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自然界和人类社会中广泛存在着群体现象。在这些现象中,个体通过并不复杂的规则相互影响,出现自发的对称破缺现象。Vicsek模型为研究这些现象中的有序-无序转变(Order-disorder Transition)过程,提供了最小化模型(Minimal Model)。本文以Vicsek模型为基础,通过对该模型及其变体(Variation)进行理论研究和计算机模拟,来研究群体现象中自发产生有序态的可能途径。具体内容如下。 我们首先探索了Vicsek模型在参数空间不同部分的有序-无序转变行为,同时也通过对比Vicsek模型一些变体的转变行为,了解了构造模型的要素(噪声变化,粒子速率,系统密度,粒子位置更新规则,模拟区域大小,边界条件等)对转变行为的影响。我们发现连续/不连续转变曲线,并不互斥地包含于含有某些模拟要素的变体中。例如,对于应用向后更新规则(Backward Update)的Vicsek模型,我们可以通过调整关键参数(Key Parameters)(比如系统密度和粒子速率),使之产生明显的不连续的转变曲线。我们注意到,当模拟条件趋向于热力学极限时,粒子的有序结构可以在略大的噪声下产生。同时,在关于Vicsek模型的一个变体的模拟中我们发现,周期边界条件不能催生稳定的有序结构。基于对这些模拟结果的思考和设想,我们进一步系统研究了均匀态Vicsek模型和原始Vicsek模型的有序无序转变行为。 为了研究均匀态条件(Homogeneous Conditions)下系统的转变行为,我们构造了适合进行解析处理的均匀态Vicsek模型(Homogeneous Vicsek Model),所做的变化包括固定相互作用组的大小(Size-fixed Interaction Group)和随机位置更新规则(Random Update Rules)两个均匀化条件。均匀态Vicsek模型的运动方程(Equations of Motion)可以直接给出无穷大相互作用组情形下角度噪声(Angular Noise)与矢量噪声(Vectorial Noise)的转变行为性质的差异。我们的模拟和理论结果高度吻合。对于均匀态的研究表明系统的有序化转变与相互作用组大小密切相关。对于角度噪声的情况,相变的临界噪声与相互作用组大小反相关。这一结果是理解角度噪声情况下,系统出现不连续的转变行为的第一步。 我们注意到空间上高度不均匀结构如平移带(Traveling Band)等,是有序态的一个重要特征,并且是序参量的主要贡献者。而在临界区域发生的无序态向有序态的转变,通常也以平移带的产生和稳定化作为达到有序态的标志。通过模拟上实时跟踪原始Vicsek模型的模拟实例(Realization)从给定初构型(Initial Configuration)出发的演化过程,我们研究了Vicsek模型中关键参数与模拟方法对不均匀结构的涌现过程的影响。当一个均匀的粒子集团在空旷空间中开始演化时,我们可以清楚的看到不同的粒子位置更新规则对集团分散过程(Cluster-dispersion)的影响。当模拟实例从包含有均匀矩形集团的随机构型开始演化时,通过改变初始均匀矩形集团的密度与外形,我们可以清楚地看到成核生长过程以及无序-有序转变发生的概率对核集团的密度与外形的敏感性。这些结论表明,小范围内因为随机涨落而产生的局域有序结构,以类似于各向异性成核生长机制,通过在粒子集团前进方向的正面边界吸收粒子,通过侧向输运沿着集团两端线性或弧形生长,最终成长为占据极大空间的平移带(Traveling Band)等。这可以称为集团形成过程。我们通过图像处理的方法发现,一方面这个成长机制的起点——具有临界形貌(Critical Profile)的局域有序集团可以在无序态中自发产生,另一方面Vicsek模型的相互作用规则允许长成的平移带进行自我准直和密度均匀化。结合对系统绘制的相图,我们发现这种平移带结构必然存在于无穷大的系统中。我们尝试对它的存在形态做了探讨。 最后,我们将Vicsek模型建立在动态EZ网络(Eguíluz-Zimmermann Network)上,对互联网上的群体现象做了研究。在这部分研究结果中我们注意到,当把集团合并过程与粒子所具有的“观点矢量”的向背耦合起来后,粒子系统的序参量可能在一定条件下表现出类似“化学振荡”现象的行为。