Convergence of a meshless numerical method for a chemotaxis system with density-suppressed motility
本文研究了一个模拟E.大肠杆菌细菌对称为酰基高丝氨酸内酯浓度(AHL)的化学引诱物的反应。该系统考虑了某些具有运动调节的细菌菌株,方程的参数代表细菌的逻辑生长、AHL扩散以及AHL的产生和降解速率。我们认为数值解的系统使用广义有限差分(GFD)方法,一种无网格方法,已知有效地计算数值解的非线性问题。本文首先阐述了该方法显式公式的推导,然后研究了显式格式的收敛性。然后,给出了规则和不规则网格上的几个例子。
2023-03-22 cs.NA math.AP math.NA
Global existence for the kinetic chemotaxis model without pointwise memory effects, and including internal variables
本文讨论了细菌运动的Othmer-Dunbar-Alt动力学模型。在以前的工作之后,我们应用分散和Eschenhartz估计来证明在转动核上的几个边界增长假设下的全局存在性。特别是,我们研究的动力学模型与内部变量考虑到复杂的分子网络内的细胞。
2008-02-16 math.AP
On the asymptotic behaviour of a run and tumble equation for bacterial chemotaxis
本文研究细菌趋化性 run and tumble 方程的渐近行为,利用 Harris 定理证明了线性及弱非线性方程在任意维度下以指数速率收敛到唯一稳态解,并构造了弱非线性模型的稳态解及亚强制性结果。
2023-07-06 math.AP math.PR
Global smooth solutions for a hyperbolic chemotaxis model on a network
本文研究了一个半线性双曲-抛物系统,该系统模拟了在有向弧网络上演化的生物现象。我们证明了这个问题的全局(在时间上)光滑解的存在性。结果是通过使用能量估计与适当的传输条件在节点。
2014-11-22 math.AP
Global solutions for a chemotaxis hyperbolic-parabolic system on networks with nonhomogeneous boundary conditions
在本文中,我们研究了一个半线性双曲抛物系统作为一个模型的一些趋化现象的网络上发展,我们认为在内部节点的传输条件,保持通量和非齐次边界条件,在头脑中的现象与流入的细胞和食物提供在网络出口。我们给出了一些条件的边界数据,以确保存在的稳定的解决方案,我们证明了这些是一类整体解的渐近轮廓。
2018-09-12 math.AP
Stationary solutions and asymptotic behaviour for a chemotaxis hyperbolic model on a network
本文研究了一类半线性双曲抛物方程组定常解的存在唯一性及整体解的渐近性态。该系统是一个由有限个节点和有向弧组成的网络上进化的一些生物现象的模型。在每个内部节点处设置的未知数的传输条件是模型的关键特征。
2017-07-10 math.AP
Convergence to nonlinear diffusion waves for a hyperbolic-parabolic chemotaxis system modelling vasculogenesis
在本文中,我们关注的是一个准线性双曲抛物系统的持久性和内源性趋化性血管生成模型$\mathbb{R}$。在对压力函数作适当的结构假设的基础上,根据文献中的经验结果,我们首先预言系统在$\mathbb{R}$中存在非线性扩散波。证明了当波强较小时,方程组的解将局部渐近收敛于该非线性扩散波。利用时间加权能量估计,我们进一步证明了非线性扩散波的收敛速度是代数的。
2021-11-17 math.AP
Contraction for large perturbations of traveling waves in a hyperbolic-parabolic system arising from a chemotaxis model
本文考虑一类双曲抛物方程组,该方程组由具有奇异灵敏度的Keller-Segel方程描述,其方程组由血管生成中的趋化性模型产生。已知允许粘性冲击(所谓的行波)。我们引入了系统的相对熵,它可以捕获在几乎$L^2$意义下,在给定时间的解与给定冲击波的接近程度。当激波强度足够小时,我们证明了对于任何大的初始扰动,泛函都是不随时间增加的。收缩性质与扩散的强度无关。
2019-04-27 math.AP
Boundary effect on asymptotic behaviour of solution to the hyperbolic-parabolic chemotaxis system
本文研究半直线上拟线性双曲-抛物趋化系统解的全局存在性与稳定性,在两种边界条件下建立渐近状态方程解的存在唯一性,证明原方程解的非线性渐近稳定性,并给出收敛速率。
2025-09-24 math.AP
On a Parabolic-Hyperbolic Chemotaxis System with Discontinuous Data: Well-posedness, Stability and Regularity
由于竞争耗散和双曲效应的耦合,抛物-双曲方程组的全局动力学和正则性是偏微分方程中一个有趣的课题。本文研究了一类由描述肿瘤血管生成动力学的趋化模型导出的抛物-双曲方程组的Cauchy问题。结果表明,当时间趋于无穷大时,具有大振幅间断数据的Cauchy问题存在整体弱解,且整体弱解收敛于一个常值点(分别为粘性冲击波),如果在远场的初始值的渐近状态是相等的(分别为不等)。我们的结果改进了以前的结果,其中要求初始值是连续的,有小的振幅。通过数值模拟验证了我们的分析结果,说明了解的可能正则性,并推测了获得该抛物-双曲方程组的光滑(经典)解所需的初始数据的最小正则性.
