两种相互作用电机模型的聚类分析

相互作用分子机器的最大功率效率

Efficiency at maximum power of interacting molecular machines

我们研究了分子马达系统在最大功率下的效率。我们考虑两种模型的驱动蛋白电机上的微管：对于简化和详细的模型，我们发现，多体排斥效应提高了效率，在最大功率的多电机系统，相对于单电机的情况下。值得注意的是，我们发现，这种效果发生在一个有限的区域的系统参数，兼容的生物相关的范围。

分子马达与固定丝相互作用的行走

Walks of molecular motors interacting with immobilized filaments

分子马达在细胞骨架丝上的运动用直线上的定向行走来描述。允许从这条线上分离的概率很小。周围流体的运动可以用对称随机游动来描述。分离和再附着的影响计算的主方程的解析解。结果得到的分数绑定电机，他们的平均速度和位移。封闭的系统在有限的几何形状（管，板）导致一个实验上可实现的问题，这是研究在一个连续的描述，也在数值上的晶格模拟。

N相互作用马达蛋白驱动的货物的失速力

Stall force of a cargo driven by N interacting motor proteins

我们研究了一个通用的一维模型，由N马达蛋白驱动的细胞内货物对外部施加的力。该模型包括电机货物和电机电机的相互作用。货物运动由过阻尼朗之万方程描述，而电机动力学由跳跃率指定，该跳跃率遵循相对于每个跳跃事件能量变化的局部细致平衡条件。基于这个模型，我们表明，失速力，平均外力对应于零平均货物速度，是完全独立的相互作用的细节，因此，总是等于单个电机的失速力的总和。这个精确的结果是基于一个简单的假设得出的：货物失速的（宏观）状态类似于热力学平衡状态，其特征在于任何两个微观状态之间的净概率流为零，后者由相对于货物的电机位置指定。并确定了失速状态下微态的概率分布。这些预测是在完全一致的数值模拟，使用特定形式的相互作用势进行。

相互作用的自驱动粒子的交通流：轨道和小径，车辆和囊泡

Traffic flow of interacting self-driven particles: rails and trails, vehicles and vesicles

车辆、蚂蚁和驱动蛋白发动机的一个共同特征是，它们都将来自燃料或食物的化学能转化为向前运动所需的机械能;近年来，这些物体被建模为{ \it自驱动}"粒子“。细胞骨架丝，例如，微管通过分子马达如驱动蛋白形成用于囊泡货物的细胞内运输的“轨道”网络。类似地，蚂蚁沿着小路移动，而车辆沿着车道移动。因此，交通工具和有机体以及分子马达的交通可以被建模为相互作用的自驱动粒子系统;这些是当前非平衡统计力学的兴趣。在本文中，我们指出这些模型系统的共同特点，并强调其物理性质的关键差异。

二维和三维分子马达的行走

Walks of molecular motors in two and three dimensions

与细胞骨架丝相互作用的分子马达经历由沿着丝的定向运动和在周围溶液中的扩散运动的交替序列组成的奇特的随机行走。一个合奏的电机进行了研究，与一个单一的灯丝在二维和三维的相互作用。的概率分布的时间演化的绑定和未绑定的电动机确定解析。平行于灯丝，马达的扩散强烈增强。解析表达式与蒙特卡罗模拟的结果吻合得很好。

单头分子马达KIF1A的细胞内转运

Intra-cellular transport of single-headed molecular motors KIF1A

受单头驱动蛋白KIF 1A实验的启发，我们建立了一个由相互作用的分子马达进行细胞内转运的模型。它不仅明确地捕捉到ATP水解的影响，而且还捕捉到驱动单个马达的棘轮机制。我们的模型占实验观察到的单分子性能在低密度极限，并预测一个相图，显示了水解和朗缪尔动力学的集体时空组织的电机的影响。最后，我们提供了在我们的{ \it in-vitro}实验中使用荧光标记的KIF 1A的域壁的存在的实验证据。

分子马达的力和运动生成：一种通用描述

Force and Motion Generation of Molecular Motors: A Generic Description

我们回顾了生物马达蛋白质的性质，这些蛋白质沿着极性和周期性的线性细丝运动。这种发动机的操作的物理学可以通过耦合到化学反应的简单随机模型来描述。我们分析了力和运动产生的基本特征，并在两态模型的框架下讨论了单电机的一般性质。包含大量马达（如肌肉和鞭毛）的系统激发了在简单模型框架内对许多相互作用马达的研究。在这种情况下，集体效应可能导致新的行为类型，如动态不稳定的稳定状态和振荡运动。

