Target Search Problems
暫譯: 目標搜尋問題

本書介紹了針對「目標問題」的數學模型的前沿研究，該問題在多個學科中都有所體現。來自世界各地的領先國際專家描述了針對這一真正多學科主題的各種不同方法。

近年來，對於理解一般的「目標問題」的興趣顯著增長且仍在持續增加。這涵蓋了多種不同情況，其中一些「代理人」進行確定性或隨機運動以尋找某個靜止或移動的「目標」。這類問題出現在許多學科中：例如計算機科學、股市演變、生物化學、生物醫學、進化博弈以及物理學的多個領域。本書匯集了這些及其他領域的領先專家撰寫的最新章節，提供了一個全面且完整的圖景，並以廣泛可接觸的語言呈現。

本書自然將成為進一步研究的靈感來源，並促進方法、思想和研究方向的交叉融合。

Denis Grebenkov studied physics at the Department of Statistical Physics in Saint Petersburg State University (1995-1999). After receiving his Bachelor of Science in Physics with honors, Denis Grebenkov moved to Ecole Polytechnique in Paris, France, for the master program in theoretical physics (1999-2001), where he later obtained the PhD degree on theoretical physics specialized in Laplacian transport towards irregular interfaces under supervision by Professors Bernard Sapoval and Marcel Filoche (2001-2004). In parallel, he continued scientific research on a thermodynamic theory of relaxations in micellar solutions and obtained another PhD degree on statistical physics from Saint Petersburg State University under supervision of Professor Alexander Grinin (2001-2003). From 2004 to 2005 Denis Grebenkov was a post-doc in the experimental group of Dr. Geneviève Guillot at the University of Orsay (France) and studied confined diffusion of hyperpolarized helium-3 in the human pulmonary acinus for improving emphysema diagnostic. Then he got a Marie Curie postdoc position at the University of Naples (Italy) and worked on complex systems exhibiting a structural arrest in the field of soft and colloidal matter in the group of Professor Antonio Coniglio (2005-2006). In 2006, Denis Grebenkov obtained a permanent research position at CNRS (France) in the laboratory of Condensed Matter Physics. He received several prices and distinctions such as the Best PhD award from Ecole Polytechnique (2004), Giulio Cesare Borgia Prize for fundamental contributions to diffusion nuclear magnetic resonance (2010), Bronze Medal CNRS (2012), and Friedrich Wilhelm Bessel Research Award from the Alexander von Humboldt Foundation (2019). Denis Grebenkov authored 183 publications.
Denis Grebenkov investigates various diffusion-mediated phenomena in complex media, e.g., intracellular transport and cell signaling, transport in human organs, diffusion-controlled reactions in industrial devices. Two related fundamental questions are at the heart of this research: how the geometric complexity of a system affects its transport properties and functions, and what the observed diffusion characteristics can tell us about the geometric structure. To solve these forward and inverse problems, Denis Grebenkov employs various theoretical tools from statistical physics, probability, spectral theory, mathematical physics, theory of differential equations, etc. In parallel, he develops advanced numerical techniques (Monte Carlo simulations, finite-element methods, spectral methods, etc.) to incorporate the geometric complexity of natural and industrial systems and to bridge the gap between theory and applications.

