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AI 导读

物理学

2026-01-28 01-28 15:25

今日物理学研究在量子传感、材料科学、计算物理与复杂系统等多个前沿领域取得显著进展,展现出从基础理论突破到实际应用转化的强大活力。

  • 量子传感迈向临床医学:基于金刚石NV色心的量子传感器首次实现对人体心脏磁信号的非侵入式检测,其高灵敏度与紧凑设计为未来临床诊断(如心/脑磁图)开辟了新途径。
  • 新型材料与结构设计:通过扭转开尔文晶胞调控弹性波,无需添加质量即可实现高效振动控制;生物陶瓷涂层使医用石膏具备日间辐射制冷功能,解决了柔性曲面集成的难题。
  • 高效计算与模拟方法:张量列车格式将高阶等几何分析的存储需求从PB级压缩至MB级,极大提升了求解复杂输运方程的可行性;qNEP势函数引入动态电荷,为大规模原子模拟中的介电与光谱性质评估提供了统一框架。
  • 复杂系统与湍流机理:Transformer模型成功学习混沌多体系统的集体动力学;卷积因果学习技术从非定常流场中提取出可解释的物理机制;高精度模拟揭示了湍流沉降中新的对流混合机制。
  • 等离子体与聚变物理:三维动理学模拟阐明了无碰撞等离子体对撞中的能量分配机制;实验与模拟结合,通过优化磁压缩提升了紧凑环的约束与稳定性,并研究了磁岛分岔对电子输运的复杂影响。
  • 光子学与器件突破:在AlN衬底上实现了AlGaN基紫外B波段激光二极管的电泵浦激射;在二维Floquet光子晶格中观测到平带的量子化非阿贝尔螺旋性,为拓扑光子学提供了新视角。

数学

2026-01-28 01-28 15:25

今日数学领域整体呈现理论深化与跨学科应用并进的趋势,代数、分析、几何与计算数学均有重要进展,特别是在对偶性推广、算法创新与复杂结构分析方面。

  1. Gelfand对偶性推广:研究将经典的Gelfand对偶性推广至更一般的Nachbin空间,通过引入邻近结构并在完备有界阿基米德ℓ-代数上建立范畴等价,其核心在于对Stone-Weierstrass定理等经典工具的推广,深化了对拓扑代数与有序空间之间关系的理解。

  2. 湍流模拟混合降阶框架:提出了一种结合“一致通量”策略与数据驱动闭合的新框架,用于不可压缩湍流模拟。其方法学意义在于通过侵入式与非侵入式方法的混合,在保证质量守恒等物理约束的同时,利用LSTM等神经网络有效闭合湍流粘度,提升了降阶模型的实用性与精度。

  3. 单位距离图结构突破:针对Erdős经典问题,通过结合代数刚性与Cayley-Menger簇理论,证明了高密度单位距离图必然包含刚性子结构。主要发现是“平坦性引理”,它揭示了特定构型的代数奇异性与维数塌缩,从而排除了维持旧上界所需的无序结构,推动了极值几何的进展。

  4. PDE数值方法稳定性分析:研究了龙格-库塔方法在双曲问题中的非线性稳定性,理论证明了众多传统上不被认为是强稳定性保持的方法,在特定离散化下仍能保持熵稳定、正性等关键性质,拓宽了高精度时间积分方法在计算流体动力学中的应用范围。

  5. 量子漫步静止性研究:对比研究了二分图与平面图在量子漫步中的动力学差异,发现静止顶点的存在性强烈依赖于图的结构(如二分性)与谱性质。这一发现揭示了量子输运与图组合结构之间的深刻联系,并构造了新的反例。

  6. 动态拓扑数据分析稳定性理论:为刻画数据时变拓扑的克罗克图建立了首个严格的稳定性理论框架,给出了在几何分离条件下的精确不变性证明,以及在一般噪声或数据修改下的有界变化估计,为拓扑数据分析在动态场景中的可靠应用提供了理论基础。

定量生物学

2026-01-28 01-28 15:26

今日q-bio领域研究聚焦于计算与理论方法的创新,以解决生物系统多尺度复杂性、数据整合瓶颈及预测精度等核心挑战。主要看点如下:

  1. 物种分布建模新框架:LabelKAN利用KAN网络联合学习物种-环境与物种-物种关系,显著提升稀有物种预测精度,并能识别关键关联物种与群落结构,为生态保护提供新工具。
  2. 系统发育计算加速:LvD算法通过树分解将似然计算复杂度从O(n)降至O(log n),实现了系统发育推断的速度飞跃,并具备并行潜力,有望推动大规模进化分析。
  3. 酶与分子设计突破:EnzyPGM通过残基-原子双尺度注意力精准建模酶口袋-底物互作;BADGER框架则增强扩散模型对结合亲和力的控制,两者均显著提升了生成分子的性能与实用性。
  4. 大规模数据整合架构:字节偏移索引架构将化学数据库整合的算法复杂度从O(N×M)降至O(N+M),实现740倍加速,解决了万亿级数据整合的工程瓶颈。
  5. 神经机制与计算模型:延迟耦合神经场模型为视觉运动错觉提供了机制解释;图式化主动推理框架则从计算角度阐释了大脑快速泛化经验的神经基础,连接了行为、理论与神经数据。
  6. 疾病演化与传播规律:数学模型揭示骨髓增殖性肿瘤突变发生平均需63年,扩张期约9年;车辆移动数据分析明确了美国养猪场疾病传播的关键风险与保护因素,为防控提供定量依据。

经济学

2026-01-28 01-28 15:26

今日经济学研究聚焦于复杂系统建模、市场机制创新与前沿计量方法,强调理论突破与政策应用的结合。

核心要点:

  1. 复杂系统博弈建模:MaaS系统通过单层变分不等式框架实现多主体博弈并行求解,证明存在“三赢”均衡;稳定币市场采用平均场博弈模型,揭示初级市场在压力事件中的关键稳定作用。
  2. 市场机制设计与评估:提出AI算力“限额与交易”市场,旨在激励效率、促进公平;实证分析揭示欧元贸易效应存在显著异质性,核心国家获益而边缘国家受损。
  3. 前沿计量与估计方法:差异断点设计(DiDC)提供了正式的识别、估计与检验框架;惩罚实现方差(PRV)估计器为高维金融协方差矩阵提供了最优低秩估计方法。
  4. 宏观动态与新视角:挑战传统观念,提出宏观资本增长无需净储蓄支持;时变参数分布回归模型为前瞻性评估通胀目标偏离风险提供了新工具。
  5. 政策与结构分析:DSGE模型均衡选择被揭示为政策选择,而非数学必然;专业化选择中的网络外部性会导致供应链过度专业化,牺牲韧性换取效率。
  6. 成本优化与实证评估:综述云与AI基础设施成本优化策略,揭示巨大节约潜力;对英格兰银行通胀预测的评估表明,其相对于基准模型仍具准确性。

天文学

2026-01-28 01-28 15:27

今日天体物理学研究呈现多领域协同突破态势,从引力波探测技术革新到早期宇宙星系形成机制,均展现出理论与观测的深度融合。核心趋势在于通过算法优化、新一代望远镜及多信使观测,解决高维参数空间探索、物理本质表征等根本性挑战,推动天体物理迈入精确检验与系统性理解的新阶段。

  1. 引力波探测计算革命:提出“比率滤波去啁啾”算法,将匹配滤波搜索的内存瓶颈转化为缓存高效运算,实现8倍加速。此技术突破为探索包含偏心、进动等复杂物理的高维参数空间(如偏心双星、亚太阳质量信号)提供了关键计算可行性,有望显著提升探测效率与参数估计能力。

  2. 系外行星研究范式转变:指出当前研究瓶颈在于缺乏大规模物理表征能力,并论证未来核心挑战是实现“群体层面的物理表征”。提出基于光子学技术的模块化望远镜新架构,旨在同时对统计显著样本探测行星内部与大气,从而系统性理解行星形成、演化与宜居性。

  3. 引力波背景普适理论框架:推导出与具体天体种群无关的普适标度律,为全频段随机引力波背景设定了绝对能量上限。该理论框架成功约束了从超大质量黑洞到恒星级双黑洞等多种起源的背景振幅,其预测与当前脉冲星计时阵列观测信号一致,为理解宇宙质量转换极限提供了统一基础。

  4. 早期宇宙黑洞吸积机制:通过辐射转移计算,证实JWST发现的“小红点”星系光谱特征可由超大质量黑洞从致密气体茧中吸积物质精确复现。研究揭示了气体茧的非对称结构与流动物理,并量化了黑洞与电离茧质量,为理解早期宇宙黑洞增长与星系反馈提供了关键机制。

  5. 快速射电暴辐射机制验证:通过粒子模拟验证了磁星磁层中诱导散射理论,揭示了FRB辐射逃逸与否取决于等离子体密度临界值。该机制缓解了与致密辐射区的矛盾,并能解释FRB与X射线暴关联的多样性,为理解FRB起源提供了关键物理过程。

  6. 星系演化新机制与历史:在宇宙正午(z=1.5)首次发现棒旋星系驱动形成恒星核盘,将此类结构的形成证据大幅提前,表明棒旋结构在星系早期演化中即起根本作用。同时,通过球状星团分析明确识别出银河系在宇宙诞生仅15亿年后经历的第三次重大合并事件,解决了早期合并历史的争议。

今日速览列表

今日暂无更新,展示最近一批(2026-01-28,UTC)

astro-ph 01-28 00:00

突破引力波匹配滤波搜索的内存墙:比率滤波去啁啾算法实现8倍加速

针对引力波紧致双星并合信号的匹配滤波搜索,传统FFT方法因长模板波形超出缓存容量而受限于内存带宽,导致处理器大量空闲。本研究提出“比率滤波去啁啾”算法,通过参考模板去除共同的轨道相位演化,将原本内存受限的FFT运算重构为缓存高效的FIR卷积。该方法将核心滤波循环速度提升8倍,低延迟分析有望实现10倍以上加速,并能推广至包含有限尺寸效应、偏心率和进动等物理特征的搜索中,为探索高维参数空间(如偏心或亚太阳质量信号)提供了计算可行性。

引力波探测匹配滤波算法优化计算天体物理信号处理高性能计算
astro-ph 01-28 00:00

系外行星研究新范式:大规模巡天揭示行星系统物理本质

当前系外行星研究面临瓶颈:虽然已发现大量行星,但仅有少数目标能获得精确质量、内部结构和大气成分数据,导致对行星形成、演化和宜居性的理解受限。未来十年,PLATO、Roman等任务将大幅增加行星发现数量,但缺乏大规模物理表征能力。本文提出,2040年代的核心科学挑战是实现“群体层面的物理表征”,并论证了基于光子学技术的模块化望远镜架构,能够提供所需的巡天速度、稳定性和可扩展性,从而对统计意义显著的样本同时探测行星内部和大气,最终建立对行星系统的全面物理认知。

系外行星大规模巡天行星表征望远镜技术天体物理行星形成
astro-ph 01-28 00:00

天体物理引力波背景的能量上限:揭示宇宙质量转换的极限

本研究推导出一个与具体天体种群无关的普适标度律,为从纳赫兹到千赫兹全频段的随机引力波背景设定了绝对的能量上限。该框架被应用于约束超大质量黑洞双星、活动星系核盘中的中等质量黑洞捕获事件、极端质量比旋进、双中子星、第三星族遗迹以及恒星级双黑洞等产生的背景。研究发现,超大质量黑洞双星背景的振幅上限在参考频率1年⁻¹处为A ≤ 1.6₋₀.₃⁺⁰.³ × 10⁻¹⁵,与NANOGrav、EPTA和PPTA观测到的信号振幅在1σ内一致,表明当前信号可能由超大质量黑洞(M_• ≳ 10¹⁰ M_⊙)驱动。所有天体物理通道的总背景能量密度Ω_gw无法超过约10⁻⁷。

