托马斯·沃伊塔;亚历克斯·沃霍文 分数布朗运动的概率密度和带有吸收壁的分数朗之万方程。 (英语) Zbl 1504.60059号 《统计力学杂志》。理论实验。 2021年,第3期,文章编号033215,27 p.(2021). 摘要:分数布朗运动和分数朗之万方程是以时间长程幂律关联为特征的异常扩散过程模型。我们利用大规模计算机模拟在两种几何结构中研究这些模型,(i)粒子在一端有吸收壁的半无限域上的扩散,(ii)两端有吸收边界、中心有源的有限区间上的稳态。我们证明,如果将反常扩散指数(α)替换为(2-alpha),分数阶Langevin方程的概率密度和其他性质可以映射到由相同噪声驱动的分数阶布朗运动的相应量上。相反,分数布朗运动和分数朗之万方程的性质反射最近的研究表明,边界在性质上彼此不同。具体地说,我们发现在长期极限下,靠近吸收壁的概率密度表现为距离吸收壁的距离(x)为(P(x)sim x ^ kappa)。在分数布朗运动的情况下,如先前推测的那样,(kappa)随反常扩散指数(alpha)的变化而变化。我们还将模拟结果与分数布朗运动的微扰分析方法进行了比较。 引用于三文件 MSC公司: 60G22型 分数过程,包括分数布朗运动 60公里50 异常扩散模型(细分扩散、超扩散、连续时间随机漫步等) 82立方31 随机方法(Fokker-Planck、Langevin等)应用于含时统计力学问题 关键词:分数布朗运动;分数阶朗之万方程;扩散,扩散;随机过程 软件:长备忘录 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{T.Vojta}和\textit{A.Warhover},J.Stat.Mech。理论实验2021,第3期,文章ID 033215,27页(2021;Zbl 1504.60059) 全文: 内政部 arXiv公司 参考文献: [1] 爱因斯坦:1956年布朗运动理论研究(纽约:多佛)·Zbl 0071.41205号 [2] 冯·斯莫卢肖夫斯基M 1918 Versuch einer mathematischen theorie der koagulationskinetik kolloider Lösungen Z.Phys。化学92U 129·doi:10.1515/zpch-1918-9209 [3] Langevin P 1908《棕色运动之路》(Sur la théorie du movement brownien C.R.Acad.)。科学。146 530-3巴黎·传真:39.0847.03 ·数字对象标识代码:10.1119/1.18725 [4] 休斯B 1995随机行走与随机环境第1卷:随机行走(牛津:牛津大学出版社)·Zbl 0820.60053号 [5] Metzler R和Klafter J 2000《异常扩散的随机游走指南:分数动力学方法物理学》。代表339 1-77·Zbl 0984.82032号 ·doi:10.1016/s0370-1573(00)00070-3 [6] Höfling F和Franosch T 2013生物细胞拥挤世界中的异常运输。物理76 046602·doi:10.1088/0034-4885/76/4/046602 [7] Bressloff P C和Newby J M 2013细胞内转运随机模型Rev.Mod。物理85 135-96·doi:10.1103/revmodphys.85.135 [8] Metzler R、Jeon J-H、Cherstvy A G和Barkai E 2014年反常扩散模型及其特性:非平稳性、非遍历性和单粒子跟踪物理百年老化。化学。化学。物理16 24128-64·doi:10.1039/c4cp03465a [9] Meroz Y和Sokolov I M 2015 A确定次扩散机制的工具箱Phys。代表573 1-29·doi:10.1016/j.physrep.2015.01.002 [10] Metzler R、Jeon J-H和Cherstvy A G 2016脂质膜中的非布朗扩散:实验和模拟Biochim。生物物理学。生物医学学报1858 2451-67·doi:10.1016/j.bbamem.2016.01.022 [11] Xie X S,Choi P J,Li G-W,Lee N K和Lia G 2008活细菌细胞分子生物学单分子方法。生物物理版37 417-44·doi:10.1146/annurev.biophys.37.092607.174640 [12] Bräuchle C、Lamb D C和Michaelis J 2012单粒子追踪和单分子能量转移(Weinheim:Wiley) [13] Manzo C和Garcia-Parajo M F 2015单粒子追踪进展综述:从方法到生物物理见解。物理78 124601·doi:10.1088/0034-4885/78/12/124601 [14] Szymanski J和Weiss M 2009解释拥挤流体物理中异常扩散的起源。修订稿103 038102·doi:10.1103/physrevlett.103.038102 [15] Magdziarz M、Weron A、Burnecki K和Klafter J 2009分数布朗运动与连续时间随机行走:亚扩散动力学物理的简单测试。修订稿103 180602·doi:10.1103/physrevlett.103.180602 [16] Weber S C、Spakowitz A J和Theriot J A 2010细菌染色体位点通过粘弹性细胞质Phy次扩散移动。修订稿104 238102·doi:10.1103/physrevlett.104.238102 [17] Jeon J H、Tejedor V、Burov S、Barkai E、Selhuber-Unkel C、Berg-Sörensen K、Oddershede L和Metzler R 2011脂质颗粒Phys的体内异常扩散和弱遍历性破坏。