细胞内交通：在非常规轨道上的生物分子马达

Intra-cellular traffic: bio-molecular motors on filamentary tracks

分子马达是利用某种形式的输入能量进行机械功的大分子复合物。这些马达在其上运动的神经轨迹由蛋白质（例如，微管）或核酸（DNA或RNA）。通常，许多这样的发动机在同一轨道上同时移动，它们的集体性质与高速公路上的车辆交通有表面上的相似之处。我们开发的模型提供了“统一”的描述：在低密度极限下，一个模型捕获了单个电机的传输特性，而在更高的密度下，同一模型解释了相互作用电机的集体时空组织。通过与车辆交通的类比，我们引入了新的量来表征分子马达在其轨道上的时空组织的性质。我们展示了如何交通样的细胞内集体现象取决于相应的个别电机的机械化学。

记忆诱导的闪光马达中输运与停滞：从超扩散到聚类

Memory-Induced Transport and Arrest in Flashing Ratchets: From Superdiffusion to Clustering

研究揭示了在单文件运动中，非马尔可夫噪声诱导粒子从超扩散到聚团的动态转变，为拥挤系统输运调控提供新视角。

[3]-索烃非自主分子马达模型：几何相位、无泵浦定理与能量转导

A [3]-catenane non-autonomous molecular motor model: geometric phase, no-pumping theorem, and energy transduction

本文研究了由两个小环与大环互锁而成的[3]-索烃非自主分子马达模型，利用随机热力学解析了其在时间相关驱动下的动力学，揭示了无泵涌定理要求能量与势垒同时改变才能产生净运动，并在绝热极限下以曲面积分修正了小环净运动表达式，最后提出了阶跃驱动下优化电流与自由能转导的策略。

由Kardar-Parisi-Zhang曲面驱动的非交互被动滑块的强聚类

Strong clustering of non-interacting, passive sliders driven by a Kardar-Parisi-Zhang surface

我们研究了被动的，非相互作用的粒子在波动场和随机噪声的影响下移动的集群，在一维。在我们的情况下，脉动场由Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）方程控制的表面提供，滑动颗粒遵循局部表面斜率。由于KPZ方程可以映射到有噪声的Burgers方程，因此问题转化为Burgers流体中的被动标量问题。我们研究的情况下，在相同的方向上移动的粒子的表面，相当于在流体语言中的平流。离散晶格模型上的蒙特卡罗模拟揭示了被动粒子的极端聚集。利用两点密度-密度关联函数的标度性质定义了强聚类状态。我们的模拟表明，该状态对改变表面和粒子的更新速度的比率是鲁棒的。在一个平稳的表面和有限的噪音的平衡极限，一个获得西奈模型的随机步行者在随机景观。在这个限制，我们得到的分析结果，使封闭形式的表达式被发现的数量感兴趣。令人惊讶的是，这些结果的平衡问题显示出良好的协议，在非平衡制度的结果。

局部交互智能体网络中的任意度分布和高聚集性

Arbitrary degree distribution and high clustering in networks of locally interacting agents

许多现实世界的网络，如社交网络，主要是通过代理之间的本地交互形成的。此外，与常见的网络模型相比，社会和生物网络表现出高度的聚类性。在这里，我们构建了一类基于度量空间上的局部相互作用的网络增长模型，能够产生任意的度分布以及类似于生物网络的自然高度聚类。作为一个具体的例子，我们研究的情况下，随机行走的代理人，虽然大多数结果持有任何线性随机动力学。当特工们在指定的地点见面时，我们称之为"会合点"。"会合点的空间分布决定了网络的关键特征，如度分布。对于任何任意（单调）度分布，我们能够解析求解所需的交会点分布。

量子二重奏作为自主热马达工作

Quantum duets working as autonomous thermal motors

研究了由两个量子布朗粒子组成的热自治机器的动力学性质，每个量子布朗粒子与不同温度的环境接触，并沿周期性正弦轨道运动。当这样的轨道移动时，系统的质心表现出非零速度，为此，我们提供了一个精确的表达式，在小的轨道波动的限制。我们讨论了空间对称性破缺在热机定向运动中的作用。然后，我们考虑的情况下，外部确定性的力施加到系统，并表征其稳态速度。如果施加的外力与系统运动相反，则可以从这种稳态热机中提取功，而无需任何外部循环协议。当两个粒子没有相互作用时，我们的结果退化到文献的结果。[1，2]对于在周期倾斜势中运动的单个粒子。最后，我们使用我们的结果的电机速度检查的有效性的量子分子动力学算法在非线性，非平衡制度。

相互作用错误的空间聚类：Levy飞行与高斯跳跃

Spatial clustering of interacting bugs: Levy flights versus Gaussian jumps

研究了一类同类个体进行二维马尔可夫连续时间随机游动并经历繁殖和死亡的生物竞争模型。竞争是通过假设的繁殖率取决于在附近的拥挤。空间动力学对应于以高斯跳跃为特征的正常扩散或以Lévy飞行为特征的超扩散。据观察，在这两种情况下，周期性的模式发生适当的参数的模型，表明一般的宏观系统的集体行为的影响更强烈的竞争的资源，而不是由类型的空间动态。然而，出现了一些差异进行了讨论。