引力波背景能量上限天体物理极限超大质量黑洞随机背景标度律
astro-ph 01-28 00:00

揭开“小红点”光谱之谜:超大质量黑洞在气体茧中吸积

JWST在早期宇宙中发现一类致密星系“小红点”,其宽发射线和强巴尔末间断特征引发多种猜测。本研究通过辐射转移计算表明,超大质量黑洞从致密气体茧中吸积物质可精确复现其光谱特征。研究证实气体茧呈非球对称结构,同时存在流入与流出物质,并预测了巴尔末间断强度、吸收线及散射线宽的相关性。样本中黑洞质量约百万太阳质量,电离茧质量约数十太阳质量,可能来自更大规模的冷气体储备。

jwst观测早期宇宙星系超大质量黑洞气体吸积光谱分析辐射转移
astro-ph 01-28 00:00

磁星磁层中快速射电暴的诱导散射机制研究

本研究通过粒子模拟验证了磁化电子-正电子对等离子体中电磁波的诱导康普顿/布里渊散射理论。将其应用于磁星磁层中的快速射电暴(FRB)时发现,尽管磁场会抑制散射,但散射过程仍不可避免地进入线性增长阶段。后续演化出现分岔:当等离子体密度超过临界值时发生完全散射;低于该值时散射饱和,FRB得以逃逸。这一机制缓解了与观测到的致密辐射区的矛盾,并可能解释FRB与X射线暴关联性的多样性。

快速射电暴磁星磁层等离子体散射诱导散射粒子模拟
astro-ph 01-28 00:00

褐矮星大气模型评估:Sonora与SM08模型在近红外光谱中的一致性分析

本研究对两种主流的云层大气模型网格——SM08和Sonora Diamondback——在低分辨率近红外光谱(0.8-2.5 $\mu$m)中的应用进行了系统性评估。通过对142颗年龄已知的晚M、L、T型褐矮星和行星质量天体进行统一的前向建模光谱拟合,发现两种模型得出的有效温度、表面重力等参数基本一致。研究首次在L4-L9矮星中发现了云参数$f_{\rm sed}$与年龄的显著相关性,年轻天体(<300 Myr)的$f_{\rm sed}$值系统性更低,这解释了L/T转变晚期观测到的重力依赖性光度特性。通过比较光谱推断参数与演化模型预测,量化了系统误差并建立了经验校准。残差分析揭示了与关键原子分子吸收带相关的波长依赖性数据-模型不匹配,表明当前云层模型在不透明度与化学过程方面仍需改进。

褐矮星大气模型近红外光谱云层物理前向建模l/t转变
astro-ph 01-28 00:00

FLAMES光谱揭示16个球状星团中约1500颗红巨星的镁、硅、钙、钛丰度均一性

本研究利用FLAMES光谱数据,首次系统测量了16个银河系球状星团中约1500颗红巨星的Mg、Si、Ca、Ti元素丰度。研究发现,无论是银晕还是银盘星团,其α元素均呈现明显超丰度,且Mg和Si的丰度变化与星团内多重星族现象相关。超过半数样本中Si与Na丰度变化存在关联,表明污染源温度超过约65 MK。研究证实了贫金属或大质量星团中Mg存在显著变化,并在NGC 6752和NGC 7078中发现了Ca的超常富集,这符合质子俘获反应在极高温度下活动的预期。与之前APOGEE基于Si的结果不同,本研究表明α元素平均丰度不能有效区分原位形成与吸积星团。

球状星团元素丰度多重星族flames光谱红巨星银河系形成
astro-ph 01-28 00:00

ALMA揭示原恒星盘GY 91的多环结构与化学特征

本研究利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)对I型年轻恒星天体GY 91进行了高分辨率(约40 AU)观测。探测到CS、N₂H⁺、C¹⁸O、H₂CS和H₂CO等多种分子谱线,并发现CS和H₂CS发射存在方位角不对称性。通过CS谱线分析,估算出中心恒星动力学质量为0.58 M⊙,高于先前恒星演化模型的估计值(0.25 M⊙)。结合尘埃连续谱的辐射转移模型及与热化学模型的比较,估算出盘质量约为0.01 M⊙。研究表明,GY 91的化学性质在很大程度上与II型原行星盘相似。

原行星盘alma观测恒星形成盘化学动力学质量
astro-ph 01-28 00:00

球状星团中α元素比值揭示早期恒星形成质量分布

本研究通过高分辨率光谱测量了27个银河系球状星团的α元素丰度,发现静水压与爆炸性α元素比值(HEx比值)随金属丰度增加而降低。这一趋势支持了高金属丰度环境下初始质量函数(IMF)缺乏大质量恒星的观点,并通过[O/Mg]与[Mg/H]的相关性得到验证。研究还发现HEx比值与星团当前及初始质量呈反相关,并指出先前APOGEE数据分析中可能混淆了M54星团与人马座矮星系核心区的恒星。

球状星团α元素丰度初始质量函数高分辨率光谱恒星演化化学丰度
astro-ph 01-28 00:00

模拟JWST观测验证高红移星系气体运动学测量准确性

本研究利用TNG50星系形成模拟,生成了红移z=2-6的恒星形成星系在JWST NIRSpec/MSA下的模拟观测数据。通过拟合旋转盘模型,测量了电离气体的旋转速度$v$和速度弥散$\sigma$,并与模拟中的真实值进行比较。结果显示,对于平滑的盘状星系,运动学参数恢复较好($v$误差约2倍内,$\sigma$约1.5倍内),但形态复杂的星系误差更大。尽管单个星系测量存在不确定性,但关键群体趋势(如$\sigma$的弱红移演化及其与恒星形成率的关系)仍能被有效捕捉。该研究为比较NIRSpec观测与宇宙学模拟提供了端到端框架,并量化了观测偏差。

jwst模拟星系运动学高红移星系tng50模拟气体动力学观测偏差
astro-ph 01-28 00:00

六例明亮快速蓝色光学暂现源的多波段观测揭示其爆发环境与可能前身星

本研究对兹威基瞬变设施发现的六例明亮快速蓝色光学暂现源进行了多波段分析。这些天体具有快速光变(半峰宽≤12天)、峰值呈蓝色、高光学光度($M_g<-20$)等特征,并伴有X射线或射电辐射。射电光变曲线在爆发后约50-100天达到峰值($10^{38}-10^{40}$ erg s$^{-1}$),同步辐射模型表明存在高速($v=0.1-0.3c$)激波在致密介质($n_e\approx10^{3}-10^{4}$ cm$^{-3}$)中传播。X射线光度在约20天时变化达两个量级($10^{42}-10^{44}$ erg s$^{-1}$)。宿主星系均为恒星形成星系,恒星质量在$10^{9}-10^{11} M_\odot$之间。其中AT2024aehp表现出独特的光学平台期和持续增亮的射电辐射。一致的射电行为暗示了相似的爆发周围环境,支持大质量星与致密天体合并的前身星模型。

快速蓝色光学暂现源多波段天文学激波辐射致密天体合并宿主星系
astro-ph 01-28 00:00

JWST发现白矮星WD 0644+025存在显著中红外超量,或为行星伴星或尘埃盘

MEAD巡天项目利用JWST的MIRI对56颗25秒差距内的白矮星进行10和15微米成像观测。在分析异常大质量白矮星WD 0644+025时,发现其在15微米处存在7.3σ、10微米处存在3.6σ的显著中红外超量。该信号可能源于一颗质量约6.8倍木星的行星伴星(有效温度$T_{\text{eff}}=261 \pm 9$ K,轨道距离<11.8 AU)或一个环绕的尘埃盘。对比曲线分析排除了在约12 AU以外存在质量大于2倍木星的行星。同时,光谱分析确认了该白矮星存在金属污染,且吸积率在数十年间未发生显著变化。传统碎片盘模型难以完全拟合观测数据,这使得WD 0644+025成为研究具有冷红外超量白矮星及其行星系统遗迹的重要案例。

白矮星行星伴星中红外超量jwst观测尘埃盘系外行星
astro-ph 01-28 00:00

哈勃与韦伯望远镜联手揭示:高速逃逸黑洞的前身之谜

通过哈勃与韦伯望远镜的联合观测,研究人员发现了一个以约954 km/s高速运动的超大质量黑洞RBH-1。结合引力波反冲理论分析,推断其前身是一个质量比≲6、具有高自旋(无量纲自旋约0.75)的双黑洞系统,约7000万年前通过引力波驱动合并后产生反冲。这一发现为未来LISA任务探测类似黑洞合并事件提供了重要参考,并暗示其宿主星系可能经历了一次气体丰富的重大并合。

超大质量黑洞引力波反冲黑洞合并哈勃望远镜韦伯望远镜星系演化
astro-ph 01-28 00:00

利用21厘米谱线双谱多极子检验后再电离宇宙中的引力理论

本研究探讨了利用平方公里阵列射电望远镜(SKA-MID)观测到的红移空间21厘米谱线双谱及其球谐多极子,作为检验广义相对论及其修正引力模型(如Hu-Sawicki f(R)模型)的新探针。通过树级微扰理论分析,研究发现可观测信息主要集中于最低阶多极子,且在准线性尺度上的挤压与拉伸三角形构型对修正引力效应最为敏感。该工作为SKA时代在后再电离时期超越ΛCDM模型检验引力理论提供了一种实用且前景广阔的观测方案。

21厘米谱线双谱分析修正引力宇宙大尺度结构ska望远镜后再电离时期
astro-ph 01-28 00:00

宇宙正午发现棒旋星系驱动的核盘:揭示星系早期演化新机制

本研究首次在红移 $z = 1.5$(宇宙年龄约40亿年)的星系中,发现了由棒旋结构驱动形成的恒星核盘。该核盘正在活跃形成恒星,其尺寸与邻近星系中的核盘相当。这一发现将棒旋结构驱动形成恒星结构的证据从 $z < 1$ 的晚期宇宙,提前到了“宇宙正午”时期,表明棒旋结构不仅在星系晚期演化中扮演关键角色,在其早期演化阶段同样具有根本性作用,从而改变了当前对高红移星系演化的认知范式。

星系演化棒旋星系核盘宇宙正午高红移星系恒星形成
astro-ph 01-28 00:00

利用元素丰度梯度测量银河系圆周速度曲线

本研究提出了一种新的数据驱动方法,通过分析银河系盘面中元素丰度与径向运动学的关系,来经验性地测量银河系的圆周速度曲线。该方法结合了APOGEE巡天的恒星表面丰度数据和Gaia任务的运动学数据,证实了银河系盘在平均[Fe/H]和[Mg/Fe]丰度比上的有序结构。研究发现,平均[Fe/H]可追踪恒星在盘中的径向位置,而平均[Mg/Fe]则追踪恒星围绕该半径的轨道偏移。利用这种方法,研究人员测量了太阳半径处的圆周速度$v_{c,\odot} = 235.3^{+2.8}_{-3.7}$ km s$^{-1}$,以及径向频率$\kappa_{0,R_\odot}=36.9^{+0.8}_{-1.0}$ km s$^{-1}$ kpc$^{-1}$和方位角频率$\Omega_{0,R_\odot}=28.5_{-0.1}^{+0.4}$ km s$^{-1}$ kpc$^{-1}$,并由此推导出奥尔特常数等关键动力学参数。