2019-09-07 math.AP
The hyperbolic-parabolic chemotaxis system for vasculogenesis: global dynamics and relaxation limit toward a Keller-Segel model
在临界正则性条件下,研究了描述血管网络形成的欧拉型双曲-抛物型趋化聚集系统。在齐次混合Besov空间中,对于围绕一个常数平衡态的小初值,建立了具有一般压力律的Cauchy问题的整体经典解的适定性.然后,在对初始数据的附加正则性假设下,分析了全局解的最优时间衰减率。进一步证明了双曲-抛物系统的松弛极限(大摩擦极限)。结果表明,当摩擦系数趋于零时,双曲-抛物趋化系统的整体解以显式的收敛速度收敛到Keller-Segel方程的整体解.为了捕捉非线性系统的耗散特性,我们的方法依赖于在低频引入新的有效未知量,并根据Beauchard和Zuazua在[5]中的精神构造Lyapunov泛函来处理高频。
2023-03-16 math.AP
Asymptotic stability of strong rarefaction waves to a parabolic-hyperbolic system arising from chemotaxis
Northeast Normal University(东北师范大学)
本文研究趋化性抛物-双曲系统在强稀疏波扰动下的渐近行为,通过能量法证明小扰动初值问题存在唯一全局解且随时间收敛到稀疏波,且结果与波强度无关。
2026-10-22 math.AP
Singular convergence of nonlinear hyperbolic chemotaxis systems to Keller--Segel type models
本文研究了Euler型非线性系统的扩散弛豫极限,模拟了细胞向Keller-Segel型系统的趋化运动。近似系统是双曲-抛物或双曲-椭圆。它们都具有由\emph{volume filling effect}引起的非线性压力项,该项考虑了细胞不相互渗透的事实。主要的收敛结果依赖于补偿紧工具,并在适当的假设下获得大的初始数据的近似解。为了证明这样的假设,我们还证明了存在的初始数据是一个常数状态的小扰动的结果。通过经典的Friedrichs对称化和线性化证明了这一结果。为了简化复盖,我们将复盖限制在二维周期边界条件下。
2008-07-24 math.AP
Travelling waves in hybrid chemotaxis models
趋化性的混合模型结合了基于代理的细胞模型和细胞外化学信号的偏微分方程模型。本文研究了细菌趋药性混合模型的行波性质。使用基于代理(基于个体)的方法与描述信号转导的内部动力学对细菌进行建模。除了细菌的趋化行为外,基于个体的模型还包括细胞增殖和死亡。细胞消耗细胞外营养场(化学引诱物),这是使用偏微分方程建模。介观和宏观方程表示的混合模型的行为,推导出这些模型的行波解的存在性。结果表明,细胞增殖是必要的混合模型中的非瞬态(平稳)行波的存在。此外,连续模型和混合模型的波速之间的数值比较显示出良好的协议的情况下,弱趋药性和定性协议的强趋药性的情况下。在缓慢的细胞适应的情况下,我们检测到振荡行为的波,这是不能解释的平均场近似。
2013-02-11 math.AP physics.bio-ph q-bio.PE
A hyperbolic model of chemotaxis on a network: a numerical study
INRIA Sophia-Antipolis(法国索菲亚安蒂波利斯国家信息与自动化研究所);Istituto per le Applicazioni del Calcolo “M. Picone” – Consiglio Nazionale delle Ricerche(意大利国家研究委员会计算应用研究所);Laboratoire J.A.Dieudonné, UMR 6621 CNRS, Université de Nice Sophia Antipolis(尼斯索菲亚安蒂波利斯大学让·勒雷数学与理论物理实验室)
本文针对一维空间网络上具有节点传输条件的半线性双曲趋化性模型,提出一种保证全局质量密度守恒且能正确近似平衡源项效应的数值格式,并通过数值实验验证解的性态及格式的稳定性与精度。
2012-06-13 cs.NA math.AP math.NA
Nonlinear stability of composite waves of traveling wave and rarefaction wave for a parabolic-hyperbolic system arising from chemotaxis
