逻辑网络的若干反同步问题研究

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逻辑网络是一种离散时间非线性系统,其每个节点的状态、输入和输出都在某有限集合中取值。最常见二值逻辑网络也称作布尔网络,其节点状态值取1,或0;而取值超过二值的逻辑网络称为多值逻辑网络。上世纪六十年代末,Kuffman提出了布尔网络的概念,并用其描述、分析和仿真基因调控网络。随后,布尔网络引起了人们的广泛关注,尤其是近二十年来,有关布尔网络的研究得到快速发展,并在许多领域有着潜在的应用。程代展教授建立了矩阵半张量积理论,并成功用其描述和分析逻辑网络,解决了逻辑网络难以计算的难题。矩阵半张量积为逻辑网络分析和控制提供了系统方便的方法,已成为研究逻辑网络最有效的工具之一。一些学者针对布尔网络的可控性和同步问题已进行了较深入地研究,并获得了许多重要成果。随着研究的逐步深入,人们已把布尔网络研究推广到多值逻辑网络。另外,逻辑网络的其它动力学行为也引起了人们的关注,如逻辑网络的同步和反同步等问题。这篇论文在已有研究工作的基础上,探究了时滞布尔网络的反同步及控制耦合布尔网络反同步问题,并将反同步拓展到多值逻辑网络。其主要内容可概述如下:(1)针对驱动-响应布尔网络,考虑具有时滞时布尔网络的反同步问题。首先提出了两种时滞布尔网络反同步模型,其中的布尔网络控制模型Ⅰ仅考虑了网络节点具有状态时滞,而布尔网络控制模型Ⅱ不仅考虑节点具有状态时滞还考虑到两个布尔网络的耦合时滞。其次,利用矩阵半张量积方法分别研究了时滞影响下两类布尔网络的反同步问题,并分别给出了两种时滞布尔网络实现反同步的充要条件。而且,给出两个仿真实例进一步验证了结论的有效性。(2)对于驱动-响应耦合布尔网络,在响应系统中添加一反馈控制器探讨了两个布尔网络的反同步问题,给出了其在反馈控制下实现反同步的判据,并给出了满足实现反同步条件的数值仿真实例。(3)将布尔网络反同步问题推广至多值逻辑网络。运用矩阵半张量积知识将多值网络转换为离散时间系统,分析了多值逻辑网络如何能实现反同步的数学模型,并用代数方法推导出了两个多值逻辑网络达到反同步的充分必要条件,且通过具体数值仿真验证了所得结论的正确性。主要采用的研究方法如下:(1)构建布尔网络及多值逻辑网络反同步模型,并将逻辑动态系统转化为离散时间系统,分析逻辑网络反同步与同步的逻辑关系,针对不同模型推倒出他们之间一般代数关系表达式,用同步的方法证明反同步的相关结论。(2)求解具体逻辑网络各节点状态的演化轨迹需要计算大量矩阵半张量积,而Matlab具有较强的数据分析及良好的绘图功能。这篇文章选择Matlab工具进行数值仿真计算,并绘制逻辑网络随时间演化过程图,以清晰的显示方式展示出逻辑网络的反同步演化过程。
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