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一类二重饱和可逆生化反应扩散模型的Hopf分支和Turing不稳定性 被引量:2
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作者 郭改慧 郭飞燕 刘晓慧 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期277-291,共15页
在齐次Neumann边界条件下研究一类具有二重饱和度的四分子可逆生化反应模型,以可逆反应率为参数,利用规范型理论和中心流形定理分别给出常微分系统和扩散系统Hopf分支的存在性、方向及其稳定性,并细致研究了扩散系数对系统稳定性的影响... 在齐次Neumann边界条件下研究一类具有二重饱和度的四分子可逆生化反应模型,以可逆反应率为参数,利用规范型理论和中心流形定理分别给出常微分系统和扩散系统Hopf分支的存在性、方向及其稳定性,并细致研究了扩散系数对系统稳定性的影响。结果表明,当可逆反应率较小时,正平衡点不稳定;当可逆反应率较大时,正平衡点稳定;当可逆反应率介于某一范围内时,扩散系数会对系统的稳定性产生较大影响。此时,当催化剂的扩散系数较小时,系统会产生Turing不稳定性。最后,选取满足定理条件的参数,通过数值模拟验证了所得结论。 展开更多
关键词 二重饱和 可逆生化反应 HOPF分支 turing不稳定性
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铂电极BZ反应系双电层稀疏区中的Turing结构
2
作者 栗志 韩玉民 罗久里 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期360-364,共5页
将扩散流作为场函数,考虑φ电势的空间分布,建立了铂电极BZ反应系在双电层稀疏区的动力学演化机制,确立了纳入稀疏区φ电势效应的反应-扩散型演化方程.采用Boltzmann分布近似,解决了演化方程中含φ电势的流项的线性化问题;导出了可在算... 将扩散流作为场函数,考虑φ电势的空间分布,建立了铂电极BZ反应系在双电层稀疏区的动力学演化机制,确立了纳入稀疏区φ电势效应的反应-扩散型演化方程.采用Boltzmann分布近似,解决了演化方程中含φ电势的流项的线性化问题;导出了可在算法上实现的三变量体系线性化算子本征值的解析形式.分别以静态铂电极BZ反应系双电层稀疏区和对应的纯粹BZ反应系作为参考模型系,分析了经空间对称性破缺产生Turing结构的参数范围.数值模拟发现,φ电场的存在使铂电极BZ反应系的输运过程在静态双电层稀疏区趋于电化学平衡时,在对应的纯粹BZ反应体系中可呈现的Turing结构已趋于消失;而在电流强度不太大的恒流不可逆铂电极BZ反应体系双电层稀疏区中,鲜明稳定的Turing结构又重新出现在原参数区间内.同时,在静态双电层稀疏区不出现Turing结构的参数范围内也可找到类似的恒流稳定空间结构. 展开更多
关键词 铂电极BZ反应体系 双电层稀疏区 φ电势的空间分布 扩散流场函数 空间对称性破缺分支 turing结构
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一类三种群捕食者-食饵模型中交错扩散导致的Turing不稳定 被引量:2
3
作者 孙亮亮 张丽娜 《应用数学》 CSCD 北大核心 2014年第1期82-87,共6页
本文研究一类具有种内竞争的三种群捕食者-食饵模型的强耦合交错扩散系统,发现当捕食者对食饵的捕获水平高于食饵的种内竞争水平时,捕食者的大的交错扩散系数能够导致Turing不稳定.
