RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

1999

 / 

Январь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Стохастический резонанс как индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка

 а,  б,  в,  г
а Международный институт нелинейной динамики, физический факультет, Саратовский государственный университет, Саратов, Российская Федерация
б Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, ул. Астраханская 83, Саратов, 410071, Российская Федерация
в Department of Physics and Astronomy, University of Missouri at St. Louis, St. Louis, MO, USA
г Humboldt University at Berlin, Invalidenstr. 110, Berlin, D-10115, Germany

Стохастический резонанс (СР) является одним из ярких примеров индуцированных шумом переходов в нелинейных системах, возбуждаемых информационным сигналом и шумом одновременно. В режиме СР характеристики информационного сигнала (усиление, отношение сигнал/шум, степень когерентности и упорядоченности и др.) на выходе системы существенно улучшаются при некотором оптимальном уровне шума. СР реализуется только в нелинейных системах, для которых с помощью вариации интенсивности шума возможно управление одним из характерных времен. В обзоре кратко обсуждаются физический механизм и методы теоретического описания СР. Исследуются особенности СР, обусловленные структурой информационного сигнала, статистикой шума и свойствами конкретных систем, демонстрирующих эффект. Детально анализируется нетривиальное явление стохастической синхронизации как захвата мгновенной фазы и частоты переключений бистабильной системы внешней периодической силой. Стохастическая синхронизация исследуется в одиночных и связанных бистабильных осцилляторах, включая ансамбли. Эффекты СР и стохастической синхронизации ансамблей стохастических резонаторов исследуются как в случае отсутствия связи между элементами, так и с учетом их взаимодействия. СР рассматривается в динамических и в нединамических (пороговых) системах. Проводится анализ явления СР с точки зрения информационных и энтропийных характеристик сигнала, определяющих степень порядка или самоорганизации системы. Обсуждается применение концепции СР для объяснения результатов ряда биологических экспериментов.

Текст pdf (1,2 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.1070/PU1999v042n01ABEH000444
PACS: 02.50.Ey, 05.40.+j, 05.45.+b, 87.70.+c
DOI: 10.3367/UFNr.0169.199901c.0007
URL: https://ufn.ru/ru/articles/1999/1/c/
000078623600001
Цитата: Анищенко В С, Нейман А Б, Мосс Ф, Шиманский-Гайер Л "Стохастический резонанс как индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка" УФН 169 7–38 (1999)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

English citation: Anishchenko V S, Neiman A B, Moss F, Shimansky-Geier L “Stochastic resonance: noise-enhanced order” Phys. Usp. 42 7–36 (1999); DOI: 10.1070/PU1999v042n01ABEH000444

Список литературы (140) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (353) Похожие статьи (20)

