领导者驱动下频率权重耦合复杂系统的同步

大量振子相互耦合后形成的复杂系统广泛存在于现实世界中.复杂系统不仅经耦合作用形成自发的同步,还常常受到外界的影响而表现出复杂的动力学行为.研究了当振子受到外界领导者节点的驱动时系统的同步这一重要的集体动力学行为;给出了Kuramoto振子组成的频率权重耦合的系统在受外界领导者驱动时,系统转变为驱动同步的条件.被驱动的振子的数量和振子的频率权重会影响系统转变为驱动同步的难易度.数值模拟结果证明了该成果的正确性.     

非线性频率吸引系统的同步动力学

考虑振幅效应的Kuramoto模型,当振子之间存在耗散耦合和非线性频率吸引时,系统展示了丰富的动力学行为.数值分析了最近邻耦合系统的同步动力学行为,相同步和耗散耦合与非线性频率吸引之间的关系,非线性频率吸引对于多于2个振子的系统的同步具有促进作用.     

角速度加权的Kuramoto振子在网络中同步的研究

研究以Kuramoto位相振子作为小世界网络节点的动力学,考察初始角速度加权耦合方式对网络同步的影响。数值模拟结果显示,当以相连接的两个振子初始自旋角速度的比值作为加权耦合系数时,网络序参量随耦合系数的增加不再是单调递增的关系,而是在某一确定耦合强度k附近网络同步达到最大值;继续增加耦合系数,网络序参量反而减小,网络的同步性能减弱。将该耦合方式应用于无标度网络,得到相似结论。     

社团结构改变对振子网络同步行为的影响

以二阶类Kuramoto振子为节点的振子电网为研究对象,研究了社团结构对振子电网同步能力的影响.借助于数值仿真,讨论了社团强度、社团数目改变对网络同步能力的影响.结果表明,社团强度对网络的同步能力有很大的影响.在一定范围内社团强度越大,网络的同步能力就越强;在社团强度和网络规模一定的条件下,社团数目越多,网络的同步能力越弱.网络规模扩大,社团数目越多,网络的同步能力反而越强.     

对次近邻单向耦合振子的同步研究

【目的】在Kuramoto局域耦合振子平均场模型基础上,探讨在非对称耦合作用下一维闭合环上次近邻Kuramoto相振子的同步动力学行为。【方法】在最近邻单向耦合振子的动力学模型的基础上,建立次近邻单向耦合振子的动力学模型来研究少数耦合极限环系统的行为;通过数值模拟,得出平均频率、系统序参量与耦合强度的关系;通过理论分析少体系统的动力学稳定性。【结果】通过比较文献,证明次近邻单向耦合振子对同步存在影响。当在少数耦合极限环系统下(N≤6),耦合强度大于一定阈值时,所有振子都被同步到平均频率上,序参量随耦合强度的增加而趋于1,而在振子较多(N6)时,在系统同步区域的序参量会出现多定态分支。【结论】一维闭合环上考虑次近邻耦合振子在非对称耦合作用下同步区域呈现多同步定态。非零稳态出现分支现象与耦合振子系统大小有关。     

基于STDP耦合神经元集群同步活动

文章基于依赖峰电位发放时间可塑性(spike timing dependent plasticity,STDP),提出在外部周期刺激和噪声共同作用下全局耦合神经振子集群的相位演化模型,导出了描述神经振子集群整体活动的平均数密度的演化方程。数值模拟结果表明,神经振子集群同步活动的大小取决于STDP耦合机制、外部刺激强度和刺激频率。基于STDP耦合机制的神经振子集群的同步活动要大于无STDP耦合机制的。刺激对神经振子集群同步活动的影响取决于刺激强度和刺激频率。当系统特征频率大约为刺激频率的3倍时,神经振子集群的数密度呈现出周期性振荡行为;在相同的刺激频率下,神经振子集群的同步程度与刺激强度有关,刺激强度在一定范围内越强,同步程度越高。     

带有团簇结构的振子电网频率反馈控制

以非线性耦合振子作节点的电力网络为研究对象,研究了在不改变原始网络拓扑结构的条件下,根据实际需要调整电网的同步能力.通过对电网动力学网络的节点施加反馈控制项进一步调整反馈增益的取值,可以不断调整对振子电网同步形式的改变;所得结果表明,不断增加反馈增益,整体网络对应的同步能力相应提高.所得结果可为实际电网的规划和设计提供一定的理论指导.     

