プレプリント / バージョン3

TAD理論とその応用

履歴を可視化する数理フレームワーク

##article.authors##

DOI:

https://doi.org/10.51094/jxiv.1593

キーワード:

履歴依存ダイナミクス、 緩和関数・忘却曲線、 ロジスティック成長モデル、 Kovacs効果(教育・記憶モデル)、 在庫管理・広告効果、 疫学モデル(SIR)、 経済成長モデル、 自然言語モデル(LLM:Transformer)

抄録

本稿は、あらゆる動態現象を「発生時刻 T」と「観測時刻 t」の二時間構造で統一的に捉える一般理論
TAD(Traced Allocation Dynamics) を提示し、その数理構造・普遍性・応用可能性を体系的に示すものである。

TAD は、入力 G(t,T)・履歴構造 g(t,T)・割当 μ(t,T)・自然減衰 γ(t,T)・価値換算 σ(t,T) から成る統合フレームワークであり、在庫管理・人口動態・教育と記憶・マーケティング・経済成長・物理過程・大規模言語モデルに至るまで、従来は無関連と捉えられていた多様な現象を単一の構造で記述できることを示す。

本稿の特徴は、在庫鮮度管理という実務的着想から出発しながら、履歴構造に基づくエントロピーや普遍恒等式といった、より抽象的かつ普遍的な数理構造へと自律的に到達した点にある。また、従来は時点 t の等時間記述の背後に隠れていた ロジスティック成長の履歴 T のダイナミクス を初めて明らかにし、二時間構造が本質的であることを示した。さらに、物理分野で知られる Kovacs 効果を TAD により一般化することで、教育・記憶における一時的な過剰回復現象として置き換え可能であることを予言し、複数分野に共通する履歴効果の存在を示唆する。

加えて、本稿では TAD を実務データへ適用するための二次元履歴データベース TAD-DB を導入し、日本の人口動態(1920–2023 年)を対象とした大規模実証を通じて、g(t,T)の可視化、死亡者鮮度・存命者鮮度、コホート別寄与、エントロピー S(t)、および将来人口の推計までを TAD の枠組みのみで一貫記述できることを示した。

TAD は高度な数学的前提を必要とせず、履歴という最小限の情報から、動態の理解・可視化・推定・予測を統合的に行う 新しいメタ理論 である。本稿はその全体像を体系的に整理し、実証可能な形式で提示する最初の報告である。

利益相反に関する開示

本研究は筆者個人の業務外活動として独立に実施したものであり、勤務先を含むいかなる組織からも資金・データ・設備等の提供を受けていません。本稿は一般理論の提示を目的とし、特定企業の業務・製品・見解を代表するものではありません。利益相反はありません。

ダウンロード *前日までの集計結果を表示します

ダウンロード実績データは、公開の翌日以降に作成されます。

引用文献

John R. Anderson and Lael J. Schooler. The Adaptive Nature of Memory. In: Psychological Review 107.4 (2000), pp. 603–634. doi: 10.1037/0033-295X.107.4.603.

Iz Beltagy, Matthew E. Peters, and Arman Cohan. “Longformer: The Long-Document Transformer”. In: arXiv preprint arXiv:2004.05150. 2020.

Jean-Philippe Bouchaud. Weak Ergodicity Breaking and Aging in Disordered Systems. In: Journal de Physique I 2.9 (1992), pp. 1705–1713. doi: 10.1051/jp1:1992238.

Simon Broadbent. One way TV advertisements work. In: Journal of the Market Research Society 21.3 (1979), pp. 139–166.

Piers Coleman. “Fluctuation–dissipation theorem and linear response theory”. In: Introduction to Many-Body Physics. Cambridge University Press, 2015. Chap. 9. doi: 10.1017/CBO9781139020916.011.

Zihang Dai, Zhilin Yang, Yiming Yang, Jaime Carbonell, Quoc V. Le, and Ruslan Salakhutdinov. “Transformer-XL: Attentive Language Models Beyond a Fixed-Length Context”. In: International Conference on Learning Representations (ICLR). 2019.

Peter Debye. Polar Molecules. Chemical Catalog Company, 1929.

Hermann Ebbinghaus. Über das Gedächtnis: Untersuchungen zur experimentellen Psychologie. English translation: Memory: A Contribution to Experimental Psychology (1913). Leipzig: Duncker & Humblot, 1885.

Hermann Ebbinghaus. Memory: A Contribution to Experimental Psychology. English translation by Henry A. Ruger and Clara E. Bussenius (of the 1885 German original). New York: Teachers College, Columbia University, 1913.

Martin Egozcue, Albert Prat, and Enrique Vázquez. On some covariance inequalities for monotonic and non-monotonic functions. In: Journal of Inequalities in Pure and Applied Mathematics (JIPAM) 10.4 (2009), pp. 1–13.