银河系动力学元素丰度圆周速度apogeegaia运动学测量
astro-ph 01-28 00:00

超级木星偏心率分布存在峰值:约0.3处聚集

本研究基于加州遗产巡天(CLS)的径向速度数据,计算了巨行星(质量0.1-20 M_J)在质量、半长轴和偏心率上的完整度校正发生率。在0.1-4.5 au的巨行星主要分布区内,发现不同质量子群具有不同的偏心率分布。最显著的是,超级木星(3-20 M_J)的偏心率分布在$e \sim 0.3$处存在一个峰值,该结果在两种不同的偏心率分布参数化模型中均得到证实。约92%的后验样本表明,中等偏心率(0.2-0.4)的超级木星发生率高于较低或较高偏心率值。这一特征偏心率可能源于动态活跃的演化历史,例如巨行星撞击阶段。

系外行星偏心率分布超级木星径向速度法行星形成动力学演化
astro-ph 01-28 00:00

AT2018cow之谜破解:非对称星周介质中的激波驱动模型

本研究为明亮快速蓝色光学暂现源AT2018cow提出了一个定量模型,认为其X射线和紫外/光学/近红外辐射源于激波在非对称星周介质中的传播。热激波后电子产生X射线,软X射线光子在下游冷区再处理为光学/紫外辐射。该模型成功解释了多个观测难题:光学与软X射线在第20天后的协同演化、10 keV以上的硬X射线驼峰在第15天左右随汤姆逊光学深度从$\tau_T \gg1$降至$\tau_T \sim 1$而消失。模型还定量再现了辐射光度演化、软X射线光谱及多波段光度比,并揭示了X射线波动、近红外超及视黑体半径缩小等现象的物理起源。推断爆炸能量约$1-5 \times 10^{50}$ erg,抛射物速度约0.1c,质量$0.01-0.05 M_\odot$,存在于约$0.3 M_\odot$的致密非对称星周介质中。

快速蓝光学暂现源激波辐射星周介质多波段观测天体物理模型at2018cow
astro-ph 01-28 00:00

哈勃望远镜揭示M87星系喷流中HST-1结的超光速运动与加速过程

本研究利用哈勃空间望远镜2002-2022年的观测数据,分析了射电星系M87喷流中著名亮结HST-1的光学/紫外图像与光变。研究发现HST-1在2002-2005年间的视超光速运动速度为$1.04\pm0.04\,c$,而在2005-2022年间加速至约$2.1\pm0.05\,c$。结合此前X射线观测,研究表明X射线与紫外/光学辐射可能来自物理上不同的区域,这为理解喷流中的激波结构和同步辐射耀发机制提供了新线索。

活动星系核喷流物理超光速运动多波段观测激波加速同步辐射
astro-ph 01-28 00:00

银河系在宇宙诞生15亿年后经历重大星系合并

通过哈勃太空望远镜的精确观测和球状星团年龄-金属丰度分析,研究首次明确识别出银河系早期经历的第三次重大合并事件。该事件发生在宇宙大爆炸后仅15亿年,合并对象质量与盖亚-恩克拉多斯星系相当(约5×10⁸ M⊙),其大部分质量沉积在银河系内6千秒差距区域。这一发现解决了早期关于银河系合并历史的争议,并将该前身系统命名为低能海怪-赫拉克勒斯(LKH)。

星系合并球状星团银河系演化早期宇宙年龄测定
astro-ph 01-28 00:00

太阳邻域M矮星双星系统轨道测量:SOAR望远镜揭示54个系统的精确质量

本研究利用SOAR望远镜的HRCam在2021-2024年间对太阳邻域30秒差距内的M矮星进行了1066次斑点干涉测量,成功解析了212对双星系统。通过结合历史天体测量、径向速度数据及Hipparcos-Gaia加速度信息,首次精确测定了其中54个伴星的轨道参数(周期0.67-30年),其中28个为首次轨道测定。研究提供了精度达0.7-7%的系统动力学总质量,为完善小质量恒星的质光关系提供了关键数据,将推动恒星年龄、磁活动及金属丰度对光度影响的研究。

m矮星双星斑点干涉测量轨道动力学恒星质量测定太阳邻域天体
astro-ph 01-28 00:00

低计数STIS光谱的不确定性评估与Poisson置信区间工具

本文评估了哈勃太空望远镜STIS光谱仪在低计数观测下的不确定性计算问题。当紫外暗弱源导致像素计数为0或1时,广泛使用的“根号N”近似失效。研究介绍了用于探索此问题的Jupyter笔记本,并发布了新工具`stistools.poisson_err`,用于手动计算一维STIS光谱的Poisson置信区间。同时,报告了`stistools.inttag`工具中一个已修复的软件缺陷,该案例突显了正确使用Poisson置信区间的重要性。

光谱分析不确定性poisson统计stis低计数数据处理
astro-ph 01-28 00:00

银河系类星系吸积恒星晕的统计预测:少数大质量卫星决定结构

本研究在ΛCDM宇宙学框架下,通过SatGen框架中的半解析模型,对大量银河系类星系的吸积恒星晕进行统计研究。研究发现,恒星晕主要由少数几个前身卫星星系构建,其质量对最大质量卫星的命运高度敏感,即使在相同宿主暗晕质量下,吸积恒星质量也可出现数量级差异。不同恒星成分(中心恒星、吸积恒星、幸存卫星)分别对应宿主暗晕增长的不同阶段。研究还利用随机森林回归量化了可观测星系性质对暗晕组装历史的恢复能力,为未来低表面亮度观测提供了理论框架。

恒星晕星系吸积λcdm模型半解析模型随机森林星系形成
astro-ph 01-28 00:00

VLA高分辨率观测揭示室女座星系团中暗中性氢云本质

研究团队利用甚大阵对Arecibo巡天发现的6个暗中性氢云进行高分辨率观测。其中两个云(AGESVC1 231和274)被证实与极暗、极蓝的光学对应体($m_g > 18.5$,$g-i < 0.1$)相关联,具有极高的$M_{HI}/L_g$比值。另外两个云显示出低柱密度的延展HI发射,符合由冲压剥离或潮汐作用形成的弥散云特征。未探测到的两个云也符合HI向星系团内介质弥散的模型。研究表明这些不与光学体关联的HI云可能是相对短寿的天体,未发现压力支撑的湍流球或稳定暗星系存在的证据。

中性氢云室女座星系团甚大阵观测星系际介质冲压剥离
econ 01-28 00:00

MaaS系统多主体博弈建模:单层变分不等式框架与帕累托改进

本研究将出行即服务(MaaS)系统建模为一个多领导者-多跟随者博弈,刻画了MaaS平台、服务运营商和出行者之间的复杂交互。通过引入一个虚拟交通运营商,研究提出了一种新颖的单层变分不等式(VI)公式。该公式的关键优势在于支持并行求解过程,从而适用于大规模应用。研究证明,在给定服务容量的协商批发价格下,均衡解总是存在的。数值实验表明,批发价格可以根据不同的系统目标进行调整,MaaS系统有潜力创造“三赢”结果:与“无MaaS”情景相比,服务运营商和出行者境况改善,同时MaaS平台保持盈利。这种帕累托改进机制可以通过批发容量价格明确指定。

出行即服务博弈论变分不等式多模态交通均衡分析帕累托改进
econ 01-28 00:00

AI排放权交易:以市场机制激励效率,促进公平与可持续

针对当前AI发展过度依赖算力扩张、加剧学术与产业不平等及环境负担的问题,本文提出建立AI领域的“限额与交易”市场机制。该机制通过为AI模型部署设定计算资源上限并允许交易配额,理论上可证明能有效减少总体计算量,从而降低能耗与排放。同时,它将效率转化为经济价值,有望为资源有限的学术界和中小公司创造新的发展机会,引导行业向更高效、更可持续的方向转型。

人工智能治理市场机制设计计算效率可持续发展产业公平碳排放交易
econ 01-28 00:00

谁在稳定锚定?基于平均场博弈的稳定币市场动态模型

本文针对USDT、USDC等法币抵押型稳定币在压力事件中脱锚与恢复的机制,提出了一个基于智能体的动态平均场博弈框架。该模型将大量套利者和散户交易者在初级(铸造/赎回)与二级(交易所)市场中的策略性互动内生化,能够将市场摩擦映射为市场出清价格路径和净订单流。通过校准三个历史脱锚事件,研究发现:系统性的压力主要由初级市场套利稳定;而当初级赎回功能受损时,恢复需要两个市场共同作用。敏感性分析还识别出了初级市场摩擦的非线性崩溃阈值。

稳定币平均场博弈市场微观结构脱锚风险金融建模系统性风险
econ 01-28 00:00

基于惩罚实现方差的二次变差高维估计方法

本文提出了一种惩罚实现方差(PRV)估计器,用于估计高维连续Itô半鞅的二次变差(QV)。该方法将线性回归中的正则化思想应用于连续时间高频协方差估计,通过核范数惩罚对实现方差(RV)的特征值进行软阈值处理,从而鼓励解的奇异值稀疏性(即低秩性)。理论证明该估计器在达到对数因子意义下是最小极大最优的,并推导了集中不等式,表明PRV的秩以高概率等于QV的非可忽略特征值数量。研究还提供了即期方差的非渐近分析,并提出了一种直观的数据驱动子采样程序来选择收缩参数。模拟研究和实证应用表明,PRV在股票市场中检测到约3-5个因子,且在金融市场压力时期秩显著下降,这与大多数标准资产定价模型一致。

高维估计二次变差惩罚实现方差低秩估计高频金融协方差矩阵
econ 01-28 00:00

时变参数分布回归:评估美国通胀目标偏离风险

本文提出了一种新颖的半参数方法,用于构建时变条件分布,以捕捉宏观经济变量(如通胀)超越中心趋势的完整分布动态。该方法基于分布回归的最新进展,并采用一种高效的、基于精度的马尔可夫链蒙特卡洛算法,在估计所有模型参数的同时,显式地强制执行条件分布函数的单调性约束。模型应用于美国,以前瞻性地构建基于一系列宏观经济和金融指标的通胀预测分布,并仔细评估了未来通胀过高或过低偏离目标区间的风险。研究还深入探讨了全球金融危机、新冠疫情及2023年第三季度期间通胀与失业率之间的相互作用。

分布回归时变参数通胀预测风险评估半参数模型宏观经济
econ 01-28 00:00

差异断点设计:估计、推断与有效性检验的计量框架

本文为新兴的差异断点设计(DiDC)提供了正式的计量经济学框架。研究明确了DiDC的识别假设,提出了非参数估计量并推导了其渐近性质。同时,开发了针对关键识别假设的全面检验方法,以及允许评估在假设违反时估计结果稳健性的敏感性分析工具。蒙特卡洛模拟表明该估计量具有良好的有限样本性质。最后,通过重新分析Grembi等人(2016)关于放松财政规则对公共财政影响的研究,发现其大部分定性结论对时变混杂效应具有稳健性。

计量经济学因果推断断点回归政策评估非参数估计稳健性检验
econ 01-28 00:00

大规模资本增长无需净储蓄支持,消费约束作用有限

该研究提出,在宏观尺度上,资本增长并不依赖于净储蓄,因此也不受消费约束的影响。净储蓄作为消费的牺牲,在宏观层面并未带来相应的资本增长回报。这一发现挑战了传统经济学中关于储蓄、投资与增长关系的核心假设,为理解宏观经济动态提供了新的视角。

