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耦合非光滑动力系统网络中的同步性:扩展主稳定函数。 (英语) Zbl 1384.34064号

摘要:主稳定函数是确定耦合极限环振荡器高维网络同步性的有力工具。在某种程度上,这种方法依赖于对围绕周期轨道的低维变分方程的分析。对于光滑动力系统,这种轨道一般不以闭合形式可用。然而,物理、工程和生物学中的许多模型都承认存在非光滑分段线性漫画,因此,可以在不依赖于轨道数值演化的情况下构建周期轨道。一个经典的例子是可激发系统的McKean模型,该模型已经在数学神经科学界进行了广泛研究。可以理解,主稳定函数不能立即应用于此类非光滑元件的网络。在这里,我们展示了如何将主稳定函数扩展到非光滑平面分段线性系统,并在此过程中证明了可以获得对网络动力学的相当深入的了解。在图中,我们强调了在耦合强度变化的情况下,在全局线性耦合网络中,节点动力学在同宿分岔附近保持平衡的逆周期双同步路径。此外,对于星形图,我们建立了一种机制来实现所谓的远程同步(其中中心振荡器不与网络的其余部分同步),即使所有振荡器都相同。我们将其与接近非光滑Andronov-Hopf分岔和极限环鞍结分岔的节点动力学进行了对比,对于极限环鞍结点分岔,不会发生同步分岔。

MSC公司:

34D06型 常微分方程解的同步
34C23型 常微分方程的分岔理论
92B20型 生物研究、人工生命和相关主题中的神经网络
34A36飞机 间断常微分方程
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Newman,M.E.J.,《网络:导论》(2010),牛津大学出版社:牛津大学出版社,牛津·Zbl 1195.94003号
[2] 阿里纳斯,A。;Díaz-Guilera,A。;Pérez-Vicente,C.J.,《复杂网络中的同步过程》。,物理D,224,27-34,(2006)·Zbl 1112.34027号
[3] Porter,M.A.和Gleeson,J.P.(2016)《网络上的动态系统:教程》。边境申请。动态。系统:修订教程4,1-79.3468887·Zbl 1369.34001号
[4] 拉泽,A.C。;Mckenna,P.J.,悬索桥中的大振幅周期振动:与非线性分析的一些新联系。,SIAM版本,32,537-578,(1990)·兹比尔0725.73057
[5] 安德罗诺夫,A。;维特,A。;Khaikin,S.,《振荡器理论》(1966),佩加蒙出版社:牛津佩加蒙出版公司·Zbl 0188.56304号
[6] Acary,V.、Bonnefon,O.和Brogliato,B.(2011)《开关电路的非光滑建模与仿真》,《电气工程讲义》,第69卷,施普林格,多德雷赫特·Zbl 1208.94003号
[7] Di Bernardo,M.、Budd,C.、Champneys,A.R.和Kowalczyk,P.(2008)《分段光滑动力系统:理论与应用》,应用数学科学,伦敦施普林格-施普林格-Verlag出版社。2368310·Zbl 1146.37003号
[8] Mckean,H.P.,Nagumo方程。,高级数学。,4, 209-223, (1970) ·Zbl 0202.16203号
[9] Fitzhugh,R.,神经膜理论模型中的冲动和生理状态。,生物物理学。J.,1445-466(1961年)
[10] Bishop,S.R.,冲击振荡器。,菲尔翻译:物理学。科学。工程,347,347-351,(1994)·Zbl 0800.70069
[11] 库姆斯,S。;Thul,R。;Wedgwood,K.C.A.,尖峰神经元模型中的非光滑动力学。,《物理学D》,2412042-2057,(2012)
[12] Thul,R。;Coombes,S.,《理解心脏交替:分段线性建模框架》,《混沌》,20,045102,(2010)·Zbl 1311.92056号
[13] O.马卡伦科夫。;Lamb,J.S.W.,非光滑系统的动力学和分岔:综述。,《物理学D》,2411826-1844,(2012)
[14] 佩科拉,L.M。;Carroll,T.L.,同步耦合系统的主稳定性函数。,物理学。修订稿。,80, 2109-2112, (1998)
[15] Ponce,E.(2014)分段线性系统中的分歧:案例研究。在:动力系统VI研讨会-MAT 70庆祝马可·安东尼奥·泰谢拉70岁诞辰的动力系统国际会议。电子版可在http://www.ime.unicampbr/rmiranda/mat70/mat70/欢迎文件/备注MAT70EPN.pdf
[16] 迪贝尔纳多,M。;巴德·C·J。;Champneys,A.R。;科瓦尔奇克,P。;Nordmark,A.B。;托斯特,G.O。;Piiroinen,P.T.,非光滑动力系统中的分歧。,SIAM版本,50,629-701,(2008)·Zbl 1168.34006号
[17] Di Bernardo,M。;马萨诸塞州费金。;Hogan,S.J。;Homer,M.E.,n维分段光滑动力系统中C-分支的局部分析。,混沌,孤子分形,101881-1908,(1999)·Zbl 0967.37030号
[18] 哈里斯·J。;Ermentrout,B.,具有非光滑发射率的Wilson-Cowan方程中的分歧。,SIAM J.应用。动态。系统。,14, 43-72, (2015) ·Zbl 1321.34062号
[19] 莱恩,R.I。;Van Campen,D.H。;Van De Vrande,B.L.,非线性不连续系统的分岔。,非线性动力学。,23, 105-164, (2000) ·Zbl 0980.70018号
[20] Filippov,A.F.,《具有间断右侧的微分方程》,(1988年),Kluwer学术出版社:Kluwer-学术出版社,诺威尔·Zbl 0664.34001号
[21] Tonnelier,A.(2007)McKean模型。学者媒体12071 doi:doi:10.4249/schorarpedia.2795·doi:10.4249/学术媒体2795
[22] Tonnelier,A.,McKean对FitzHugh-Nagumo模型I的讽刺。,SIAM J.应用。数学。,63, 459-484, (2002) ·Zbl 1036.34047号
[23] Rinzel,J.,神经传导方程行波解的空间稳定性。,生物物理学。J.,15,975-988,(1975)
[24] 辛普森,D.J.W。;Meiss,J.D.,平面、分段光滑、连续流中的Andronov-Hopf分叉。,物理学。莱特。A、 371,213-220,(2007)·Zbl 1209.37059号
[25] 徐,B。;杨,F。;Tang,Y。;Lin,M.,平面分段线性系统的同宿分支。,离散动态。自然学会,2013年,1-9月,(2013年)·Zbl 1417.37180号
[26] 利伯里,J。;Novaes,D.D。;Teixeira,M.A.,从具有两个区域的不连续分段线性可微中心的周期轨道分叉的极限环。,《国际分叉混沌》,25,1550144,(2015)·Zbl 1327.34067号
[27] 杜,Z。;李毅。;Zhang,W.,一类平面Filippov系统中周期轨道的分岔。,非线性分析:理论、方法应用。,69, 3610-3628, (2008) ·Zbl 1181.34015号
[28] 阿弗雷莫维奇,V.S。;Gonchenko,S.V。;勒曼,L.M。;Shilnikov,A.L。;Turaev,D.V.,L.P.Shilnikov的科学遗产,规则混沌动力学。,19, 435-460, (2014) ·Zbl 1353.37001号
[29] Neimark,Y.I。;Shil’Nikov,L.P.,小参数方法在具有不连续右手边的微分方程组中的应用。,伊兹夫。阿卡德。诺克SSSR,651-59,(1959)·Zbl 0087.29603号
[30] Neimark,Y.I。;Shil’Nikov,L.P.,《接近分段线性的动力系统研究》。,无线电物理。,3, 478-495, (1960)
[31] Pikovsky,A.、Rosenblum,M.和Kurths,J.(2001)《同步》。剑桥非线性科学系列,第12卷,剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 0993.37002号
[32] 阿里纳斯,A。;Díaz-Guilera,A。;库尔斯,J。;莫雷诺,Y。;周,C.,《复杂网络中的同步》。,物理学。众议员,469,93-153,(2008)
[33] Ladenbauer,J.、Lehnert,J.,Rankoohi,H.、Dahms,T.、Schöll,E.和Obermayer,K.(2013)适应控制耦合阈值模型神经元的同步和簇状态。物理学。修订版E88,042713(1-9)。
[34] 佩科拉,L.M。;Sorrentino,F。;哈格斯特罗姆,A.M。;墨菲,T.E。;Roy,R.,《具有对称性的复杂网络中的集群同步和孤立去同步》,《自然通讯》,5,(2014)
[35] 斯特尔,E。;丘金,I。;奈梅杰尔,H.,扩散耦合神经元振荡器的半无源性和同步性。,《物理D》,2382119-2128,(2009)·Zbl 1196.37126号
[36] Coombes,S.,Liapunov指数和积分与火焰动力系统的锁模解。,物理学。莱特。A、 255、49-57(1999)
[37] Coombes,S.,《带缝隙连接的神经网络:分段线性平面神经元模型的研究》。,SIAM J.应用。动态。系统。,7, 1101-1129, (2008) ·Zbl 1159.92008年
[38] A.伯格纳。;Frasca,M。;Sciuto,G。;Buscarino,A。;恩加姆加,E.J。;福图纳,L。;Kurths,J.,《恒星网络中的远程同步》。,物理学。版本E,85,026208,(2012)
[39] Frasca,M。;A.伯格纳。;Kurths,J。;Fortuna,L.,Stuart-Landau振荡器星形网络中的分岔。,《国际分叉混沌》,22,1250173,(2012)·Zbl 1270.34069号
[40] 赵,L。;贝弗林,B。;内托夫,T。;Nykamp,D.Q.,从二阶网络连接统计数据进行同步,前沿计算。神经科学。,5, 1-16, (2011)
[41] 洛达托,I。;博卡莱蒂,S。;Latora,V.,网络基序的同步特性。,欧罗普提斯。莱特。,65, 28001, (2007)
[42] 阿什温,P。;库姆斯,S。;Nicks,R.,《神经科学中振荡网络动力学的数学框架》,J.Math。神经科学。,6, (2016) ·Zbl 1356.92015号
[43] Hoppenstead,F.C。;Izhikevich,E.M.,弱连接神经网络,(1997),Springer:Springer,纽约·Zbl 0887.92003号
[44] 辛普森,D.J.W。;Kuske,R.,随机分段线性系统中的混合模式振荡。,《物理学D》,2401189-1198,(2011)·Zbl 1219.37061号
[45] 麦克阿瑟,B.D。;桑切斯·加西亚,R.J。;Anderson,J.W.,《复杂网络中的对称性》。,离散应用程序。数学。,156, 3525, (2008) ·Zbl 1168.05058号
[46] Izhikevich,E.M.,尖峰神经元的简单模型。,IEEE传输。神经网络。,14, 1569-1572, (2003)
[47] Coombes,S.和Zachariou,M.(2009)缝隙连接和紧急节律。摘自:《神经网络中的相干行为》,计算神经科学系列,施普林格,多德雷赫特,第77-94页。
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