网络拓扑结构对混沌同步能力的影响

本文考察了链状、环状和全局三种连接方式的双向耦合网络的拓扑结构对Arneodo混沌系统的同步能力的影响.基于线性稳定性理论,通过计算最大条件李雅普洛夫指数,得到了体系处于混沌同步时的耦合强度的最小临界值,发现三种不同拓扑结构的网络中,全局耦合的网络同步时耦合强度比其它两种都小,这表明全局耦合网络同步能力最强,链状网络同步能力最差.最后通过对连接图判据和数值计算结果的比较,验证了数值计算结果的可靠性.     

耦合Morse振子中测度同步的研究

研究了两耦合Morse振子的集体运动行为,研究表明当增大振子间的耦合强度时会出现测度同步现象.单个Moser振子能量随耦合强度的变化显示测度同步实际对应着分离到混合的转变.在这一转变过程中,确定了耦合Moser振子测度同步转变的临界指数率.而进一步研究振子的相位差随振子间耦合强度变化的关系,发现可以通过耦合振子的相锁定引入序参量用来表征这其中测度同步的相变.     

耦合极限环振子同步的随机阻挫效应

考察了在考虑不同比例的阻挫时,极限环振子耦合系统同步的效应,称为随机阻挫同步效应.极限环振子相互耦合中含有较小比例的阻挫时,振子系统较为容易达到同步.而随着相互耦合中所含阻挫比例的增加,系统达到同步越来越困难.当达到一个较大的值时,同步就不可能达到.     

时滞耦合神经振子集群相响应同步

在神经系统中,突触前神经元到突触后神经元的信息传递过程中存在时滞。文章建立具有外部周期刺激和噪声共同作用下的时滞耦合神经振子集群的相位演化模型,引入平均数密度来描述神经振子集群的同步活动,导出描述神经振子集群概率密度的演化方程。数值模拟结果表明:时滞对神经振子群同步活动具有影响,当时滞增大时,神经振子集群呈现稳定周期同步振荡,而同步程度降低;随着刺激强度增大,神经振子集群的同步程度增强;随着刺激频率的增强,神经振子集群的同步程度快速减弱;当刺激频率接近特征频率时,神经振子集群同步程度降低;随着噪声强度的增强,神经振子集群的同步程度增强。     

耦合极限环系统同步的振幅效应

研究了耦合极限环系统同步的振幅效应.结果表明,耦合系统中振子的平均频率随耦合强度的变化过程表现为同步分岔树结构,而振子的平均振幅随相同步的进程却是由均匀化逐渐分岔而达到非均匀化的过程.还发现振子振幅的变化范围在临界点处的突然减小.     

周期刺激作用下耦合神经振子集群的同步

文章提出在外部周期刺激和噪声共同作用下全局耦合神经振子集群的相位演化模型,引入平均数密度描述神经振子集群的整体活动,利用Fokker-Planck方程导出了平均数密度的演化方程。数值模拟结果表明:刺激对神经振子群同步活动的影响取决于刺激强度和刺激频率;当刺激频率比系统特征频率小很多或者大得多时,神经振子集群的数密度呈现减幅振荡行为;当刺激频率接近系统特征频率时,神经振子集群趋于完全同步;在相同刺激频率条件下,神经振子集群的同步程度与刺激强度有关,刺激越强同步程度越高。     

