Statistical mechanism of intermittent fluctuations observed in nonlinear nonequilibrium system and its applications

非线性非平衡系统间歇波动的统计机制及其应用

基本信息

  • 批准号:
    20740227
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2008 至 2010
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In studies of hydrodynamic turbulence and nonequilibrium systems, it has been demonstrated that the observed non-Gaussian probability density functions are often described effectively by a superposition of Gaussian distributions with fluctuating variances. Based on this framework, we propose a general method to characterize intermittent and non-Gaussian time series. In our approach, an observed time series is assumed to be described by the multiplication of Gaussian and amplitude random variables, where the amplitude variable describes the variance fluctuation. It is shown analytically that statistical properties of the log-amplitude fluctuations can be estimated using the logarithmic absolute moments of the observed time series. This method is applicable to a wide variety of symmetric unimodal distributions with heavy tails. By analyzing random cascade-type processes and superstatistical non-Gaussian models, we demonstrate that our method can provide detailed characterization in a wide range of non-Gaussian fluctuations. Using this method, we study healthy heart rate variability, which show the slow convergence to a Gaussian distribution through coarse graining procedure.Moreover, to study asymmetric intermittent fluctuations observed in complex systems, we propose positive- or negative-directional non-Gaussian statistics. As a numerical example of asymmetric intermittent fluctuations, we heuristically introduce a random cascade-type model. Using our method, it is demonstrated that the asymmetric properties of heart rate variability depend on aging and autonomic disorder.
在流体动力学湍流和非平衡系统的研究中,人们已经证明,所观察到的非高斯概率密度函数往往是有效地描述了高斯分布与波动方差的叠加。基于这个框架,我们提出了一个通用的方法来表征间歇性和非高斯时间序列。在我们的方法中,一个观察到的时间序列被假定为高斯和振幅随机变量的乘积,其中的振幅变量描述的方差波动。分析表明,对数振幅波动的统计特性可以估计使用对数绝对矩的观测时间序列。这种方法适用于各种各样的重尾对称单峰分布。通过分析随机级联型过程和超统计非高斯模型,我们证明了我们的方法可以在很宽的非高斯波动范围内提供详细的表征。利用该方法,我们研究了健康人心率变异性,通过粗粒化过程,心率变异性缓慢地收敛到高斯分布;此外,为了研究复杂系统中观察到的不对称间歇波动,我们提出了正或负方向非高斯统计量。作为非对称间歇波动的一个数值例子,我们详细介绍了一个随机级联型模型。使用我们的方法,它表明,心率变异性的不对称性取决于年龄和自主神经紊乱。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
心拍変動の間欠性と非対称性
心率变异性的间歇性和不对称性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    清野健;戸次直明
  • 通讯作者:
    戸次直明
間欠性ゆらぎの非ガウス統計とその心拍変動解析への応用
间歇波动的非高斯统计及其在心率变异性分析中的应用
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    杉山雄規;大関真之;八柳祐一;寺本敬;清野健
  • 通讯作者:
    清野健
磁場対流系間欠性カオスのマルチスケーリング解析
磁对流系统间歇混沌的多尺度分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    戸次直明;清野健;金野秀敏
  • 通讯作者:
    金野秀敏
非ガウス分布の対数振幅モーメント推定量
非高斯分布的对数振幅矩估计器
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    清野健;戸次直明
  • 通讯作者:
    戸次直明
間欠性ゆらぎにおける対数振幅の特徴付け
间歇波动中对数幅度的表征
  • DOI:
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    清野健;戸次直明
  • 通讯作者:
    戸次直明
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