  1. Стратонович Р Л Избранные вопросы теории флюктуаций в радиотехнике (М.: Сов. радио, 1961)
  2. Рытов С М Введение в статистическую радиофизику Т. 1. Случайные процессы (М.: Наука, 1976)
  3. Малахов А Н Флуктуации в автоколебательных системах (М.: Наука, 1968)
  4. Понтрягин Л С, Андронов А А, Витт А А ЖЭТФ 3 165 (1933)
  5. Ланда П С, Заикин А А ЖЭТФ 111 358 (1997)
  6. Хорстхемке В, Лефевр Р Индуцированные шумом переходы (М.: Мир, 1987)
  7. Benzi R, Sutera A, Vulpiani A J. Phys. A 14 L453 (1981)
  8. Benzi R et al. Tellus 34 10 (1982)
  9. Nicolis C Tellus 34 1 (1982)
  10. Fauve S, Heslot F Phys. Lett. A 97 5 (1983)
  11. McNamara B, Wiesenfeld K, Roy R Phys. Rev. Lett. 60 2626 (1988)
  12. Grigorenko A N et al. J. Appl. Phys. 76 6335 (1994)
  13. Дыкман М И и др. Письма в ЖЭТФ 53 182 (1991)
  14. Gammaitoni L et al. Phys. Rev. Lett. 67 1799 (1991)
  15. Simon A, Libchaber A Phys. Rev. Lett. 68 3375 (1992)
  16. Spano M L, Wun-Fogle M, Ditto W L Phys. Rev. A 46 R5253 (1992)
  17. Mantegna R N, Spagnolo B Phys. Rev. E 49 R1792 (1994)
  18. Hibbs A D et al. Nuovo Cimento D 17 811 (1995)
  19. Perez-Madrid A, Rubi J M Phys. Rev. E 51 4159 (1995)
  20. Neda Z Phys. Lett. A 210 125 (1996)
  21. Дубинов А Е и др. Изв. РАН Сер. физ. 60 (10) 76 (1996)
  22. Leonard D S, Reichl L E Phys. Rev. E 49 1734 (1994)
  23. Dykman M I, Horita T, Ross J J. Chem. Phys. 103 966 (1995)
  24. Hohmann W, Muller J, Scneider F W J. Phys. Chem. 100 5388 (1996)
  25. Babinec P Phys. Lett. A 225 179 (1997)
  26. Kramers H A Physica 7 284 (1940)
  27. Hänggi P, Talkner P, Borkovec M Rev. Mod. Phys. 62 251 (1990)
  28. McNamara B, Wiesenfeld K Phys. Rev. A 39 4854 (1989)
  29. Zhou T, Moss F, Jung P Phys. Rev. A 42 3161 (1990)
  30. Gammaitoni L et al. Phys. Rev. Lett. 62 349 (1989)
  31. Gammaitoni L, Marchesoni F, Santucci S Phys. Rev. Lett. 74 1052 (1995)
  32. Fox R F Phys. Rev. A 39 4148 (1989)
  33. Stocks N G, Stein N D, McClintock P V E J. Phys. A 26 L385 (1993)
  34. Anishchenko V S, Neiman A B, Safonova M A J. Stat. Phys. 70 (1 - 2) 183 (1993)
  35. Anishchenko V S, Safonova M A, Chua L O Int. J. Bif. Chaos 2 397 (1992)
  36. Gingl Z, Kiss L B, Moss F Europhys. Lett. 29 191 (1995)
  37. Jung P Phys. Rev. E 50 2513 (1994); Jung P Phys. Lett. A 207 93 (1995)
  38. Neiman A, Schimansky-Geier L Phys. Rev. Lett. 72 2988 (1994)
  39. Hänggi P et al. J. Stat. Phys. 70 (1 - 2) 25 (1993)
  40. Neiman A, Sung W Phys. Lett. A 224 341 (1996)
  41. Moss F Some Problems in Statistical Physics (Philadelphia: SIAM, 1994) p. 205
  42. Moss F, Pierson D, O'Gorman D Int. J. Bif. Chaos 4 1383 (1994)
  43. Bulsara A R, Gammaitoni L Physics Today 49 (3) 39 (1996)
  44. Gammaitoni L et al. Rev. Mod. Phys. 70 223 (1998)
  45. Proc. NATO Adv. Res. Workshop on Stochastic ResonancePhysics and Biology, J. Stat. Phys. 70 (1-2) (1993)
  46. Proc. Intern. Workshop on FluctuationsPhysics and Biology: Stochastic Resonance, Signal Processing and Related Phenomena, Nuovo Cimento D 70 (7-8) (1995)
  47. Gammaitoni L http://www/pg.infnit/SR/index.html
  48. Гардинер К В Стохастические методы в естественных науках (М.: Мир, 1986)
  49. Jung P, Hänggi P Phys. Rev. A 41 2977 (1990)
  50. Jung P, Hänggi P Phys. Rev. A 44 8032 (1991)
  51. Jung P Phys. Rep. 234 175 (1993)