关键词 捕食者-食饵模型 交错扩散 turing不稳定
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一类捕食者-食饵扩散模型的Hopf分支和Turing分支
4
作者 吴耀冲 温洁嫦 《陕西理工大学学报(自然科学版)》 2021年第6期75-83,92,共10页
研究了一类捕食者带线性收获率和合作捕食的捕食者食饵扩散模型,由Routh-Hurwitz判据讨论了模型的正平衡点的存在条件和稳定性,取出生率为分支参数进一步分析了系统发生Hopf分支条件并利用中心流型和规范性理论判断Hopf分支方向。利用... 研究了一类捕食者带线性收获率和合作捕食的捕食者食饵扩散模型,由Routh-Hurwitz判据讨论了模型的正平衡点的存在条件和稳定性,取出生率为分支参数进一步分析了系统发生Hopf分支条件并利用中心流型和规范性理论判断Hopf分支方向。利用分支理论讨论了Turing失稳的条件,在MATLAB上进行了数值模拟展示系统具有丰富的动力学行为,发现人为干预对模型稳定性的调节作用,以及种群的扩散会影响点状和条状的Turing斑图的形成。 展开更多
关键词 扩散 捕食者-食饵模型 turing斑图 合作捕食
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Turing pattern in the fractional Gierer–Meinhardt model
5
作者 Yu Wang Rongpei Zhang +1 位作者 Zhen Wang Zijian Han 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第5期57-63,共7页
It is well-known that reaction–diffusion systems are used to describe the pattern formation models. In this paper,we will investigate the pattern formation generated by the fractional reaction–diffusion systems. We ... It is well-known that reaction–diffusion systems are used to describe the pattern formation models. In this paper,we will investigate the pattern formation generated by the fractional reaction–diffusion systems. We first explore the mathematical mechanism of the pattern by applying the linear stability analysis for the fractional Gierer–Meinhardt system.Then, an efficient high-precision numerical scheme is used in the numerical simulation. The proposed method is based on an exponential time differencing Runge–Kutta method in temporal direction and a Fourier spectral method in spatial direction. This method has the advantages of high precision, better stability, and less storage. Numerical simulations show that the system control parameters and fractional order exponent have decisive influence on the generation of patterns. Our numerical results verify our theoretical results. 展开更多
关键词 turing PATTERNS FRACTIONAL Gierer–Meinhardt MODEL FOURIER SPECTRAL method
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Turing pattern selection for a plant-wrack model with cross-diffusion
6
作者 孙颖 王进良 +2 位作者 李由 江南 夏娟迪 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期128-136,共9页
We investigate the Turing instability and pattern formation mechanism of a plant-wrack model with both self-diffusion and cross-diffusion terms.We first study the effect of self-diffusion on the stability of equilibri... We investigate the Turing instability and pattern formation mechanism of a plant-wrack model with both self-diffusion and cross-diffusion terms.We first study the effect of self-diffusion on the stability of equilibrium.We then derive the conditions for the occurrence of the Turing patterns induced by cross-diffusion based on self-diffusion stability.Next,we analyze the pattern selection by using the amplitude equation and obtain the exact parameter ranges of different types of patterns,including stripe patterns,hexagonal patterns and mixed states.Finally,numerical simulations confirm the theoretical results. 展开更多
