Самоорганизованный контроль критичности
В прикладной физике понятие управления самоорганизованной критичностью относится к управлению процессами, посредством которых самоорганизованная система рассеивает энергию . Целью управления является снижение вероятности возникновения и размера всплесков диссипации энергии , часто называемых лавинами , самоорганизующихся систем. Рассеяние энергии в самоорганизующейся критической системе в состояние с более низкой энергией может быть дорогостоящим для общества, поскольку оно зависит от лавин всех размеров, обычно следующих своего рода степенному закону распределения, а большие лавины могут быть разрушительными и разрушительными. [1] [2] [3]
Схемы [ править ]
Было предложено несколько стратегий для решения проблемы контроля самоорганизованной критичности:
- Проектирование управляемых лавин. Дэниел О. Кахуейро и Роберто Ф.С. Андраде показывают, что если в системе экзогенно запускаются хорошо сформулированные малые и средние лавины, энергия системы высвобождается таким образом, что большие лавины случаются реже. [1] [2] [3]
- Изменение степени взаимозависимости сети, по которой распространяется лавина. Чарльз Д. Браммитт , Раисса М. Д'Суза и Э.А. Лейхт показывают, что динамика самоорганизующихся критических систем в сложных сетях зависит от связности сложной сети. Они обнаружили, что хотя некоторая связность и полезна (поскольку она подавляет крупнейшие каскады в системе), слишком большая связность дает пространство для развития очень больших каскадов и увеличивает емкость системы. [4]
- Модификация процесса осаждения самоорганизующейся системы. Пьер-Андре Ноэль , Чарльз Д. Браммитт и Раисса М. Д'Суза показывают, что можно контролировать самоорганизованную систему, изменяя естественный процесс осаждения самоорганизованной системы, регулируя место, где начинается лавина. [5]
- Динамическое изменение локальных порогов каскадных сбоев. На модели сети электропередачи Хайко Хоффманн и Дэвид В. Пэйтон продемонстрировали, что либо случайная модернизация линий (что-то вроде профилактического обслуживания), либо модернизация прерванных линий до случайного порога поломки подавляет самоорганизованную критичность. [6] Судя по всему, эти стратегии подрывают самоорганизацию крупных критических кластеров. Здесь критический кластер представляет собой совокупность линий передачи, которые находятся вблизи порога отказа и полностью разрушаются в случае срабатывания.
Приложения [ править ]
Есть несколько событий, которые возникают в природе или обществе, и которых эти идеи контроля могут помочь избежать: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
- Наводнение, вызванное системами плотин и водохранилищ или соединенными между собой долинами.
- Снежные лавины, сходящиеся на снежных холмах.
- Лесные пожары в местах, подверженных воздействию молнии или спичек.
- Каскады сброса нагрузки , происходящие в электросетях (разновидность отключения электроэнергии ). Модель OPA используется для изучения различных методов контроля критичности.
- Каскадный сбой в сети коммутации Интернета.
- Ишемические каскады — серия биохимических реакций, выделяющих токсины в моменты недостаточного кровоснабжения.
- Системный риск в финансовых системах.
- Экскурсии по атомным энергетическим системам .
- Землетрясения и наведенная сейсмичность .
Каскады сбоев в электропередаче и финансовом секторе возникают потому, что экономические силы, стремящиеся к повышению эффективности, заставляют эти системы работать вблизи критической точки, где становятся возможными лавины неопределенного размера. Финансовые инвестиции, уязвимые перед такого рода неудачами, могут демонстрировать распределение Талеба .
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с ДО Кахуейро и РФС Андраде (2010). «Управление самоорганизованной критичностью в моделях песочницы». Физический обзор E . 81 (1): 015102#Р. arXiv : 1305.6648 . Бибкод : 2010PhRvE..81a5102C . дои : 10.1103/physreve.81.015102 . ПМИД 20365422 . S2CID 18171232 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с ДО Кахуейро и РФС Андраде (2010). «Управление самоорганизованной критичностью в сложных сетях». Европейский физический журнал Б. 77 (2): 291–296. arXiv : 1305.6656 . Бибкод : 2010EPJB...77..291C . дои : 10.1140/epjb/e2010-00229-8 . S2CID 12891951 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с ДО Кахуейро и РФС Андраде (2010). «Подход к динамическому программированию для управления направленной абелевой моделью Дхара-Рамасвами». Физический обзор E . 82 (3): 031108. arXiv : 1305.6668 . Бибкод : 2010PhRvE..82c1108C . дои : 10.1103/physreve.82.031108 . ПМИД 21230026 . S2CID 32404046 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б CD Браммитт, Р.М. Д'Суза и Э.А. Лейхт (2012). «Подавление каскадов нагрузки в взаимозависимых сетях» . ПНАС . 109 (12): Е680–Е689. arXiv : 1106.4499 . Бибкод : 2012PNAS..109E.680B . дои : 10.1073/pnas.1110586109 . ПМК 3311366 . ПМИД 22355144 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б П. А. Ноэль, К. Д. Браммитт и Р. М. Д'Суза (2013). «Управление самоорганизующейся критичностью в сетях с использованием самоорганизующихся моделей». Письма о физических отзывах . 111 (7): 078701. arXiv : 1305.1877 . Бибкод : 2013PhRvL.111g8701N . doi : 10.1103/physrevlett.111.078701 . ПМИД 23992086 . S2CID 108354 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Х. Хоффманн и Д. У. Пэйтон (2014). «Подавление каскадов в самоорганизованно-критической модели с несмежным распространением отказов». Хаос, солитоны и фракталы . 67 : 87–93. Бибкод : 2014CSF....67...87H . дои : 10.1016/j.chaos.2014.06.011 .
- ^ Стефану, Иоаннис; Цорцопулос, Георгиос (23 мая 2022 г.). «Предотвращение нестабильности и создание контролируемого медленного скольжения в фрикционно-неустойчивых системах» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 127 (7): e2021JB023410. Бибкод : 2022JGRB..12723410S . дои : 10.1029/2021JB023410 . ISSN 2169-9313 . ПМК 9290888 . ПМИД 35875412 . S2CID 249030294 .
- ^ Гутьеррес-Орибио, Диего; Цорцопулос, Георгиос; Стефану, Иоаннис; Плестан, Франк (01 марта 2022 г.). «Контроль над землетрясениями: новое приложение для надежного контроля. Теория и экспериментальные испытания». arXiv : 2203.00296 [ math.OC ].