• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Семинары

Лаборатория МУСС приглашает всех желающих на семинар, посвящённый вопросам изменения климата, который проходит по пятницам с 13:00 до 14:30.

Семинар проходит онлайн. По вопросам участия пишите заведующему лаборатории МУСС Попову Виктору Юрьевичу

 

22.03.2024 Dr. S. Dinesh Vijay "Homeostatic compensation in pancreatic beta cells"

Dr. S. Dinesh Vijay, Centre for Nonlinear Systems, Chennai Institute of Technology, Chennai

Pancreatic beta cells play a pivotal role in glucose homeostasis by dynamically adjusting their function and mass to meet varying insulin demands. Understanding the regulatory mechanisms underlying this homeostatic compensation is crucial for elucidating the pathophysiology of diabetes and developing effective therapeutic interventions. In this discussion, we employ a nonlinear dynamics approach to investigate the complex interplay of signaling pathways, and gene regulatory governing beta cell adaptation. By integrating mathematical modeling with experimental data, we explore how nonlinear interactions between glucose, insulin, and other key factors shape beta cell dynamics. We highlight the role of oscillations and stability landscapes in governing beta cell fate decisions, such as proliferation, apoptosis, and insulin secretion. Furthermore, we discuss the implications of nonlinear dynamics for beta cell dysfunction in diabetes and propose potential strategies for restoring homeostatic balance.
 

07.03.2024 Dr. Srinivasan Sabarathinam "Computer Simulation of Butterfly Effect: Unveiling the Secrets from Chaos to Real-World Applications"

In this lecture, we will explore the concept of the butterfly effect by simulating the Lorenz system, a phenomenon in chaos theory where small changes in initial conditions can lead to large and unpredictable changes in outcomes. We will discuss how computer simulations can be used to study the butterfly effect and its implications for various real-world applications.

09.02.2024 Dr. K. Thamilmaran "Experimental study on Extreme Events in damped Korteweg–De Vries (KdV) Equation"

Dr. K. Thamilmaran, Professor, Centre for Computational intelligence, Chennai Institute of Technology, Chennai, Tamil Nadu, India

In this presentation, I will present the occurrence of extreme events in a damped Korteweg–De Vries (KdV) autonomous three-dimensional system. We observe that the bounded chaotic oscillations transition into large-amplitude extreme events at a critical value of the system control parameter, triggered by a bounded crisis. These extreme events exhibit a unique distribution characterized by the probability distribution function. Rigorous numerical simulations, laboratory experiments, and PSpice circuit simulations were conducted on the damped KdV oscillator to validate our findings. Results from both approaches demonstrate excellent agreement, confirming the extreme behavior in this autonomous system. Our study constitutes the first comprehensive exploration of extreme events within the damped KdV autonomous system, integrating numerical simulations, experimental observations, and PSpice circuit simulations. These findings enhance our understanding of extreme events and their potential applications in chaos-based dynamical systems, contributing to the advancement of this field.

References:

  1. Kudryashov, Nikolai A. "On “new travelling wave solutions” of the KdV and the KdV–Burgers equations." Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 14.5 (2009): 1891-1900.
  2. Lax, Peter D. "Periodic solutions of the KdV equation." Communications on pure and applied mathematics 28.1 (1975): 141-188.
  3. Crighton, D. G. "Applications of kdv." KdV’95: Proceedings of the International Symposium held in Amsterdam, The Netherlands, April 23–26, 1995, to commemorate the centennial of the publication of the equation by and named after Korteweg and de Vries. Springer Netherlands, 1995.
  4. Kappeler, Thomas, and Jürgen Pöschel. Kdv & Kam. Vol. 45. Springer Science & Business Media, 2013.

15.12.2023 V. Subburayan "Computational Method and Convergence Analysis for Singularly Perturbed Two Dimensional Parabolic Differential Equations"

In this lecture we discuss about the singularly perturbed delay problems and solution behaviour. Further we construct a robust computational method for a class of singularly perturbed two dimensional parabolic equations and prove the convergence analysis of the solution. A numerical example is presented to validate a theoretical investigation.

