DOC《项目公示信息》

项目公示信息

一、项目名称:非线性系统的分岔、同步和输运特性研究

二、主要完成人情况(姓名、排名、行政职务、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目主要学术和技术创造性贡献)(基础研究类项目完成人须为20篇主要论文专著的作者) 姓名:屈世显 排名:第1主要完成人, 行政职务:陕西师范大学物理学与信息技术学院院长 技术职称:教授 工作单位:陕西师范大学 完成单位:陕西师范大学 对本项目的主要学术和技术创造性贡献:研究揭示了既不连续又不可逆映象的分岔中的吸引子共存、锁频的多重魔梯、同步的前奏动力学、循环同步斑图.

姓名:王圣军 排名:第2主要完成人, 行政职务:无 技术职称:副教授 工作单位:陕西师范大学 完成单位:陕西师范大学 对本项目的主要学术和技术创造性贡献:研究提出了随机振荡的产生机制,揭示了复杂网络结构属性中连接度负关联性的涌现机制,结构对于同步的影响,神经元动力学的吸引子转变以及对同步的抑制. 姓名:金涛 排名:第3主要完成人, 行政职务:无 技术职称:副教授 工作单位:陕西师范大学 完成单位:陕西师范大学 对本项目的主要学术和技术创造性贡献:研究揭示了非同步耦合振子系统描述的低维热传导中的动力学局域化机制与热阻特性,提出了吸引子网络中斑图识别一种的方法. 姓名:张林 排名:第4主要完成人, 行政职务:无 技术职称:副教授 工作单位:陕西师范大学 完成单位:陕西师范大学 对本项目的主要学术和技术创造性贡献:研究了非线性耦合的机械振子在光场驱动下的自持振荡行为和自持振荡所导致的光场高次谐波谱的产生. 姓名:王恒通 排名:第5主要完成人, 行政职务:无 技术职称:副教授 工作单位:陕西师范大学 完成单位:陕西师范大学 对本项目的主要学术和技术创造性贡献:研究揭示自突触对于神经元动力学和集体活动斑图的影响,不同类型神经元响应刺激的动力学特性 姓名:汪映海 排名:第6主要完成人, 行政职务:无 技术职称:教授 工作单位:兰州大学 完成单位:兰州大学 对本项目的主要学术和技术创造性贡献:研究揭示了复杂网络结构对于同步的影响,神经元动力学的吸引子转变以及对同步的抑制.

三、完成人合作关系说明 屈世显王圣军金涛合作完成了同步过程的动力学特性、能量输运的研究.王圣军汪映海王恒通等完成了神经网络上的动力学特性、同步属性的研究.

四、主要完成单位排序及贡献 第1完成单位陕西师范大学 作为本项目的依托单位,陕西师范大学为项目的顺利完成并取得优异成绩做出了重要贡献,主要表现为: 1)组织并完成了项目策划和实施工作;

2)为项目的顺利实施提供了人力资源与优质的工作环境与场所;

3)提供了本项目所需的设备、能源、图书资料和数据库等资源. 第2完成单位西安石油大学 作为本项目的合作单位,西安石油大学为项目的顺利完成并取得优异成绩做出了重要贡献,主要表现为: 1)为项目的顺利实施提供了人力资源与优质的工作环境与场所;

2)提供了本项目所需的设备、能源、图书资料和数据库等资源. 第3完成单位兰州大学 作为本项目的合作单位,兰州大学为项目的顺利完成并取得优异成绩做出了重要贡献,主要表现为: 1)为项目的顺利实施提供了人力资源与优质的工作环境与场所;

2)提供了本项目所需的设备、能源、图书资料和数据库等资源.

五、完成单位合作关系说明 本项目的主体工作依托陕西师范大学完成.关于不连续不可逆映象的部分工作,由第一完成人在西安石油大学完成.关于神经网络动力学的部分工作是完成人在兰州大学以及与兰州大学的完成人合作完成.

