顔写真

フジキ ユカ
藤木 結香
Yuka Fujiki
所属
高等研究機構学際科学フロンティア研究所 新領域創成研究部学際基盤研究分野 情報・システム研究領域
職名
助教
学位
  • 博士(工学)(北海道大学)

  • 修士(工学)(北海道大学)

e-Rad 研究者番号
70912517

経歴 2

  • 2021年4月 ~ 継続中
    東北大学 材料科学高等研究所 助教

  • 2018年4月 ~ 2021年3月
    北海道大学 大学院工学院 応用物理学専攻 日本学術振興会特別研究員(DC1)

学歴 2

  • 北海道大学 大学院工学院 応用物理学専攻

    2016年4月 ~ 2021年3月

  • 北海道大学 工学部 応用理工系学科

    2012年3月 ~ 2016年4月

研究キーワード 2

  • フラクタル

  • 複雑ネットワーク

研究分野 1

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎 / 複雑ネットワーク

論文 4

  1. A general model of hierarchical fractal scale-free networks 査読有り

    Kousuke Yakubo, Yuka Fujiki

    PLOS ONE 17 (3) e0264589-e0264589 2022年3月21日

    出版者・発行元:Public Library of Science (PLoS)

    DOI: 10.1371/journal.pone.0264589  

    eISSN:1932-6203

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    We propose a general model of unweighted and undirected networks having the scale-free property and fractal nature. Unlike the existing models of fractal scale-free networks (FSFNs), the present model can systematically and widely change the network structure. In this model, an FSFN is iteratively formed by replacing each edge in the previous generation network with a small graph called a generator. The choice of generators enables us to control the scale-free property, fractality, and other structural properties of hierarchical FSFNs. We calculate theoretically various characteristic quantities of networks, such as the exponent of the power-law degree distribution, fractal dimension, average clustering coefficient, global clustering coefficient, and joint probability describing the nearest-neighbor degree correlation. As an example of analyses of phenomena occurring on FSFNs, we also present the critical point and critical exponents of the bond-percolation transition on infinite FSFNs, which is related to the robustness of networks against edge removal. By comparing the percolation critical points of FSFNs whose structural properties are the same as each other except for the clustering nature, we clarify the effect of the clustering on the robustness of FSFNs. As demonstrated by this example, the present model makes it possible to elucidate how a specific structural property influences a phenomenon occurring on FSFNs by varying systematically the structures of FSFNs. Finally, we extend our model for deterministic FSFNs to a model of non-deterministic ones by introducing asymmetric generators and reexamine all characteristic quantities and the percolation problem for such non-deterministic FSFNs.

  2. Identification of intrinsic long-range degree correlations in complex networks 査読有り

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    Physical Review E 101 (3) 2020年3月18日

    出版者・発行元:American Physical Society (APS)

    DOI: 10.1103/physreve.101.032308  

    ISSN:2470-0045

    eISSN:2470-0053

  3. General formulation of long-range degree correlations in complex networks 査読有り

    Yuka Fujiki, Taro Takaguchi, Kousuke Yakubo

    Physical Review E 97 (6) 2018年6月11日

    出版者・発行元:American Physical Society (APS)

    DOI: 10.1103/physreve.97.062308  

    ISSN:2470-0045

    eISSN:2470-0053

  4. Fractality and degree correlations in scale-free networks 査読有り

    Yuka Fujiki, Shogo Mizutaka, Kousuke Yakubo

    The European Physical Journal B 90 (7) 2017年7月

    出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC

    DOI: 10.1140/epjb/e2017-80031-x  

    ISSN:1434-6028

    eISSN:1434-6036

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    Fractal scale-free networks are empirically known to exhibit disassortative degree mixing. It is, however, not obvious whether a negative degree correlation between nearest neighbor nodes makes a scale-free network fractal. Here we examine the possibility that disassortativity in complex networks is the origin of fractality. To this end, maximally disassortative (MD) networks are prepared by rewiring edges while keeping the degree sequence of an initial uncorrelated scale-free network. We show that there are many MD networks with different topologies if the degree sequence is the same with that of the (u,v)-flower but most of them are not fractal. These results demonstrate that disassortativity does not cause the fractal property of networks. In addition, we suggest that fractality of scale-free networks requires a long-range repulsive correlation, in the sense of the shortest path distance, in similar degrees.