08.12.2023 Dr. S. Sudharsan "Emergence, Mitigation and Prediction of Extreme Events"

Extreme events are rare and recurrent events occurring in nature that leads to disastrous aftermath. Examples of these events include rogue waves, drought, epileptic seizures, share market crash and so on. In this talk, I will confine my presentation on the following three main aspects in the study of extreme events, namely (i) Emergence and Mechanism, (ii) Mitigation and (iii) Prediction, in a parametrically driven non-polynomial mechanical system, which describes the motion of a particle in a rotating parabola. Under such consideration, without the influence of external forcing, we found that extreme events emerge differing from that of the previous case. Here extreme events emerge at the regions where chaotic attractor is found to expand and contract alternatively. From this, we have shown that extreme events occur whenever the system experiences a dip in the velocity.In the second part, I will discuss about the mitigation strategies to control extreme events.  To obtain a complete suppression of extreme events, we have effectively utilized the non-feedback methods, namely (i) first external forcing, (ii) second external forcing and (iii) constant bias to completely suppress extreme events. In the final part, I will discuss about the prediction of these extreme events using learning based approach. We have carried out two major types of ML studies, namely (i) Regression and (ii) Classification.

- Sudharsan, S., Venkatesan, A., Muruganandam, P and Senthilvelan, M, Emergence and mitigation of extreme events in a parametrically driven system with velocity-dependent potential, Eur. Phys. J. Plus 136, 129 (2021).

- Meiyazhagan, J., Sudharsan, S., & Senthilvelan, M, Model-free prediction of emergence of extreme events in a parametrically driven nonlinear dynamical system by deep learning, Eur. Phys. J. B 94, 156 (2021).

-Meiyazhagan, J., Sudharsan, S., Venkatesan, A. and Senthilvelan, M., Prediction of Occurrence of Extreme Events using Machine Learning, Eur. Phys. J. Plus 137, 16 (2022).

20.10.2023 Abinash Das "Recent Developments of Metal Oxide Based Photocatalyst in Solar Energy Applications"

Utilization of solar energy for environmental remediation has attracted extensive research attention since the demonstration of photocatalytic water splitting in 1972.1 In recent times, several metal oxides have been explored for various photocatalytic applications owing to their low cost, easy synthesis method, and long-term stability.2 However, it has been reported that the inherent limitations of most of the photocatalysts restrict their applications in large scale. To date, many innovative strategies have been widely employed to improve their performance. Structural tuning and heterojunction formation are considered as most suitable strategies to enhance the effective surface area and optical response of the photocatalyst, which is very crucial from the application point of view. In this perspective, the talk will be focused on the study on the impact of morphological tuning and the heterojunction formation on superior photocatalytic performance.

 References:
(1) Fujishima, A. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature 1972, 238, 37-38.
(2) Das, A.; Liu, D.; Wary, R. R.; Vasenko, A. S.; Prezhdo, O. V.; Nair, R. G. Enhancement of Photocatalytic and Photoelectrochemical Performance of ZnO by Mg Doping: Experimental and Density Functional Theory Insights. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 4134−4141.

06.10.2023 S. V. Manivelan "Dynamical Instabilities Causes Extreme Events in a Brusselator Model"

The Brusselator model, a classic in the realm of chemical kinetics and reaction-diffusion systems, is known for its captivating array of dynamic behaviors. It unravels sustained oscillations, intricate pattern formation, and even chaotic phenomena. These qualities make it a vital tool for comprehending the intricate emergence of complex spatiotemporal patterns within reaction-diffusion systems. Here we found and studied the rich dynamic properties of Extreme Event in this chemical model. In a dynamical system, Extreme event refers to a rare and often unpredictable occurrence that significantly deviates from the system's typical behavior. These events can have far-reaching consequences and are of interest in various fields, including physics, chemistry, climate science, finance, and engineering. Hence we characterized the event by statistical techniques and have delved further into studying their mechanics to explore system instability that causes the Extreme Event.

 References:

Prigogine, R. Lefever, Symmetry breaking instabilities in dissipative systems. ii, The Journal of Chemical Physics 48 (1968) 1695–1700.
K. Tomita, T. Kai, F. Hikami, Entrainment of a limit cycle by a periodic external excitation, Progress of Theoretical Physics 57 (1977) 1159–1177.
B. Thangavel, S. Srinivasan, T. Kathamuthu, Extreme events in a forced bvp oscillator: Experimental and numerical studies, Chaos, Solitons & Fractals 153 (2021) 111569.
S. N. Chowdhury, A. Ray, S. K. Dana, D. Ghosh, Extreme events in dynamical systems and random walkers: A review, Physics Reports 966 (2022) 1–52.
B. Pena, C. Perez-Garcia, Stability of turing patterns in the brusselator model, Physical review E 64 (2001) 056213.