  52. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Статистическая физика Т. 1 (М.: Наука, 1976)
  53. Балеску Р Равновесная и неравновесная статистическая механика Т. 2 (М.: Мир, 1978)
  54. Hänggi P, Thomas H Phys. Rep. 88 207 (1982)
  55. Дыкман М И и др. Письма в ЖЭТФ 52 780 (1990)
  56. Dykman M I et al. Phys. Lett. A 180 332 (1993)
  57. Dykman M I et al. Phys. Rev. Lett. 68 2985 (1992)
  58. Kubo R J. Phys. Soc. Jpn. 12 570 (1957); Kubo R Rep. Prog. Phys. 29 255 (1966)
  59. Risken H The Fokker - Planck Equation (Berlin: Springer-Verlag, 1989)
  60. Анищенко В С и др. Радиотехника и электроника 39 1380 (1994)
  61. Anishchenko V S et al. Chaos and Nonlinear Mechanics: Proceedings Euromech Colloquium (Eds T Kapitaniak, J Brindley) (Singapore: World Scientific, 1995) p. 41
  62. Anishchenko V S, Safonova M A, Chua L O Int. J. Bif. Chaos 4 441 (1994)
  63. Климонтович Ю Л Статистическая физика (М.: Наука, 1982)
  64. Schimansky-Geier L, Zülicke Ch Z. Phys. B. 79 451 (1990)
  65. Collins J J, Chow C C, Imhoff T T Phys. Rev. E 52 R3321 (1995)
  66. Collins J J, Chow C C, Imhoff T T Phys. Rev. E 54 5575 (1996)
  67. Chialvo, Longtin A, Müller-Gerking J Phys. Rev. E 55 1798 (1997)
  68. Neiman A, Schimansky-Geier L, Moss F Phys. Rev. E 56 R9 (1997)
  69. Dykman M I et al. 17 661 (1995)
  70. Rice S O Selected Papers on Noise and Stochastic Processes (Ed. N Wax) (New York: Dover, 1954) p. 133
  71. Анищенко В С Сложные колебания в простых системах (М.: Наука, 1990)
  72. Кифер Ю И Изв. АН СССР Cер. Математическая 38 1091 (1974)
  73. Kifer Yu Commun. Math. Phys. 121 445 (1989)
  74. Вул Е Б, Синай Я Г, Ханин К М УМН 39 (3) 3 (1984)
  75. Anishchenko V S, Ebeling W Z. Phys. B 81 445 (1990)
  76. Вентцель А Д, Фрейдлин М И Флуктуации в динамических системах под действием малых случайных возмущений (М.: Наука, 1979)
  77. Graham R Noise in Nonlinear Dynamical Systems. Vol. 1. Theory of Continuous Fokker - Planck Systems (Eds F Moss, P V E McClintock) (Cambridge: Cambridge University Press, 1988)
  78. Graham R, Hamm A, Tel T Phys. Rev. Lett. 66 3089 (1991)
  79. Климонтович Ю Л Турбулентное движение и структура хаоса (М.: Наука, 1990)
  80. Анищенко В С Письма в ЖТФ 10 629 (1984)
  81. Анищенко В С, Нейман А Б Письма в ЖТФ 17 1063 (1987)
  82. Анищенко В С, Нейман А Б ЖТФ 60 (1) 3 (1990)
  83. Anishchenko V S, Neiman A B, Chua L O Int. J. Bif. Chaos 4 99 (1994)
  84. Lorenz E N J. Atmos. Sci. 20 130 (1963)
  85. Климонтович Ю Л (Ред.) Волновые и флуктуационные процессы в лазерах (М.: Наука, 1974)
  86. Ito H M J. Stat. Phys. 35 151 (1984)
  87. Быков В В, Шильников А Л Методы качественной теории и теории бифуркаций (Горький: ГГУ, 1989) с. 151
  88. Анищенко В С, Нейман А Б Письма в ЖТФ 17 (14) 43 (1991)
  89. Рабинович М И УФН 125 123 (1978)
  90. Shulgin B, Neiman A, Anishchenko V Phys. Rev. Lett. 75 4157 (1995)
  91. Anishchenko V, Neiman A Stochastic Dynamics (Eds L Schimansky-Geier, T Pöschel) (Berlin: Springer, 1997) p. 155
  92. Анищенко В С, Нейман А Б Изв. вузов Прикладная нелинейная динамика 5 (1) 5 (1997)
  93. Neiman A et al. Phys. Rev. E. 58 7118 (1998)
  94. Neiman A Phys. Rev. E 49 3484 (1994)
  95. Gabor D J. IEE London 93 429 (1946); Panter P F Modulation, Noise and Spectral Analysis, Applied to Information Transmission (New York: McGraw-Hill, 1965)