资本增长净储蓄消费约束宏观经济学经济增长理论
econ 01-28 00:00

交错DID设计中的潜在结果建模与贝叶斯-频率推断统一框架

本文为多时期交错治疗DID设计建立了一个统一的潜在结果模型,该模型尊重平行趋势和无预期假设,通过序列特定随机效应和协变量依赖的随机截距纳入未观测异质性,在保持因果识别的同时允许灵活的基线动态。模型支持对组别特定、时变的ATT进行直接推断,并易于对ATT参数进行正则化。贝叶斯推断中,通过黑箱训练样本先验和小样本下的厚尾t先验将小幅度ATT收缩至零;子类别ATT可采用分层先验。Bernstein-von Mises定理为处理效应的后验推断提供了理论依据。为展示模型为贝叶斯与频率推断提供了共同基础,作者基于贝叶斯后验采样更新开发了迭代可行GLS估计方法。实证研究以美国最低工资上涨对青少年就业的影响为例进行了演示。

交错did潜在结果模型贝叶斯推断平均处理效应因果识别随机效应
econ 01-28 00:00

游说如何影响舆论?基于意见动力学的新模型揭示两种影响机制

本研究在意见动力学框架中引入了一个包含有限预算游说者的新模型。个体通过类似贝叶斯更新的社会学习过程更新意见,并受反应不足和确认偏误调节。数值模拟显示,游说存在下出现两种机制:一是游说者对网络产生完全影响;二是同伴效应导致观点极化。当游说者策略对称时,游说影响机制下会出现持久的意见振荡。若游说者策略在时间上分化,在同伴效应机制中前期集中投入更有利,而在游说影响机制中后期投入更优。

意见动力学游说模型社会学习贝叶斯更新观点极化计算经济学
econ 01-28 00:00

专业化选择如何影响供应链韧性:一项关于网络外部性与效率损失的研究

本研究探讨了中间产品生产商的专业化选择如何影响供应链韧性。理论模型表明,中间商在专业化决策时面临权衡:更高的附加值 vs 更小的兼容客户池。由于存在网络外部性,中间商未能内化其选择对最终生产商能否获取全部互补投入品的影响,导致均衡状态下出现过度专业化。这使得供应链在正常时期更具生产力,但在遭受冲击时韧性低于社会最优水平。研究提出了恢复效率分配的转移支付方案,并证明兼容性标准等非财政干预措施通常能提升社会福利。

供应链韧性专业化网络外部性兼容性效率损失产业组织
econ 01-28 00:00

云与AI基础设施成本优化:策略综述与企业实践

本文全面综述了云与AI基础设施的成本优化技术。随着AI/ML工作负载的快速普及,GPU计算已占AI企业技术预算的40-60%。研究涵盖了传统云定价模型、资源分配策略及针对AI/ML的新兴管理方法,重点探讨了自2021年以来大语言模型推理成本每年约下降10倍的趋势,并分析了模型量化、GPU实例选择与推理优化等关键技术。来自亚马逊Prime Video、Pinterest等企业的案例表明,通过战略优化可实现50-90%的成本节约。

云计算ai成本优化gpu计算模型量化资源管理企业案例
econ 01-28 00:00

多项式对数边际与Tweedie公式:贝叶斯何时可行?

本文从复合决策问题中的Tweedie公式出发,探讨了直接建模边际密度$m(y)$的经验贝叶斯估计器的理论基础。核心结论表明,在指数族模型中,$k \ge 3$次的多项式对数边际不可能源于任何有效的先验分布,而二次形式恰好对应高斯先验。这为某些经验贝叶斯决策规则虽实用却不对应任何形式贝叶斯程序的现象提供了理论解释。研究还强化了诊断方法,证明边际密度是高斯卷积的充要条件是,它能在平滑参数邻域内扩展为热方程的有界解,这超越了$c(y)=\tfrac12 y^2+\log m(y)$的凸性条件。

经验贝叶斯tweedie公式边际密度指数族高斯先验统计决策
econ 01-28 00:00

稳健事件研究估计:诊断、敏感性与正交化方法

本文针对交错采用与异质性处理效应下的双重差分与事件研究估计,提出了一个设计优先的计量框架。核心贡献包括:推导了传统双向固定效应事件研究回归的确切概率极限;开发了可计算的诊断工具,用于量化估计中的污染与负权重风险;构建了在平行趋势假设有限违背下仍保持一致有效的敏感性稳健推断方法。此外,通过正交得分构造,该方法能有效减少高维协变量调节带来的估计偏误。理论与模拟实验相结合,为金融与计量经济学中政策、法规及市场结构变化的时序分析提供了完整的方法论。

事件研究双重差分稳健推断交错采用计量经济学敏感性分析
econ 01-28 00:00

货币政策预测的挑战与评估:基于英格兰银行通胀预测的实证分析

本文围绕Bernanke(2024)报告中强调的货币政策预测三大主题展开:经济预测面临的挑战、央行预测的条件性,以及预测评估的重要性。研究对英格兰银行的通胀预测进行了正式评估,结果表明,尽管近年来预测误差较大,但相对于常见的基准模型,其预测仍然具有相当的准确性。这为理解和使用央行预测提供了实证依据。

货币政策经济预测预测评估通胀预测央行
econ 01-28 00:00

DSGE模型均衡选择统一框架:揭示政策选择背后的数学结构

本文提出一个统一框架$(S, T, \Pi)$,将DSGE模型形式化为自指经济设定下的不动点选择装置。该框架通过组合管道(设定变换、不动点计算、均衡选择)适用于任何DSGE模型。在线性理性预期系统中,我们将Blanchard-Kahn条件重新解释为一种特定的选择算子,并验证标准解法(如QZ分解、OccBin)实现了此操作。研究表明,在不确定性下,可选择不同选择器(如最小方差、财政锚定),揭示了均衡选择本质上是政策选择,而非数学必然。

dsge模型均衡选择理性预期不动点政策分析计算经济学
econ 01-28 00:00

多维单调函数极值点刻画及其在大型竞赛设计中的应用

本文首先刻画了一类多维单调函数的极值点。这一理论结果随后被应用于大型竞赛模型,为竞赛设计者在广泛的分布偏好下,提供了最优分配规则的一种有用表示。在完全信息竞赛中,该表示显著简化了均衡的刻画过程,有助于更清晰地分析竞赛设计者的最优策略与参与者的均衡行为。

极值点单调函数竞赛设计最优分配均衡分析完全信息
econ 01-28 00:00

欧元贸易效应存在显著异质性:核心国家获益,边缘国家受损

本研究利用1995-2015年欧盟15国数据,揭示了欧元区贸易效应的巨大异质性。平均而言,采用欧元使双边贸易增长了24%(经固定效应修正后为15.0%),但具体效应在-12%到+68%之间变化。核心国家间(如德-法、德-荷)贸易大幅增长,而涉及芬兰、希腊、葡萄牙等边缘国家的贸易则增长较小甚至为负,部分负效应在统计上显著,可解释为贸易转移。欧元前贸易强度和GDP解释了超过90%的效应差异。研究指出,先前文献估计值(4%-30%)的巨大差异主要源于数据本身的异质性,而非方法论问题。

欧元区贸易效应异质性贸易转移固定效应模型欧盟经济
q-bio 01-28 00:00

LabelKAN:基于KAN网络的物种分布联合建模新框架

针对全球生物多样性保护中物种分布预测的挑战,本研究提出LabelKAN框架。该框架基于Kolmogorov-Arnold Networks (KANs),能够同时学习物种-环境关系与物种-物种关系,实现生态群落层面的联合学习。在鸟类物种分布建模中,LabelKAN显著提升了绝大多数物种(尤其是稀有和难预测物种)的预测性能,并能更准确地识别物种空间格局与群落结构。以北美大蓝鹭为例,该方法可有效识别对其种群衰退最敏感的关联物种与群落。

物种分布模型kan网络群落生态学联合学习生物多样性保护深度学习
q-bio 01-28 00:00

收缩循环网络如何构建平滑的神经表征:正则动力学驱动的嵌入理论

本研究为收缩循环神经网络在时间序列预测中形成平滑、保持拓扑结构的内部表征提供了统一理论框架。针对生物系统中常见的正则动力学输入(如环面或圆上的周期/准周期运动),论文整合了广义同步、嵌入保证和可微性机制,证明在温和条件下标准收缩架构即可实现输入历史的平滑嵌入。该框架阐明循环网络的表征本质上是历史性的:网络状态编码的是输入历史的有限窗口而非瞬时刺激,并给出了表征维度如何随驱动系统内在维度扩展的具体预测。

循环神经网络神经表征动力学嵌入广义同步拓扑保持时间序列预测
q-bio 01-28 00:00

LvD算法:计算系统发育树似然性的新方法,速度提升显著

本文提出了一种名为LvD(通过分解计算似然性)的新算法,用于替代Felsenstein于1973年提出的经典修剪算法来计算系统发育树的似然性。该算法基于对系统发育树的不同分解方式,适用于所有标准核苷酸模型。其核心优势在于,将似然性计算更新的最坏时间复杂度从现有方法的 $O(n)$ 降低至 $O(\log n)$($n$ 为分类群数量),并在实践中带来了可观的加速效果,加速程度取决于树的平衡性。研究还探讨了其在并行计算中的应用,表明该方法允许每个位点的似然性在 $O(\log n)$ 的并行时间内完成。通过大量模拟和实证数据集的测试,证实了该理论进展能带来显著的实践速度提升。

系统发育学似然计算算法优化计算生物学并行计算
q-bio 01-28 00:00

延迟耦合神经场模型揭示视觉频闪错觉的神经机制

本研究提出并分析了一个延迟耦合神经场模型,以解释由运动刺激(如旋转的车轮)子采样引起的频闪运动错觉(如车轮倒转错觉)。模型考虑了信号沿轴突投射传播所需的时间延迟,将每个神经模块组织为编码角度偏好的神经元环。研究发现,延迟会产生一系列具有不同量化传播速度的共存行波凸起解。通过基于界面的渐近方法,将神经场动力学简化为低维延迟微分方程组,详细分析了速度选择、稳定性、夹带和状态转换。规律脉冲输入会诱导不同速度状态之间的转换,包括与强迫方向相反的运动,从而捕捉了视觉混叠和频闪运动反转的关键特征。

神经场模型延迟耦合视觉错觉动力学分析频闪运动计算神经科学
q-bio 01-28 00:00

EnzyPGM:面向底物特异性酶设计的口袋条件生成模型

本研究提出EnzyPGM,一个用于底物特异性酶设计的统一生成框架。针对现有生成模型无法精确建模酶口袋与底物间相互作用的问题,EnzyPGM通过残基-原子双尺度注意力模块(RBA)联合建模残基内依赖关系及口袋残基与底物原子间的细粒度相互作用,并利用残基功能融合模块(RFF)将酶功能先验融入残基表示。模型在包含83,062个酶-底物对的新数据集EnzyPock上进行了验证,实验表明其性能达到最优,平均结合能比EnzyGen降低0.47 kcal/mol,展现了其在设计具有精确催化环境酶方面的优越性。

酶设计生成模型蛋白质工程底物结合人工智能计算生物学
q-bio 01-28 00:00

PCEvo:通过虚拟进化路径学习分子表示,提升少样本预测性能

本研究提出PCEvo方法,旨在解决分子表示学习中因标记数据稀缺导致的少样本泛化能力差的问题。该方法的核心在于构建分子对之间化学上可行的虚拟编辑路径,并将分子对的标签转化为沿路径的逐步监督信号。通过引入路径一致性目标,强制要求连接同一对分子的不同替代路径具有预测不变性。在QM9和MoleculeNet数据集上的实验表明,PCEvo显著提升了基线方法的少样本泛化性能。