MISC 3

  1. 長距離次数相関を特徴付ける同時確率と条件付き確率の一般的関係

    藤木 結香, 高口 太朗, 矢久保 考介

    日本物理学会講演概要集 71 2976-2976 2016年

    出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.71.2.0_2976  

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    <p>複雑ネットワークにおける隣接次数相関に関しては、これまでに精力的な研究が行われてきた。しかしながら、ネットワークの複雑さは隣接ノード次数間の相関だけでは記述することはできない。本研究では、長距離のノード間距離を有するノード対に対する次数相関の統計的性質を特徴付ける各種確率関数を導入し、それらの間の一般的関係を提示する。また、長距離次数相関がないネットワークに対するこれら確率関数の関数形を示す。</p>

  2. 21aBS-6 (u,v)-flowerにおける隣接次数相関と長距離次数相関

    藤木 結香, 矢久保 考介

    日本物理学会講演概要集 71 2993-2993 2016年

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.71.1.0_2993  

    ISSN:2189-079X

  3. 21aBS-5 複雑ネットワークにおける隣接ノード次数間のスピアマン相関係数

    矢久保 考介, 藤木 結香, 水高 将吾

    日本物理学会講演概要集 71 2992-2992 2016年

    出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.71.1.0_2992  

    ISSN:2189-079X

講演・口頭発表等 12

  1. ネットワーク距離l=2までの長距離次数相関を有するネットワークの頑強性

    藤木結香, Stefan Junk

    日本物理学会第78回年次大会 2023年9月16日

  2. Structural properties of fractal scale-free networks formed by a general hierarchical model 国際会議

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    28th International Conference on Statistical Physics 2023年8月8日

  3. Causal Inference for Power Grid Dynamics 国際会議

    Hiroshi Suito, Hiroyasu Ando, Yuka Fujiki, Hiroyuki Higuchi

    CM3 - Transport Conference 2023

  4. Sampling networks with degree-degree correlation up to network distance l=2

    Yuka Fujiki, Stefan Junk

    Roles of Heterogeneity in Nonequilibrium Collective Dynamics 2022 (RHINO2022)

  5. Effect of degree-degree correlations at distance 2 on robustness of real-world networks

    Stefan Junk, Yuka Fujiki

    Roles of Heterogeneity in Nonequilibrium Collective Dynamics 2022 (RHINO2022)

  6. Structural properties of a generalized model of fractal scale-free networks 招待有り

    Yuka Fujiki

    Roles of heterogeneity in non-equilibrium collective dynamics 2021 (RHINO 2021)

  7. Identification of fractality by assortativity invariance under renormalization

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    International School and Conference on Networks Science 2020 (NetSci-X 2020)

  8. Detection and analysis of intrinsic long-range degree correlation

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    Roles of Heterogeneity in Non-equilibrium collective dynamics (RHINO 2019)

  9. Detection and analysis of long-range degree correlations in complex networks

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    The 27th International Conference on Statistical Physics (StatPhys 27)

  10. A general framework for analyzing long-range degree correlations in complex networks

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    International School and Conference on Network Science 2018 (NetSci 2018)

  11. Degree correlations in scale-free fractal networks

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    The 2nd Workshop on Self-Organization and Robustness of Evolving Many-Body Systems

  12. Disassortative degree mixing and fractality of scale-free networks

    Yuka Fujiki, Kousuke Yakubo

    International Conference on statistical Physics (SigmaPhi2017)