关键词 plant-wrack model CROSS-DIFFUSION turing instability pattern selection amplitude equation
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具有交错扩散Brusselator模型的Turing不稳定
7
作者 邢慧 杨秀楠 《纺织高校基础科学学报》 CAS 2023年第5期78-84,共7页
为了研究交错扩散对Turing不稳定现象的影响,通过在原有的自扩散Brusselator模型中加入交错扩散项,建立了一类Neumann边值条件下具有交错扩散的Brusselator模型。首先,给出常微分系统正平衡点的渐近稳定性。其次,运用线性化方法,得到线... 为了研究交错扩散对Turing不稳定现象的影响,通过在原有的自扩散Brusselator模型中加入交错扩散项,建立了一类Neumann边值条件下具有交错扩散的Brusselator模型。首先,给出常微分系统正平衡点的渐近稳定性。其次,运用线性化方法,得到线性系统对应的特征方程,给出交错扩散系统在正平衡解处发生Turing不稳定性的条件。进一步,在一维情况下,得到交错扩散系统发生Turing不稳定性更为具体的充分条件,在实际应用中更容易验证。最后,利用Matlab进行数值模拟,分析了交错扩散对于Turing不稳定性现象的影响。结果表明:在一定条件下,不管自扩散系统是稳定的还是不稳定的,加入交错扩散后都可以改变原来自扩散系统正平衡解的稳定性。因此,交错扩散可以造成系统产生Turing不稳定性,也可以使Turing不稳定性消失。 展开更多
关键词 BRUSSELATOR模型 turing不稳定 交错扩散 正平衡解 数值模拟
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Turing instability-induced oscillations in coupled reaction-diffusion systems
8
作者 Nan Wang Yuan Tong +3 位作者 Fucheng Liu Xiaoxuan Li Yafeng He Weili Fan 《Chinese Physics B》 2025年第3期541-548,共8页
A new type of localized oscillatory pattern is presented in a two-layer coupled reaction-diffusion system under conditions in which no Hopf instability can be discerned in either layer.The transitions from stationary ... A new type of localized oscillatory pattern is presented in a two-layer coupled reaction-diffusion system under conditions in which no Hopf instability can be discerned in either layer.The transitions from stationary patterns to asynchronous and synchronous oscillatory patterns are obtained.A novel method based on decomposing coupled systems into two associated subsystems has been proposed to elucidate the mechanism of formation of oscillating patterns.Linear stability analysis of the associated subsystems reveals that the Turing pattern in one layer induces the other layer locally,undergoes a supercritical Hopf bifurcation and gives rise to localized oscillations.It is found that the sizes and positions of oscillations are determined by the spatial distribution of the Turing patterns.When the size is large,localized traveling waves such as spirals and targets emerge.These results may be useful for deeper understanding of pattern formation in complex systems,particularly multilayered systems. 展开更多
关键词 oscillations localized oscillatory pattern turing instability coupled reaction-diffusion system
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一个扩散模型中恐惧效应与集群行为协同诱导的时空动力学研究
9
作者 肖江龙 宋永利 夏永辉 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第6期1577-1594,共18页
