基于多智能体的微观交通流模拟模型

在分析传统跟驰模型和元胞自动机模型不足的基础上, 提出了基于多智能体的微观交通流模型. 在模型中创建了一种新的跟驰方法, 设计了具有推理机制的汽车换道策略, 模拟城市主干路和高速公路交通流. 实验结果表明, 本模型比元胞自动机模型有更高的模拟精度, 在研究复杂交通流方面优于传统跟驰模型, 能较好地模拟堵塞、自由流和同步流等车流现象.     

心脏电活动过程的非线性分析

非线性科学是国内外科学研究中的热点, 其研究涉及确定性和随机性、有序和无序、简单性和复杂性等范畴和概念上的认识与深化, 对于整个自然科学, 包括生命科学的发展都有着重大的影响. 生命体是自然界中最复杂的非线性系统之一. 非线性系统的一种极为重要的运动形态就是混沌, 它研究的是自然界非线性过程内在随机性所具有的特殊规律性. 而与混沌密切相关的分形是指一类极其零碎而复杂、但有其自相似性或自仿射性的体系, 混沌中的混沌吸引子就存在着无穷嵌套的自相似几何结构. 近20多年来, 国内外研究人员对生命循环系统的核心部分——心脏电活动的非线性特性做了深入的研究. 除了用关联维数、李雅普诺夫指数和柯氏熵等对心电信号(HRV, ECG)进行分析, 以及用多重分形谱面积特性参数对ECG信号进行分析并取得重要的进展外, 最近在短时HRV和高频心电信号数据的非线性参数的探索上也得到了满意的结果, 在临床观察疗效和早期诊断等方面具有广泛而重要的应用价值. 本文评述了心电信号非线性特性分析的现状和进展, 指出了以某些适用于短数据的非线性敏感特征量及其估计算法, 用于生理系统的动态过程和临床有效性研究是今后值得关注的研究方向.     

极度并行算法发展动态

非线性现象与复杂系统的研究推动着计算机的极度并行化,计算机的极度并行化又反过来推动着非线性现象的研究。神经系统既是一个复杂的非线性系统,也是一个极度并行处理系统。它能给我们一些什么启示呢?     

洪水灾害研究的复杂性理论

作为一种高度复杂的自然现象,洪水灾害表现了不均匀性、多样性、差异性、随机性、突发性、迟缓性、重现性以及无序性等复杂性的特点,使经典的理论和手段已不适于伴随着人类经济活动的开展而日趋复杂化的洪水灾害系统的研究.由于复杂系统和复杂性理论的引入,为洪水灾害的研究注入了新的生机.复杂性理论在洪水灾害的研究中将扮演重要的角色,为解释洪水灾害中的复杂现象提供了崭新的方法论.本文提出从复杂大系统理论出发,借助于复杂性理论的基本数学工具(分形、混沌、神经网络等非线性动力学方法),研究和分析洪水灾害中的复杂现象,建立洪水灾害分析与模拟、反演与预测的综合集成方法,构造洪水灾害研究的复杂性理论框架.     

通道蛋白:生命的分子门禁

所有生物都是由细胞构成的,一个人体大约有100亿个细胞.不同的细胞,如肌细胞、肾细胞和神经细胞等构成了人体的各种复杂系统.     

流行病传播模型与SARS

本文讨论流行病传播模型的发展历史,认为它主要经历了决定论模型、原胞自动机模型和复杂网络模型这三个阶段,同时简要介绍了本课题组和其他课题组分别运用决定论模型、原胞自动机模型或复杂网络模型模拟北京市的SARS传播过程的一些例子,拟说明这三个阶段中取得的认识进展都有利于对SARS传播建立模型、进行预测、探讨规律,然而不同的模型又各具特点.在复杂网络模型模拟的介绍中重点叙述近年来的重要认识,即网络的"小世界性"、"无标度性"、"高团簇性"对流行病传播的影响,并且报道了本课题组在模拟SARS传播时得到的相应结果.     