六、项目简介 本项目属于统计物理与复杂系统研究领域,是完成人长期持续研究非线性动力学、耦合非线性系统活动规律及其在复杂系统中应用的成果. 完成人在非线性动力学系统中具有新特征性的动力学行为方面取得了一系列成果.研究的对象包括既不连续又不可逆映象的动力学和神经元模型动力学.在不连续又不可逆映象对扰动的响应中发现了系统锁频参数区间形成多重魔梯.它不同于一般非线性系统的魔梯,不具有通常魔梯的三种特性.这些研究发现了更加复杂的锁频行为,改进了人们对于锁频行为的认识.在神经元动力学的研究中发现了放电静熄的现象,提出了耦合信号导致系统从极限环跳转到不动点的机制,增加了人们对于神经元这种非线性振子的动力学特性的认识. 完成人在多动力学单元耦合系统的研究中取得了一系列创新性成果.研究的问题包括耦合不连续映象的时空混沌,时空混沌向同步转变的规律,耦合非线性振子模拟的低维热传导,神经元模型网络中的吸引子对同步的影响,耦合的拓扑性质对同步的影响,并且研究了多单元相互之间的耦合构成的复杂网络,解释了它的一些统计性质的涌现机制.在非线性振子的同步方面,研究发现了循环同步斑图,完全周期同步的前奏动力学,放电静熄导致的中等同步态.在耦合振子模型的热传导中发现了能量局域化导致的负微分热阻.在光场驱动下的非线性耦合机械振子系统中,发现了非线性二次耦合作用激发稳定的自持振荡.在耦合结构的拓扑属性方面,提出了反匹配属性涌现的机制.

七、主要论文专著目录和主要知识产权证明目录(20篇主要论文专著目录及专利、计算机软件著作权等): 1. Sheng-Jun Wang, Guang Ouyang, Jing Guang, Mingsha Zhang, K. Y. Michael Wong, and Changsong Zhou. Stochastic Oscillation in Self-Organized Critical States of Small Systems: Sensitive Resting State in Neural Systems. Phys. Rev. Lett. 116,

018101 (2016) 2. Sheng-Jun Wang, Ru-Hai Du, Tao Jin, Xing-Sen Wu, and Shi-Xian Qu. Synchronous slowing down in coupled logistic maps via random network topology. Scientific Reports 6:23448 (2016). 3. Jing Qu , Sheng-Jun Wang, Marko Jusup and Zhen Wang, Effects of random rewiring on the degree correlation of scale-free networks, Scientific Reports 5,

15450 (2015). 4. Sheng-Jun Wang, Zhen Wang, Tao Jin and Stefano Boccaletti, Emergence of disassortative mixing from pruning nodes in growing scale-free networks, Scientific Reports

4 ,

7536 (2014). 5.Keli Yang, Xingang Wang, and Shi-Xian Qu, Cyclic synchronous patterns in coupled discontinuous maps, PHYSICAL REVIEW E 92,

022905 (2015). 6. Lin Zhang and H.Y. Kong, Self-sustained oscillation and harmonic generation in optomechanical systems with quadratic couplings, Phys. Rev. A, 89, 023847, (2014). 7. Hengtong Wang, Longfei Wang, Lianchun Yu and Yong Chen. Response of Morris-Lecar neurons to various stimuli, Phys. Rev. E 83,

021915 (2011). 8. Sheng-Jun Wang, Xin-Jian Xu, Zhi-Xi Wu, Zi-Gang Huang, and Ying-Hai Wang, In?uence of synaptic interaction on ?ring synchronization and spike death in excitatory neuronal networks, PHYSICAL REVIEW E 78,

061906 (2008 ). 9. Sheng-Jun Wang, An-Cai Wu, Zhi-Xi Wu, Xin-Jian Xu, and Ying-Hai Wang, Response of degree-correlated scale-free networks to stimuli, PHYSICAL REVIEW E 75,

046113 (

2007 ). 10. Sheng-Jun Wang, Xin-Jian Xu, Zhi-Xi Wu, and Ying-Hai Wang, Effects of degree distribution in mutual synchronization of neural networks, PHYSICAL REVIEW E 74,

041915 (2006). 11. Tao Jin, Hong Zhao, Pattern recognition using asymmetric attractor neural networks, PHYSICAL REVIEW E 72,

066111 (2005). 12. Shi-Xian Qu, Shunguang Wu, and Da-Ren He, Multiple devil'

s staircase and type-V intermittency, PHYSICAL REVIEW E 57,

402 (1998). 13. Shi-Xian Qu, Shunguang Wu, and Da-Ren He, A multiple devil'

s staircase in a discontinuous map, Physics Letters A 231,

152 (1997) 14. Sheng-Jun Wang, Zi-Gang Huang, Xin-Jian Xu and Ying-Hai Wang, Sparse connection density underlies the maximal functional difference between random and scale-free networks, Eur. Phys. J. B 86,

424 (2013) 15. Weicheng Fu, Tao Jin, Dahai He, Shixian Qu, Effect of dynamical localization on negative differential thermal resistance, Physica A 433,

211 (2015). 16. Hengtong Wang, Yueling Chen, and Yong Chen, First-spike latency of three classes of neurons. J. Theor. Biol. 328, 19-25 (2013). 17. 李静珂, 金涛, 赵鸿, 以多肽组分特异性和 GC 含量分类细菌的有效性分析, 中国科学: 物理学 力学 天文学2015年第45卷第5期:

