复杂网络上的爆炸式同步

耦合振子系统的同步是统计物理和复杂系统研究的重要领域之一.过去几十年的研究表明,该系统中绝大多数同步化相变都是连续相变(二级相变),即序参量通过相变点后连续增长.但是最近发现在某些耦合振子系统中,同步可以表现为爆炸式(一级相变).其特征为序参量通过相变点后出现突然的跃变,并且随耦合强度变化,向前和向后的相变过程不可逆,存在磁滞区.由于爆炸式同步化与连续相变同步化有着本质上的不同,所以这一发现开拓了新方向,具有十分重要的意义.本文综述了这一方向目前的重要成果,主要包括频率和度关联振子系统的爆炸式同步、频率权重Kuramoto模型中的爆炸式同步、拥护者和反对者耦合网络中的爆炸式同步、多层网络上的爆炸式同步,以及爆炸式同步的形成机制和实验验证等.这些工作不仅极大地加深了我们对于复杂系统同步化的认识,促进同步理论的发展,而且能够为将来在相关领域的应用打下基础.     

奇异态:从复杂网络到时空斑图

复杂网络的相关探索近年来飞速发展,围绕复杂网络的动力学密切联系着物理、生物、电子工程甚至是经济学等众多不同学科中大量不同的现象,其中一些共性行为如同步、相干振荡、传播扩散等集体涌现是交叉研究的热点.一种被称为奇异态(Chimera State)的行为近十年来引起业界的广泛兴趣,它刻画复杂系统虽由相同单元组成,但单元会处于多种完全不同的相干与非相干态在空间的共存行为.本文简要介绍了有关奇异态研究的现象与理论,讨论了基于Kuramoto平均场自洽理论与Ott-Antonson序参量动力学理论的统计和宏观描述,集中讨论了在复杂网络上的奇异态及其稳定性,并对近年来相关的奇异态斑图研究和实验应用等进行了简述.     

复杂动力学网络上的聚类同步研究

文章主要研究节点非恒同的适应性复杂动力学网络，通过局部控制和耦合强度的适应性策略实现聚类同步．运用李雅普诺夫稳定性理论，得到了网络中聚类同步流形全局稳定的充分条件，并进一步说明了网络的内耦合矩阵、拓扑结构以及耦合强度对聚类同步的影响．最后，数值模拟验证了理论结果的有效性．     

复杂网络输出同步

状态同步是复杂网络中一个重要的研究方向.然而,现实系统的状态经常是观测不到的,有时仅一部分状态能达到同步就能满足需要,无需所有的状态同步.因此,提出带有输出的复杂网络的新模型,此模型是原复杂网络模型的扩展,然后根据输出矩阵为奇异和非奇异矩阵的两种情况进行研究,给出了输出达到同步的几个充分条件,研究了状态不同步输出同步的稳定性条件.并举例说明在不满足状态同步的情况下,可实现输出同步.研究结果表明,复杂网络输出同步是非常有意义的.     

周期性空间驱动下的复杂斑图

采用耦合的反应扩散系统,研究了周期性空间驱动下的图灵模之间的作用以及时空斑图的形成机理.研究发现,通过空间周期性外界驱动,可以引入一个新的图灵模,该模式和系统本征模之间相互作用,可以形成空间上更为复杂的斑图,例如超黑眼斑图和超白眼斑图.此外,结果表明外界驱动的驱动强度也可以改变新斑图的类型.     

复杂网络同步时间可控的投影同步

基于同步时间可控的投影同步方法研究了复杂网络混沌系统的有限时间同步问题,根据有限时间稳定性理论设计了控制器,能够使驱动网络与响应网络达到有限时间同步,同步误差按预设的指数速率收敛.数值算例说明了方法的有效性.     

Lurie复杂网络的牵制同步

针对一类Lurie复杂网络系统组成的动态复杂网络,研究其牵制同步问题,对具有大规模节点网络中的小部分节点实施反馈控制策略,从而使整个受控网络达到同步.由构造Lyapunov函数的方法,得到复杂网络牵制同步的条件,举例说明了该方法的有效性.     

环形腔激光网络对激光斑图信号的聚类同步传输

本文在Lugiato等人工作的基础上,发现在考虑了激光的横向效应后,环形腔激光器的激光输出不但能够呈现合作频率锁定以及准周期振荡行为,而且还会呈现新的湍流效应,并模拟展示了相应的激光斑图.进一步利用环形腔激光器构成激光网络对激光斑图信号进行了聚类同步传输.在我们设计的技术方案中,允许网络中存在不确定参数.并且,激光网络中聚类的划分、拓扑结构以及每个聚类中的节点数目不受任何限制.     

