名: Self-Organized Patterns on Complex Networks 2016 (a satellite workshop of the 2016 Conference on Complex Systems)
  • 発表場所: Amsterdam, the Netherlands
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stability and sensitivity of synchronized states in a network of symmetrically coupled nonlinear oscillators for generating gait patterns (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ota, Sho Yasui, Sho Shirasaka, and Hiroya Nakao
  • 学会等名: NOLTA2015
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2015-12-01
  • 国際学会
• [学会発表] Uncontrolled manifold analysis of oscillatory motions in dynamical models of body movement based on the Floquet theory (2015)
  • 著者名/発表者名: Sho Shirasaka, Wataru Kurebayashi, and Hiroya Nakao
  • 学会等名: NOLTA2015
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2015-12-01
  • 国際学会
• [学会発表] 振動子ネットワークの共通ノイズ同期とその最適化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 河村洋史, 中尾裕也
  • 学会等名: 第3回複雑コミュニケーションサイエンス研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-11-09
• [学会発表] 複雑ネットワーク上の移流による混合過程の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦重史, 中尾裕也, Alexander S. Mikhailov
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Phase description of Karman vortices (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Tomaru, Sho Shirasaka, Wataru Kurebayashi, and Hiroya Nakao
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] Phase reduction analysis of rhythmic spatiotemporal patterns and network dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 学会等名: Dynamics of Coupled Oscillators: 40 years of the Kuramoto Model
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-07-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synchronization of rhythmic spatiotemporal patterns and network dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 学会等名: 8th International Conference Engineering of Chemical Complexity
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 複雑ネットワーク上における移流方程式 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦重史，中尾裕也，Alexander S. Mikhailov
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Phase Reduction Approach to Synchronization of Coupled Oscillator Networks (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 学会等名: International Symposium on Photonics and Electronics Science and Engineering 2015
  • 発表場所: Katsura-Hall, Katsura-Campus, Kyoto University, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] Synchronization Analysis of Oscillator Circuits by Quadratic Phase Models (2014)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurebayashi, Sho Shirasaka, and Hiroya Nakao
  • 学会等名: 3rd Japan-Korea Joint Workshop on Complex Communication Sciences
  • 発表場所: Paradise Hotel, Busan, Korea
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-28
• [学会発表] Bayesian Parameter Estimation of Non-Stationary Collective Dynamics in Moving Animal Groups (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken Nishikawa, Wataru Kurebayashi, Hiroya Nakao
  • 学会等名: 2014 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
  • 発表場所: Luzern, Switzerland
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-18
• [学会発表] Stochastic Dynamics of Coupled Bistable Systems on Scale-Free Networks (2014)
  • 著者名/発表者名: Yu Atsumi, Shigefumi Hata and Hiroya Nakao
  • 学会等名: 5th International Workshop on Complex Networks
  • 発表場所: Bologna, Italy
• [学会発表] A phase reduction method for strongly perturbed limit cycle oscillators and its applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurebayashi, Sho Shirasaka, and Hiroya Nakao
  • 学会等名: Nonlinear dynamics and stochastic methods: from neuroscience to other biological applications
  • 発表場所: Pittsburgh, USA
• [学会発表] Synchronization and instability in coupled oscillator networks (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 学会等名: REPOWGEE (Workshop on Resilient Power Grids and Extreme Events)
  • 発表場所: Potsdam, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Phase Reduction Analysis of Oscillatory Patterns in Reaction- Diffusion Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao, Tatsuo Yanagita, Yoji Kawamura
  • 学会等名: SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems
  • 発表場所: Snowbird, USA
• [学会発表] 振動性チューリング不安定化が起こるための十分条件 (2013)
  • 著者名/発表者名: 秦重史，中尾裕也，A，Alexander S. Mikhailov
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] Pattern formation in network-organized reaction-diffusion systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nakao
  • 学会等名: Workshop on nonlinear PDEs - PDE approach to network and related topics -
  • 発表場所: Tohoku University, Japan
  • 招待講演
• [備考] Hiroya Nakao Papers
  • URL: http://www.k.mei.titech.ac.jp/members/nakao/papers.html
• [備考] Papers
  • URL: http://www.k.mei.titech.ac.jp/members/nakao/
• [備考] Presentations
  • URL: http://www.k.mei.titech.ac.jp/members/nakao/presentations.html