Jiangxi Normal University(江西师范大学);Northeast Normal University(东北师范大学)
本文研究趋化性抛物-双曲系统中行波与稀疏波复合波的非线性稳定性,通过加权相对熵与能量结构结合,证明小扰动下全局解收敛于复合波。
2026-09-22 math.AP
Stationary solutions with vacuum for a hyperbolic-parabolic chemotaxis model in dimension two
本研究针对二维带非线性压强的双曲-抛物趋化模型,在径向对称情形下得到两类带真空的非平凡定常解,证明了两类完整凸峰解的不存在性,解的结构与体外血管网络及已有数值结果相似。
2025-01-17 math.AP math.CA
Global well-posedness of large perturbations of traveling waves in a hyperbolic-parabolic system arising from a chemotaxis model
我们考虑一个一维系统所产生的肿瘤血管生成的趋化性模型,这是由一个Keller-Segel方程奇异灵敏度。已知该双曲抛物系统允许粘性激波(所谓的行波),并且在文献中,它们的非线性稳定性被认为是在某些平均零小扰动类中。我们证明了该解的全局存在性,而无需假设任何初始数据的平均零条件为索伯列夫空间$H^1$中行波周围的任意大扰动,同时假设冲击强度足够小。本文的主要创新之处是发展了任意大的$H^1$扰动行波连接两个不同的端态的整体适定性。端态的差异与相应通量的复杂性有关,这需要一种新的能量估计。为了克服这一问题,我们使用了Choi-Kang-Kwon-Vasseur证明的关于平移的加权相对熵泛函的先验压缩估计.移位的有界性意味着相对熵泛函在任何时间间隔上没有移位的先验界,这产生了$H^1$ -估计,这要归功于De Giorgi型引理。此外,为了消除真空出现的可能性,我们再次使用引理。
2019-10-23 math.AP
Shock-type singularity of the hyperbolic-parabolic chemotaxis system
Yonsei University(延世大学)
本文解析研究一维双曲-抛物趋化系统中激波型奇异性,构造了稳定的爆破轮廓,并证明密度和速度梯度爆破而自身有界,在唯一爆破点处呈尖点奇异性。
2026-09-15 math.AP
Hausdorff measure for the singularity set of the 3D chemotaxis-Navier-Stokes equations
本文研究三维趋化-Navier-Stokes方程弱解的部分正则性,证明其奇性集的Hausdorff维数不超过1,以解释细菌生物对流实验中的线性奇性。
2023-12-18 math.AP
Speed-up of traveling waves by negative chemotaxis
该研究探讨了排斥性趋化性对 Fisher-KPP 波前行波速度的影响,揭示了其渐近参数依赖性,并通过向多孔介质和双曲 FKPP-Keller-Segel 行波的收敛阐明了三个方程间的关系,同时为后者建立了最小速度下界并扩展了行波存在范围。
2023-08-03 math.AP
Global stability of a logarithmically sensitive chemotaxis model under time-dependent boundary conditions
研究了一类具有对数灵敏度的趋化性模型的双曲平衡律方程组在不定常边界条件下经典解的动力学行为。结果表明,在适当的假设下的边界数据,解决方案开始在$H^2$-空间存在的时间和解决方案之间的差异和相应的边界数据收敛到零,随着时间的推移到无穷大。对初始扰动的大小没有小的限制。此外,数值模拟表明,对边界数据的假设是必要的上述结果。
2023-01-25 math.AP
Boundary symmetry breaking via logistic damping in a chemotaxis-growth system
Shenzhen University(深圳大学);University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);CUNY Hunter College(纽约市立学院亨特学院);CUNY Graduate Center(纽约市立学院研究生中心);Harbin Engineering University(哈尔滨工程大学)
研究在1D领域内具有对数敏感性的趋化-生长模型的全局稳定性,分析抛物线-抛物线和抛物线-双曲线系统,通过引入动态参考轮廓处理时间依赖的边界数据,证明能量估计、解的有界性和扰动的全局渐进行为。