修订稿106 048103·doi:10.1103/physrevlett.106.048103 [18] Jeon J H、Monne H M S、Javanainen M和Metzler R 2012磷脂和胆固醇在脂质双层中的异常扩散及其起源Phys。修订稿109 188103·doi:10.1103/physrevlett.109.188103 [19] Tabei S M A、Burov S、Kim H Y、Kuznetsov A、Huynh T、Jureller J、Philipson L H、Dinner A R和Scherer N F 2013胰岛素颗粒的细胞内转运是一个次级随机行走过程。美国国家科学院。科学110 4911-6·doi:10.1073/美国国家统计局.1221962110 [20] Chakravarti N和Sebastian K L 1997聚合物化学分数布朗运动模型。物理学。信函267 9-13·doi:10.1016/s009-2614(97)00075-4 [21] Panja D 2010反常聚合物动力学的广义langevin方程公式J.Stat.Mech.2010 L02001·Zbl 07230106号 ·doi:10.1088/1742-5468/2010/02/l02001 [22] Mikosch T、Resnick S、Rootzén H和Stegeman A 2002网络流量是由稳定的lévy运动还是分数布朗运动估计的?附录申请。概率12 23-68·Zbl 1021.60076号 ·doi:10.1214/aoap/1015961155 [23] Janušonis S、Detering N、Metzler R和Vojta T 2020 Serotonergic轴突作为分数布朗运动路径:区域密度前沿自组织的见解。公司。神经科学14 56·数字对象标识代码:10.1101/2019.12.27.889725 [24] Comte F和Renault E 1998连续时间随机波动率模型数学中的长记忆。财务8 291·Zbl 1020.91021号 ·doi:10.1111/1467-9965.00057 [25] Rostek S和Schöbel R 2013关于分数布朗运动用于经济金融建模的注释。型号:30 30-5·doi:10.1016/j.econmod.2012.09.003 [26] Kolmogorov A N 1940 Wienersche spiralen und einige andere interestante kurven im hilbertschen raum C.R.学院。科学。URSS26 115-8号·JFM 66.0552.03号 [27] Mandelbrot B B和Van Ness J W 1968分数布朗运动、分数噪声和应用SIAM Rev.10 422-37·Zbl 0179.47801号 ·数字对象标识代码:10.1137/1010093 [28] Kahane J P 1985函数的一些随机序列(剑桥:剑桥大学出版社)·Zbl 0571.60002号 [29] Yaglom A M 1987平稳和相关随机函数的相关理论(海德堡:斯普林格)·Zbl 0685.62078号 [30] Beran J 1994长记忆过程统计(纽约:查普曼和霍尔)·Zbl 0869.60045号 [31] Biagini F,Hu Y,Øksendal B和Zhang T 2008分数布朗运动随机微积分及其应用(柏林:Springer)·Zbl 1157.60002号 ·doi:10.1007/978-1-84628-797-8 [32] Redner S 2001《首次通过过程指南》(剑桥:剑桥大学出版社)·Zbl 1128.60002号 ·doi:10.1017/CBO9780511606014 [33] Hansen A、Engöy T和Mólöy K J 1994用第一回归法测量赫斯特指数分形02 527-33·Zbl 0937.60500号 ·doi:10.1142/s0218348x94000740 [34] Ding M和Yang W 1995分数布朗运动第一返回时间的分布及其在开关间歇物理研究中的应用。版次E 52 207-13·doi:10.103/千年收入.52.207 [35] Krug J、Kallipas H、Majumdar S N、Cornell S J、Bray A J和Sire C 1997波动界面Phys的持久性指数。版次:E 56 2702-12·doi:10.103/千年收入.56.2702 [36] Molchan G M 1999分数布朗运动的最大值:小值的概率Commun。数学。物理205 97-111·兹标0942.60065 ·doi:10.1007/s002200050669 [37] Jeon J-H、Chechkin A V和Metzler R 2011二维楔形域Europhys分数布朗运动的首次通过行为。信函94 20008·doi:10.1209/0295-5075/94/2008 [38] Aurzada F和Lifshits M A 2019抛物线域理论概率中分数布朗运动的首次退出时间。申请64 490-7·Zbl 1480.60088号 ·doi:10.1137/s0040585x97t989659 [39] Klimontovich Y L 1995开放系统统计理论第1卷:主动系统过程动力学描述的统一方法(Dordrecht:Kluwer学术版)·Zbl 0889.60100号 ·doi:10.1007/978-94-011-0175-2 [40] Kubo R 1966波动分配定理。物理29 255-84·Zbl 0163.23102号 ·doi:10.1088/0034-4885/29/1/306 [41] Lutz E 2001分数Langevin方程物理。版本E 64 051106·doi:10.1103/physreve.64.051106 [42] Wada A H O和Vojta T 2018分数布朗运动与反射墙物理。