Peter S. Fader and Bruce G. S. Hardie. Probability Models for Customer-Base Analysis. In: Journal of Interactive Marketing 23.1 (2009), pp. 61–69. doi: 10.1016/j.intmar.2008.11.003.

John D. Ferry. Viscoelastic Properties of Polymers. 3rd. New York: Wiley, 1980.

H. von Foerster. “Some Remarks on Changing Populations”. In: The Kinetics of Cellular Proliferation. 1959, pp. 382–407.

I. M. Gelfand and S. V. Fomin. Calculus of Variations. Prentice Hall, 1963.

Michael E. Gilpin and Francisco J. Ayala. Global Models of Growth and Competition. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 70.12 (1973), pp. 3590–3593. doi: 10.1073/pnas.70.12.3590.

Herbert Goldstein, Charles Poole, and John Safko. Classical Mechanics. 3rd. Addison-Wesley, 2001. isbn: 978-0201657029.

Benjamin Gompertz. On the Nature of the Function Expressive of the Law of Human Mortality. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London 115 (1825), pp. 513–585.

A. Hahn and W. H. Fietz. On the magnetic viscosity of SmCo5. In: Physics Letters A 45.5 (1973), pp. 397–398. doi: 10.1016/0375-9601(73)90890-6.

Leif Johansen. Substitution versus Fixed Production Coefficients in the Theory of Economic Growth. North-Holland, 1959.

Nathan Keyfitz and Hal Caswell. Applied Mathematical Demography. 3rd. New York: Springer, 2005.

Thomas B. L. Kirkwood. Deciphering death: a commentary on Gompertz (1825) ‘On the nature of the function expressive of the law of human mortality…’. In: Philosophical Transactions of the Royal Society B 370.1666 (2015), p. 20140379. doi: 10.1098/rstb.2014.0379.

R. Kohlrausch. Theorie des elektrischen Rückstandes in der Leidener Flasche. In: Annalen der Physik und Chemie 91 (1854), pp. 179–214. doi: 10.1002/andp.18541670203.

Mark Kot. Elements of Mathematical Ecology. Cambridge University Press, 2001.

A. J. Kovacs. Transition vitreuse dans les polymères amorphes. Étude phénoménologique. In: Fortschritte der Hochpolymeren-Forschung 3 (1963), pp. 394–507. doi: 10.1007/BF01806805.

Ryogo Kubo. Statistical-Mechanical Theory of Irreversible Processes. I. In: Journal of the Physical Society of Japan 12 (1957), pp. 570–586. doi: 10.1143/JPSJ.12.570.

L. D. Landau and E. M. Lifshitz. Mechanics. 3rd. Course of Theoretical Physics, Vol. 1. Butterworth Heinemann, 1976. isbn: 978-0750628969.

B. P. Lathi. Linear Systems and Signals, 3rd ed. Oxford University Press, 2018.

P. Maltoni, G. Giangrandi, F. Spizzo, et al. Time and temperature dependent magnetic viscosity experiments on ferrite nanoparticles. In: Journal of Applied Physics 133.16 (2023), p. 163902. doi: 10.1063/5.0139615.

A. G. McKendrick. Applications of Mathematics to Medical Problems. In: Proceedings of the Edinburgh Mathematical Society 44 (1926), pp. 98–130. doi: 10.1017/S0013091500002568.

Ministry of Health, Labour and Welfare. Vital Statistics of Japan. https://www.mhlw.go.jp/english/database/db-hw/vs01.html

. Accessed 23 November 2025.

C. T. Moynihan, A. J. Easteal, J. Wilder, and J. Tucker. Dependence of the Fictive Temperature of Glass on Cooling Rate. In: Journal of Physical Chemistry 78.26 (1976), pp. 2673–2677. doi: 10.1021/j100562a006.

J. D. Murray. Mathematical Biology I: An Introduction. 3rd. Springer, 2002.

Jaap M. J. Murre and Joeri Dros. Replication and Analysis of Ebbinghaus’ Forgetting Curve. In: PLOS ONE 10.7 (2015), e0120644. doi: 10.1371/journal.pone.0120644.

Prasad A. Naik and Kalyan Raman. Understanding the Impact of Synergy in Multimedia Communications. In: Journal of Marketing Research 40.4 (2003), pp. 375–388. doi: 10.1509/jmkr.40.4.375.19386.

O. S. Narayanaswamy. A Model of Structural Relaxation in Glass. In: Journal of the American Ceramic Society 54.10 (1971), pp. 491–498. doi: 10.1111/j.1151-2916.1971.tb12186.x.

Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky, and S. Hamid Nawab. Signals and Systems, 2nd ed. Prentice Hall, 1997.