Ralf Metzler studied physics at the University of Ulm (1989-1994) where he also obtained his PhD degree on anomalous dynamical phenomena with Theo Nonnenmacher. From 1998 to 2000 Ralf was a postdoc at Tel Aviv University, working with Yossi Klafter, and from 2000 to 2002 he was at MIT with Mehran Kardar. In 2002 Ralf was appointed as assistant professor (non tenure-track) at NORDITA (Nordic Institute for Theoretical Physics) in Copenhagen. In 2006 he became associate professor and Canada Research Chair in Biological Physics at the University of Ottawa. From 2007 Ralf was professor at Technical University of Munich, and since 2011 he is full professor for Theoretical Physics at the University of Potsdam. During 2010-2015 Ralf was also Finland Distinguished Professor (Academy of Finland) at Tampere University of Technology. From 2019-2022 Ralf was Alexander von Humboldt Honorary Research Scholar at Wroclaw University of Science and Technology, and in 2023 he was Heilbronn Distinguished Visiting Fellow in ISAAC Cambridge and University of Bristol, as well as Distinguished Visiting Professor at the Indian Institute of Technology Bombay. Currently is APCTP distinguished fellow at the Asia Pacific Center for Theoretical Physics, Pohang, Korea.
The Metzler group mainly focuses on the modelling of diffusive transport in complex environments. These range from multi-scale molecular reaction time distributions relevant for biochemical signalling in cells and cellular colonies, to passive and active stochastic motion in heterogeneous systems such as cells or membranes, and up to large-scale systems such as groundwater aquifers or animal motion. General themes are anomalous diffusion based on different physical mechanisms, non-Gaussianity, and trajectory-to-trajectory fluctuations. Technically, we use probabilistic approaches and simulations. We also actively collaborate with a number of experimental single-particle tracking groups. To analyse data we are developing classical statistical observables as well as Bayesian and deep learning techniques. On top of these research lines we also study passive and active soft matter systems with respect to crowding effects and heterogeneity of the environment.
Ralf Metzler has published more than 400 journal papers which have garnered more than 35,000 citations; his Hirsch index is 85 (Scopus).

Dr Gleb Oshanin studied physics at Moscow State University (1980-1986) and obtained his Ph. D. degree in 1989 from the Institute of Chemical Physics for the Thesis entitled "Kinetics of many-body diffusion controlled processes". He was an associated researcher at French CNRS in 1992 - 1993 affiliated at the Laboratory for Theoretical Physics of Liquids at the University Pierre and Marie Curie, and subsequently in 1993-1994 was a Humboldt research fellow at the University of Freiburg. In 1995 - 1996 he was an invited Professor at the University of Mons-Hainaut in Belgium. In 1997 he obtained a staff position at CNRS and is currently a CNRS research director affiliated at the Theoretical Condensed Matter Laboratory at Sorbonne University.
Dr. Gleb Oshanin is an author of more than 200 scientific publications. His fields of expertise cover quite diverse subjects, such as, e.g. wetting phenomena, systems with reaction-diffusion processes, systems of interacting particles, first-passage phenomena and extreme events in stochastic processes, algorithms of efficient search processes, and etc.

丹尼斯·格雷本科夫（Denis Grebenkov）於1995年至1999年在聖彼得堡國立大學的統計物理系學習物理學。獲得榮譽物理學學士學位後，丹尼斯·格雷本科夫於1999年至2001年移居法國巴黎的高等工藝學院（Ecole Polytechnique）攻讀理論物理碩士課程，並於2001年至2004年在伯納德·薩波瓦爾（Bernard Sapoval）和馬塞爾·菲洛什（Marcel Filoche）教授的指導下，獲得專攻不規則界面的拉普拉斯傳輸的理論物理博士學位。與此同時，他繼續進行有關微胞溶液中鬆弛的熱力學理論的科學研究，並在亞歷山大·格里寧（Alexander Grinin）教授的指導下於2001年至2003年獲得聖彼得堡國立大學的統計物理博士學位。2004年至2005年，丹尼斯·格雷本科夫在法國奧爾塞大學的吉納維耶夫·吉約（Geneviève Guillot）博士的實驗小組擔任博士後研究員，研究超極化氦-3在人體肺小泡中的受限擴散，以改善肺氣腫的診斷。隨後，他在意大利那不勒斯大學獲得瑪麗·居里博士後職位，並在安東尼奧·科尼利奧（Antonio Coniglio）教授的團隊中研究在軟物質和膠體物質領域中表現出結構停滯的複雜系統（2005-2006）。2006年，丹尼斯·格雷本科夫在法國國家科學研究中心（CNRS）獲得永久研究職位，並在凝聚態物理實驗室工作。他獲得了多項獎項和榮譽，包括高等工藝學院的最佳博士獎（2004）、因對擴散核磁共振的基本貢獻而獲得的朱利奧·切薩雷·博爾吉亞獎（2010）、CNRS銅獎（2012）以及亞歷山大·馮·洪堡基金會的弗里德里希·威廉·貝塞爾研究獎（2019）。丹尼斯·格雷本科夫已發表183篇論文。