非线性沸腾传热学-I:耗散结构理论

近30年迅猛发展的非线性科学是研究自然界复杂现象之规律的一门学科,被喻为与相对论、量子力学齐名的20世纪出现的第三次科学革命,针对沸腾系统非平衡、非线性、随机性,复杂性和非还原性的特点,作者尝试把沸腾传热学和非线性科学结合起来,建立一门新的交叉学科分支——非线性消费者腾传热学.目前,耗散结构理论、协同学理论、分岔理     

非线性系统理论与作物育种

通过对晨线性理论所揭示的复杂系统内在规律的综合评价，认为非线性理论与方法完全可以应用于作物育种工作之中。分析了非线性理论与方法应用于作物育种的必要性及可行性。     

基于复合金字塔模型的蛋白质二级结构预测系统

利用预测系统方法, 对蛋白质二级结构预测提出了一种逐步求精、多层递阶的预测系统模型, 即复合金字塔模型. 这种模型由4个独立协同的层面组成, 通过智能接口有机融合了SAC, AAC, KDD*等源于KDTICM理论的模型和方法. 模型整体贯穿物化属性与结构序列, 采用因果细胞自动机选择有效物化属性, 构造纯度较高的结构数据库作为训练数据源, 利用领域知识与背景知识进行优化. 本模型在数据集RS126及CB513分别取得83.06%与80.49%的Q₃准确度, 在对偏α/β型蛋白质的预测实验中, 取得了93.12%的Q₃准确度, 并存在着进一步提高准确度的优化空间.     

非线性动力系统实验

随着动力系统研究的主流进入非线性问题,人们不得不面对大量敏感依赖性的、全局变化的复杂现象,因而对研究方法和条件不断提出了新的要求.近些年来欧美开始了非线性动力系统实验,它使人们从单纯的思维与演算研究方式走向了“电脑实验”的方式.电脑实验(计算机辅助分析)已成为非线性动力系统研究越来越重要的手段,而动力系统工具箱在非线性动力系统实验中又起着举足轻重的作用.     

判断强连通自动机同构的一个多项式时间算法

众所周知,自动机的同构、图的同构等问题是多项式时间等价的(Booth,SIAM J.Comput,7(1978),3)。因此,讨论自动机的同构及其子问题是十分有意义的。最近,李慧陵给出了计算强连通自动机的自同构群的一个多项式时间算法。本文借助于此结果,在固定字母表的情况下,给出了判断两个强连通自动机是否同构的一个多项式时间算法。     

神经计算网络的原理与功能

有许多系统具有计算机存储功能。人脑的生物系统、细胞自动机的数学系统以及神经计算网络的电学系统就是其中的范例。未来计算机研制的一个首要任务是研究那些尚未赋予计算机的计算能力和生物型存储功能,以及拥有这些能力和功能的系统。这里,关键之点是使计算机具备并行计算、集体计算的能力,联想、纠错的功能,和丰富的知识库。《神经计算网络的原理与功能》一文详细讨论神经计算网络的生物学考虑,以及它的原理与功能。     

金融物理学:一个简单的综述

金融物理学是用统计物理、理论物理、复杂系统理论、非线性科学、应用数学等的概念、方法和理论研究金融市场通过自组织而涌现的宏观规律及其复杂性的一门新兴交叉学科。简言之，金融物理学家将金融市场看作一个复杂系统，把其中的各种数据如个股价格、指数、房价等看作是物理实验数据，力图寻找和阐释其中的“物理”规律。[编者按]     

位错组态演化规律及其在流变应力预测中的应用

金属塑性变形过程中产生的位错组态的基本特征是高低位错密度区交替出现的空间周期性有序结构, 位错组态演化是典型的非线性现象. 针对刃位错与螺位错组成的系统, 考虑到螺位错通过交滑移作用对刃位错密度的贡献及位错间的反应特点, 以反应-扩散方程为基础建立了一个反映变形过程中局部应力变化的包含高阶微分项的非线性偏微分方程, 该方程具有非线性系统方程的一般特征, 并利用这一特点, 避免了建立位错组态演化模型时对复杂的位错反应项的表示. 通过理论分析, 得到了相邻高密度位错区之间距离(位错胞尺寸或位错墙之间的距离)与应力或位错密度之间的关系. 利用该关系对亚微米晶铜和铝的流变应力进行了预测, 所得到的结果与前人的实验结果吻合.     

