研究了具有有限时滞的Lotka-Volterra捕食方程的解的性态,以时滞τ为参数,利用解析方法分析了方程平衡点的稳定性,得到在平衡点处产生稳定性和Hopf分支的充分条件及平衡点稳定性的存在范围.所得结果是对已有结论的改进和推广.
2025-05-28 03:52:55 270KB 自然科学 论文
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Lotka-Volterra合作系统是由美国数学家Alfred J. Lotka和意大利生物学家Vito Volterra提出的,用于描述捕食者和被捕食者之间的关系的数学模型。该模型一般被应用于生态学领域,用于模拟不同种群间的相互作用关系,比如竞争、捕食、共生等。Lotka-Volterra模型有多种形式,其中的合作系统(cooperative system)指的是相互之间存在正面影响、能够共同促进对方种群增长的两种群系统。 在现实的生态模型中,种群的发展往往受到历史状态的影响,因此引入时滞(delay)的概念来反映种群间相互作用的滞后效应是必要的。时滞可以表现为种群密度对过去状态的依赖,导致系统的动态行为变得更加复杂。 离散时滞Lotka-Volterra合作系统的研究中,研究人员通过构造适当的Lyapunov泛函,这是一种数学工具,可以用来研究动态系统平衡点的稳定性。通过Lyapunov泛函的构造,研究者能够得到一组充分性条件,用以保证正平衡点的全局吸引性,即在一定条件下,系统最终会趋向并保持在某个正平衡点附近。 文章中提到的正平衡点是指系统参数对应的稳定状态,在此状态下,种群数量不再随时间变化。对于Lotka-Volterra合作系统而言,存在唯一全局吸引的正平衡点意味着无论系统从何种初始状态开始演化,最终都会趋向于这个平衡点,并围绕它进行微小的波动。 文中还提到了一些关键条件,如b1b2>c1c2和(C1)、(C2)这样的条件,它们是判断系统稳定性的重要数学约束。这些条件通常涉及种群的自然增长率(如a1、a2)以及相互作用系数(如a11、a12、a21、a22),以及时滞项τij。这些参数的特定关系能够保证系统的稳定性。 补充和完善已有结果,意味着作者不仅提出了新的稳定性分析方法,还可能对已有的理论进行了拓展和深化。陈晓英和韩荣玉的研究成果可能是对已有稳定性理论的延展,增强了理论在实际应用中的鲁棒性。 关键词中的“合作系统”、“种群”、“时滞”、“全局吸引性”,均是生物数学研究中不可或缺的概念。合作系统强调种群间的正面相互作用;种群指的是生物分类的基本单位;时滞是指系统中某些影响因素对系统当前状态产生作用存在时间差;全局吸引性指的是系统在所有可能的初始状态下最终都趋向于某个特定的状态。 生态数学模型和系统动力学的研究往往需要结合生物学知识和复杂的数学分析,来模拟和预测种群之间的动态变化。这些研究对理解生态系统的稳定性与变化,以及制定保护策略具有重要意义。由于现实世界的生态系统往往非常复杂,因而构建准确且实用的数学模型,对于生态学、资源管理和环境科学等领域的研究而言,是极具挑战性和实用价值的课题。
2025-05-28 03:50:58 508KB 自然科学 论文
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在介绍量子效应对MOSFETs阈值电压和栅电容的影响之前,首先需要了解MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)的基本结构和工作原理。MOSFET是现代集成电路中最核心的器件之一,它的工作基于在半导体表面形成的反型层,通过施加栅电压来控制源极和漏极之间的导电通道。随着集成电路技术的发展,MOSFET的尺寸不断减小,掺杂浓度不断提高,导致MOSFET内部的物理现象发生变化。 量子效应是当器件尺寸缩小到一定程度后,电子的波动性不能再被忽视,传统的经典物理模型已不能完全准确描述MOSFET的电气行为。具体到MOSFET,量子效应主要体现在以下几个方面: 1. 电子波函数的量子化:在很小的尺寸下,电子的能量不再是连续的,而是离散的能级,电子的能量状态被量子化。这将影响载流子在导带和价带中的分布,导致电子输运特性发生变化。 2. 量子化的反型层:当MOSFET器件尺寸达到纳米级别时,其反型层的电子密度分布不再是一个连续的平面,而是需要通过量子力学中的波函数来描述,特别是第一能级的占据对反型层的电子密度影响最大。 3. 量子效应对阈值电压的影响:阈值电压是MOSFET从关闭状态转为导通状态所需的最小栅电压。量子效应会导致能带结构发生变化,从而影响阈值电压。 4. 量子效应对栅电容的影响:栅电容是栅极和导电通道之间的电容,量子效应会改变栅极下的电荷分布,进而影响栅电容的大小。 本文提出的基于物理的解析模型,是通过改进三角势阱场近似方法,考虑量子化效应,从而给出MOSFET阈值电压和栅电容的解析表达式。这种模型能够更准确地反映小尺寸MOSFET器件内部的物理现象。 为了求解这一问题,文中首先对三角势阱进行了优化,以便求解薛定谔方程的解析解。改进后的势阱近似可以大大简化数学计算,并能获得基于物理的解析结果。