分子表示学习少样本学习虚拟进化路径路径一致性ai for science性质预测
q-bio 01-28 00:00

字节偏移索引架构加速万亿级化学数据整合,性能提升740倍

本研究针对现代化学信息学中大规模化学数据库整合的瓶颈,提出了一种基于字节偏移索引的创新架构。通过整合PubChem、ChEMBL和eMolecules三大公共化学库,构建了用于分子属性预测的精选数据集。该架构将算法复杂度从$O(N \times M)$降至$O(N + M)$,使整合任务从预计100天的暴力搜索时间缩短至3.2小时,实现了740倍的性能飞跃。研究还系统验证了1.76亿条数据库条目,揭示了InChIKey分子标识符的哈希碰撞问题,并采用无碰撞的完整InChI字符串重建了数据处理流程。

化学信息学大数据整合索引架构算法优化分子标识符性能基准
q-bio 01-28 00:00

XIMP:跨图消息传递提升分子性质预测精度

本文提出跨图交互消息传递(XIMP)方法,用于解决数据稀缺场景下分子性质预测的难题。该方法创新性地在多个相关图表示(如分子图、骨架感知连接树、药效团编码扩展简化图)之间同时进行层内和跨层消息传递,整合了互补的化学抽象信息。与以往局限于单一抽象或非迭代跨图通信的方法不同,XIMP支持任意数量的抽象表示,并在每一层实现直接与间接的交互。在十项不同的分子性质预测任务中,XIMP在多数情况下超越了现有最优方法,其可解释的抽象表示作为归纳偏置,引导模型学习既定的化学概念,从而在低数据环境下显著提升了泛化能力。

分子性质预测图神经网络跨图消息传递药物发现低数据学习化学信息学
q-bio 01-28 00:00

GPCR-Filter:基于深度学习的GPCR调节剂高效精准发现框架

本研究提出了GPCR-Filter,一个专门用于发现G蛋白偶联受体(GPCR)调节剂的深度学习框架。该模型整合了ESM-3蛋白质语言模型与图神经网络,通过注意力融合机制学习受体-配体间的功能关系。基于超过9万对实验验证的GPCR-配体数据,GPCR-Filter在多个评估中均优于现有方法,并能泛化至未见过的受体和配体。实验成功识别出5-HT$_{1A}$受体的微摩尔级激动剂,证明了其在复杂信号系统药物开发中的有效性与可扩展性。

深度学习药物发现gpcr蛋白质语言模型图神经网络ai制药
q-bio 01-28 00:00

GenPairX:硬件算法协同设计加速器,提升配对末端读段比对效率

本研究提出GenPairX,一种硬件算法协同设计的加速器,旨在解决基因组分析中配对末端读段比对的计算瓶颈。其核心创新在于:1)提出一种新颖的过滤算法,联合考虑配对中的两个读段以提升过滤效率,并用轻量级比对算法替代大部分昂贵的动态规划操作;2)设计了两种专用硬件机制来支持新算法。评估显示,在不损失准确性的前提下,GenPairX的每瓦吞吐量分别比领先的基于CPU和基于加速器的读段比对器高出1575倍和1.43倍。

基因组学硬件加速算法优化计算生物学高通量测序
q-bio 01-28 00:00

数学模型揭示骨髓增殖性肿瘤发展规律:突变发生需63年,扩张期约9年

本研究通过数学模型分析JAK2V617F+经典骨髓增殖性肿瘤(MPN,包括真性红细胞增多症和原发性血小板增多症)的发生与发展过程。研究发现,从胚胎发育到第一个肿瘤细胞出现并开始增殖的平均时间为$63.1 \pm 13$年,且突变发生率随年龄呈指数增长(符合Gompertz模型),而非恒定。一旦突变发生,克隆群体扩张至诊断的时间则相对恒定,约为$8.8$年。模型进一步揭示,真性红细胞增多症比原发性血小板增多症的突变发生时间约长1.5年,但扩张时间相似。这表明MPN的发生与衰老机制相关,并为疾病发展提供了清晰的时间框架。

骨髓增殖性肿瘤数学模型jak2v617f突变肿瘤发生动力学衰老机制克隆扩张
q-bio 01-28 00:00

解码大脑皮层微环路:生成模型揭示神经连接的低维蓝图

本研究提出了一种生成模型,旨在从高维、复杂的神经连接数据中,提取指导大脑皮层微环路发育的低维“蓝图”。该模型成功地将小鼠皮层微环路的详细连接图谱压缩到一个潜在空间中,并发现该空间中的特定、可解释的方向与可理解的网络属性直接相关。基于此,研究团队开发了一种新方法,通过在该潜在空间中导航,可控地生成具有特定结构特征的全新合成微环路。这项工作为探究神经环路的设计原理以及结构如何决定功能提供了新途径,并可能为开发更先进的人工神经网络提供信息。

生成模型神经连接潜在空间大脑皮层微环路结构功能
q-bio 01-28 00:00

绘制全球生态防疫地图:识别可降低人畜共患病风险的优先区域

本研究提出了一种新方法,通过整合野生动物疾病传播风险、土地保护状态、森林恢复潜力及机会成本等多源数据,绘制了全球热带地区高分辨率(1公里)的生态防疫优先区域地图。研究发现,在50个国家中,有27.7万平方公里区域可通过生态恢复、19.8万平方公里区域可通过防止森林砍伐来有效降低人畜共患病溢出风险,其中95%的区域目前未受保护。研究还提供了一个交互式平台,允许用户调整参数以识别不同尺度的优先干预区,为制定具有成本效益的生态防疫策略提供了关键的空间决策支持。

人畜共患病生态防疫空间制图森林恢复生物多样性保护公共卫生
q-bio 01-28 00:00

协作图套索:多组学网络重建新方法

本研究提出“协作图套索”方法,通过引入协作惩罚项和双正则化方案,改进多组学数据整合与网络推断。该方法能协调不同组学层对网络结构的贡献,并分别控制层内与层间的稀疏性。同时,作者开发了基于稳定性的超参数调优准则XStARS。模拟与真实数据应用表明,该方法能有效恢复已知生物学相互作用并提示新的、生物学上一致的连接。

多组学整合网络重建图套索协作学习生物信息学正则化
q-bio 01-28 00:00

BADGER:基于扩散模型的药物设计新框架,显著提升结合亲和力

本研究针对基于结构的药物设计中扩散模型对结合亲和力控制不足的问题,提出了通用框架BADGER。该框架通过两种互补策略增强模型对结合亲和力的感知:1)在采样过程中以即插即用方式应用基于梯度的亲和力信号(分类器引导);2)将亲和力条件直接整合到扩散模型训练中(无分类器引导)。BADGER可应用于任何扩散模型,使生成分子的配体-蛋白质结合亲和力相比现有方法提升高达60%。此外,该框架还可扩展至多约束引导,联合优化结合亲和力、类药性(QED)和合成可及性(SA),以设计更现实且可合成的候选药物。

药物设计扩散模型结合亲和力人工智能分子生成多目标优化
q-bio 01-28 00:00

基于去甲肾上腺素启发的增益调制缓解联合训练中的稳定性间隙

持续学习中的“稳定性间隙”指引入新任务时,旧任务性能出现的暂时性下降。本研究受去甲肾上腺素在不确定性下短暂增强神经元增益的机制启发,提出一种动态增益缩放优化技术。该技术通过调节有效学习率和重塑局部损失函数景观,在任务边界处平衡模型的适应性与稳定性。在MNIST、CIFAR和mini-ImageNet等数据集上的联合训练实验表明,该方法能有效缓解稳定性间隙,同时保持模型整体精度,提升了任务转换的鲁棒性。

持续学习稳定性间隙增益调制神经启发优化算法联合训练
q-bio 01-28 00:00

美国养猪场车辆移动模式与猪病传播风险分析

本研究通过分析18个月的车辆GPS数据与6621个美国养猪场信息,揭示了车辆(驾驶室与拖车)移动模式在猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)和猪流行性腹泻(PED)传播中的关键作用。研究发现,车辆访问频率和近期接触过阳性农场是主要的传播风险因素,而车辆对农场的“忠诚度”(固定使用)以及清洁消毒事件则是保护性因素。多变量模型显示,若运输车辆在发货前一天接触过阳性农场,则每周每增加一次访问,农场PRRS和PED检测呈阳性的几率分别增加234%和243%。

疾病传播车辆移动风险因素猪病防控gps数据分析生物安全
q-bio 01-28 00:00

基于图式的主动推理模型揭示大脑快速泛化经验的神经机制

本研究提出了一种新颖的图式化分层主动推理(S-HAI)计算框架,将预测处理和主动推理与图式机制相结合。该模型通过高层生成模型编码抽象任务结构,低层模型编码空间导航,两者通过映射抽象目标到物理位置的“接地似然”连接。模拟实验表明,S-HAI能够复现空间导航任务中基于图式的快速泛化行为特征,并成功模拟了啮齿动物内侧前额叶皮层中观察到的关键神经编码模式,如任务不变的目标进展细胞和目标身份细胞。这为连接行为、神经数据和理论的图式学习与推理提供了机制性解释。

主动推理图式学习神经编码预测处理认知泛化计算模型
q-bio 01-28 00:00

单链亚硫酸氢盐测序中读段修剪的内在限制与不确定性感知框架

本研究揭示了单链全基因组亚硫酸氢盐测序(ssWGBS)中读段修剪存在根本性限制。分析表明,由于Adaptase介导的加尾和亚硫酸氢盐诱导的序列简并性,生物序列与人工添加序列的边界在单读段水平上存在不可区分区域,导致任何确定性决策规则都存在严格正的贝叶斯错误率。研究特别指出,配对末端读段中边界定位存在根本不对称性:Read 2表现出具有动力学结构的伪迹,支持受限的读段级推断;而Read 1中的伪迹则源于几何驱动的读穿事件,在单读段水平上无法明确定义。基于此,研究将ssWGBS读段修剪重新定义为约束推断问题,并引入了一个保守框架,该框架仅在可观测证据(包括短程核苷酸纹理)支持下操作,揭示了基因组保留与残留伪迹风险之间的可解释权衡,并避免在边界本质上无法解析时进行强制判定。

dna甲基化单链测序读段修剪计算生物学生物信息学不确定性推断
q-bio 01-28 00:00

调控DNA序列的长期演化:基于生物物理真实基因型-表型图谱的模拟研究

本研究通过整合转录因子- DNA相互作用模型,构建了一个全局、生物物理真实且定量的基因调控基因型-表型图谱。利用这一图谱,研究者模拟了顺式调控元件(如启动子和增强子)的长期演化过程,旨在回答若干基础问题:从头演化出调控元件需要多长时间?序列空间中存在多少非平凡的调控功能?它们之间的连通性如何?以及何种调控架构最有利于快速且可演化的CRE进化。本文为从生物物理机制出发,连接系统生物学、合成生物学与进化生物学提供了定量框架。

基因调控顺式调控元件基因型-表型图谱生物物理模型演化模拟转录因子
q-bio 01-28 00:00

肿瘤生长中的超无序性:多尺度结构失序与空间非平稳性

本研究提出“超无序性”概念,描述肿瘤生长中空间、力学和代谢因素在多尺度上失配导致的结构状态。它不仅是异质性增加,更是跨尺度无序共存与空间非平稳性的结合。研究者利用胃癌组织切片图像,通过纹理熵、微结构碎片化、方向各向同性和多尺度熵变等指标,构建了标准化的超无序指数。分析发现,结构破坏在肿瘤内分布不均且跨尺度部分解耦,表现为生长驱动的多尺度不协调,而非均匀随机变异。这导致异质性随采样尺寸呈现反常标度、粗粒化无法收敛,以及肿瘤核心与侵袭前沿存在系统性差异。该框架有助于判断有限组织样本的测量结果何时能代表整体肿瘤,何时受尺度和位置依赖效应主导。