2026-03-16 math.AP
Global solutions for a 2D chemotaxis-fluid system with large measures as initial density and vorticity
研究了全平面二维趋化-流体系统,采用涡度形式及临界函数空间方法,获得了以大测度为初始密度和涡度的局部与全局解,仅需初始氧气浓度 $L^{\infty}$-范数小性条件。
2024-08-25 math.AP
Solvability of the Fractional Hyperbolic Keller-Segel System
我们研究了一种新的非局部方法的趋化性问题的数学建模,它描述了一定的人口由于物质浓度的随机运动。考虑分数阶双曲Keller-Segel模型的初边值问题,证明了问题的可解性.可解性的结果主要依赖于分数阶微积分和标量守恒律的动力学公式。
2022-06-02 math.AP
Global weak solutions and asymptotics of a singular PDE-ODE chemotaxis system with discontinuous data
研究了一个描述肿瘤血管生成的二维PDE-ODE混合趋化系统的适定性和大时间行为。我们首先通过Cole-Hopf型变换将系统转化为一个抛物-双曲系统,并证明了当时间趋于无穷大时,变换后的系统的解收敛到一个常数平衡态.最后,对变换前的PDE-ODE混合系统进行Cole-Hopf逆变换,得到了相应的结果。与已有的相关结果相比,当初始数据连续时,我们能够证明具有大振荡的不连续初始数据的渐近稳定性。在我们的证明中的关键成分是使用所谓的“有效粘性通量”,这使我们能够获得所需的能量估计和规律性。“有效粘性通量”技术被证明是一个非常有用的工具来研究具有低规律性的初始数据的趋化性系统,并且很少(如果没有)在文献中用于趋化性模型。
2019-11-06 math.AP
Stiff-response-induced instability for chemotactic bacteria and flux-limited Keller-Segel equation
趋化性细菌如E.在个人层面上,Coli依赖于通过奔跑和翻滚不断地重新定位。它已被确立,运行的长度是由一个僵硬的响应的时间sensingof化学cues along the pathway.We描述了一种新的机制,图案形成源于趋化反应的刚度依赖于动力学趋化模型,其中包括最近发现的形式主义的细菌趋化性。本文证明了在空间速度空间中的非微观描述和近年来引起广泛关注的宏观方程--通量限制的Keller-Segel方程的不稳定性,其显著性质是不稳定频率保持有界,这与Turing不稳定性的情况相同.基于强大的蒙特卡罗方法的数值计算表明,在实际的参数范围内,粒子数密度的平稳均匀态是不稳定的,并且产生周期性的图案。这些理论的发展与一些生物学观察结果是一致的。
2018-01-15 math.AP nlin.AO q-bio.CB
The fractional diffusion limit of a kinetic model with biochemical pathway
考虑到细胞内途径的动力学传输方程现在被认为是对细菌通过奔跑和翻滚的趋化性的正确描述。最近的数学研究表明他们的兴趣和他们的关系,以更标准的模型。用抛物线标度法导出了Keller-Segel型宏观方程。由于受体甲基化或细胞内化学反应的随机性,信号通路中会出现噪声,并影响翻滚速率。然后,问题来了,要了解内部噪音对整个种群行为的作用。本文考虑一类含生化途径和噪声的趋化性动力学模型。我们表明,在适当的尺度和条件下的翻滚频率以及噪声的形式,分数扩散可以出现在宏观限制的动力学方程。这给出了一个新的数学理论,关于细菌内部噪音可以产生多长的跳跃。
2017-09-11 math.AP
Global mass-preserving solutions for a two-dimensional chemotaxis system with rotational flux components coupled with a full Navier-Stokes equation