作为交互粒子系统的数据集：聚类框架

Datasets as Interacting Particle Systems: a Framework for Clustering

在本文中，我们提出了一个框架的灵感来自相互作用的粒子物理学和设计执行多维数据集的聚类。为此，任何给定的数据集被建模为一个相互作用的粒子系统，假设数据集的每个元素对应于一个不同的粒子，粒子的相互作用是通过高斯势渲染。此外，评估粒子相互作用的方式取决于控制底层高斯模型形状的参数。原则上，根据参数所采用的值，可以识别不同的邻近颗粒簇。在高斯势中引入这种自由度的目的是允许多分辨率分析。特别是，在通过一个标准的社区检测算法，多分辨率分析付诸实践，反复运行的算法上的一组邻接矩阵，每个依赖于一个特定的值的参数，控制高斯电位的形状。结果，在给定数据集上获得不同的划分模式，从而可以更好地突出其信息，目的是识别最适当数量的聚类。在合成数据集中实现的解决方案允许识别重复模式，这似乎是有用的任务，确定最佳解决方案，同时分析其他合成和真实的数据集。

Clustering of conditional mutual information for quantum Gibbs states above a threshold temperature

We prove that the quantum Gibbs states of spin systems above a certain threshold temperature are approximate quantum Markov networks, meaning that the conditional mutual information decays rapidly with distance. We demonstrate the exponential decay for short-ranged interacting systems and power-law decay for long-ranged interacting systems. Consequently, we establish the efficiency of quantum Gibbs sampling algorithms, a strong version of the area law, the quasi-locality of effective Hamiltonians on subsystems, a clustering theorem for mutual information, and a polynomial-time algorithm for cl…

Open Quantum Rotors: Connecting Correlations and Physical Currents

We consider a finite one-dimensional chain of quantum rotors interacting with a set of thermal baths at different temperatures. When the interaction between the rotors is made chiral, such a system behaves as an autonomous thermal motor, converting heat currents into non-vanishing rotational ones. Such a dynamical response is strongly pronounced in the range of the Hamiltonian parameters for which the ground state of the system in the thermodynamic limit exhibits a quantum phase transition. Such working points are associated with large quantum coherence and multipartite quantum correlations wi…

任意温度下一维长程相互作用系统的聚类定理

Clustering theorem in 1D long-range interacting systems at arbitrary temperatures

该研究针对一维量子长程相互作用系统的热相变问题，通过量子信念传播改进团簇展开方法，推导了任意温度下适用于快于r⁻²衰减相互作用的聚类定理，证明超多项式衰减相互作用的一维系统无相变，拓展了相关理论。

双通道非对称耦合TASEP的集体动力学及相互作用的Langmuir动力学

Collective dynamics on a two-lane asymmetrically coupled TASEP with mutually interactive Langmuir Kinetics

基于最近对微管丝上马达蛋白簇集的实验观察，我们研究了一个开放的系统，该系统由两个完全不对称的简单排斥过程组成，在不对称耦合条件下，通过朗缪尔动力学（LangmuirKinetics）在两个泳道中与周围环境相互作用.在修正的Langmuir动力学中，吸附和脱离速率取决于最近邻位点的构型。我们在连续平均场论的框架内分析了模型，并利用边界层分析得到了相图和密度分布。讨论了相互作用对两种不同情况下的附着和分离（LK）率的相图的影响。在对称LK动力学下，相图的拓扑结构与无相互作用时相似;而在反对称情形下，当吸引/排斥相互吸引达到某一临界值后，相图的性质发生了显著变化.此外，研究表明相互作用的类型会影响马达蛋白的动力学特性。通过广泛的蒙特卡罗模拟的理论研究结果进行检查。

相互作用的随机约束满足问题

Interacting Copies of Random Constraint Satisfaction Problems

研究相互作用的随机约束满足问题，发现耦合强度影响解空间聚类阈值及算法性能。

两个通过堵塞和吸引力相互作用的跑停粒子的稳态与混合

Steady state and mixing of two run-and-tumble particles interacting through jamming and attractive forces

研究两个跑停粒子在吸引力与堵塞作用下的长时间行为，给出显式不变测度并分析弛豫性质，发现线性势下总变差距离指数衰减，谐波势下给出Wasserstein型指数界。

相互作用粒子的生、死与扩散

Birth, death and diffusion of interacting particles

基于个体的化学或生物动力学模型通常考虑个体实体在空间中扩散并执行出生-死亡类型的动力学。在这项工作中，我们研究的性质，在这个类的出生动力学是由当地的，在给定的距离内，粒子的密度介导的模型。在系统中形成的个人团体，在本文中，我们集中在这些集群的属性（寿命，大小和集体扩散）的研究。特别是，在相互作用距离接近系统大小的限制下，出现了一个独特的集群，这有助于理解和表征模型的集群动力学。