肿瘤生长超无序性多尺度分析组织架构空间异质性计算病理学
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高效枚举二次格:新算法与性能分析

本文提出了一种用于枚举给定秩和行列式的整二次格等距类的新算法。通过为固定秩和行列式设定属符号数量的界限,我们分析了算法的运行时间。该工作建立在Brandhorst、Hanke、Dubey和Holenstein等人的先前研究基础上。我们比较了各自算法的运行时间,并通过实现验证了其实际性能。相关实现已公开可用。

二次格枚举算法数论格理论计算数学
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将Gelfand对偶性推广至Nachbin空间

本文在完备有界阿基米德ℓ-代数上引入了Nachbin邻近结构,证明了Gelfand对偶性可提升为范畴间的对偶等价:一边是配备闭Nachbin邻近的一致完备bal-代数,另一边是Nachbin空间(紧有序空间)。证明的关键在于对Stone-Weierstrass定理和Dieudonné引理的适当推广。研究还通过有界阿基米德ℓ-半代数发展了另一种方法,并由此导出了De Rudder–Hansoul对偶性。

对偶性有序拓扑空间ℓ-代数stone-weierstrass定理范畴等价
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混合降阶模型:结合一致通量策略与数据驱动闭合的湍流模拟新框架

本研究提出了一种用于同位网格上不可压缩湍流流动的混合降阶建模框架。该方法采用“先离散后投影”的一致通量策略,确保了质量守恒和压力-速度耦合,无需额外的边界控制或压力稳定技术。针对湍流粘度场,研究采用混合策略:速度和压力通过侵入式投影求解,而湍流粘度则通过非侵入式数据驱动闭合进行重构。研究评估了多层感知机、Transformer和长短期记忆网络三种神经网络架构来模拟粘度系数的时间演化。基于三维盖驱动腔大涡模拟的验证表明,LSTM闭合在捕捉瞬态动力学方面表现最优,速度和湍流粘度的相对误差分别低至0.7%和4%。该框架有效结合了一致通量公式的数学严谨性与深度学习在湍流建模中的适应性。

降阶模型湍流模拟数据驱动深度学习流体力学数值方法
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欧几里得单位距离图新突破:代数刚性揭示密集子结构塌缩

本研究重新审视了Erdős于1946年提出的经典单位距离问题。通过将结构刚性分解与Cayley-Menger簇理论相结合,证明了当单位距离图超过临界密度时,必然包含刚性二分子图。核心贡献是证明了“平坦性引理”:在$\mathbb{R}^2$中,单位距离图$K_{3,3}$(及$K_{4,4}$)的构型簇是代数奇异的,并塌缩到低维轨迹。这种维数缩减排除了维持$O(n^{4/3})$上界所需的无定形高关联结构的存在,从而有效改进了非退化欧几里得构型的上界。

单位距离问题图刚性代数几何组合几何上界改进
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Kroneckerised PME:基于Kronecker积求和的并行化粒子网格Ewald方法

本文提出了一种新的粒子网格Ewald(PME)方法变体,用于求解具有类拉普拉斯核的周期性结构中的N体问题。传统PME方法的倒易部分依赖快速傅里叶变换(FFT),这在并行分布式内存架构上可能限制性能。新方法的核心创新在于使用Kronecker积求和(SKP)来替代FFT,其实现复杂度并非类线性,并展现出显著的并行潜力。文章阐述了新方案中采用的不同近似层级,并通过数值算例论证了其在并行架构上的应用潜力。

粒子网格ewaldkronecker积并行计算n体问题科学计算
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概率论经典教材英文版发布:涵盖本科核心内容

《概率论》第一卷英文版正式发布,这是法国数学家Jean-Yves Ouvrard经典著作的英译本,由作者长子Xavier Ouvrard博士翻译。目前发布的第一部分包含原书17章中的前7章,内容对应本科数学水平,涵盖概率论基础概念与理论框架。全书采用CC-BY-NC-SA知识共享许可协议发布,为数学学习者提供了免费的高质量学习资源。

概率论数学教材英文翻译本科数学开源资源
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整数幂和的最简递推公式:从S_k(n)到S_{k-1}(n)的等价方法

本文回顾并统一了整数幂和 $S_k(n) = 1^k + 2^k + \cdots + n^k$ 的几种递推构造方法。核心是Abramovich (1973)建立的最小递推关系,连接了 $S_k(n)$ 与 $S_{k-1}(n)$。文章指出,Bloom (1993)和Owens (1992)的算法、Budin与Cantor (1972)给出的 $S_k(n)$ 与 $S_{k+1}(n)$ 的显式关系,以及用积分表达 $S_k(n)$ 的公式,本质上都是等价的,均可用于从 $S_{k-1}(n)$ 出发确定 $S_k(n)$。作为副产品,文中还给出了一个涉及二项式系数的伯努利数行列式公式。

整数幂和递推公式伯努利数组合恒等式数论
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非线性周期驱动时滞微分方程的中心流形与范式分析框架

本文为分析非线性周期驱动时滞微分方程平衡点分岔提供了一个有效框架。首先,利用对偶半群(sun-star calculus)的严格泛函分析框架,证明了在非双曲平衡点附近存在周期光滑有限维中心流形。其次,构建了中心流形参数化方法,使我们能够用周期驱动范式来描述平衡点附近中心流形上的局部动力学。最后,提出了一种规范化方法,推导出在感兴趣的分岔点处临界范式系数的显式计算公式,特别是针对周期驱动的折叠分岔和非共振Hopf分岔。文献中的多个例子和迹象证实了该方法的有效性和实用性。

时滞微分方程周期驱动中心流形范式理论分岔分析对偶半群
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多轨迹重建的信念组合框架:应对插入、删除和替换噪声

本文提出了一种迭代信念组合框架,用于从多个被随机插入、删除和替换噪声破坏的轨迹中重建源序列。传统联合处理方法计算复杂度随轨迹数指数增长,而新方法通过消息传递传播轨迹间推断,计算符号级后验概率。理论证明,该方法收敛后能达到与联合最大后验估计相同的重建性能,同时将复杂度降至轨迹数的二次方。该性能等价性在真实世界短链DNA簇读取数据集上得到验证。

多轨迹重建信念传播消息传递dna序列分析信道噪声计算复杂度
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CP1丛上Ricci流研究:Kähler-Einstein流形乘积上的奇点分析

本文研究了在Kähler-Einstein流形乘积上的CP1丛上,采用M. Wang等人提出的特定度量构造(ansatz)的Ricci流演化。证明了该构造在Ricci流演化过程中得以保持。在Kähler情形下,进一步证明了在此构造下,必然会发生Type I型的有限时间奇点。

ricci流kähler-einstein流形奇点分析微分几何复几何偏微分方程
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龙格-库塔方法在双曲问题中的强稳定性保持性质研究

本文针对双曲问题的时间积分,研究了龙格-库塔方法的非线性稳定性。传统上,只有少数强稳定性保持方法能保证稳定性,但本文通过数学分析证明,许多非SSP方法(如经典四阶RK方法)在Lax-Friedrichs离散化下仍能保持熵稳定性、密度与压力正性,并在迎风与MUSCL格式下保持总变差递减。数值实验验证了理论结果,表明更广泛的RK方法可用于稳定数值积分。

龙格-库塔方法强稳定性保持双曲问题非线性稳定性数值积分熵稳定性
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平面点集着色中几乎空单色三角形的数量研究

本研究探讨了平面点集着色中“几乎空”单色三角形的计数问题。对于任意c-着色的n个一般位置点集,证明了存在Ω(n²)个至多包含c-1个内点的单色三角形,以及Ω(n^(4/3))个至多包含c-2个内点的单色三角形。该结果将Pach和Tóth关于双色空三角形的研究推广至多色及含少量内点的情形。同时,推导了随机点集中包含s个内点的三角形的期望数量,从而得到随机着色随机点集中至多含s个内点的单色三角形的期望值。

计算几何组合数学平面点集单色三角形随机几何
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量子漫步中的静止顶点:二分图与平面图的对比研究

该研究探讨了量子漫步中顶点“静止性”的现象,即量子漫步从某顶点出发后倾向于停留在原点的特性。研究发现,几乎所有平面图和树图都至少包含两个静止顶点,且这一性质对任意边权重分配都成立。然而,对于加权二分图,若0不属于顶点的特征值支撑集,则该顶点非静止。特别地,非奇异加权二分图的每个顶点都非静止,这与加权树图和加权平面图形成鲜明对比。研究还通过二分图加倍和细分操作构造了具有静止顶点的新加权二分图族,并证明未加权路径和偶数环不含静止顶点。

量子漫步静止顶点二分图平面图特征值支撑图论
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利用线性规划逼近高度函数本质最小值

本文通过无限维线性规划方法,证明了在逼近高度函数本质最小值时,传统的下界估计方法与基于整点极限分布的上界估计方法在极限意义下是一致的,这源于强对偶原理的成立。作为推论,证明了本质最小值可以通过代数整数序列达到。研究还扩展了Smith和Orloski-Sardari关于紧支撑测度的刻画,将其推广至非紧支撑情形。当用于定义高度的格林函数可计算时,本质最小值是一个可计算的实数。

高度函数线性规划代数整数本质最小值强对偶测度逼近
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图自同构群中边反转元素阶数的构造性研究

本文构造了作用于三度正则树 $T_3$ 上的 $(P_2)$-闭群,其中所有边反转元素的阶均为无穷大,从而否定了 Tornier 提出的一个猜想。同时,作者还构造了一族 $(P_2)$-闭群,使得其中边反转元素的最小阶可以是任意大的有限数。这些结果为图自同构群局部作用的研究提供了新的反例与构造方法。

图自同构群边反转正则树局部作用群构造反例
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三种素数表达式:离散筛法、谱分析与概率动力学

本文探索了第n个素数p_n的三种不同表达途径。第一种基于Möbius函数导出的互素指示器,通过Bertrand假设定义的区间进行离散谐波求和,给出了一个解析恒等式。第二种改进了“谐波共振”模型,将素数视为冯·曼戈尔特函数振荡产生的谱节点。第三种采用受Mertens定理启发的“生存动力学”方法,将素数间距视为演化增长过程。这些方法共同构建了一个理解渐近趋势如何过渡到离散算术现实的综合框架。

素数表达式离散筛法谱分析概率动力学möbius函数bertrand假设
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融合应变极限弹性与KAN网络的可解释本构模型框架

本研究提出了一种融合应变极限弹性理论与Kolmogorov-Arnold网络的可解释混合本构模型框架。该框架通过应变极限弹性主干捕捉材料的主要非线性响应,同时利用KAN网络学习平滑的残余修正,从而在保证力学可接受性(如对称性、单调性、应变有界性)的前提下,提升数据驱动的灵活性。在合成基准测试中,模型在平滑区域实现了近乎精确的恢复,并在尖锐转变下保持了一致性。应用于Treloar橡胶弹性数据时,该框架在保持显式应变极限的同时,系统地改善了应力-拉伸关系的拟合精度。

本构模型应变极限kan网络可解释ai计算力学橡胶弹性
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HalpernSGD收敛性理论分析:结合Halpern迭代与随机梯度的优化器

本文首次对HalpernSGD优化器进行了严格的理论分析。该方法结合了经典的Halpern不动点迭代与随机梯度下降步骤。在目标函数为凸且$L$-光滑、满足标准随机逼近条件的假设下,我们证明了迭代序列几乎必然收敛到一个极小值点,该点被刻画为锚点到解集的度量投影。这些结果填补了HalpernSGD理论研究的空白,并为未来扩展到自适应方案奠定了基础。