丹尼斯·格雷本科夫研究複雜介質中的各種擴散介導現象，例如細胞內運輸和細胞信號傳遞、人類器官中的運輸、工業設備中的擴散控制反應。這項研究的核心有兩個相關的基本問題：系統的幾何複雜性如何影響其運輸特性和功能，以及觀察到的擴散特徵能告訴我們有關幾何結構的什麼信息。為了解決這些正向和反向問題，丹尼斯·格雷本科夫運用來自統計物理、概率論、譜理論、數學物理、微分方程理論等的各種理論工具。同時，他還開發先進的數值技術（如蒙特卡羅模擬、有限元方法、譜方法等），以納入自然和工業系統的幾何複雜性，並彌合理論與應用之間的差距。

拉夫·梅茨勒（Ralf Metzler）於1989年至1994年在烏爾姆大學學習物理學，並在此獲得有關異常動力現象的博士學位，指導教授為西奧·諾嫩馬赫（Theo Nonnenmacher）。1998年至2000年，拉夫在特拉維夫大學擔任博士後研究員，與約西·克拉夫特（Yossi Klafter）合作，2000年至2002年在麻省理工學院（MIT）與梅赫蘭·卡爾達爾（Mehran Kardar）合作。2002年，拉夫被任命為哥本哈根北歐理論物理研究所（NORDITA）的助理教授（非終身職）。2006年，他成為渥太華大學生物物理學的副教授及加拿大研究主席。自2007年起，拉夫在慕尼黑工業大學擔任教授，自2011年起，他是波茨坦大學的理論物理全職教授。在2010年至2015年間，拉夫還擔任芬蘭科技學院的傑出教授。2019年至2022年，拉夫是弗羅茨瓦夫科技大學的亞歷山大·馮·洪堡榮譽研究學者，2023年，他在劍橋的ISAAC和布里斯托大學擔任海爾布隆傑出訪問學者，以及印度孟買理工學院的傑出訪問教授。目前，他是韓國浦項的亞太理論物理中心（APCTP）傑出研究員。

梅茨勒小組主要專注於複雜環境中的擴散運輸建模。這些環境包括與細胞和細胞群中的生化信號相關的多尺度分子反應時間分佈、在異質系統（如細胞或膜）中的被動和主動隨機運動，以及大型系統（如地下水含水層或動物運動）。一般主題包括基於不同物理機制的異常擴散、非高斯性和軌跡間的波動。在技術上，我們使用概率方法和模擬。我們還與多個實驗單粒子追蹤小組積極合作。為了分析數據，我們正在開發經典統計可觀測量以及貝葉斯和深度學習技術。在這些研究方向之上，我們還研究被動和主動軟物質系統，關注擁擠效應和環境的異質性。

拉夫·梅茨勒已發表超過400篇期刊論文，獲得超過35,000次引用；他的Hirsch指數為85（Scopus）。

格列布·奧沙寧（Dr. Gleb Oshanin）於1980年至1986年在莫斯科國立大學學習物理學，並於1989年在化學物理研究所獲得博士學位，論文題目為「多體擴散控制過程的動力學」。他於1992年至1993年在法國國家科學研究中心（CNRS）擔任聯合研究員，隸屬於皮埃爾和瑪麗·居里大學的液體理論物理實驗室，隨後於1993年至1994年在弗賴堡大學擔任洪堡研究員。1995年至1996年，他在比利時的蒙斯-哈伊諾大學擔任受邀教授。1997年，他在CNRS獲得職位，目前是索邦大學理論凝聚態實驗室的CNRS研究主任。

格列布·奧沙寧是超過200篇科學出版物的作者。他的專業領域涵蓋多種主題，例如濕潤現象、反應-擴散過程系統、相互作用粒子系統、隨機過程中的首次通過現象和極端事件、高效搜索過程的算法等。