耦合Lorenz振子的同步混沌分岔

研究了时空混沌系统－淹合Lorenz振子同步混沌的分岔行为,当非对称耦合参数达到临界值,耦合系统的同步混沌态发生Hopf分岔,在同步混沌态上迭加一个周期行波。分岔点的参数可由计算Lyapunov指数得到,分岔产生的行波频率等于分岔前临界横模的广义旋转数。继续增加非对称耦合参数,系统经历准周期、混沌到周期运动的变化。在这个过程中同步混沌发生Hopf分岔时产生的周期行波始终存在。     

神经网络受损对神经元放电模式及同步行为影响的研究

以Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型为节点构建一个环状耦合的神经网络,考察网络受损后对其放电模式及同步行为的影响.研究发现,当神经网络正常时,神经元具有较好的接收和输出信息的性能,合适的耦合强度可以调节体系的放电模式和同步行为.而当网络中出现一定程度的损伤时(包括部分神经元或突触连接受损),均会导致神经元的接收或输出信息的性能减弱,从而引起体系中神经元放电模式和放电频率发生改变,体系的同步程度降低.上述研究结果表明神经网络受损将影响神经元的放电活动,并导致网络的异常同步行为,从而为揭示神经性疾病的形成机理提供一定的理论解释.     

规则网络中流耦合作用对爆发式同步的影响

耦合振子系统的爆发式同步是许多生物系统自组织动力学行为的内在机制之一,因而倍受关注.考虑到现实生活中许多振子之间的相互作用是非对称性的,通过理论分析和数值计算方法,详细研究了规则网络中,流耦合作用对耦合相振子系统爆发式同步动力学行为的影响.结果表明,非对称的流耦合作用,在具有特定频率空间分布的耦合相振子系统中,有利于促进耦合相振子系统产生爆发式同步.耦合系统达到爆发式同步所需的临界耦合强度与流耦合强度成线性关系.此外,在同步区间可观察到集中锁相和分散锁相两种同步形式共存.通过理论分析,给出了流耦合作用对促进耦合相振子系统爆发式同步的内在机制.研究结果可以为更好地理解非对称耦合作用下耦合相振子系统的自组织现象提供理论支持.     

几种Kuramoto振子网络同步性能的比较

本文采用Kuramoto相位振子作为网络节点进行同步研究.以序参量作为同步性能的描述指标,首先仿真研究了BA无标度网络中控制增益对同步性能的影响,得出了网络实现全局同步的临界耦合强度.然后比较研究了ER随机网络、NW小世界网络和BA无标度网络几种不同网络结构下的Kuramoto振子系统的同步性能,研究表明BA无标度网络...     

非线性频率牵引与反应耦合的同步效应

研究了一个来自于真实系统模型的非线性频率牵引和反应耦合的同步效应．通过数值模拟的方法,讨论在少量振子数情况下,最近邻耦合系统中非线性频率牵引和反应耦合对系统同步的影响．非线性牵引和反应耦合都能够促进系统的同步,锁频时反应耦合会导致平均频率的不连续跳跃现象．     

HR神经元网络抗脉冲干扰特性的研究

采用数值仿真的方法,研究了电突触耦合对Hindmarsh-Rose(HR)神经元网络抗脉冲干扰特性的影响.结果表明:规则的耦合形式和神经元数目对网络的抗脉冲干扰特性影响较小;神经元间电突触耦合强度的分布对网络的抗脉冲干扰特性影响较大.在全局耦合结构下,当突触耦合强的度分布满足一定条件时,网络中的神经元仍能同步放电且保持稳定的放电频率,呈现出较好的抵御脉冲干扰能力.     

耦合非线性振子的一些同步行为

本文以耦合Duffing振子为例研究了耦合非线性振子的一些动力学行为;研究表明,在不同的耦合强度情况下,出现不同的动力学特征.随着耦合强度的变化,耦合系统分别进入周期同步和混沌同步状态.