  96. Вайнштейн Л А, Вакман Д Е Разделение частот в теории колебаний и волн (М.: Наука, 1983)
  97. Middleton D An Introduction to Statistical Communication Theory (New York: McGraw-Hill, 1960)
  98. Левин Б Р Теоретические основы радиотехники Kн. 1 (М.: Сов. радио, 1974)
  99. Rosenblum M, Pikovsky A, Kurths J Phys. Rev. Lett. 76 1804 (1996)
  100. Шалфеев В Системы фазовой синхронизации (Под ред. В В Шахгильдяна, Л Н Белюстиной) (М.: Радио и связь, 1982)
  101. Neiman A, Feudel U, Kurths J J. Phys. A 28 2471 (1995)
  102. Melnikov V I Phys. Rev. E 48 2481 (1993)
  103. Neiman A, Schimansky-Geier L Phys. Lett. A 197 379 (1995)
  104. Anishchenko V S, Silchenko A N, Khovanov I A Phys. Rev. E 57 316 (1997)
  105. Bulsara A, Schmera G Phys. Rev. E 47 3734 (1993)
  106. Jung P et al. Phys. Rev. A 46 R1709 (1992)
  107. Inchiosa M E, Bulsara A R Phys. Rev. E 52 327 (1995)
  108. Linder J F et al. Phys. Rev. Lett. 75 3 (1995)
  109. Schimansky-Geier L, Siewert U Stochastic Dynamics (Eds L Schimansky-Geier, T Pöschel) (Berlin: Springer, 1997) p. 245
  110. Бендат Дж, Пирсол А Г Прикладной анализ случайных данных (М.: Мир, 1989)
  111. Pei X, Wilkens L, Moss F Phys. Rev. Lett. 77 4679 (1996)
  112. Bezrukov S M, Vodyanoy I Nature 378 362 (1995)
  113. Gailey P C et al. Phys. Rev. Lett. 79 4701 (1997)
  114. Пиковский А С Изв. вузов Радиофизика 27 576 (1984)
  115. Collins J J, Chow C C, Imhoff T T Nature 376 236 (1995)
  116. Neiman A, Moss F, Schimansky-Geier L, Ebeling W Applied Nonlinear Dynamics and Stochastic Systems Near the Millenium (AIP Conf. Proc., Vol. 411, Eds J B Kadtke, A R Bulsara) (New York: AIP, 1997)
  117. Glauber R J J. Math. Phys. 4 294 (1963)
  118. Brey J J, Prados A Phys. Lett. A 216 240 (1996)
  119. Siewert U, Schimansky-Geier L Phys. Rev. E 58 2843 (1998)
  120. Neiman A et al. Phys. Rev. Lett. 76 4299 (1996)
  121. Schimansky-Geier L et al. Int. J. Bif. Chaos 8 869 (1998)
  122. Bulsara A, Zador A Phys. Rev. E 54 R2185 (1996)
  123. Lein J E, Miller J P Nature 380 165 (1996)
  124. Шеннон К Э Работы по теории информации и кибернетике (М.: ИЛ, 1963)
  125. Ebeling W , Nicolis G Chaos, Solitons and Fractals 2 635 (1992)
  126. Ebeling W, Freund J, Rateitschak K Int. J. Bif. Chaos 6 611 (1996)
  127. Хинчин А Я УМН 11 (1) 17 (1956)
  128. Eckmann J-P, Ruelle D Rev. Mod. Phys. 57 617 (1985)
  129. Песин Я Б УМН 32 (4) 55 (1977)
  130. Freund J Phys. Rev. E 53 5793 (1996)
  131. Кульбак С Теория информации и статистика (М.: Наука, 1967)
  132. Шульгин Б В Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук (Саратов: СГУ, 1996)
  133. Khovanov I A, Anishchenko V S Applied Nonlinear Dynamics and Stochastic Systems Near the Millenium (AIP Conf. Proc., Vol. 411, Eds J B Kadtke, A R Bulsara) (New York: AIP, 1997) p. 267
  134. Douglass J K et al. Nature 365 337 (1993)
  135. Pei X, Wilkens L, Moss F J. Neurophysiol. 76 3002 (1996)
  136. Riani M, Simonotto E Phys. Rev. Lett. 72 3120 (1994)
  137. Simonotto E et al. Phys. Rev. Lett. 78 1186 (1997)
  138. Moore G, Perkel D, Segundo J Annu. Rev. Physiol. 28 493 (1966)
  139. Adey W R Int. J. Neurosci. 3 271 (1972)
  140. Denk W, Webb W Hears. Res. 60 89 (1992)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение