Noise induced stabilization in population dynamics
我们研究了一个模型，其中强噪声在一个子种群创建一个亚稳态，否则不稳定的两个人口系统。诱导的亚稳态呈涡旋状，其持续时间随噪声强度呈指数增长。各种不同的标度关系，观察到的子种群噪声的相对强度。
2011-05-03 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Impact of Colored Environmental Noise on the Extinction of a Long-Lived Stochastic Population: Role of the Allee Effect
本文研究了一个具有Allee效应的长寿命、混合良好的孤立随机种群在有色环境噪声和人口噪声共同作用下的灭绝风险。环境噪声调节人口出生率和死亡率。假设Allee效应较强，环境噪声呈正相关和高斯分布，我们推导出种群大小和环境涨落联合概率分布的Fokker-Planck方程。在WKB近似中，这个方程简化为一个有效的二维哈密顿力学，其中最可能的灭绝路径和最可能的环境波动被编码在相空间中的类瞬子轨迹中。平均灭绝时间（MTE）与沿该轨迹的机械作用有关。对于短相关、长相关和相对较弱的环境噪声，我们得到了新的分析结果。MTE的种群规模依赖性从弱环境噪声的指数变化到强噪声的无依赖性，这意味着灭绝风险大大增加。该理论很容易扩展到不同的亚稳态之间的人口切换，和随机人口爆炸，由于人口和环境噪声的联合作用。
2013-03-21 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Theory of time-averaged neutral dynamics with environmental stochasticity
竞争是种群动力学的主要驱动力，它塑造了种群的遗传组成和生态群落的组装。中性模型假设所有的个体都是等价的，并且动态受人口统计（散粒）噪声的支配，具有反映突变-灭绝平衡的稳态物种丰度分布（SAD）。最近，许多经验和理论研究强调了环境变化的重要性，一致地影响整个种群的相对适合度。在这里，我们考虑两个一般的时间平均中立模型，在这两个相对适合度的每个物种的波动独立的时间，但其平均值为零。第一个模型（模型A）描述了一个具有局部竞争和出生死亡率线性适应度依赖的系统，而在第二个模型（模型B）中，竞争是全局的，适应度依赖是非线性的。由于这种非线性，模型B承认噪声诱导的稳定机制，促进新的突变体的入侵。采用自洽平均场方法将多种群问题转化为两种群问题，并给出了新出现的Fokker-Planck方程组的大$N$渐近解.我们的解析表达式，以适应SAD从广泛的蒙特卡罗模拟和相应的主方程的数值解。
2018-01-15 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Noise driven unlimited population growth
人口统计学噪声在一大类模型中会导致无限的人口增长，而在没有噪声的情况下，这些模型将预测一个稳定的有限人口。我们研究了一个随机生灭模型的例子，其中包括移民，二进制再生和死亡。无限的人口增长作为人口的亚稳态概率分布（MPD）的指数缓慢衰减而进行。我们开发了一个系统的WKB理论，辅以范坎彭系统的尺寸扩展，MPD和衰减时间。MPD的重要特征是幂律尾（使得除了第零个分布矩之外的所有分布矩发散）和两个不同WKB模式的解决方案中的存在。
2008-10-29 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Population extinction in a fluctuating environment
环境噪声可以导致孤立种群的平均灭绝时间（MTE）呈指数下降。我们研究了一个例子的随机生灭过程的有色高斯噪声调制率的影响。一个路径积分公式产生一个透明的方式来评估MTE，并找到最佳实现的环境噪声，确定最可能的路径灭绝。人口规模的依赖性的MTE的变化从指数的环境噪声的情况下，短期相关的噪声和长期相关的噪声没有依赖性的幂律。我们还建立了白噪声和绝热噪声极限的有效域。
2008-09-17 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Reducing the extinction risk of stochastic populations via non-demographic noise
我们认为非人口噪声的形式的不确定性的反应步长，并揭示了一个戏剧性的影响，这种噪声可能有自我调节种群的稳定性。采用反应方案mA->kA，但允许，例如，的产品数量k是先验未知的，并从一个给定的分布采样，我们表明，这种非人口统计噪声可以大大降低人口的灭绝风险相比，固定k的情况下。我们的分析进行了测试，对数值模拟，并通过使用不同物种的经验数据，我们认为，某些分布可能比其他更有利于进化。
2018-02-11 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Adaptive evolution on neutral networks
我们研究了大型但有限的无性种群的进化，在健身景观中，所有的突变是中性或强烈有害的。我们表明，尽管没有更高的健身基因型，适应发生的中性基因型分布更有利的地区被发现。由于这些发现通常是罕见的事件，人口动态可以细分为单独的时代，它们之间的快速过渡。在一个时期内，种群的平均适应度近似恒定。然而，时期之间的过渡通常伴随着平均适应度的显著增加。我们验证了我们的理论考虑与两个易于分析的位串模型。
2001-01-03 cond-mat.stat-mech cs.NE nlin.AO
Time-dependent Ginzburg-Landau model with noise for neutral s-wave superconductor
利用实时有限温度量子场论，通过对费米子在密度矩阵传播子中的积分，导出了中性s波超导体的含时Ginzburg-Landau模型.研究了由对破缺涨落环境引起的量子退相干。动力学在近临界区由朗之万方程描述，在零温区由非线性薛定谔方程描述。
1999-05-05 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con hep-th
Extinction in neutrally stable stochastic Lotka-Volterra models
竞争生物物种的种群表现出迷人的进化选择力的非线性动力学和随机波动所产生的相互作用的随机性质之间的相互作用。导致物种灭绝的过程受到这两个因素的影响，对物种灭绝的认识是研究进化和生物多样性的一个关键组成部分。本文研究了一类基于广义Lotka-Volterra系统的随机种群动力学模型.在中性稳定性的基础确定性模型的情况下，固有噪声对物种生存的影响是戏剧性的：它破坏了相互作用的物种在一个时间尺度上的共存成比例的人口规模。我们介绍了一种新的方法，随机平均的基础上，它允许一个减少到一个低维的有效动态定量地了解这个灭绝过程。这是分析两个高度对称的模型，可以推广到更复杂的情况下，数值。我们得到的灭绝概率分布和其他感兴趣的量与模拟结果非常吻合。
2012-04-19 cond-mat.stat-mech q-bio.PE q-bio.QM
Impact of environmental colored noise in single-species population dynamics
外部条件的变化对生物系统的动力学和组织有重要影响。在许多情况下，环境变化的特征时间尺度以及它们之间的相互关系在生命系统适应和响应环境变化的方式中起着重要作用。因此，理解种群动力学的适当数学方法需要比以下方法更精确的方法：简单的白噪声近似为了进一步阐明这个问题，在本文中，我们提出了一个统一的框架，基于不同的分析和数值工具来处理“有色”环境噪声。特别是，我们采用了“统一的有色噪声近似”映射到一个有效的白噪声的原始问题，然后我们应用标准的路径积分方法来获得分析的理解。为了具体起见，我们提出了我们的方法，使用作为指导方针的接触过程的变化-这也可以被看作是一个出生-死亡过程的马尔萨斯-Verhulst类-其中的传播或出生率随时间随机变化。我们的方法使我们能够以系统的方式处理一些有关环境变化下的种群动力学的相关问题，如确定稳定的种群密度，建立种群可能灭绝的条件，估计灭绝时间。我们专注于新兴的相图及其可能的相变，这些是如何受到环境噪声时间相关性的影响。
2017-10-02 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Effects of demographic stochasticity on biological community assembly on evolutionary time scales
我们研究了人口统计随机性对社区集会的生物协同进化模型的长期动态的影响。为了检验确定性种群动力学的有效性，引入了噪声。互惠群落对随机种群波动的依赖性很小，而捕食者-被捕食者模型对随机性的依赖性很强，这表明种群的有限性是相关的。对于捕食模型，噪声会导致种群多样性和总规模的急剧下降。在噪声影响下出现的群落由相互强耦合的物种组成，并且在固定点种群周围具有比相应的无噪声模型更强的线性稳定性。捕食者-食饵模型的演化时间尺度上的动力学也被噪声所改变。近似的$1/f$波动观察噪声，而$1/f^{2}$波动被发现的模型没有人口统计学噪声。
