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2012 年度 実施状況報告書

複雑ネットワーク上の感染症ダイナミクスの解析と動的ワクチン接種法の提案

研究課題

研究課題/領域番号 24740054
研究種目

若手研究(B)

研究機関東北大学

研究代表者

長谷川 雄央  東北大学, 情報科学研究科, 助教 (10528425)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード複雑ネットワーク / 感染症モデル / パーコレーション / ワクチン / 相転移 / 臨界現象
研究概要

1. 複雑ネットワーク上の感染症動態の基礎的な性質を知るため、解析が容易でかつ感染症の近似モデルとして見なせる (ボンド)パーコレーションの振舞いとネットワーク構造の関係を調べた。様々なネットワーク上のパーコレーションの相転移を解析計算と数値計算を用いて調べた結果、以下の研究成果を得ることができた: (1) 数学的な議論の延長から、双曲性と特殊な自己相似性の二つのグラフの性質によってパーコレーションの相図を分類することができることを発見した。(2) 階層的なネットワークモデル上のパーコレーションについて繰り込み群のアプローチによる解析を行った。結果、non-planar Hanoi networkと呼ばれる階層的なネットワークでは秩序相が存在しないことを示した。
2. 次数相関をコントロールできるネットワークモデル上の感染症モデル(SIRモデル)を考え、次数相関と感染症の拡がりやすさ、ネットワークの頑健性(非感染状態の頂点で構成されるネットワークの大域的な繋がりを保つ度合い)の関係について、数値計算を用いて検証した。結果、次数相関が正であるほど感染症の拡がりやすいこと、一方で正負どちらの次数相関であっても相関があるほどネットワークは頑健になることを明らかにした。
3. 通常の感染症モデルに新たな中間状態を加えた情報伝播モデルを提案し、単純なネットワーク上の振舞いを調べた。ツリー近似による解析の結果、中間状態が追加されたことで、このモデルは通常の感染症モデルとは異なり不連続転移を起こすことを明らかにした。

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

本研究に関して、本年度4編の論文を出版することができた。特にパーコレーションに関する成果については、3件の国際ワークショップの招待講演を含む多くの成果発表の機会を持ち、広く聴衆にアピールすることができた。また、感染症モデルについても国内学会で幾度か講演を行う段階まで研究を進展させることができた。

今後の研究の推進方策

まず、前年度の研究成果を順次論文誌に投稿、発表する。並行して、今年度予定していた複雑ネットワーク上の感染症動態に対するワクチン戦略研究を始める。最初に重み付きネットワークにおけるワクチン戦略の評価方法についての研究を進める。次に、時間依存性を取り入れたワクチン戦略手法についての検討を始める。

次年度の研究費の使用計画

次年度使用額は、当初計画していた計算機購入を次年度に延期することによって生じたものであり、延期した計算機購入に必要な経費として平成25年度請求額と合わせて使用する予定である。今期は北海道大学根本幸児准教授、静岡大学守田智准教授、国立情報学研究所高口太朗氏との研究打ち合わせのための旅費を多めに必要とし、250000円使用する。また、研究成果発表のための旅費として350000円必要とする。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Absence of the non-percolating phase for percolation on the non-planar Hanoi network2013

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa and Tomoaki Nogawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 87 ページ: 032810;1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.87.032810

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robustness of correlated networks against propagating attacks2012

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

      The European Physical Journal B - Condensed Matter And Complex Systems

      巻: 85 ページ: 262;1-6

    • DOI

      10.1140/epjb/e2012-30290-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Criticality governed by the stable renormalization fixed point of the Ising model in the hierarchical small-world network2012

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

      Physical Review E

      巻: 86 ページ: 030102;1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.86.030102

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generalized Scaling Theory for Critical Phenomena Including Essential Singularities and Infinite Dimensionality2012

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

      Physical Review Letters

      巻: 108 ページ: 255703;1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.255703

    • 査読あり
  • [学会発表] Percolation on complex networks and nonamenable graphs

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa
    • 学会等名
      ECT* Workshop "Spectral Properties of Complex Networks"
    • 発表場所
      Trento (Italy)
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase transition of bond percolation on nonamenable graphs and complex networks: a Monte-Carlo study

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa
    • 学会等名
      CREST Workshop "Random Media II"
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)
    • 招待講演
  • [学会発表] Classification of Phase Transitions in Complex Networks

    • 著者名/発表者名
      Takehisa Hasegawa
    • 学会等名
      2013 Workshop on Statistical Physics of Disordered Systems and Its Applications (SPDSA2013)
    • 発表場所
      秋保(宮城県)
    • 招待講演
  • [学会発表] ネットワーク上における拡張SIRモデルの不連続転移

    • 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2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
  • [学会発表] ネットワーク上のfad modelにおける相転移の数値解析

    • 著者名/発表者名
      木下直人、長谷川雄央、根本幸児
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
  • [学会発表] 複雑ネットワーク上の数理モデルの臨界点の単一性/非単一性

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄央
    • 学会等名
      CMRU研究会「ネットワーク科学の数理と展開」
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)
  • [学会発表] ネットワーク上の fad model における相転移の数値解析

    • 著者名/発表者名
      木下直人、長谷川雄央、根本幸児
    • 学会等名
      CMRU研究会「ネットワーク科学の数理と展開」
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)
  • [学会発表] ネットワーク上の噂の拡がりの数理モデル

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄央
    • 学会等名
      SMART-CREST Workshop「数学と諸分野との連携研究の探索」
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)
  • [学会発表] Percolation on nonamenable graphs and complex networks: a Monte-Carlo study

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄央
    • 学会等名
      無限粒子系、確率場の諸問題VIII
    • 発表場所
      奈良女子大学(奈良県)

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公開日: 2014-07-24  

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