文中还考虑了表面势,定义了表面恒定电场,从而引入了量子化的反型层电子分布。在强反型情况下,电子服从费米分布;但对于低掺杂浓度的情况,采用玻尔兹曼分布函数,并指出其误差极小。 文中还描述了在量子效应下表面势的计算方法。在计算过程中,使用了一元三次方程,并提出了将Vsr转换为一元三次方程的方法,解决了在给定表面势的情况下,使用AIRY函数获得栅压的解析表达式,进而定义了阈值电压。 通过将改进的解析模型和经典模型结果进行比较,可以看出在小尺寸MOSFET器件中,量子效应对阈值电压和栅电容的影响是显著的。量子效应对MOSFETs阈值电压的影响可能导致MOSFET的阈值电压随着器件尺寸的减小而降低;而对栅电容的影响可能使得栅电容随器件尺寸的减小而增加。 本文的研究成果对于理解超大规模集成电路中MOSFET器件在纳米尺度下的物理行为具有重要意义,为小尺寸MOSFET器件的设计和分析提供了重要的理论基础。随着集成电路技术的进一步发展,这一理论模型将有助于工程师设计出更先进、性能更高的微电子器件。
2025-05-22 16:44:27 223KB 自然科学 论文
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自然科学相关的一些词,共有34万个不同的词,都是自然科学相关的
2025-05-16 19:29:36 5.07MB 自然科学 自定义词典
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本文在分析高 PAPR形成的原因及常用的解决方法的基础上,提出了一种新的基于信号压扩的算法。通过处理后的信号与原信号在时域和频域的对比证明了本文提出的算法的正确性,并通过与其它方法的比较体现了本文算法的优势。
2025-05-15 21:00:48 2.92MB 自然科学 论文
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设计了一种基于USB的圆度误差测量系统.该系统以MSP430F149单片机作为下位机,由单片机自带的12位A/D模块采集传感器数据,通过USB接口芯片PDIUSBDl2将数据传给上位机.上位机以LabVIEW为软件开发平台,利用LabVIEW强大的数据处理能力对采集的数据进行实时处理、分析和显示,实现了圆度误差的自动测量.与同类产品相比,该系统具有硬件电路简单、成本低、速度快等优点.
2025-05-09 14:15:48 324KB 自然科学 论文
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采用基于Web服务的网络化移植技术解决网络CAD系统中重用已有的CAD资源难题,提出了一个基于Web服务的网络化技术架构。采用J2EE作为开发平台,在客户端用ActiveX控件实现用户交互模块,在服务器端通过JNI接口在Web服务中调用其他模块,并采用XML来交换数据,以此实现了一个纹织提花CAD系统的网络化移植,为更多的单机应用程序进行网络化移植提供了一种解决方案。
2025-04-27 13:16:11 383KB 自然科学 论文
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在这篇文章中,阐述了陆面过程对天气,气候和大气环流的影响以及陆面过程模式在大气数值模拟中的重要性;回顾了陆面过程模式的发展历史;分析了一些陆面过程模式之间的主要结构差别;讨论了目前陆面过程模式的发展水平和未来的发展方向;简述了大气中尺度模式与陆面过程耦合的必要性以及当今耦合模式的研究现状。
2025-04-22 19:54:01 622KB 自然科学 论文
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为了探究城市扩展的规律,为城市的规划做出前瞻性的预测,将神经网络与元胞自动机相结合,从不同时相遥感数据中挖掘城市扩展土地利用演变的规律,自动找到土地利用元胞的转换规则,并以该规则反演和预测城市的扩展演变。应用该方法对义乌市的扩展作了实证分析和模拟预测,与同期义乌城市发展状况基本相吻合。 ### 基于神经网络与元胞自动机的城市扩展模拟 #### 一、研究背景与意义 随着全球化的加速和城市化进程的不断推进,城市土地利用的变化已成为一个重要的研究领域。城市扩展过程中涉及多种因素的影响,如经济发展水平、人口增长速度、政策导向等,这些因素共同作用导致了城市空间结构的演变。传统的研究方法往往难以准确捕捉到这些复杂因素之间的相互作用及其对城市扩展的影响。因此,探索一种能够有效模拟和预测城市扩展规律的方法显得尤为重要。 #### 二、元胞自动机(CA)与神经网络(ANN)结合的城市扩展模型 ##### 1. 元胞自动机理论基础 元胞自动机(Cellular Automata, CA)是一种用来模拟复杂系统的数学模型,它通过简单的局部规则来描述系统中各组成部分(即元胞)之间如何相互作用,进而推演出整体行为。CA模型主要由以下几个要素构成: - **元胞(Cell)**:构成系统的基本单位,例如土地利用类型。 - **元胞空间(Cell Space)**:所有元胞组成的集合。 - **状态(State)**:每个元胞可能处于的一种或多种状态之一。 - **邻域(Neighborhood)**:用于定义一个元胞周围与其相互作用的其他元胞集合。 - **规则(Rule)**:决定元胞状态转换的具体法则,是CA模型的核心。 ##### 2. 神经网络(Artificial Neural Network, ANN)的应用 人工神经网络是一种模仿人脑神经元结构的计算模型,通过大量的训练学习数据集中的模式和规律,具有较强的非线性拟合能力和自适应能力。在城市扩展模拟中,ANN可以通过学习历史遥感图像数据,自动识别出影响城市扩展的关键因素,并建立这些因素与城市土地利用变化之间的关联。 ##### 3. ANN-CA城市扩展模型 结合上述两种技术,ANN-CA模型首先利用神经网络从不同时相的遥感数据中挖掘城市扩展土地利用演变的规律,自动找到土地利用元胞的转换规则。接着,利用这些规则作为元胞自动机的转换规则,实现对未来城市扩展的模拟和预测。 #### 三、模型实施步骤 ##### 1. 数据准备 收集不同时间点的城市遥感图像数据,这些数据应覆盖城市扩展的不同阶段,以便于后续的模型训练和验证。 ##### 2. 特征提取 从遥感图像中提取与城市扩展相关的特征,如道路分布、建筑物密度、绿地比例等。 ##### 3. 神经网络训练 利用提取的特征训练神经网络模型,目的是让模型学会识别影响城市扩展的关键因素,并建立这些因素与土地利用变化之间的联系。 ##### 4. 规则挖掘 根据训练好的神经网络模型,自动挖掘出不同土地利用类型之间的转换规则。 ##### 5. 元胞自动机模拟 利用挖掘出的转换规则作为元胞自动机的规则,对城市未来的发展趋势进行模拟预测。 #### 四、案例分析——义乌市扩展模拟 ##### 1. 实证分析 该研究选择了浙江省义乌市作为案例,通过对该城市不同时期的遥感数据进行分析,建立了ANN-CA模型,并成功模拟了义乌市的土地利用变化过程。模拟结果与义乌市实际的城市发展情况基本相符。 ##### 2. 模型优化 通过对比分析模型预测结果与实际情况的差异,进一步调整模型参数,提高模型的预测精度。 #### 五、结论 本文提出了一种基于神经网络与元胞自动机相结合的城市扩展模拟方法。该方法不仅能够有效地挖掘城市扩展土地利用演变的规律,还能通过模拟预测帮助城市规划者做出前瞻性决策。通过对义乌市的实证分析表明,这种方法具有较高的预测准确性和实用性,对于指导城市规划和发展具有重要意义。
2025-04-22 12:42:07 1.7MB 自然科学 论文
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力密度法是一种用于分析和设计索网和膜结构的找形分析方法。它首先由德国工程师H.J.Scheck提出,并在后来的应用研究中不断发展和完善。索网和膜结构是通过张拉索和支撑结构形成的独特空间结构体系,通常由高性能的材料制成,能够承受拉力作用,适用于大跨度的建筑和公共设施中。 索网结构的找形分析通常是从一个初始形状开始,通过设定索单元的力密度来模拟结构在受力后的形态变化。膜结构的找形分析则关注的是膜单元的应力密度,通过这个参数可以模拟膜材料在预应力作用下的形态变化。 在找形分析中,首先需要将索网和膜结构离散化,即将连续的结构模型转化为由节点和杆件组成的网络模型。接着,基于结构单元和节点之间的拓朴关系,建立关于节点的平衡方程组。这一步骤中,需要设定力密度值或应力密度值,并通过这些值建立起反映节点受力状态的数学模型。利用矩阵运算求解这些方程组,可以得到结构在受力后达到平衡状态时各节点的坐标,进而得到结构的形态。 在程序设计方面,可以通过计算机编程实现力密度法的计算过程。在算法实现过程中,需要考虑的是结构的拓朴矩阵,它由结构单元连接节点的规则和序列决定,矩阵中的元素根据节点序号和连接关系而确定。对于索单元,力密度可以通过将拉力与单元长度的比值来确定。对于膜单元,应力密度则涉及到材料的厚度和应力值,反映了材料的抗拉强度。 在实际应用中,找形分析的算例分析尤为重要。通过具体的实例来检验力密度法的找形效果,可以看到不同力密度和应力密度值对结构形态的影响。例如,在分析中,一双曲抛物面索网的初始平面尺寸为10m×10m,通过调整边索与内索的力密度比值,可以获得不同的曲面形态。类似地,在帐篷形膜结构中,通过对预应力的模拟,可以在初始平面尺寸的基础上,设计出满足特定形态要求的结构。 索网和膜结构的力密度法找形分析在工程设计中具有重要的意义,它提供了一种有效的理论工具来预测和控制结构在受力后的形态变化。这种方法不但可以用于单个结构的设计,还能用于大型复杂的索膜结构,如大型体育场的屋顶结构、展览馆的遮阳结构等。 在技术实施过程中,需要注意的是,找形分析的过程要结合实际情况,包括材料特性、施工技术、成本预算等因素。力密度的取值需要根据实际结构的工程需求和功能目标来确定,通过不断调整和优化,最终获得一个满足所有设计要求的结构形态。
2025-04-16 16:42:15 368KB 自然科学 论文
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