摩擦磨损过程的非平衡态热力学研究

摩擦学是一个高度交叉的综合性的边缘学科.影响摩擦磨损过程的因素不仅众多,而且存在复杂的非线性相互作用.与其他技术基础学科相比,摩擦学理论对工程的指导作用远远处于落后的地位,因而必须转换角度,从综合和系统的观点加强定量模型的研究.非平衡态热力学研究的发展为这一研究提供了理论基础.本文提出以熵平衡关系和超熵产生不等式为基础,以熵为表征参数的学术观点.在此基础上对摩擦磨损过程进行了系统的分析.并按照熵平衡关系将摩擦磨损过程分解为热传导、扩散、粘滞性流动和摩擦化学反应四个子过程,回顾和总结了相应的研究状况,指出了进一步研究的方向.     

考虑人员行为的元胞自动机行人运动模型

相对于车辆运动, 行人在变速、转向方面更加智能和灵活, 且轻微的推撞是可以接受的, 不像车辆那样受车道的严格限制, 此外其受周围环境包括一些潜在的意外或突发现象的影响更加多样和复杂, 从而显得混乱, 因此给模拟带来困难. 提出的二维行人运动的元胞自动机模型通过一些简单的规则制订和给定的参数, 研究了两向行人运动(包括从左向右和从下向上的行人运动)中出现的自组织和临界现象, 在本文给出的尺度范围内发现随着系统尺度和人群密集度的增大, 临界密度基本保持不变.     

可加元胞自动器的几个严格结果

探索系统的复杂性及其起源是非线性科学研究的一个前沿研究领域。元胞自动器是复杂性探索中的一个重要工具,并在复杂系统演化的模拟中取得丰硕的成果。本文中我们研究可加元胞自动器。     

非线性沸腾传热学-Ⅲ：随机理论

经典确定论描述的牛顿力学已经有300多年的发展历史.在20世纪初受到两次大的冲击,在高速运动的情况下被相对论力学取代,在微观粒子世界让位于量子力学.曾一度被认为万能的牛顿力学也有了自己的应用范围;一是速度不能太大,二是质量不能太小.非线性复杂系统具有内在随机性是对牛顿力学的第三次冲击.知道了初始条件和边界条件     

地球系统演化自组织理论与热动力模式

地球演化遵循特殊的非平衡、非线性物理学原理.地球之所以摆脱了行星共有的归宿——非平衡定态,跃迁到一个充满希望的非线性世界,是由于地球体系曾发生过一次来自内部的、随机的巨涨落。这次决定地球命运的巨涨落就是原始CO_2大气自发液化事件(干冰事件).建立在非平衡热力学理论和干冰假说基础上的地球系统演化理论与模式,使许多地球问题和复杂现象获得解释,同时也成功地建立了完整的地球演化重要事件的时间序列.     

气候系统的层次结构和非平稳行为:复杂系统预测问题探讨

到目前为止, 有关非平稳复杂系统及其在气候预测中的应用研究(它有着比混沌系统更为复杂的行为), 是一个较少被人理解, 并有重大科学意义的前瞻性研究课题. 在大气运动中, 气候正是一个典型的非平稳系统. 但是现有的气候预测理论, 包括统计预测理论和非线性预测理论, 几乎都无一例外地建立在平稳性假定的基础之上. 这有悖于气候过程的基本性态, 因此它有可能是导致气候预测水平低下的重要的理论上的原因. 另外, 近10年来, 气候过程具有层次结构已经成为许多科学家的共识, 但是如何发展和完善这一理论, 使之成为一个完整的体系, 人们似乎还没找到合适的途径. 至少, 科学家们目前还没提出适当的概念和方法, 去为它搭起一个框架. 事实上, 气候系统的多层次结构(它与通常的多尺度结构是两个完全不同的概念)正是产生非平稳行为的原因, 而气候系统的非平稳特性正是层次结构的集中表现. 文中将根据我们的一些初步研究结果, 就这种具有层次结构的复杂系统的预测问题给出一些讨论.