Raymond Pearl and Lowell J. Reed. On the Rate of Growth of the Population of the United States since 1790 and Its Mathematical Representation. In: PNAS 6.6 (1920), pp. 275–288. doi: 10.1073/pnas.6.6.275.

L. S. Pontryagin, V. G. Boltyanskii, R. V. Gamkrelidze, and E. F. Mishchenko. The Mathematical Theory of Optimal Processes. Interscience, 1962.

Ofir Press, Noah A. Smith, and Mike Lewis. Train Short, Test Long: Attention with Linear Biases. arXiv:2108.12409. 2021.

Samuel H. Preston, Patrick Heuveline, and Michel Guillot. Demography: Measuring and Modeling Population Processes. Blackwell, 2001.

Jack W. Rae, Anna Potapenko, Siddhant M. Jayakumar, and Timothy P. Lillicrap. “Compressive Transformers for Long-Range Sequence Modelling”. In: ICLR. 2019.

Walter Rudin. Real and Complex Analysis. 3rd ed. McGraw-Hill, 1987.

Norman B. Ryder. The Cohort as a Concept in the Study of Social Change. In: American Sociological Review 30.6 (1965), pp. 843–861. doi: 10.2307/2090964.

Peter Shaw, Jakob Uszkoreit, and Ashish Vaswani. “Self-Attention with Relative Position Representations”. In: NAACL. 2018.

Julian L. Simon and Johan Arndt. The shape of the advertising response function. In: Journal of Advertising Research 20.4 (1980), pp. 11–28.

Robert M. Solow. A Contribution to the Theory of Economic Growth. In: Quarterly Journal of Economics 70.1 (1956), pp. 65–94. doi: 10.2307/1884513.

Robert M. Solow, James Tobin, C. C. von Weizsäcker, and Menahem E. Yaari. Neoclassical Growth with Fixed Factor Proportions. In: Review of Economic Studies 33.2 (1966), pp. 79–115. doi: 10.2307/2296445.

Elias M. Stein and Rami Shakarchi. Real Analysis: Measure Theory, Integration, and Hilbert Spaces. Princeton University Press, 2005.

Gerard J. Tellis and David L. Weiss. Does TV advertising really affect sales? The role of measures, models, and data aggregation. In: Journal of Advertising Research 35.2 (1995), pp. 1–13.

Albert Q. Tool. Relation between Inelastic Deformability and Thermal Expansion of Glass in its Annealing Range. In: Journal of the American Ceramic Society 29.9 (1946), pp. 240–253. doi: 10.1111/j.1151-2916.1946.tb11592.x.

Ashish Vaswani et al. “Attention is All You Need”. In: NeurIPS. 2017, pp. 5998–6008.

Pierre-François Verhulst. Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement. In: Correspondance Mathématique et Physique 10 (1838), pp. 113–121.

Waloddi Weibull. A Statistical Distribution Function of Wide Applicability. In: Journal of Applied Mechanics 18.3 (1951), pp. 293–297.

G. Williams and D. C. Watts. Non-symmetrical dielectric relaxation behaviour arising from a simple empirical decay function. In: Transactions of the Faraday Society 66.565 (1970), pp. 80–85. doi: 10.1039/TF9706600080.

John T. Wixted. The Psychology and Neuroscience of Forgetting. In: Annual Review of Psychology 55 (2004), pp. 235–269. doi: 10.1146/annurev.psych.55.090902.141555.

Yang Yang and Kenneth C. Land. Age-Period-Cohort Analysis: New Models, Methods, and Empirical Applications. Chapman and Hall/CRC, 2013.

Manzil Zaheer et al. “Big Bird: Transformers for Longer Sequences”. In: NeurIPS. 2020.

公開済


投稿日時: 2025-10-04 12:15:52 UTC

公開日時: 2025-10-28 01:25:43 UTC — 2025-11-27 00:05:38 UTCに更新

バージョン

改版理由

本改版(ver1.2)では、TAD の基礎理論と応用範囲をより明確に示すため、章構成の大幅な整理と内容拡充を行った。特に、履歴データベース TAD-DB の設計と人口動態データ(1920–2023 年)を用いた実証分析を新規に追加し、TAD の理論的枠組みが実際の社会データをどこまで説明・予測できるかを体系的に示した点が大きな改良点である。 また、g(t,T) の可視化、死亡者鮮度・存命者鮮度、エントロピー S(t)、将来人口推計、およびコホート別寄与の解析を通じて、TAD が単なる概念モデルではなく、多分野に応用可能な実用的フレームワークであることを明示した。 表記・記号体系の統一、関連研究の追加、軽微な誤りの修正なども合わせて実施している。 本改版は TAD 理論の現時点における最新版であり、より精緻化された基礎構造と実証に裏付けられた応用可能性を備えている。
研究分野
学際科学