优化算法随机梯度下降不动点迭代收敛性分析凸优化
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双Ore扩张代数中心结构研究及其在Zariski消去问题中的应用

本文在特定参数限制下,计算了(14641)型双Ore扩张代数的中心及其中心子代数,部分分析借助SageMath完成。研究结果为Zariski消去问题提供了新的反例,深化了对非交换代数中心结构的理解。

双ore扩张代数中心zariski消去问题非交换代数sagemath计算
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Ewens-Pitman随机分割模型在大θ参数下的中心极限定理

本文研究了Ewens-Pitman随机分割模型在非标准参数区域(θ = λn,λ > 0)下的渐近行为。通过利用中国餐馆过程的序贯构造以及对鞅三角阵列的中心极限定理,作者证明了关于总块数$K_n^{\{n\}}$及各固定大小块数$K_{r,n}^{\{n\}}$的联合强律和中心极限定理。该结果扩展了经典固定θ参数下的理论,为种群遗传学和组合概率中的随机分割结构提供了完整的渐近描述。

随机分割中心极限定理鞅方法渐近理论ewens-pitman模型
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恶劣天气下探路航班协同决策与优化调度研究

本研究针对雷暴天气下航空探路飞行(pathfinder)的决策优化问题,提出了一个统一的分析框架。该框架通过四状态马尔可夫链建模航路点的随机关闭与重开,并引入基于效用的决策模型,量化了航班、空管与签派员在不确定性下的行为。研究构建了空管主导与签派员主导的探路航班序列优化模型,并通过离散事件仿真验证了两种策略能产生不同的、近乎实时的调度方案,为恶劣天气下的探路飞行操作提供了首个形式化决策模型。

空中交通管理探路飞行马尔可夫链决策优化恶劣天气离散事件仿真
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局部间断伽辽金方法求解二维凸多边形区域上的Dirichlet边界控制问题

本文针对二维凸多边形区域上对流扩散方程的$L^2$范数Dirichlet边界控制问题,提出了一种基于局部间断伽辽金方法的离散化方案。该方法对通量和势函数采用分段线性基函数,并推导了全离散及变分离散控制近似下的先验误差估计。数值结果验证了该方法的有效性,并支持了理论分析。

边界控制局部间断伽辽金对流扩散方程先验误差估计变分离散凸多边形区域
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Johnson行列式恒等式获证:Toeplitz矩阵连续子式的新关系

本文证明了Charles R. Johnson于2003年提出的一个猜想:对于满足 $A+A^{\top}=2\mathbb J_n$ 的 $n\times n$ 实Toeplitz矩阵,其 $(n-1)\times(n-1)$ 连续子式的行列式满足 $\det A_{n-1}(1,2)+\det A_{n-1}(2,1)=2\det A_{n-1}(1,1)$。证明结合了秩一展开、Dodgson凝聚公式与多项式恒等式方法。此外,文章将Bayat–Teimoori算术-几何平均不等式推广至实增生矩阵,得到了关于子式行列式的尖锐不等式 $\sqrt{\det A_{n-1}(1,1)\ \det A_{n-1}(2,2)} \ \ge\ \left|\frac{\det A_{n-1}(1,2)+\det A_{n-1}(2,1)}{2}\right|$,并在对称部分秩为一时取等。

toeplitz矩阵行列式恒等式连续子式dodgson凝聚增生矩阵算术几何平均不等式
math 01-28 00:00

动态数据拓扑分析的稳定性理论:克罗克图的精确不变性与有界变化保证

本文为动态数据的粗粒度拓扑摘要(克罗克图)建立了首个严格的稳定性理论。研究证明,在点对距离与离散化阈值充分分离的条件下,克罗克图具有精确不变性;当条件不满足时,其变化量受几何结构控制。研究还给出了高斯噪声下的概率稳定性保证,以及因点云增删导致的拓扑变化上界(与修改点数线性相关)。通过呼吸多边形模型和上皮细胞成像数据的分析,揭示了离散化拓扑摘要具有两层稳定性结构:可验证几何分离条件下的精确不变性,以及其他情况下的几何控制有界变化。

拓扑数据分析动态数据稳定性理论克罗克图点云几何分离
physics 01-28 00:00

金刚石量子传感器实现人体心脏磁信号非侵入式检测

研究团队利用基于金刚石氮-空位(NV)色心的量子传感器,首次实现了对人体心脏磁信号(MCG)的直接、非侵入式、非接触式检测。在多种屏蔽与非屏蔽环境中,该紧凑型室温传感器表现出 $6-26 \text{ pT/Hz}^{1/2}$ 的灵敏度,其主动传感体积小于 $0.5 \text{ mm}^3$。通过实施基于NV的梯度测量技术,有效抑制了共模噪声。这些结果为将量子传感器应用于临床医学诊断(如MCG和脑磁图MEG)奠定了坚实基础。

量子传感磁心图金刚石nv色心非侵入检测生物磁信号
physics 01-28 00:00

通过扭转开尔文晶胞增强振动控制

本研究探索了通过扭转周期性开尔文晶胞的面来调控弹性波传播。这种几何修改在保持晶格拓扑结构的同时,策略性地打破了镜面对称性,从而无需添加谐振器或质量即可调整波特性。分析表明,扭转激活了两种不同的波衰减机制:与周期性散射相关的布拉格型带隙,以及由纵波-扭转波模式耦合和避免交叉引起的偏振相关带隙。研究通过有限元计算和3D打印试样的实验验证了该设计,在预测的带隙频率内实现了高达20 dB的波衰减。

弹性波调控开尔文晶胞带隙设计振动控制超材料几何改性
physics 01-28 00:00

张量列车格式压缩高阶等几何分析,实现二维线性化玻尔兹曼输运方程高效求解

本研究提出了一种新颖的张量化间断等几何分析(TDIGA)方法,用于求解二维时间无关的线性化玻尔兹曼输运方程。该方法结合了间断伽辽金法、离散纵标法、多群能量近似和等几何分析,并创新性地将算子组装为张量列车(TT)格式。在单块均匀与多块非均匀问题(包括受先进反应堆燃料设计启发的十字形燃料阵列)上的测试表明,TT格式能将内部算子的存储需求从PB级压缩至MB级,而传统压缩稀疏行(CSR)格式需要GB级。为平衡存储与计算效率,研究采用混合格式(内部算子用TT,高秩边界算子用CSR),并与蒙特卡洛及解析参考解进行了对比验证。

张量列车格式等几何分析玻尔兹曼方程中子输运数值方法计算物理
physics 01-28 00:00

无碰撞等离子体对撞中的能量分配机制研究

本研究通过三维全动理学模拟,揭示了弱磁化对撞等离子体中能量分配的复杂过程。早期阶段由Weibel不稳定性驱动磁场首次放大,后期则通过电流丝扭曲的发电机机制实现二次放大。电子主要在后期通过磁泵机制被加热。研究发现,当流动热化时,最终电子-离子温度比$T_e/T_i$和能量分配取决于离子-电子质量比。对于电子-质子流,电子热能仅能达到初始离子动能的百分之几。

等离子体物理能量分配动理学模拟weibel不稳定性磁泵加热天体物理
physics 01-28 00:00

qNEP:一种具有动态电荷的高效神经进化势,用于大规模原子模拟

本研究提出了一种名为qNEP的新型电荷感知机器学习原子间势,通过引入显式、环境依赖的部分电荷,扩展了高效的神经进化势(NEP)框架。该方法将每个离子的部分电荷表示为局部描述符向量的神经网络函数,从而能够直接预测每个离子的玻恩有效电荷张量和极化。这使得介电性质、红外光谱以及与外部电场的耦合可以在一个统一的框架内进行评估。qNEP已在开源GPUMD包中实现,支持Ewald求和与粒子-粒子粒子-网格静电处理方法。在水、Li7La3Zr2O12、BaTiO3和镁-水界面等代表性体系中的应用,证明了该方法在保持高精度的同时,能够将具有显式长程静电作用的大规模原子模拟扩展到百万原子体系和纳秒时间尺度。

机器学习势静电相互作用原子模拟介电性质神经进化势
physics 01-28 00:00

Transformer模型学习多体系统中的混沌集体动力学

本研究提出了一种基于自注意力机制的Transformer框架,用于直接从时间序列数据中建模混沌多体系统的集体动力学。该方法通过选择性重加权长程时间关联,学习了一个非马尔可夫性的简化描述,克服了传统循环架构的内在局限。以一维半经典Holstein模型为例,该模型成功复现了电荷密度波序参量在相互作用淬火后的混沌动力学“气候”,包括时间关联和特征衰减尺度,尽管逐点预测在长时间尺度上不可避免会发散。

混沌动力学多体系统transformer自注意力非马尔可夫过程序参量
physics 01-28 00:00

卷积因果学习揭示非定常气动流场的物理机制

本研究提出了一种结合信息论机器学习和卷积神经网络(CNN)的时变模态分解技术,用于从流场快照数据中提取气动因果关系。该方法能够识别出对气动力系数未来演化有贡献的、随时间变化的“信息性涡结构”,并可通过基于自编码器的数据压缩获得其低阶表征。研究将其应用于极端阵风-翼型相互作用、实验测量的横向射流-机翼相互作用以及湍流分离尾迹等多个气动案例,成功以可解释的方式提取了阵风对升力响应的时变影响,并在无空间尺度信息的情况下识别了湍流尾迹中大尺度涡运动与升力之间的关系。

气动因果学习信息论机器学习卷积神经网络时变模态分解非定常流动数据驱动建模
physics 01-28 00:00

生物陶瓷涂层实现医用石膏的日间辐射制冷

本研究将被动日间辐射制冷(PDRC)技术集成到快速固化玻璃纤维医用石膏上,解决了传统制冷系统难以应用于柔性、可穿戴曲面的难题。该涂层采用源自动物骨废料的焦磷酸钙(CPP)陶瓷颗粒,嵌入PVA粘合层与PMMA保护层中,实现了超过90%的太阳光反射率与高红外发射率。户外测试显示,涂层可使石膏表面温度低于环境温度达15°C,兼具生物相容性与结构鲁棒性。

辐射制冷生物陶瓷医用材料可持续能源热管理
physics 01-28 00:00

分子束外延生长AlGaN紫外B波段激光二极管实现电泵浦激射

本研究通过分子束外延技术在单晶AlN衬底上制备了AlGaN基紫外B波段激光二极管,实现了电泵浦激射。该器件工作波长为298.5 nm,阈值电流密度为3.4 kA/cm²,表现出明显的非线性光-电流特性,阈值以上光谱半高全宽窄至0.2 nm。该进展为紫外光谱分析、生化传感和量子光子学等应用提供了关键器件。

紫外激光分子束外延半导体光电子algan电泵浦uv-b波段
physics 01-28 00:00

第25太阳活动周期持续活跃:20年来最强,地面增强与福布什下降事件分析

研究分析了第25太阳活动周期中的两个关键事件:2025年11月由X5.1级耀斑引发的地面增强事件GLE77,以及2026年1月强地磁暴期间的福布什下降事件。通过全球中子监测网络和多海拔SEVAN探测器的协同观测,并利用光谱测量能力,重建了FD期间缺失的中子和μ子能谱,并与GLE77期间的对应谱进行了比较。分析表明,FD和GLE的特征本质上是非对称的:FD选择性地抑制了预先存在的银河宇宙线,而GLE则引入了一个额外的、更硬的粒子成分。中子和μ子通道表现出显著不同的光谱行为,尤其是在较高沉积能量下,这反映了它们对不同初级能量范围的敏感性。这些结果表明,结合中子监测器和SEVAN的观测,为极端日球层扰动期间依赖于刚度的宇宙线调制提供了稳健且互补的诊断手段。

