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2012 年度 実施状況報告書

社会システムにおける拡大位相空間と創発

研究課題

研究課題/領域番号 24540410
研究種目

基盤研究(C)

研究機関会津大学

研究代表者

L Igor  会津大学, コンピュータ理工学部, 教授 (80600585)

研究分担者 渡辺 曜大  会津大学, コンピュータ理工学部, 准教授 (70360675)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード創発事象 / 非線形確率過程 / 非線形力学系 / ファジー推論 / 人間行動 / ダイナミカルトラップ / レヴィ型輸送現象 / 極値事象
研究概要

2012年度は主として2つの問題に取り組んだ.ともに人間の認知容量が有限であることの効果をモデル化するのに必要な数学的定式化を扱っており,これらは互いに結びついている.
第1の問題は,動物の食糧探索を模倣するレヴィ・ランダムウォークである.2012年度は,この確率過程の連続記述を構築することに注力した.ここで重要な点は,不確実性のもとでの生物の意思決定を記述するために,粒子の加速度に類似した新しい位相変数を導入することである.実際に,① 時系列パターンと位相図を用いて,開発したモデルがレヴィ・ランダムウォークを生成することを示し,② 粒子のランダムな運動により形成される軌跡の分類を初めて与えた.
これらの結果に基づいて,自己加速により記述される極値事象に対する新しいアプローチが構築された.1次元系に対しては,レヴィ型輸送現象を記述する普遍的でパラメータフリーな確率過程が存在することが示された.
第2の問題は,知覚閾値近傍での外部刺激に対する人間のあいまいな反応である.2012年度には,ファジー集合の概念を用いてダイナミカルトラップの概念を精緻化した.特に,③ 人間により制御され部分均衡軌跡をもつ系に対して,ダイナミカルトラップをもつ振動子モデルが停留点の概念の自然な一般化になっていることを示した.④ 過減衰ダイナミクスをもつ仮想的な逆振り子の平衡に関する実験を行った.対応する位相図および分布関数が,ダイナミカルトラップをもつ振動子モデルにより生成されるものと類似していることが分かった.これは,ダイナミカルトラップの概念に対する最初の証拠と考えることができる.⑤ 動的ダイナミカルトラップなる新しい概念を導入した.これは,人間の不連続制御の理論のための新しいステップと考えることができる.さらに,動的ダイナミカルトラップがこれらの系の複雑な挙動を導きうることを示した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

2012年度の研究計画は予定通り遂行された.そこで得られた成果により,さらに研究を進める上での「ボトルネック」が明らかになった.それは,知覚閾値近傍における人間の行動を,(i) 制御者の動的および静的な挙動に対応する位相の間のランダム遷移,および,(ii) 要求された行動に対する制御者の知覚を制御する系の現在の状態の効果,を含む確率過程として記述する理論を構築する必要性である.2013年度にこの問題に取り組むことによって,人間の不連続制御に関する新しいパラダイムに対して寄与できるであろう.

今後の研究の推進方策

引き続き,上述した成果および研究の進行状況における記述に従って本研究を遂行する.ここで中心となるのは,対象とする確率系を一般化した系のダイナミクスをシミュレートする計算機プログラムを作成することである.これは,過去5年間にAndreas Roesslerによって提案された(たとえば以下の文献を参照)非線形確率微分方程式のためのルンゲ・クッタ法に基づく.
[1] A. Roessler: Runge-Kutta methods for the strong approximation of solutions of stochastic differential equations, SIAM J. Numer. Anal., Vol. 48, No. 3, 922-952 (2010).
[2] Andreas Roessler: Strong and weak approximation methods for stochastic differential equations-some recent developments, Recent Developments in Applied Probability and Statistics, p. 127-153, Physica-Verlag/Springer (2010).
次に,(i) レヴィ・ランダムウォークについて十分に考察し,(ii) ダイナミカルトラップに対する確率モデルについては,自己加速をもつ確率過程の理論およびいくつかの単純な系のダイナミクスの制御に関する仮想実験に基づいて精緻化する.

次年度の研究費の使用計画

以下の項目に対して研究経費を使用する予定である.
1. 国際会議,国内研究会への参加費,たとえば,- XXXIII Dynamics Days Europe, Spain, Madrid, June, 2013; - Frontier of Statistical Physics and Information Processing, Japan, Kyoto, July, 2013; - International Symposium on Complex Systems, Czech Republic, Prague, September, 2013; - European Conference on Complex Systems (ECCS'13), Spain, Barcelona, September, 2013; - International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathematics (ICNAAM 2013), Greece, September, 2013; - 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12), Japan, Makuhari, Chiba. - International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications, Japan, Okinawa, November, 2013
等
2. シミュレーションのための計算機および仮想実験を行うための計算機周辺機器の購入
3. いくつかの仮想系のダイナミクスを制御する実験を行う学生の雇用
4. 出版費用

