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扩散增强集群网络上耦合振子的信号响应

已有 4622 次阅读 2013-5-27 09:31 |系统分类:论文交流| 网络, 信号

      增强体系对外界弱信号的响应是很重要的也很具有挑战性的问题,不仅对于传统的信号过程,而且对于粒子物理、引力波搜索和医学科学等。许多自然的和人工的信号过程连接在一起形成复杂的功能网络,并自发地调节他们内部组织以增强对外信号的敏感性。例如,一些细胞和微生物往往通过把受体、信使、蛋白质酶以及其它信号分子连接成网络来响应外界环境的变化。这些现象中一个很重要的部分是信号响应的放大。已经表明,在物理、化学和生物体系中随机涨落以及个体的多样性等可以增强弱周期信号响应。最近复杂网络上耦合振子的信号放大受到关注。已经发现,网络上节点度的异质性、调节信号节点与其邻居的耦合权重、多层反馈等可以放大外信号。Kondo和刘宗华等提出了无标度网络上信号放大的单体理论,给出相关理论解释。

      我们研究了集群网络上耦合振子在受到阈值下的外信号时扩散对信号响应的影响。其中,网络上每个节点代表一个由过阻尼的双稳振子构成的子群,这些振子可以在子群(节点)之间扩散。随着扩散速率的增加,我们发现,振子经历了从井内振荡到井间振荡的转变,表现出移动增强的信号放大。进一步研究发现,响应对扩散速率表现出非单调依赖关系,即信号响应在一个中等程度大小的速率时达到最大值。这个有趣的现象对体系密度、网络尺度以及网络拓扑表现出鲁棒性。最后,我们用一个简单的平均场分析来定性地解释该模拟结果。

Mobility-enhanced signal response in metapopulation networks of coupled oscillators. Europhysics Letters 102: 38004(2013)

 

 

 



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