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共同研究・競争的資金等の研究課題 4

  1. 複雑ネットワークの長距離次数相関とネットワーク上の物理現象の関係解明

    藤木 結香

    2023年4月 ~ 2026年3月

  2. キャンパスインフラネットワークにおける因果構造

    2022年10月 ~ 2026年3月

  3. フラクタル性のある複雑ネットワークの臨界的性質と構造的特徴の間の一般的関係解明

    藤木 結香

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

    研究種目:Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

    研究機関:Tohoku University

    2021年8月 ~ 2023年3月

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    現実世界の複雑ネットワークの多くには次数の強い不均一性が見られることが知られている(スケールフリー性)。また、工学的分野と生物学的分野における一部の複雑ネットワークには繰り込み変換下における不変性(フラクタル性)が現れることが知られている。しかし、両性質を有するスケールフリー・フラクタル・ネットワーク(SFN)の構造と、パーコレーションや同期現象などのネットワーク上の物理現象の間の一般的関係は未だ明らかになっていない。そこで本年度では、既存の決定論的SFNモデルを一般化することにより、現実世界のSFNが示す多様な構造的特徴を再現することができる決定論的な数理モデルを構築した。このモデルでは、ネットワークを構成する全てのエッジを小規模ネットワークと置き換える操作(逆繰り込み変換)を決定論的に繰り返すことによってSFNを生成する。よって、結果として得られるネットワークの特徴量は解析的に計算することができる。まず、次数分布、ネットワーク直径、スケールフリー指数、フラクタル次元といったSFNの基本的特徴量を解析的に計算し、本モデルを用いることで多様な構造を有するSFNを生成できることを確かめた。次に、ネットワークの最も基本的な構造的特徴である隣接次数相関とクラスター性に着目し、形成条件との対応関係を明らかにした。また、パーコレーション転移における臨界的性質とSFNの構造的特徴との間の関係を明らかにするために、決定論的SFN上のパーコレーション転移の臨界点と臨界指数を導出した。本モデルの具体例としていくつかのSFNを生成し、これらを用いて、次数分布、フラクタル次元、隣接次数相関がすべて同一であっても、クラスター係数の違いによってSFN上のボンド・パーコレーション臨界点および臨界指数の値が異なることを示した。

  4. 複雑ネットワークにおける長距離次数相関の定式化とフラクタル的大域構造の起源解明

    藤木 結香

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows

    研究種目:Grant-in-Aid for JSPS Fellows

    研究機関:Hokkaido University

    2018年4月 ~ 2021年3月

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    次数不均一性の強いネットワークでは、次数どうしの相関関係がネットワーク上のダイナミクスやネットワークの大域的性質と密接な関係にあることが知られている。従来研究では主に隣接するノードの次数どうしの相関(隣接次数相関)が注目されてきたが、近年、隣接以上に離れたノードの次数関係(長距離次数相関)の重要性が認識され始めている。本課題研究では前年度において、長距離次数相関の一般的定式化を行い、5つの確率関数を用いた長距離次数相関の解析手法を提案した。さらに、対象とするネットワークに発現した長距離次数相関が、隣接次数相関によって引き起こされた付随的なものであるか否かを判別する方法を確立した。しかしながら、一般的定式化のために導入した5つの確率関数は3変数関数であるため、関数形の物理的意味を直感的に解釈することが難しい。よって本年度は、対象とするネットワークの長距離次数相関の強さと、隣接次数相関に対して「非付随的な」長距離次数相関の強さを表す指標を開発し、現実世界に存在する多数のネットワークに対してこの指標を計算した。その結果、インターネットと一部の交友関係ネットワークを除いた大多数の現実ネットワークに非付随的な長距離次数相関が強く現れており、特にフラクタル性を有するワールド・ワイド・ウェブやタンパク質の折り畳み構造ネットワークにおいては、特定の次数をもつノードどうしの反発傾向が強く現れることを明らかになった。さらに、ネットワークの最も一般的な構造特性である頑強性と非付随的な長距離次数相関の関係を解明するために、非付随的な長距離次数相関を有する現実ネットワークの頑強性と、付随的な隣接次数相関のみを有するネットワーク・モデルの頑強性との間の比較を行った。この結果、現実ネットワークの頑強性は非付随的な長距離次数相関によって常に低下することが明らかになった。