该文研究了在齐次Neumann边界条件下扩散的捕食者--猎物模型的时空动力学.该文研究表明,恐惧和集群行为之间的相互作用产生了非常丰富和有趣的时空动力学.详细讨论了Turing不稳定性和Turing-Hopf分支产生的条件.利用规范型理论对Turing-... 该文研究了在齐次Neumann边界条件下扩散的捕食者--猎物模型的时空动力学.该文研究表明,恐惧和集群行为之间的相互作用产生了非常丰富和有趣的时空动力学.详细讨论了Turing不稳定性和Turing-Hopf分支产生的条件.利用规范型理论对Turing-Hopf分支点附近的时空动力学进行了分类,并用丰富的数值模拟验证了理论分析.最后,总结了恐惧效应对集群行为的巨大影响.发现猎物的集群行为不能抵消高水平的恐惧,但可以抵消低水平的恐惧.此外,恐惧效应与集群行为共同诱发了系统的Turing不稳定性.然而,对于没有集群行为的系统,恐惧效应既不会改变共存平衡点的稳定性,也不会引起系统产生周期解或Turing不稳定性. 展开更多
关键词 turing-Hopf分支 turing不稳定性 集群行为 恐惧效应 动力学分类 捕食者-猎物模型
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Spatial patterns of the Brusselator model with asymmetric Lévy diffusion
10
作者 Hongwei Yin Shangtao Yang +2 位作者 Xiaoqing Wen Haohua Wang Shufen Yang 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第11期129-136,共8页
The formation of spatial patterns is an important issue in reaction–diffusion systems.Previous studies have mainly focused on the spatial patterns in reaction–diffusion models equipped with symmetric diffusion(such ... The formation of spatial patterns is an important issue in reaction–diffusion systems.Previous studies have mainly focused on the spatial patterns in reaction–diffusion models equipped with symmetric diffusion(such as normal or fractional Laplace diffusion),namely,assuming that spatial environments of the systems are homogeneous.However,the complexity and heterogeneity of spatial environments of biochemical reactions in vivo can lead to asymmetric diffusion of reactants.Naturally,there arises an open question of how the asymmetric diffusion affects dynamical behaviors of biochemical reaction systems.To answer this,we build a general asymmetric L´evy diffusion model based on the theory of a continuous time random walk.In addition,we investigate the two-species Brusselator model with asymmetric L´evy diffusion,and obtain a general condition for the formation of Turing and wave patterns.More interestingly,we find that even though the Brusselator model with symmetric diffusion cannot produce steady spatial patterns for some parameters,the asymmetry of L´evy diffusion for this model can produce wave patterns.This is different from the previous result that wave instability requires at least a three-species model.In addition,the asymmetry of L´evy diffusion can significantly affect the amplitude and frequency of the spatial patterns.Our results enrich our knowledge of the mechanisms of pattern formation. 展开更多
关键词 asymmetric Lévy diffusion turing and wave patterns Brusselator model
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空间齐次和非齐次下活化-抑制模型动力学分析 被引量:5
11
作者 杨文彬 吴建华 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2017年第2期390-400,共11页
该文讨论齐次Neumann边界条件下Gierer-Meinhardt活化-抑制扩散模型.对于空间均匀(ODE)系统,分析了内部平衡态的渐近行为及其附近极限环的存在性和稳定性;对于空间异质(PDE)系统,给出了内部平衡态的Turing不稳定性条件,说明了Turing模... 该文讨论齐次Neumann边界条件下Gierer-Meinhardt活化-抑制扩散模型.对于空间均匀(ODE)系统,分析了内部平衡态的渐近行为及其附近极限环的存在性和稳定性;对于空间异质(PDE)系统,给出了内部平衡态的Turing不稳定性条件,说明了Turing模式和时空周期模式的存在性.最后,通过数值算例验证了相应理论结果. 展开更多
关键词 反应扩散方程 极限环 turing不稳定 turing模式 时空周期模式.
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一类Holling-Tanner捕食模型正常数平衡态解的稳定性 被引量:2
