随机环境下两类群体动力学模型的大时间行为分析

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有自主行为的个体所组成的群落出现的群体行为是随处可见的,所谓的“群体性”是指自治粒子群仅仅依靠有限的环境信息和简单规则逐渐形成一种有序运动的行为。这种群体行为无论在自然科学领域还是社会科学领域都具有十分重要的意义,因此对这种群体行为的建模和研究吸引了很多学者的关注。本文基于随机微分方程理论、拟梯度流理论及随机过程等理论,主要研究随机环境下Motsch-Tadmor模型(MT)、随机和连续Kuramoto模型的群体行为,所得主要结果如下:首先研究随机环境下MT模型的群体行为。本文主要针对乘性白噪声对MT模型群体行为的影响,展开分析与研究。首先文中采用一种新的证明方法将MT模型发生无条件群体行为的临界指数β扩大到1/2(其中参数β表示个体之间相互作用的强度指数);接着对基于乘性白噪声影响的随机MT模型群体行为进行研究,证明对于任意β>0,该系统能发生无条件群体行为,即每个个体的运动速度保持一致,并建立了个体之间相对速度指数收敛的估计。此外,还推导出当参数β≤1/2时,系统每个个体运动速度的收敛性。其次基于离散Kuramoto模型,分别研究加性白噪声和乘性白噪声对模型相位同步行为的影响。针对加性白噪声,证明无论振子间的耦合强度与噪声强度满足何种关系,系统在均方意义下不会发生相位同步行为。相对于加性白噪声,本文证明乘性白噪声系统会在一定条件下发生相位同步行为的充分条件。此外,本文还考虑扩展Kuramoto模型,即系统振子本身存在动力学行为,针对该模型本文首先给出对于给定初始区域M以概率p发生频率同步的临界耦合强度的定义,然后得到了在振子固有频率服从某种概率分布时,这一临界耦合强度的一个上界估计。最后利用?ojasiewicz不等式的方法研究了连续Kuramoto模型的收敛性与渐近稳定性。本文先描述当振子数N→∞时,利用强大数定律所得到的连续Kuramoto模型的具体形式,并基于?ojasiewicz不等式利用拟梯度流方法证明在初始状态和耦合强度满足一定条件时,该系统锁相解的收敛性和稳定性。为此,文中在无限维空间中建立一个关于非局部积分—微分方程的?ojasiewicz不等式的具体形式,基于该不等式得到此拟梯度系统收敛及稳定性的结论。
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