22.09.2023 Dr. A. Durga Devi "Isochronous Nonlinear Oscillators associated with Certain Classes of Lienard type equations"

In this talk, I am going to present a study of Isochronous properties associated with certain classes  of Lienard type of equations including linear, quadratic, mixed quadratic linear Lienard type equation and their higher order generalizations which exhibiting Isochronous properties.  Then I show a systematic procedure to identify a collective coordinate, which is conjugate to a given Hamiltonian in order to generate isochronous systems.  By generalising this procedure for N-coupled systems in terms of omega, I modified Hamiltonians and identified suitable canonically conjugate coordinates such that the resultant form is non-singular and the corresponding Newton's equation of motion is constraint free. Further, a class of N-coupled mixed quadratic linear Lienard type equations can also be identified with the specific class of transformations that possess isochronous properties an studied their integrability properties.

11.08.2023 Manish Dev Shrimali "Dynamics under regulated Interaction and Noise"

In this talk, we discuss the dynamics under regulated interaction and noise in nonlinear oscillators. We introduce a time-evolving state-space-dependent interaction among an ensemble of identical coupled oscillators, where individual units are interacting only when the mean state of the system lies within a certain proximity of the phase space. The proposed design of dynamic intermittent interaction facilitates the onset of a plethora of asymptotic states including synchronous states, amplitude death states, oscillation death states, a mixed state, and bistable states. Interestingly due to this occasional interaction, we find that the system shows an abrupt explosive transition from oscillatory to death state. Besides the study on periodic oscillators, we present results for the chaotic oscillators, ecological and neuronal model systems with dynamic interaction.

We also discuss the enhanced synchronization of uncoupled nonlinear oscillators in the presence of regulated noise. The dynamic intermittent noise, which is applied only to a fraction of the state space, restricts the trajectories to evolve within the contraction region for a longer period of time. The basin stability of the synchronized states is found to be significantly enhanced compared to uncontrolled noise. Direction dependent noise also play an important role in synchronization of mobile oscillators. Another important application of intermittent noise is control of multistability. In contrast to the existing methods of unrestricted noise controls resulting predominantly in attractor hopping, space-dependent intermittent noise selectively annihilates undesired attractors to control multistability.

 References:
1.        Emergent rhythms in coupled nonlinear oscillators due to dynamic interactions, Shiva Dixit, Sayantan Nag Chowdhury, Awadhesh Prasad, Dibakar Ghosh and Manish Dev Shrimali, Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 31, 011105 (2021).
2.        Dynamic interaction induced explosive death, Shiva Dixit, Sayantan Nag Chowdhury, Dibakar Ghosh and Manish Dev Shrimali, Europhysics Letters, 133, 40003 (2021).
3.        Enhanced synchronization due to intermittent noise, Emilda Shajan, Paul Asir M, Shiva Dixit, Juergen Kurths, and Manish Dev Shrimali, New Journal of Physics, 23, 112001 (2021)
4.        Controlling multistability with intermittent noise, Emilda Shajan, and Manish Dev Shrimali, Chaos, Solitons and Fractals, 160, 112187 (2022).
5.        Direction dependent noise-induced synchronization in mobile oscillators, Emilda Shajan, Dibakar Ghosh, Juergen Kurths, Manish Dev Shrimali, Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 33, 053108 (2023).

28.07.2023 Mithun K "Application of GRU-Powered Echo State Networks to Predict the Hopf Bifurcation Dynamics of the FitzHugh-Nagumo Model"

The FitzHugh-Nagumo (FHN) model is a mathematical model used to describe the excitation of neurons. This model is governed by the following set of equations:

𝑣˙ = −𝑣(𝑣 − 𝑎)(𝑣 − 1)   − 𝛾𝑤 + 𝐼(𝜔, 𝑡)

𝑤˙  = 𝑏 ( 𝛾𝑣 − 𝑓 𝜔 )

where 𝑣 determines the neuron’s activation and 𝑤 determines the inhibition of the neuron’s action potential. 𝛾 represents the direction of rotation of the oscillation cycle and 𝑎, 𝑏 and 𝑓 are parameters of the system.