050501 18. YANG Yan-Jin(杨言晋), DU Ru-Hai(杜如海), WANG Sheng-Jun(王圣军), Change of State of a Dynamical Unit in the Transition of Coherence, CHIN. PHYS. LETT. 32,

010502 (2015). 19. Yang Ke-Li(杨科利), Chen Hui-Yun(陈会云), Du Wei-Wei(杜伟伟), Jin Tao(金涛), and Qu Shi-Xian(屈世显), Partial and complete periodic synchronization in coupled discontinuous map lattices, Chin. Phys. B 23,

070508 (2014). 20. Qu Shi-Xian(屈世显) , Lu Yong-Zhi(卢永智), Zhang Lin(张林), and He Da-Ren(何大韧), Discontinuous bifurcation and coexistence of attractors in a piecewise linear map with a gap, Chin. Phys. B 17,

4418 (2008).

八、客观评价 本项目的代表论文在 SCI 数据库中被引用

140 次,他引

75 次.本项目的研究发表以后得到了同行研究者的关注.代表作被高水平期刊引用,包括权威的研究期刊Phys. Rev. Lett.和著名的综述期刊Phys. Rep..部分代表作被其他研究者拓展.代表作得到了引用文献的肯定的评价.一些文献评价如下: 论文[Eur. Phys. J. B (2012) 85: 182] 指出我们的代表作[PHYSICAL REVIEW E 78,

061906 (2008)]提出了一个令人惊奇的现象.引文如下: Recently, a surprising phenomenon, spike death (SD), was proposed by Wang et al. in the dynamics of the response of deterministic Hodgkin-Huxley neuron to excitatory synaptic current [44]. 并且把研究扩展到了包含噪声的情况. 论文[PhysRevLett.112.248701.2014] 引用了代表作 [PHYSICAL REVIEW E 74,

041915 (2006)],在引用中完整地介绍了代表作

12 的主要结论.引文如下: Wang et al. [14] showed that when two neuron clusters get connected, both the heterogeneity of the network and the degree (i.e., number of connections) of the connector nodes, (the nodes reached by interlinks) influence the coherent behavior of the whole system. 综述文章[Physics Reports

544 (2014) 1C122] 引用了代表作[PHYSICAL REVIEW E 74,

041915 (2006)],详细介绍了代表作的主要结论.引文如下: Furthermore, by means of computer simulations and analytical methods, Ref. [391] investigates the effects of the degree distribution in determining mutual synchronization of neural networks made of two identical layers. The main claim of Ref. [391] is that a SF topology is more effective in inducing synchronization, or in preventing the system from being synchronized, provided that the interlayer links involve the nodes with larger degrees. 论文[Biol Cybern (2010) 103:79C85] 引用了代表作 [PHYSICAL REVIEW E 72,

066111 (2005)],指出代表作基于不对称机制提出了一种斑图识别的方法.引文如下: Pattern recognition using asymmetric discrete-time networks was introduced in Jin and Zhao (2005).

九、知情同意证明

十、科学意义和价值(基础研究类项目) 推广应用情况(技术发明、技术开发、技术推广和社会公益类项目): 本项目取得的成果与同类型的基础研究相比具有创新性,是具有较高研究水平的基础研究项目.具体情况如下: 通常关于时间离散动力学系统的研究关注的是映象函数处处连续且光滑的映象.这种映象更加容易进行解析分析.但是对于很多自然界的系统,为了简化处理或模拟而进行动力学的离散化时,会得到映象函数不连续的映象.这类系统包括张弛振荡器(累积触发模型),神经元和心肌细胞,受冲击和磨擦的力学系统等.本项目关注了这种映象函数不连续的系统.我们的研究比使用多种具有连续映象函数系统的研究能够更好的描述这一大类自然界中的振荡行为.通过本项目的研究,我们揭示出这种映象具有一些更加特殊的动力学性质. 关于锁频的研究是非线性动力学以及非线性振荡的重要成就.在时间离散动力学系统中,最为重要的研究结果是受驱动映象的锁频规律可以解析地分析,锁频参数区间构成魔鬼阶梯.这个魔鬼阶梯反映了锁频行为的复杂性,同时也揭示了其中包含的规律性.通常认为魔梯具有三个特点,分别是单调性,自相似性,和锁频区间宽度的Farey 树法则.本项目的研究在这个问题上得到了创新性的成果.我们的研究指出在分段线性不连续映象中,锁频行为表现出了多重魔梯.多重魔梯不具有通常魔梯的三个属性.这表明不连续映象系统的锁频行为可以更加复杂.我们的研究完整地解释了多重魔梯的产生机制,证明它是多个传统魔梯叠加形成的.我们的研究揭示了这种更加复........