12
作者 冯孝周 陈法超 《西安工业大学学报》 CAS 2008年第5期502-505,共4页
研究了一类带Holling-Tanner反应项的捕食模型在Neumman边界条件下正常数平衡态解Turing不稳定性及一致渐近稳定性.利用比较原理,算子谱理论及Turing理论,得到了正解的一些先验估计,正常数平衡态解(■,■)的Turing不稳定性及正常数平衡... 研究了一类带Holling-Tanner反应项的捕食模型在Neumman边界条件下正常数平衡态解Turing不稳定性及一致渐近稳定性.利用比较原理,算子谱理论及Turing理论,得到了正解的一些先验估计,正常数平衡态解(■,■)的Turing不稳定性及正常数平衡态解(■,■)的一致渐近稳定性.说明该捕食模型中参数在一定变化范围内正常数解(■,■)处可能产生非常数正共存解,而在另一个特定的范围内不可能产生非常数正共存解. 展开更多
关键词 捕食模型 正常数平衡态解 稳定性 turing不稳定
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具时滞扩散效应的病原体-免疫模型的稳定性及分支 被引量:4
13
作者 王晶囡 杨德中 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2021年第4期1204-1217,共14页
为了了解病原体与免疫细胞相互作用过程中存在的扩散因素与时滞因素对其动力学行为的影响,建立了带有齐次Neumann边界条件的具时滞病原体-免疫反应扩散模型.以病原体与免疫细胞的扩散比率和免疫时滞为参数,通过分析该模型在正稳态解处... 为了了解病原体与免疫细胞相互作用过程中存在的扩散因素与时滞因素对其动力学行为的影响,建立了带有齐次Neumann边界条件的具时滞病原体-免疫反应扩散模型.以病原体与免疫细胞的扩散比率和免疫时滞为参数,通过分析该模型在正稳态解处线性化系统特征根的分布,并利用泛函微分方程分支理论,得到正稳态解经历Turing失稳的充要条件以及经历Hopf分支的条件.利用Matlab数值模拟直观地展示了病原体与宿主免疫在临界点附近经历Turing失稳和Hopf分支的动力学行为,并解释了动力学行为所对应的生物医学意义,为控制病原体生长提供了一定的理论支持. 展开更多
关键词 病原体免疫 反应扩散 时滞 turing分支 HOPF分支
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植被系统的时空动力学研究进展
14
作者 张红桃 孙桂全 《数学理论与应用》 2023年第2期1-15,共15页
植被斑图是干旱半干旱区生态系统的典型特征之一,它能定性地刻画植被在空间上的分布结构,从而可作为生态系统改善和退化的早期指标.本文通过综述植被系统中存在的分支现象来揭示植被斑图的形成机制并提供荒漠化预警信号.首先,利用Hopf... 植被斑图是干旱半干旱区生态系统的典型特征之一,它能定性地刻画植被在空间上的分布结构,从而可作为生态系统改善和退化的早期指标.本文通过综述植被系统中存在的分支现象来揭示植被斑图的形成机制并提供荒漠化预警信号.首先,利用Hopf分支理论定性地分析植被系统产生空间齐次Hopf分支的条件,解释植被生物量呈现年际周期波动的现象.其次,利用Turing分支理论分析现有的植被模型,揭示植被的空间分布特征以及斑图的形成机制,并且运用多尺度分析方法细化这些斑图的类型以及寻找系统经历斑图相变的参数阈值.最后,当Hopf分支和Turing分支同时发生时,动力系统会经历Turing-Hopf分支.运用反应扩散方程的规范型理论推导Turing-Hopf分支的规范型,再通过柱坐标变换得到振幅方程,分析其动力学性态,进而揭示更复杂的植被时空斑图. 展开更多
关键词 植被系统 HOPF分支 turing分支 turing-Hopf分支
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王浩的生平与学术成就(英文) 被引量:1
15
作者 张尚水 张家龙 +1 位作者 张清宇 王路 《逻辑学研究》 CSSCI 2016年第2期104-134,共31页
王浩(1921—1995)是国际知名的美籍华裔数理逻辑学家、计算机科学家和哲学家。本文分为三个部分:(1)介绍他的生平与主要论著;(2)论述他在数理逻辑、计算机科学领域的开创性贡献,包括:集合论、和多米诺理论、王氏机器、定理的计算机证明... 王浩(1921—1995)是国际知名的美籍华裔数理逻辑学家、计算机科学家和哲学家。本文分为三个部分:(1)介绍他的生平与主要论著;(2)论述他在数理逻辑、计算机科学领域的开创性贡献,包括:集合论、和多米诺理论、王氏机器、定理的计算机证明以及逻辑语义学等5个方面;(3)评述他对哲学的贡献。 展开更多
关键词 计算机科学家 mathematics PHILOSOPHY TRUTH 美籍华裔 多米诺理论 holds turing proof SENTENCE
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具有饱和效应的自催化反应扩散模型的分支分析 被引量:1
16
作者 郭飞燕 郭改慧 《应用数学》 北大核心 2023年第3期578-588,共11页
在齐次Neumann边界条件下研究一类带有饱和效应的任意阶自催化反应扩散模型.首先对常微分系统,给出正平衡点的稳定性,且以k为分支参数得到Hopf分支的存在性及稳定性.其次对扩散系统,建立由扩散引起的Turing不稳定性,同时当扩散系数满足... 在齐次Neumann边界条件下研究一类带有饱和效应的任意阶自催化反应扩散模型.首先对常微分系统,给出正平衡点的稳定性,且以k为分支参数得到Hopf分支的存在性及稳定性.其次对扩散系统,建立由扩散引起的Turing不稳定性,同时当扩散系数满足一定条件时给出Hopf分支的存在性,并利用规范型理论和中心流形定理建立Hopf分支的方向和稳定性.最后,借助一些数值模拟实例,验证理论分析结果. 展开更多
关键词 饱和效应 自催化 turing不稳定性 HOPF分支
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一类具有交错扩散的捕食者-食饵模型的稳定性分析 被引量:1
17
作者 杨铜洁 张存华 《应用数学》 北大核心 2023年第1期126-133,共8页
本文考虑一类具有交错扩散的捕食者-食饵模型,详细分析系统正常数平衡解的稳定性和Turing不稳定性,得到一些有意义的结论,并利用Matlab软件对所获得的理论结果给出了适当的数值验证.