我们研究了具有无通量边界条件的趋化性-Navier-Stokes系统\[\left\{\; \begin{aligned} n_t + u\cdot\nabla n &=Δn - \nabla\cdot (nS(x,n,c)\nabla c), &&x\inΩ, t > 0, \\ c_t + u\cdot\nabla c &=Δc - n f(c), && x\in Ω, t > 0, \\ u_t + (u\cdot\nabla) u &=Δu + \nabla P + n \nabla ϕ, \;\;\;\; \nabla\cdot u = 0, && x\inΩ, t > 0 \end{aligned}\right.\tag{$\star$} \],$n$,$c$在一个有界的,凸域$Ω\subseteq\mathbb{R}^2$,具有光滑边界,这是受到最近的建模方法从生物学的好氧细菌悬浮在一个固着水滴。我们进一步不假设趋化敏感性$S$是标量,因为是常见的,但能够获得值在$\mathbb{R}^{2\times 2}$,这允许更复杂的建模边界附近的细菌行为。这被视为实验中观察到的结构形成的潜在来源。虽然由于方便的能量型不等式,标量趋化敏感性$S$有各种结果,但对于仅具有Stokes流体方程的非标量情况,也有一些结果(或其他强限制)显著简化了($\star$)中第三个方程的分析…
2019-08-29 math.AP
Global Existence and Partial Regularity for the Three-Dimensional Chemotaxis--Navier--Stokes System in a Half-Space
School of Mathematical Sciences, Dalian University of Technology(大连理工大学数学科学学院)
该研究针对半空间中三维趋化性-纳维-斯托克斯系统,建立了合适弱解的端点部分正则性,构造了无初始数据小性限制的整体弱解,并得到了解的渐近行为等结果。
2026-10-12 math.AP
On the Fast Spreading Scenario
我们研究了两种类型的无发散流体流动的无界域在二维和三维-双曲和剪切流-和它们的影响的趋化性和燃烧。我们表明,这些流动的快速传播,当他们足够强大,可以抑制增长的解决方案,PDE模拟这些现象。这包括防止${\mathbb R}^2$和${\mathbb R}^3$上对流Patlak-Keller-Segel方程解的奇异性形成和全局正则性,确认[Khan,Johnson,Cartee and Yao,Global regularity of chemotaxis equations with advection,Involve,9(1)2016]中的数值观测,以及平流-反应扩散方程中的淬灭。
2021-04-01 math.AP
A quasilinear Keller-Segel model with saturated discontinuous advection
该研究针对具有不连续平流的拟线性Keller-Segel模型,通过熵不等式和单调算子理论,在任意维空间中证明了解的存在性、唯一性和平滑性。
2025-08-27 math-ph math.AP math.MP
Emergence of lager densities in chemotaxis system with indirect signal production and non-radial symmetry case
本文讨论了一类具有广义Logistic增长和间接信号产生的趋化系统\begin{eqnarray} \left\{ \begin{array}{llll} & u_t=εΔu-\nabla\cdot(u\nabla v)+ru-μu^θ,\\ & 0=d_1Δv-βv+αw,\\ & 0=d_2Δw-δw+γu \end{array} \right. \qquad(0.1)\end{eqnarray}的经典解以及双曲-椭圆-椭圆模型\begin{eqnarray} \left\{ \begin{array}{llll} & u_t=-\nabla\cdot(u\nabla v)+ru-μu^θ,\\ & 0=d_1Δv-βv+αw,\\ & 0=d_2Δw-δw+γu, \end{array} \right.\ \qquad(0.2)\end{eqnarray}在任意有界区域上的强$W^{1, q}(Ω)$ -解$Ω\subset\mathbb{R}^n$,$n\geq1$,其中$r, μ, d_1, d_2, α, β, γ, δ>0$和$θ>1$ .利用粘性消失法,我们首先证明了(0.1)的经典解将以$ε\rightarrow0$的形式收敛到(0.2)的强$W^{1, q}(Ω)$ -解.在构造了(0.2)的局部适定性之后,我们发现,如果$Ω$是一个有界凸区域,$θ\in(1,…
2022-05-27 math.AP
Numerical scheme for kinetic transport equation with internal state *