基于复杂网络的混沌同步研究

根据Lyapunov稳定性理论,分别给出了环状网络和全局耦合网络渐近同步和指数同步的充分条件.并对两种不同结构网络的同步性能进行了比较,发现全局耦合网络同步性能更好.最后以Lorenz混沌系统为节点,分别对4个节点的环状网络和全局耦合网络的混沌同步进行了数值仿真,验证了结论的可靠性.     

复杂网络同步系统牵制控制器设计

针对复杂网络系统,研究此类系统的同步控制问题.利用牵制原理,牵制系统部分节点,运用Lyapunov稳定性理论并结合矩阵不等式处理方法,得出了复杂网络系统同步牵制控制器存在的充分条件.同时得出了牵制节点数和牵制控制增益大小之间的关系图.最后给出两个数值仿真说明其有效性.     

复杂系统中的合作演化与自组织斑图

目前,复杂系统中大量个体的集体行为在社会学、生物学和物理学领域备受关注.对这些集体行为的研究中,合作涌现和自组织斑图的研究尤为瞩目.基于此,简要介绍国内这一领域的相关研究进展,包括基于演化博弈探讨自私个体间的合作行为和相互竞争物种间的自组织斑图.     

房地产风险投资复杂网络与网络间的混沌同步

将房地产风险投资建模为复杂网络混沌系统,研究了房地产投资风险复杂网络之间的混沌同步问题,基于混沌同步控制理论和Lyapunov函数方法,采用驱动-响应同步策略,给出了误差系统同步的一个充分条件,实现了两个复杂网络之间的混沌同步。     

时滞Lurie复杂网络与网络间的混沌同步

自Pecora和Carroll提出混沌系统的完全同步方法以来,混沌同步研究取得了巨大的进展,由于混沌同步在工程技术上的重要价值和较广阔的应用前景,它一直是非线性科学领域的研究热点问题之一。本文研究了时滞Lurie复杂网络之间的混沌同步问题,通过设计适当的控制输入,不但实现了两个时滞Lurie复杂网络之间的混沌同步,而且网络内部节点之间的耦合强度也被同时确定下来。数值算例说明了该方法的有效性。     

单向链式复杂网络的自适应混沌同步

通过自适应同步方法,采用单向链式模型,线性耦合函数连接方式,构造Lyapunov函数,确定耦合强度.通过二次型的正负定判别法确定各参数所满足的条件,实现了Lorenz混沌系统的同步.仿真模拟证明了这种方法的有效性.     

复杂网络混沌系统的非线性观测器同步

针对一类复杂网络混沌系统,基于观测器方法设计了一个非线性观测器。当系统状态的非线性项满足一定条件时,可以使观测器的状态按照目标系统轨道演化,所设计的控制器简单且易于实现。结果表明一定条件下复杂网络混沌系统是非线性观测器混沌同步的。     

两个耦合复杂网络的自适应同步

研究了两个具有相同拓扑结构的全同耦合复杂网络之间的同步,它是一个网络内的结点同步的推广.设计具有动态演化强度的简单线性反馈控制器使两耦合网络同步.对著名的罗伦兹系统为动力学结点的两个耦合网络给出了数值模拟结果,证明了所提出的方法的有效性.     

双重时滞复杂动力网络的同步分析

 讨论具有双重时滞的复杂动力网络的同步问题,利用线性化技巧和线性矩阵不等式得出网络同步定理,并通过数值例子来阐述得到的理论结果.     

球面上Turing斑图的格子Boltzmann模拟

利用球坐标系下的格子Boltzmann模型, 求解球表面的Gierer-Meinhardt方程, 得到了球面上的Turing斑图. 与经典差分方法相比, 该模型可用于球表面Turing斑图的数值模拟.     

复杂网络子图中心性分析

许多现实网络虽然具有小世界和无标度的全局结构特征,但可能具有非常不同的局部结构特征,子图从局部层次刻画了网络内部相互连接的特定模式.本文通过仿真分析的方法研究了ER随机网络、WS小世界网络和BA无标度网络模型的子图中心性的特点,得出了这三类网络模型的子图中心性与网络密度、重连概率和网络规模之间的关系.仿真结果表明,子图中心性能够刻画复杂网络的拓扑结构.     

复杂网络上的动态传播

采用一种新的方法来研究文化传播,结合动力学和复杂网络的知识对文化在不同结构社区中的传播做了数值仿真和分析.发现文化的传播速度在随机结构,BA结构,小世界结构和规则结构的社区中依次减慢,且核心人物对BA结构社区中的文化传播起着重要的作用.