2010-04-04 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
A Duality Approach to the Genealogies of Discrete Non-Neutral Wright-Fisher Models
研究了群体遗传学中的离散祖先问题。在中性的情况下，对偶性的概念已被证明是特别感兴趣的理解向后的时间祖先的过程，从向前的时间分支的人口动态。我们表明，对偶公式仍然是非常有用的离散非中立Wright-Fisher模型时。这涉及一类具有完全单调（CM）偏差概率的非中性模型。我们表明，遗传学文献中使用的大多数经典偏差概率都属于这种CM类别，或者通过我们定义的某种“互惠机制”服从于它。接下来，使用CM函数的初等代数，一些建议的新的进化机制的潜在利益进行了介绍和讨论。
2008-11-06 cond-mat.stat-mech math.PR math.ST
Exactly Solvable Population Model with Square-Root Growth Noise and Cell-Size Regulation
Utrecht University（乌得勒支大学）
本文提出一个恰好可解的人口模型，其中细胞以平方根生长噪声波动增长并根据一般大小控制机制分裂，揭示了平方根噪声不影响长期适应性，且推导出细胞大小的稳态分布及种群大小波动的稳定分布。
2026-06-28 cond-mat.stat-mech math.PR q-bio.PE
Noise-induced macroscopic bifurcations in populations of globally coupled maps
研究了强耦合条件下受加性、独立噪声影响的全局耦合全同映射的种群。相反，每一个嘈杂的人口元素，平均场动力学经历了质的变化时，噪声强度的变化。在粒子数为无穷大的情况下，这些宏观分岔可以用一个确定性系统来解释，在这个系统中，每个非耦合单元的动力学特性相同，但平均场与其它序参量耦合.不同的逼近方案提出了多项式和指数函数和它们的有效性讨论的逻辑和可激发的地图。
2003-01-07 cond-mat.stat-mech
Cell size control in bacteria is modulated through extrinsic noise, single-cell- and population-growth
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Department of Mathematics, Imperial College London（帝国理工学院数学系）
该研究揭示了细菌细胞大小控制受外源噪声调节，通过随机映射统一了单细胞与群体生长模型，发现群体动态影响大小控制，并指出细菌优先维持窄的分裂大小分布。
2026-01-08 cond-mat.stat-mech q-bio.CB q-bio.PE
Population explosion suppressed by noise: Stationary distributions and how to simulate them
我们表明，两个动力系统表现出非常不同的确定性行为具有非常相似的平稳分布时，稳定的乘性高斯白噪声。我们还讨论了数值模拟这些系统的实际方面。我们表明，存在一个噪声水平，是最佳的意义上说，在此期间，离散时间版本的系统保持物理的间隔最大化。数值算例说明了分析结果。
2004-12-17 cond-mat.stat-mech
Transient behavior of a population dynamical model
研究了一类具有N个随机相互作用种群的生态系统在乘性噪声作用下的瞬态行为。乘性噪声模仿与环境的相互作用。我们调查不同的渐近动力学制度和外部噪声的局部场的概率分布的作用。
2004-09-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Noise-induced excitability: bloom, bust and extirpation in autotoxic population dynamics
University of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；IFISC (CSIC-UIB), Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos（交叉物理与复杂系统研究所（CSIC- UIB））；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）
本研究通过随机框架（源于个体模型）描述种群在环境反馈滞后下的繁荣-崩溃-灭绝动力学，识别噪声驱动的阈值行为，并刻画从兴奋态到持久态的转变，为理解不可逆转变提供理论基础。
2026-05-25 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.PE
Stochastic differential equations for evolutionary dynamics with demographic noise and mutations
我们提出了一个一般性的框架来描述有限种群中任意数量的类型的演化动力学的基础上随机微分方程（ESDs）。对于大的，但有限的人口，这允许包括人口噪声，而不需要明确的模拟。相反，种群大小只会重新调整噪声的幅度。此外，该框架允许包括不同类型之间的突变，前提是突变率$μ$与倒数群体大小1/N相比不太小。这确保了所有类型几乎总是在种群中出现，并且一种类型的偶尔灭绝不会导致该类型的长期缺失。对于$μN\ll1$，这限制了双曲正切的使用，但是在这种情况下，存在基于时间尺度分离的良好建立的替代近似。我们说明了我们的方法与突变的石头剪刀布游戏，在那里我们表现出良好的协议与模拟为基础的结果足够大的人口。在没有突变的情况下，极好的一致性延伸到小群体大小。
2012-03-15 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Flicker Noise in a Model of Coevolving Biological Populations
我们提出了一个简单的生物宏观进化模型的长蒙特卡罗模拟，其中出生，死亡和基因组突变的变化发生在单个生物体的水平。该模型显示间断的平衡和闪烁噪声与1/f-样的功率谱，符合一些当前的进化动力学理论。
2003-03-06 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Circular cumulant reductions for macroscopic dynamics of oscillator populations with non-Gaussian noise
针对非高斯噪声下相位振子群体的宏观动力学，提出基于圆累积量的低维描述方法，推导α稳定噪声的双累积量变约方程，经数值验证吻合良好，可用于研究层级振子群体中chimera态的分岔。
2023-10-09 cond-mat.stat-mech nlin.AO
Population Extinction on a Random Fitness Seascape
人口增长和灭绝的模型是一个越来越受欢迎的研究课题。然而，随机性和噪声在形成分布和结果的后果没有得到充分探讨。在这里，我们考虑一个分布式人口与逻辑增长在每个位置，受到“海景”噪声，其中人口的适应度随机变化与{ \it位置和时间}。尽管它的简单性，该模型实际上结合了定向渗流的变体，定向聚合物在随机介质中，在平均场的角度来看。人口的概率分布可以计算自洽和灭绝过渡表现出新的临界行为与指数依赖于迁移和噪声振幅的强度的比率。结果进行了比较，并与更传统的选择，由于随机变化的人口噪声在繁殖。
2020-07-23 cond-mat.stat-mech math.DS
Global dynamics of oscillator populations under common noise
作用在一群相同振子上的共同噪声可以使它们同步。我们开发了一个描述这个过程，这是不限于接近同步的状态，但提供了一个全球性的合奏演变的图片。该理论是基于Watanabe-Strogatz变换，使我们能够获得封闭的随机方程的全局变量。我们表明，在初始阶段，序参量线性增长的时间，而在后期阶段的同步收敛是指数快速。此外，我们将理论扩展到具有固有频率的Lorentzian分布的非全同系综，并确定了依赖于驱动噪声和失配的序参量的定常值。
2012-05-14 cond-mat.stat-mech nlin.AO nlin.CD
Macroscopic behavior of populations of quadratic integrate-and-fire neurons subject to non-Gaussian white noise
本文研究非高斯白噪声下二次积分放电神经元群体的宏观动力学，推导了特征函数控制方程并构建微扰理论，计算了群体平均膜电压和放电率，同时揭示了伪累积量方法仅适用于α=1和α=2的整数情形，并解释了高斯噪声下三伪累积量模型精度更高的原因。
2023-12-06 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.NC