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Equivalent continuous and discrete realizations of Levy flights: A model of one-dimensional motion of an inertial particle2013

    • 著者名/発表者名
      Ihor Lubashevsky
    • 雑誌名

      Physica A: Statistical Mechanics and its Applications

      巻: 392 ページ: 2323-2346

    • DOI

      10.1016/j.physa.2013.01.061

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex dynamics and phase transitions caused by fuzzy rationality2013

    • 著者名/発表者名
      Ihor Lubashevsky, Dmitry Parfenov
    • 雑誌名

      Chaotic Modeling and Simulation (CMSIM)

      巻: 1 ページ: 31-38

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex dynamics of multiparticle system governed by bounded rationality2013

    • 著者名/発表者名
      Arkady Zgonnikov, Ihor Lubashevsky
    • 雑誌名

      Chaotic Modeling and Simulation (CMSIM)

      巻: 1 ページ: 60-66

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Human fuzzy control: action dynamical trap model2013

    • 著者名/発表者名
      Arkady Zgonnikov, Ihor Lubashevsky
    • 雑誌名

      e-print: arXiv.org; Categories: nlin.AO; physics.soc-ph (submitted to Phys. Rev. E)

      巻: arXiv:1212.2717v2 ページ: 1-7

  • [雑誌論文] Trajectory classification of random motion with stochastic self-acceleration and its anomalous properties2012

    • 著者名/発表者名
      I. Lubashevsky
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings: Numerical Analysis and Applied Mathematics ICNAAM 2012

      巻: 1479 ページ: 2058-2061

    • DOI

      10.1063/1.4756594

    • 査読あり
  • [学会発表] Dynamical traps and balancing of overdamped pendulums: virtual experiments and universal properties of human control2013

    • 著者名/発表者名
      I. Lubashevsky, S. Kanemoto, A. Zgonnikov, T. Miyazawa, D. Taniguchi
    • 学会等名
      2nd International Conference on Automatic Control, Soft Computing And Human-Machine Interaction (ASME '13)
    • 発表場所
      Morioka, Iwate, Japan,
    • 年月日
      20130423-20130425
  • [学会発表] Stationary point generalization for social system dynamics2012

    • 著者名/発表者名
      I. Lubashevsky, S. Kanemoto
    • 学会等名
      4th Workshop on Inverse Problems and Applications on Medical Science and Engineering
    • 発表場所
      Institute of Statistical Mathematics, Tokyo, Japan
    • 年月日
      20121201-20121202
  • [学会発表] Levy random walks as nonlinear Brownian motion2012

    • 著者名/発表者名
      I. Lubashevsky, K. Saito, Y. Uchimura
    • 学会等名
      44th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS'12)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      20121101-20121102
  • [学会発表] Modeling humans perception of their own actions: the dynamical traps approach2012

    • 著者名/発表者名
      A. Zgonnikov, I. Lubashevsky
    • 学会等名
      44th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS'12)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      20121101-20121102
  • [学会発表] Virtual stick balancing: statistical invariants of human response2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kanemoto, I. Lubashevsky, A. Zgonnikov, T. Miyazawa, D. Taniguchi
    • 学会等名
      44th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS'12)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      20121101-20121102
  • [学会発表] Trajectory classification of random motion with stochastic self-acceleration and its anomalous properties2012

    • 著者名/発表者名
      I. Lubashevsky
    • 学会等名
      10th International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathematics (ICNAAM 2012)
    • 発表場所
      Kos, Greece
    • 年月日
      20120919-20120925
  • [学会発表] Bounded capacity of human cognition as a new mechanism of instability in dynamical systems2012

    • 著者名/発表者名
      I. Lubashevsky
    • 学会等名
      European Conference on Complex Systems (ECCS '12)
    • 発表場所
      Brussels, Belgium
    • 年月日
      20120902-20120907
  • [学会発表] Dynamical trap effect in virtual stick balancing2012

    • 著者名/発表者名
      A. Zgonnikov, I. Lubashevsky, M. Mozgovoy
    • 学会等名
      European Conference on Complex Systems (ECCS '12)
    • 発表場所
      Brussels, Belgium
    • 年月日
      20120902-20120907
  • [学会発表] Complex dynamics and phase transitions caused by fuzzy rationality2012

    • 著者名/発表者名
      I. Lubashevsky, D. Parfenov
    • 学会等名
      5th Chaotic Modeling and Simulation International Conference (CHAOS'12)
    • 発表場所
      Athens, Greece
    • 年月日
      20120612-20120615
  • [学会発表] Complex dynamics of multiparticle system governed by bounded rationality2012

    • 著者名/発表者名
      A. Zgonnikov, I. Lubashevsky
    • 学会等名
      5th Chaotic Modeling and Simulation International Conference (CHAOS'12)
    • 発表場所
      Athens, Greece
    • 年月日
      20120612-20120615

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公開日: 2014-07-24  

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