研究了一类具有内态的双流动力学系统的数值离散化问题,该系统被用来模拟细胞的趋化运动。这种内部状态模拟细胞内甲基化水平。它在数学模型中增加了一个变量,这使得数值模拟更具挑战性。此外,它已被证明,从这个系统计算的宏观或介观量收敛到Keller-Segel系统在扩散标度或速度跳跃动力学系统的趋化性在双曲线标度。然后,我们注意提出的数值格式一致精度的尺度参数。我们证明了这些格式收敛于某些极限格式,这些极限格式与极限宏观或动力学系统是一致的。这项研究说明了一些数值模拟和Monte Carlo模拟的比较。
2020-06-10 math.AP
Derivation of the bacterial run-and-tumble kinetic equation from a model with biochemical pathway
到目前为止,动力学传输方程是描述细菌种群通过奔跑和翻滚运动的动力学的标准模型。实验观察表明,当遇到趋化分子的梯度增加时,细菌会增加其运行时间。这导致了第一类模型,其在理论上包括取决于趋化信号的路径方向梯度的翻滚频率。最近,发现了调节鞭毛马达的生化途径。这一知识产生了第二类动力学传输方程,它考虑到细胞内的分子含量,并将翻滚频率与此信息联系起来。事实证明,翻滚频率取决于趋化信号,而不是其梯度。对于这两类模型,Keller-Segel型的宏观方程,已经推导出使用扩散或双曲重标度。我们完成了这个程序,显示如何第一类方程可以从第二类分子内容后,适当的重新缩放。主要的困难是解释为什么趋化信号的路径梯度可以出现在这个渐近过程中。可以包括受体甲基化事件的随机性,并且我们的方法可以用于计算存在这种噪声的翻滚频率。
2015-03-13 math.AP
Hyperbolic Keller-Segel equations with sensitivity adjustment in Besov spaces: Global well-posedness and blow-up criteria
本文研究了Besov空间中带敏感性调整的双曲Keller-Segel方程的初值问题,通过引入具有适当可积性的时间依赖函数调整趋化敏感性,证明了整体时间Besov解的唯一存在性,并导出了强解的爆破准则及爆破时间下界。
2025-09-13 math.AP
Long-time behaviour and phase transitions for the McKean--Vlasov equation on the torus
研究了环面上具有周期边界条件的McKean-Vlasov方程\[ \partial_t \varrho= β^{-1} Δ\varrho + κ\nabla \cdot (\varrho \nabla (W \star \varrho)) \, , \].我们首先研究齐次平衡态的全局渐近稳定性。然后,我们把注意力集中在固定系统上,并证明了存在的非平凡的解决方案分支从齐次稳态,通过可能无限多的分歧,在适当的假设下的相互作用潜力。我们还提供了连续和不连续相变存在的充分条件。最后,我们展示了这些结果,将它们应用到几个例子的相互作用潜力,如嘈杂的仓本模型同步,凯勒-西格尔模型的细菌趋化性,和嘈杂的Hegselmann-Krausse模型的意见动态。
2019-04-18 math-ph math.AP math.MP
Counter-propagating waves in a system of transport-reaction equations
双曲型输运-反应方程是描述运动生物体运动的一个重要方程。在这里,我们专注于系统的四个耦合的运输-反应方程,所产生的年龄结构的一个物种的转向个人。亮点包括反向传播行波的明确构建和表征,这些模式已在细菌菌落中观察到。稳定性分析揭示了波的形成以及脉动的时间空间恒定的解决方案的条件。
2018-01-21 math.AP
Eigensolutions and spectral analysis of a model for vertical gene transfer of plasmids
质粒是细菌中自主复制的遗传元件。在细胞分裂时,质粒分布在两个子细胞中。这种从一代到下一代的基因转移称为垂直基因转移。我们研究携带质粒的细菌种群的动态,特别是对质粒的长期分布感兴趣。从一个由离散数量的质粒构成的细菌种群模型开始,我们继续到连续极限,以推导出一个连续模型。该模型包括质粒的繁殖,细菌的分裂和死亡,以及细胞分裂时质粒的分布。这是一个双曲型积分微分方程和所谓的增长-破碎-死亡模型。由于我们感兴趣的是长时间分布的质粒,我们研究了相关的本征问题,并显示本征解的存在性。通过分析由特征值问题给出的积分-微分算子的谱,研究了该解的稳定性。通过将谱与积分算子的谱联系起来,我们找到了一个简单的实控制本征值,其对应的本征函数是非负的。此外,我们描述了一个迭代法的本征函数的数值构造。
2018-11-19 math.AP math.SP q-bio.PE