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First-passage times in complex scale-invariant media

机译:复杂的尺度不变介质的首次通过时间

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摘要

How long does it take a random walker to reach a given target point? This quantity, known as a first-passage time (FPT), has led to a growing number of theoretical investigations over the past decade. The importance of FPTs originates from the crucial role played by first encounter properties in various real situations, including transport in disordered media, neuron firing dynamics, spreading of diseases or target search processes. Most methods of determining FPT properties in confining domains have been limited to effectively one-dimensional geometries, or to higher spatial dimensions only in homogeneous media. Here we develop a general theory that allows accurate evaluation of the mean FPT in complex media. Our analytical approach provides a universal scaling dependence of the mean FPT on both the volume of the confining domain and the source-target distance. The analysis is applicable to a broad range of stochastic processes characterized by length-scale-invariant properties. Our theoretical predictions are confirmed by numerical simulations for several representative models of disordered media, fractals, anomalous diffusion and scale-free networks.
机译:随机步行者到达指定目标需要多长时间?这种数量被称为首次通过时间(FPT),在过去十年中导致了越来越多的理论研究。 FPT的重要性源于各种实际情况下首次遇到的特性所起的关键作用,包括在无序介质中的运输,神经元放电动力学,疾病传播或目标搜索过程。在限定域中确定FPT属性的大多数方法仅限于有效的一维几何或仅限于均质介质中的较高空间尺寸。在这里,我们开发了一种通用理论,可以对复杂介质中的平均FPT进行准确评估。我们的分析方法提供了均值FPT对约束域体积和源-目标距离的通用缩放比例依赖性。该分析适用于以长度尺度不变性质为特征的各种随机过程。我们对无序介质,分形,异常扩散和无标度网络的几种代表性模型的数值模拟证实了我们的理论预测。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2007年第7166期|77-80|共4页
  • 作者单位

    Universite Pierre et Marie Curie-Paris 6, Laboratoire de Physique Theorique de la Matiere Condensee, UMR CNRS 7600, case 121, 4 Place Jussieu, 75005 Paris, France;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 自然科学总论;
  • 关键词

  • 入库时间 2022-08-18 02:56:18

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