高斯白噪声下典型随机势函数中的动力学跃迁

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902118
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Random potential is an interesting topic which appears in practical problems such as random medium and protein folding, which consists of two parts, i.e. spatial perturbation and deterministic potential. This project tries to investigate the stochastic transitions in typical nonlinear stochastic dynamical systems with spatial random perturbations, like bistable/triple stable and multi-stable systems. Firstly, due to the superimposition of spatial random perturbations, the system potential becomes non-differentiable, or even discontinue. This yields that the analytical and numerical methods based on smooth potentials turn to be imprecise or inapplicable. Thus, new asymmetric methods and numerical algorithms should be proposed to get the probability density function. Secondly, random potentials are able to produce different phenomena compared to smooth potentials. In this project, by studying stochastic resonance, first passage problem and diffusion, we try to demonstrate the influences of random potentials on stochastic transitions, and reveal the different action mechanisms of random potentials with respect to smooth potentials. Finally, we extend the obtained results from 1-dimensional systems to 2-dimensional case, and explore the first passage time and path on random potential surfaces. This project will enrich the study of nonlinear stochastic dynamics, and provide supports of theories and methods for specific practical problems.
随机势函数包含空间随机扰动和确定势函数两部分,是从随机介质和蛋白质折叠等模型中提炼出的关键科学问题。本项目以高斯白噪声下受空间随机扰动的典型非线性随机动力学系统,如双稳、三稳和多稳系统为研究对象,主要探索随机势函数与噪声耦合的动力学跃迁问题。首先,由于空间随机扰动的加入,系统势函数变为不可导甚至不连续的随机情形,以往基于光滑势函数的概率密度函数求解方法不再适用,需要发展新的理论和数值算法,提出新的求解思路。其次,研究典型随机势函数中的随机共振、首次穿越时间和扩散等动力学跃迁问题,阐述随机势函数对系统动力学跃迁的影响规律,揭示其不同于光滑势函数的作用机理。最后,将一维随机势函数推广到二维情形,分析随机势函数面上的首次穿越时间和路径问题。本项目的实施,将丰富非线性随机动力学的研究,为相关实际问题提供理论和方法支撑。

结项摘要

本项目针对空间随机扰动下的随机动力学跃迁开展研究,旨在发展适用于随机势函数的动力学分析方法和工具,揭示随机势函数的作用机制,为蛋白质折叠等相关生物研究提供必要的理论支撑和指导。在基金支持下,完成了既定研究目标,同时开展了一些与本项目相关的其他研究,主要包括:.1)探索了不同随机扩散系数对反常扩散和首次穿越时间的影响规律,发现了随机扩散系数能够显著增加平均首次穿越时间;给出了粗糙势函数下系统转移路径时间的理论表达,发现粗糙势函数加强了势垒高度、噪声强度对转移路径时间和转移路径形状的影响,减弱了势垒高度、噪声强度对转移路径速度的影响。.2)考虑受限周期通道内粒子的随机动力学,结合传统Fokker-Planck方程,建立了相关噪声下周期通道内描述粒子概率密度演化的Fick-Jacob方程,讨论了Itô和Klimontovich-Hänggi等不同积分意义下粒子输运和扩散的区别,发现外力作用下,周期通道中心具有较小扩散系数时更利于粒子的运输。.3)针对非高斯噪声激励下神经元模型的相干共振,提出了相干强度指标,刻画系统的相干共振奇异态,发现Lévy噪声的噪声强度和稳定性参数在系统的相干共振奇异态和尖峰放电簇发放电共存状态的出现中起到的至关重要的作用。.4)围绕发生频率极低的极端事件或稀有事件,探索了极端事件的产生机制、量化方法,提出了极端事件间隔时间这一指标刻画极端事件,并运用平均间隔时间、生存概率函数和损坏率函数三个指标评估极端事件发生的风险。.在基金支持下,在国内外著名期刊发表学术论文11篇,作为负责人或秘书组织专题研讨会2场,20余人次参加国内外学术会议,邀请国内外专家10余次,并作为Guest Editor之一负责两个专刊。项目负责人入选西安市高校科协青年人才托举计划,以第2完成人获陕西省高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖,获批国家自然科学基金面上项目1项,省部级项目2项,国家重点实验室开放课题项目2项。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The steady current analysis in a periodic channel driven by correlated noises
相关噪声驱动的周期性通道中的稳态电流分析
  • DOI:
    10.1016/j.chaos.2020.109766
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chaos Solitons & Fractals
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Mei Ruoxing;Xu Yong;Li Yongge;Kurths Juergen
  • 通讯作者:
    Kurths Juergen
Dynamic response and bifurcation for Rayleigh-Liénard oscillator under multiplicative colored noise
乘性有色噪声下瑞利-李纳德振荡器的动态响应和分岔
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chaos, Solitons and Fractals
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaole Yue;Bei Yu;Yongge Li;Yong Xu
  • 通讯作者:
    Yong Xu
Extreme events in a class of nonlinear Duffing-type oscillators with a parametric periodic force
一类具有参量周期力的非线性杜芬型振子中的极端事件
  • DOI:
    10.1140/epjp/s13360-022-02530-z
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    The European Physical Journal Plus
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Dan Zhao;Yongge Li;Yong Xu;Qi Liu;Jürgen Kurths
  • 通讯作者:
    Jürgen Kurths
Transition path dynamics across rough inverted parabolic potential barrier
跨越粗糙倒抛物线势垒的过渡路径动力学
  • DOI:
    10.1140/epjp/s13360-020-00752-7
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    The European Physical Journal Plus
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hua Li;Yong Xu;Yongge Li;Ralf Metzler
  • 通讯作者:
    Ralf Metzler
First passage dynamics of stochastic motion in heterogeneous media driven by correlated white Gaussian and coloured non-Gaussian noises
由相关高斯白噪声和有色非高斯噪声驱动的异质介质中随机运动的第一通道动力学
  • DOI:
    10.1088/2632-072x/ac35b5
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICS-COMPLEXITY
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Mutothya Nicholas Mwilu;Xu Yong;Li Yongge;Metzler Ralf;Mutua Nicholas Muthama
  • 通讯作者:
    Mutua Nicholas Muthama

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其他文献

其他文献

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随机扩散系数和动态边界条件下的动力学跃迁
  • 批准号:
    12272296
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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