版次:E 97 020102·doi:10.1103/physreve.97.020102 [43] Wada A H O、Warhover A和Vojta T 2019反射分数布朗运动的非高斯行为J.Stat.Mech.2019 033209·Zbl 07382808号 ·doi:10.1088/1742-5468/ab02f1 [44] Guggenberger T、Pagnini G、Vojta T和Metzler R 2019有限区间内的分数布朗运动:相关性影响边界附近粒子的耗竭或吸积区New J.Phys.21 022002·doi:10.1088/1367-2630/ab075f [45] Vojta T、Halladay S、Skinner S、Janušonis S、Guggenberger T和Metzler R 2020反映了一维和更高维物理中的分数布朗运动。版本E 102 032108·doi:10.1103/physreve.102.032108 [46] Vojta T、Skinner S和Metzler R 2019带有反射壁的分数阶Langevin方程的概率密度Phys。版次:E 100 042142·doi:10.10103/千年收入.100.042142 [47] Chatelain C、Kantor Y和Kardar M 2008聚合物易位物理的概率分布。版本E 78 021129·doi:10.1103/千年收入780.21129 [48] Zoia A,Rosso A和Majumdar S N 2009半无限域Phys中自仿射过程的渐近行为。修订稿102 120602·doi:10.10103/physrevlett.102.120602 [49] Wiese K J、Majumdar S N和Rosso A 2011,存在吸收边界Phys时分数布朗运动的微扰理论。版本E 83 061141·doi:10.1103/physreve.83.061141 [50] Delorme M和Wiese K J 2015分数布朗运动的最大值:摄动理论物理的分析结果。修订稿115 210601·doi:10.1103/physrevlett.1152.10601 [51] Delorme M和Wiese K J 2016分数布朗运动最大值的摄动展开。版本E 94 012134·doi:10.1103/physreve.94.012134 [52] Arutkin M、Walter B和Wiese K J 2020分数布朗运动漂移极端事件:理论和数值验证物理学。版本E 102 022102·doi:10.1103/physreve.102.022102 [53] Qian H 2003具有长程相关的分数布朗运动和分数高斯噪声过程:理论和应用ed G Rangarajan和M Ding(Berlin:Springer)第22-33页·doi:10.1007/3-540-44832-22 [54] Makse H A、Havlin S、Schwartz M和Stanley H E 1996为大系统Phys生成远程相关性的方法。版次E 53 5445-9·doi:10.1103/physreve.53.5445 [55] L'Ecuyer P 1999最大等分布组合lfsr生成器的表Math。计算68 261-9·Zbl 0917.65003号 ·doi:10.1090/s0025-5718-99-01039-x [56] Marsaglia G 2005发布到sci.math.num分析的双精度RNG [57] Zwanzig R 2001非平衡统计力学(牛津:牛津大学出版社)·Zbl 1267.82001年 [58] Hänggi P 1978广义(非马尔科夫)朗之万方程Z.Phys.的相关函数和主方程。乙31 407-16·doi:10.1007/bf01351552 [59] Goychuk I 2012粘弹性次扩散:广义Langevin方程方法(纽约:Wiley)第187-253页 [60] Yan Y、Pal K和Ford N J 2013求解分数阶微分方程的高阶数值方法Bit Numer。数学54 555-84·Zbl 1304.65173号 ·doi:10.1007/s10543-013-0443-3 [61] Cao J和Xu C 2013分数阶常微分方程数值解的高阶模式J.Comput。物理238 154-68·Zbl 1286.65092号 ·doi:10.1016/j.jp.2012.12.013 [62] Gao G-h,Sun Z-Z和Zhang h-w 2014一个新的分数阶数值微分公式,用于近似caputo分数阶导数及其应用J.Compute。物理259 33-50·兹比尔1349.65088 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.11.017 [63] Li C和Zeng F 2015分数阶微积分的数值方法(Boca Raton,FL:CRC出版社)·Zbl 1326.65033号 ·doi:10.1201/b18503 [64] Owolabi K和Atangana A 2019分数微分的数值方法(新加坡:Springer)·Zbl 1429.65005号 ·数字对象标识代码:10.1007/978-981-15-0098-5 [65] Wiese K J 2019分数布朗运动物理学间隔中的第一篇文章。版次:E 99 032106·doi:10.1103/physreve.99.032106 [66] Walter B和Wiese K J 2020使用自适应平分Phys对分数布朗运动的首次通过时间进行采样。版本E 101 043312·doi:10.1103/physreve.101.043312 [67] Molina-Garcia D、Sandev T、Safdari H、Pagnini G、Chechkin A和Metzler R 2018从异常扩散到正常扩散的交叉:截断幂律噪声相关性及其在脂质双层动力学中的应用新J.Phys.20 103027·doi:10.1088/1367-2630/aae4b2 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。