Mathematical Sciences

数理科学 — 計算・ゲーム理論・数理物理

数学を現実世界の問題に応用する橋渡し領域。 計算科学・数値解析・ゲーム理論・数理物理学・数理生物学。

デモを見る トピック一覧

トピック

計算科学

アルゴリズム・数値シミュレーション。計算量の理論。

数値解析

数値微分・積分・行列計算。誤差分析・安定性。

🎮

ゲーム理論

ナッシュ均衡・囚人のジレンマ。戦略的意思決定の数学。

⚛️

数理物理学

波動方程式・熱方程式・シュレーディンガー方程式。

📉

数理経済学

最適化・均衡理論。経済モデルの数学的定式化。

🧬

数理生物学

個体群動態・感染症モデル(SIR)。進化ゲーム理論。

📊

保険数理

リスク・保険の数学。確率過程・生存分析。

⚙️

数理工学

制御理論・最適化・信号処理の数学的基盤。

インタラクティブ可視化

コンウェイのライフゲーム — セルオートマトン

計算科学
世代: 0

囚人のジレンマ — ナッシュ均衡

ゲーム理論

利得行列 (プレイヤーA, プレイヤーB)。緑ハイライト=ナッシュ均衡

3
5

SIR感染症モデル — 数理生物学

数理生物
0.20
0.05

ニュートン法 — 数値解析

数値解析
2.0

ロトカ・ヴォルテラ方程式 — 捕食者と被食者

数理生物
1.00
0.50

ソートアルゴリズムの比較

計算科学

波動方程式 ∂²u/∂t² = c²∂²u/∂x²

数理物理
1.5

線型計画法(最適化)

数理最適化
1
2
6
9

整数計画法 — 格子点と分岐限定

整数最適化
1
2

整数計画法(ILP)は連続緩和(LP)の最適解が非整数の場合、格子点の中から最適解を探す。金色★がILP最適、白丸がLP最適

量子ウォーク — 古典との確率分布の違い

量子情報
20

古典ウォーク: 中心付近に集中(正規分布)。量子ウォーク: 端付近に山が現れ、√N ≈ N倍速く拡散する

混合戦略ナッシュ均衡 — 利得平面の可視化

ゲーム理論
0.50

各プレイヤーの期待利得を混合戦略の確率 p に対してプロット。交点がナッシュ均衡。均衡では単独の戦略変更で利得改善できない

主要な公式・定理

ニュートン法の反復

x_{n+1} = xₙ − f(xₙ)/f'(xₙ)

超2次収束。方程式の数値解を求める最も重要な手法の一つ。

SIRモデル

dI/dt = βSI − γI

基本再生産数 R₀ = β/γ > 1 のとき感染爆発

ナッシュ均衡条件

uᵢ(s*) ≥ uᵢ(sᵢ, s*₋ᵢ)

一方的に戦略を変えても利得が改善しない均衡状態

熱方程式

∂u/∂t = α ∂²u/∂x²

温度分布の時間発展。フーリエ級数で解析解が得られる。

応用分野

「数理科学」が現代社会のどこで活きているか

💊

医学・公衆衛生

SIR/SIRSモデルはCOVID-19等の感染症拡大予測に活用。医学統計(臨床試験の有意差検定・生存時間解析)は新薬承認の基準。ベイズ推定はがん早期診断の精度向上に寄与。

疫学モデル臨床試験ベイズ診断
💰

金融工学・リスク管理

VaR(バリュー・アット・リスク)は確率・統計で定量化。モンテカルロ法はデリバティブ価格計算に使用。ポートフォリオ最適化(マーコウィッツ)は分散・共分散の最小化問題。

VaRモンテカルロポートフォリオ最適化
🌿

生態学・環境科学

ロトカ–ヴォルテラ方程式は捕食者–被食者ダイナミクス、漁業資源管理の上限漁獲量設定に応用。個体群動態モデルは絶滅危惧種の保護政策の立案に活用。

個体群動態漁業管理種の保護
⚛️

量子情報・量子コンピューティング

量子ウォークはグローバーの探索アルゴリズムの高速化版。量子誤り訂正符号(スタビライザー符号)は確率・線形代数の融合。量子ゲームは古典ゲーム理論の拡張。

量子アルゴリズム量子誤り訂正量子優位
🏭

オペレーションズリサーチ・物流

整数計画法・線形計画法はサプライチェーン最適化・工場の生産計画・航空会社の乗務員スケジューリングに日常的に活用。シンプレックス法は年間兆円規模の節約を実現。

線形計画物流最適化スケジューリング
🎮

経済学・行動科学

ナッシュ均衡は価格競争・オークション設計・国際交渉の分析に不可欠。進化ゲーム理論は生物の行動戦略・SNSでの情報拡散・市場競争ダイナミクスの予測に応用。

ナッシュ均衡オークション進化ゲーム