关键词 交错扩散 稳定性 捕食者-食饵 turing不稳定性
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一类自催化可逆生化反应模型的Hopf分支及其稳定性 被引量:6
18
作者 郭改慧 刘晓慧 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2021年第1期166-177,共12页
在齐次Neumann边界条件下,研究一类自催化可逆三分子生化反应模型.首先对常微分系统,给出Hopf分支的存在性及稳定性.其次对偏微分系统,建立由扩散系数引起的Turing不稳定性,同时给出Hopf分支的存在性,并利用规范型理论和中心流形定理建... 在齐次Neumann边界条件下,研究一类自催化可逆三分子生化反应模型.首先对常微分系统,给出Hopf分支的存在性及稳定性.其次对偏微分系统,建立由扩散系数引起的Turing不稳定性,同时给出Hopf分支的存在性,并利用规范型理论和中心流形定理建立Hopf分支的方向和稳定性.最后,借助Matlab软件进行数值模拟,验证补充理论分析结果. 展开更多
关键词 可逆生化反应 turing不稳定性 HOPF分支 稳定性
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一类米氏饱和可逆生化反应模型的Hopf分支 被引量:2
19
作者 刘晓慧 郭改慧 《陕西科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第1期186-192,共7页
研究一类具有米氏饱和度的可逆四分子生化反应模型的Hopf分支问题.首先,讨论常微分系统正平衡点的稳定性,并以可逆系数c为分支参数,分析Hopf分支的存在性、方向和稳定性.其次,讨论对应反应扩散系统,建立正平衡点的稳定性和Turing不稳定... 研究一类具有米氏饱和度的可逆四分子生化反应模型的Hopf分支问题.首先,讨论常微分系统正平衡点的稳定性,并以可逆系数c为分支参数,分析Hopf分支的存在性、方向和稳定性.其次,讨论对应反应扩散系统,建立正平衡点的稳定性和Turing不稳定性,并依赖扩散系数给出Hopf分支的存在性.最后,给出一些数值模拟实例,验证补充理论结果. 展开更多
关键词 米氏饱和 可逆生化反应 turing不稳定性 HOPF分支
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Pattern selection in a predation model with self and cross diffusion
20
作者 王玮明 王文娟 +1 位作者 林晔智 谭永基 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第3期300-307,共8页
In this paper, we present the amplitude equations for the excited modes in a cross-diffusive predator-prey model with zero-flux boundary conditions. From these equations, the stability of patterns towards uniform and ... In this paper, we present the amplitude equations for the excited modes in a cross-diffusive predator-prey model with zero-flux boundary conditions. From these equations, the stability of patterns towards uniform and inhomogenous perturbations is determined. Furthermore, we present novel numerical evidence of six typical turing patterns, and find that the model dynamics exhibits complex pattern replications: for μ1 〈μ ≤μ2, the steady state is the only stable solution of the model; for μ2 〈 μ ≤ μ4, by increasing the control parameter μ, the sequence Hπ-hexagons→ Hπ- hexagon-stripe mixtures → stripes → H0-hexagon-stripe mixtures → H0-hexagons is observed; for μ 〉 μ4, the stripe pattern emerges. This may enrich the pattern formation in the cross-diffusive predatorprey model. 展开更多
关键词 CROSS-DIFFUSION turing instability pattern selection amplitude equations
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