競合システムモデリングのための普遍的フレームワークを開発(Researchers Develop Universal Framework for Modeling Competitive Systems)

2025-10-31 中国科学院(CAS)

中国科学院航空情報研究所(AIR)の鄧楚波副教授らは、自然界から社会経済まで普遍的に存在する「競争システム」の進化を統一的に記述する場の理論的フレームワークを開発した。従来の粒子ベースモデルは要素数の増加で計算量が爆発し長期予測が不安定になる問題があったが、本研究は平均場理論を応用し、個々の相互作用を「連続密度場」として扱うことで、計算効率と安定性を両立させた。新枠組みでは、ディラックδ関数を含む非線形偏微分方程式により、資源供給など局所的現象を表現。理論解析と数値シミュレーションの結果、すべての競争系は外部エネルギー入力を表す単一のハイパーパラメータによって、安定平衡・周期振動・一方的優勢と淘汰の三形態に収束することが示された。研究成果は『Scientific Reports』誌に掲載され、GitHubでコードも公開されている。多分野に適用可能な普遍的競争理論として注目される。

<関連情報>

自然における競争システムの進化 Evolution of competitive systems in nature

Chubo Deng,Xian Sun,Rujie Guan,Liang Chang,Hongfeng Yu,Wanxuan Lu,Yingyan Hou & Kun Fu
Scientific Reports  Published:08 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-025-19178-1

競合システムモデリングのための普遍的フレームワークを開発(Researchers Develop Universal Framework for Modeling Competitive Systems)

Abstract

Conflict between systems is ubiquitous in nature and throughout the universe, this study presents a novel field-theoretic framework for modeling competitive systems, which simplifies the modeling of interactions between similar objects by treating them as fields, and employs mathematical models to calculate and solve the evolutionary outcomes. The key contribution lies in developing and solving a novel class of nonlinear partial differential equations that incorporate -source terms to characterize resource supply processes, and theoretical demonstrate that system evolution converges to three universal regimes(traveling waves, oscillations or stable equilibrium), with phase transition criteria determined by quantitative relationships between eigenvalues and supply parameters. Rigorous theoretical derivations and numerical results demonstrate that the model’s computations possess significant generality and applicability, offering a robust framework to explain various antagonistic phenomena observed in nature.

1504数理・情報
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