太阳活动周期地面增强事件福布什下降宇宙线调制中子监测日球层物理
physics 01-28 00:00

生成式AI与STEPS降水临近预报对比:集合预报的误差空间结构分析

本研究对比评估了生成式AI模型LDCast与经典算法STEPS在比利时区域的降水临近集合预报性能。结果表明,两者均存在轻微欠离散现象,但集合离散度能在几乎所有尺度上有效估计预报误差。模型能根据对流性或层状云降水事件类型调整集合特性。然而,通过与具有关键特性的替代集合进行空间评分对比发现,STEPS和LDCast均难以通过其集合成员在空间上准确定位集合平均误差向量,这意味着其集合内容在统计学上具有信息量,但在揭示预报误差的动态空间结构方面能力有限。

集合预报临近预报生成式ai降水预报误差分析空间结构
physics 01-28 00:00

基于里德堡原子的宽带微波电场传感器实现高灵敏度探测

本研究提出了一种基于里德堡原子的微波电场传感器,通过表征单频微波场诱导的Autler-Townes (AT) 分裂,开发了一种能从分裂模式中同时直接提取微波频率和电场强度的光谱方法。研究采用双音外差探测技术,实现了低至 $\mu\text{V/cm}$ 量级的最小可探测场强和 $\text{sub-}\mu\text{V/cm/Hz}^{1/2}$ 的灵敏度,并将工作带宽扩展至 3 GHz。通过系统表征频率和功率依赖性,确定了在共振AT区最小化功率展宽和在远失谐AC Stark区最大化灵敏度的最佳工作条件。该平台集高灵敏度、宽带宽和约 90 dB 的动态范围于一体,确立了里德堡原子作为精密电场计量实用传感器的地位。

里德堡原子微波传感外差探测电场计量量子传感autler-townes分裂
physics 01-28 00:00

全球科学家信任度排名存在误导性:68国测量对齐分析揭示脆弱性

本研究对一项涵盖68个国家/地区的科学家信任度调查进行了重新评估。原研究使用观测分数平均值进行跨国比较,但未满足测量不变性要求。通过系统应用测量对齐方法,研究发现仅“能力”与“开放性”两个维度在加权合并样本的因子分析中达到可接受的对齐解。使用对齐后的潜变量分数重新排名,68个国家/地区中有62个的位次发生改变。关键结论随之反转:科学家信任度与科学民粹主义态度或社会支配取向的关联近乎为零或不稳健,而与科学态度保持强正相关。这表明,在测量等价性未确立时,基于观测分数的跨国比较可能产生误导,而潜变量方法为国际推论提供了更可靠的基础。

测量不变性跨国比较科学家信任度潜变量模型社会物理学方法论
physics 01-28 00:00

基于小波物理信息残差神经网络的极稀疏数据流场重建方法

本文提出了一种小波物理信息残差神经网络(W-PIRNNs),用于从极稀疏的监督数据中重建复杂流体流动场。该方法将ResNet与自定义的小波激活函数 $W(t) = w_1 \sin(t) + w_2 \cos(t)$ 相结合,并利用残差跳跃连接解决梯度消失/爆炸问题。研究表明,仅使用 $0.05\%$ 的流速数据进行训练,即可精确重建圆柱绕流的流速、压力、流线和涡量场。此外,该方法在Burgers方程的正/反问题中,对扩散系数 $\lambda_2$ 和对流系数 $\lambda_1$ 的预测绝对误差分别低至 $0.065\%$ 和 $0.002\%$,并在Schrödinger方程中验证了其处理周期性边界条件的能力。

流场重建物理信息神经网络小波激活函数稀疏数据计算流体力学正反问题
physics 01-28 00:00

异步表达-私见q选民模型:自我反从众如何稳定群体决策

本研究将经典的q选民模型扩展为异步更新的双层面模型(α-EPO模型),以模拟社会压力下的偏好伪装与言行不一现象。模型引入参数α控制私见与表达意见更新的异步概率,并探讨了“自我反从众”(个体可能故意使私见与公开表达相反)机制的作用。通过蒙特卡洛模拟与平均场分析发现,自我反从众能使群体共识对行为波动(由α调控)更具鲁棒性,增强集体一致性并抑制滞后现象;若无此机制,α则会改变共识与分歧间相变的性质。

意见动力学社会网络计算社会学集体决策偏好伪装异步更新
physics 01-28 00:00

涡旋光束实现轴向光镊捕获:多极分解的关键作用

本研究通过实验与理论分析,深入探讨了利用涡旋光束实现粒子在光束暗区(轴向)被捕获的现象。实验通过功率谱密度法测量了不同拓扑荷涡旋光束对微米级二氧化硅粒子的捕获刚度常数κ,理论计算则基于广义洛伦兹-米氏理论精确求解电磁场。结果显示,理论预测与实验测量的κ值高度吻合。数值模型进一步揭示了粒子内部电磁场的分布,为理解涡旋光束捕获场景中电磁场的影响提供了新见解。

光学捕获涡旋光束多极分解洛伦兹-米氏理论轴向捕获
physics 01-28 00:00

能量因式分解:经典力学重要系统的新解法

本研究提出一种基于复数对总机械能进行因式分解的新方法,用于求解多个经典力学问题。该方法成功推导出简谐振子、竖直抛体运动、排斥性立方反比力作用下的运动以及线性阻尼振子的精确解析解。对于弱阻尼振子,该方法还能简便地获得能量衰减的优良近似和一个新的近似解析解。该推导过程可作为求解牛顿运动方程的替代方案,适用于本科物理教学。

经典力学能量因式分解解析解复数方法教学应用阻尼振子
physics 01-28 00:00

海洋亚中尺度流理论模型:应变与湍流协同作用下的前沿演化

本研究通过微扰分析,系统探讨了在背景中尺度应变和边界层湍流(BLT)共同作用下,有限罗斯贝数(Ro)对海洋混合层亚中尺度流(如锋面和丝状结构)动力学的修正。模型基于二维地转调整锋面与丝状结构的解析解,揭示了纯应变主导下的一阶解呈现清晰的前沿生成(frontogenesis)过程。当引入BLT扰动时,涡粘性和涡扩散性分别表现出截然不同的前沿生成与消解倾向。研究发现,当应变与湍流同时存在时,湍流通量可增强、削弱甚至逆转应变诱导的前沿生成,具体取决于罗斯贝数、埃克曼数(Ek)和应变参数的组合。这表明,要准确模拟中尺度应变下的锋面演化,混合层参数化方案必须细致考虑BLT在亚中尺度流中的空间变异性。

海洋亚中尺度前沿生成边界层湍流微扰分析地转调整参数化
physics 01-28 00:00

分数阶导数模型揭示脑白质粘弹性非线性变化规律

本研究针对脑白质粘弹性表征的物理意义模糊问题,提出并实现了一种基于分数阶导数的三维粘弹性有限元模型。模型假设线性粘弹性和因果性,将频域的幂律行为转化为时域的分数阶粘弹性本构模型,并通过Fortran VUMAT子程序实现。利用周期性有限元模型和优化反演方法,提取了均质化材料参数。研究发现,决定固-流体行为的弹簧壶系数和编码组织结构的幂律指数,在横向法向和剪切方向上遵循双逻辑函数变化,揭示了低轴突体积分数和高轴突含量下的两个不同硬化阶段。该模型在时间域内首次实现了胼胝体的三维分数阶粘弹性模拟,其线程安全的VUMAT实现显著提升了计算性能。

分数阶导数脑白质粘弹性有限元模型幂律行为微结构
physics 01-28 00:00

二维Floquet拓扑光子绝缘体中平带的量子化非阿贝尔螺旋性

本研究通过在由耦合微环谐振器构成的二维Lieb晶格中引入周期性驱动,构建了Floquet拓扑光子绝缘体,成功实现了具有非平凡拓扑的完美平带。研究发现,尽管准能带的陈数为零,但平带模式在每个周期内的演化表现出非阿贝尔位移,其特征是一个非平凡的量子化螺旋性。这种螺旋运动可以用其轨迹世界线的编织来描述,其非平凡绕数与螺旋性直接相关。研究还提出了一种在合成磁场下的微环晶格中实验测量该量子化非阿贝尔螺旋性的方案。

拓扑光子学floquet系统平带非阿贝尔拓扑微环谐振器量子化螺旋性
physics 01-28 00:00

磁岛分岔调控对电子扩散行为的影响研究

磁岛拓扑结构的分岔会改变磁力线O点、X点和分界面的数量与位置,从而影响磁化等离子体中电子的跨场输运。本研究通过在DIII-D实验中施加外部磁扰动,使q=2面上的磁岛旋转并发生周期性分岔,在q=2/1主导结构与更窄的q=4/2主导结构之间切换。利用场线追踪代码TRIP3D结合碰撞算子模拟发现,从不同位置(O点、X点、分界面外)发射的热电子或示踪电子,其扩散行为(经典扩散、亚扩散、超扩散)显著依赖于主导的磁岛模态和发射位置。结果表明,磁岛分岔可以改变电子在有理面附近的扩散,直接影响粒子约束。

磁岛分岔电子扩散等离子体输运磁约束聚变场线追踪
physics 01-28 00:00

湍流沉降中发现新型混合机制

研究通过高精度数值模拟,在有限尺寸惯性粒子的沉降过程中发现了一种新的对流混合机制。沉降前沿形成两个区域:浓度呈线性分布的领先混合层和密度均匀的主体区。混合层扩展呈现异常的非整数幂律加速,而主体区则以恒定速度运动。基于局部受阻沉降定律的一维模型成功再现了观测到的动力学特征及其对粒子-流体密度比的依赖性。

湍流沉降对流混合数值模拟粒子悬浮流体动力学
physics 01-28 00:00

磁压缩紧凑环实验与模拟:提升等离子体约束与稳定性

通用聚变公司的磁压缩实验研究了适用于磁靶聚变压缩的等离子体物理。实验通过同轴枪形成紧凑环(CT),利用外部线圈电流实现径向悬浮并快速向内压缩。优化的线圈配置显著提升了悬浮CT寿命、压缩磁通守恒率,并通过抑制等离子体与绝缘外壁的相互作用降低了杂质水平。尽管压缩过程中存在外部扭曲模不稳定性,但在最终测试配置中仍常规观测到磁场、电子密度和离子温度的显著提升。研究还开发了DELiTE框架,用于轴对称几何中非结构化三角形网格上偏微分方程的空间离散化,并基于此实现了单流体双温度MHD模型。

磁压缩紧凑环等离子体物理磁靶聚变mhd模拟实验研究
physics 01-28 00:00

物理信息Transformer算子实现三维湍流高效预测

本研究提出了一种物理信息Transformer算子(PITO)及其隐式变体(PIITO),用于三维湍流的无标签数据预测。该方法基于视觉Transformer架构,通过将大涡模拟(LES)方程嵌入损失函数,使模型能在训练中自动学习亚格子尺度(SGS)系数。在衰减均匀各向同性湍流(HIT)的长期外推预测中,PITO与PIITO在统计特性和流场结构预测上表现出优异的稳定性与精度,性能超越物理信息傅里叶神经算子(PIFNO),且在强制HIT预测中PIFNO失效时仍保持高精度。相比PIFNO,PITO与PIITO分别减少79.5%和91.3%的GPU内存消耗,参数量仅需31.5%和3.1%,计算速度远快于传统LES方法。

湍流预测transformer算子物理信息机器学习大涡模拟无标签学习计算流体力学
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