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2012 Fiscal Year Research-status Report

社会システムにおける拡大位相空間と創発

Research Project

Project/Area Number 24540410
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionThe University of Aizu

Principal Investigator

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

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 渡辺 曜大  会津大学, コンピュータ理工学部, 准教授 (70360675)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords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
Research Abstract

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.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

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.

Strategy for Future Research Activity

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.

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

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

  • Research Products

    (15 results)

All 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results)

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

    • Author(s)
      Ihor Lubashevsky
    • Journal Title

      Physica A: Statistical Mechanics and its Applications

      Volume: 392 Pages: 2323-2346

    • DOI

      10.1016/j.physa.2013.01.061

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complex dynamics and phase transitions caused by fuzzy rationality2013

    • Author(s)
      Ihor Lubashevsky, Dmitry Parfenov
    • Journal Title

      Chaotic Modeling and Simulation (CMSIM)

      Volume: 1 Pages: 31-38

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complex dynamics of multiparticle system governed by bounded rationality2013

    • Author(s)
      Arkady Zgonnikov, Ihor Lubashevsky
    • Journal Title

      Chaotic Modeling and Simulation (CMSIM)

      Volume: 1 Pages: 60-66

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Human fuzzy control: action dynamical trap model2013

    • Author(s)
      Arkady Zgonnikov, Ihor Lubashevsky
    • Journal Title

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

      Volume: arXiv:1212.2717v2 Pages: 1-7

  • [Journal Article] Trajectory classification of random motion with stochastic self-acceleration and its anomalous properties2012

    • Author(s)
      I. Lubashevsky
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings: Numerical Analysis and Applied Mathematics ICNAAM 2012

      Volume: 1479 Pages: 2058-2061

    • DOI

      10.1063/1.4756594

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Dynamical traps and balancing of overdamped pendulums: virtual experiments and universal properties of human control2013

    • Author(s)
      I. Lubashevsky, S. Kanemoto, A. Zgonnikov, T. Miyazawa, D. Taniguchi
    • Organizer
      2nd International Conference on Automatic Control, Soft Computing And Human-Machine Interaction (ASME '13)
    • Place of Presentation
      Morioka, Iwate, Japan,
    • Year and Date
      20130423-20130425
  • [Presentation] Stationary point generalization for social system dynamics2012

    • Author(s)
      I. Lubashevsky, S. Kanemoto
    • Organizer
      4th Workshop on Inverse Problems and Applications on Medical Science and Engineering
    • Place of Presentation
      Institute of Statistical Mathematics, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20121201-20121202
  • [Presentation] Levy random walks as nonlinear Brownian motion2012

    • Author(s)
      I. Lubashevsky, K. Saito, Y. Uchimura
    • Organizer
      44th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS'12)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20121101-20121102
  • [Presentation] Modeling humans perception of their own actions: the dynamical traps approach2012

    • Author(s)
      A. Zgonnikov, I. Lubashevsky
    • Organizer
      44th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS'12)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20121101-20121102
  • [Presentation] Virtual stick balancing: statistical invariants of human response2012

    • Author(s)
      S. Kanemoto, I. Lubashevsky, A. Zgonnikov, T. Miyazawa, D. Taniguchi
    • Organizer
      44th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS'12)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20121101-20121102
  • [Presentation] Trajectory classification of random motion with stochastic self-acceleration and its anomalous properties2012

    • Author(s)
      I. Lubashevsky
    • Organizer
      10th International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathematics (ICNAAM 2012)
    • Place of Presentation
      Kos, Greece
    • Year and Date
      20120919-20120925
  • [Presentation] Bounded capacity of human cognition as a new mechanism of instability in dynamical systems2012

    • Author(s)
      I. Lubashevsky
    • Organizer
      European Conference on Complex Systems (ECCS '12)
    • Place of Presentation
      Brussels, Belgium
    • Year and Date
      20120902-20120907
  • [Presentation] Dynamical trap effect in virtual stick balancing2012

    • Author(s)
      A. Zgonnikov, I. Lubashevsky, M. Mozgovoy
    • Organizer
      European Conference on Complex Systems (ECCS '12)
    • Place of Presentation
      Brussels, Belgium
    • Year and Date
      20120902-20120907
  • [Presentation] Complex dynamics and phase transitions caused by fuzzy rationality2012

    • Author(s)
      I. Lubashevsky, D. Parfenov
    • Organizer
      5th Chaotic Modeling and Simulation International Conference (CHAOS'12)
    • Place of Presentation
      Athens, Greece
    • Year and Date
      20120612-20120615
  • [Presentation] Complex dynamics of multiparticle system governed by bounded rationality2012

    • Author(s)
      A. Zgonnikov, I. Lubashevsky
    • Organizer
      5th Chaotic Modeling and Simulation International Conference (CHAOS'12)
    • Place of Presentation
      Athens, Greece
    • Year and Date
      20120612-20120615

URL: 

Published: 2014-07-24  

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