As this model is a nonlinear dynamical system, various deep learning approaches are suitable for predicting such systems.Most notably, the Echo State Network (ESN) approach of Reservoir Computing is well-suited for the prediction of nonlinear dynamical systems2,3. While conventional Recurrent Neural Networks (RNNs) are useful for this use case, these networks suffer from the vanishing/exploding gradients problem. Additionally, conventional RNNs have limited information context, which makes it impractical for more complex systems. While Long Short-Term Memory (LSTM) networks implement information gates to regulate the flow of information, it is significantly more complex than a conventional RNN. LSTM networks also cannot handle temporal dependencies after a certain period. For this reason, we use a variant of LSTM, called Gated Recurrent Units (GRU)4, which is used to augment the ESN in order to model the bifurcation dynamics of the neuronal model. The characteristics of Hopf bifurcations in the single neuron variant of the FHN model are identified and studied5. Moreover, by implementing a GRU-powered ESN, we study and predict the oscillation cycles and the Hopf bifurcation delays. Since the identification of outliers and extreme events is of paramount importance in the field of nonlinear dynamics, we also use the ESN to predict the outliers in the Hopf bifurcation delays. In the future, this work includes the cross-examination of our deep learning model by utilizing a physical circuit implementation of the FHN model and testing the accuracy of theESN by using the data from the circuit.

References:

1. W.E. Sherwood, FitzHugh–Nagumo Model. In: Jaeger, D., Jung, R. (eds) Encyclopedia of Computational Neuroscience. Springer, New York, NY (2014).

2. H. Jaeger, The" echo state" approach to analysing and training recurrent neural networks-with an erratum note'. Bonn, Germany: German National Research Center for Information Technology GMD Technical Report. 148 (2001).

3. M. Lukoševičius, A Practical Guide to Applying Echo State Networks. In: Montavon, G., Orr, G.B., Müller, KR. (eds) Neural Networks: Tricks of the Trade. Lecture Notes in Computer Science, vol 7700. Springer, Berlin, Heidelberg (2012).

4. X. Wang, Y. Jin and K. Hao, "A Gated Recurrent Unit based Echo State Network," International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN), Glasgow, UK, 2020, pp. 1-7, doi: 10.1109/IJCNN48605.2020.9206786 (2020).

5. V. Varshney, S. Kumarasamy, B. Biswal. et al. Bifurcation delay, travelling waves and chimera-like states in a network of coupled oscillators. Eur. Phys. J. Spec. Top. 229, 2307–2325 (2020).

21.07.2023 Awadhesh Prasad "Understanding the short-time synchronization and the phase-slip in unsynchronized region of coupled oscillators"

Synchronization of coupled nonlinear dynamical systems has been studied extensively in previous works [1]. Although many techniques have been developed to understand the synchronized behavior of coupled systems, the unsynchronized domain is left relatively unexplored [2,3]. Notably, one can think of many natural and engineering systems which do not exhibit any synchronized motion. Yet, very few studies have explored this regime of unsynchronized behavior. Therefore, there is a need to develop theories and methods to understand such unsynchronized dynamics of coupled systems.

In this talk, we will demonstrate that the coupled systems may exhibit short-time synchronization in the unsynchronized regime [4]. We will also talk about the phenomenon of phase-slips present in this unsynchronized domain [2,5]. We will then show how both these phenomena, the short-time synchronization [4] and the phase-slips [5], related to the presence of perpetual points [6].
 

[1] A. Pikovsky, M. Rosenblum, and J. Kurths, Synchronization: A Universal Concept in Nonlinear Science(Cambridge University Press, Cambridge, 2001).
[2] Z. Zheng, G. Hu, and B. Hu, Phys. Rev. Lett. 81, 5318 (1998).
[3] D. Pazo, M. A. Zaks, J. Kurths, Chaos 13, 309 (2003).
[4] S. Kumarasamy, D. Dudkowski, A. Prasad, and T. Kapitaniak, Chaos 31, 081102 (2021).
[5] P. B. Gogoi, S. Kumarasamy, A. Prasad, and R. Amaswamy, (2023).
[6] A. Prasad, Int. J. Bifurcation Chaos 25, 1530005 (2015).

30.06.2023 Menghui Chen "Machine Learning Prediction on Sunspot"

In this presentation, I will deliver our preliminary results on the sunspot predictions using various machine-learning algorithms to find the best method for the sunspot prediction. I will give a brief introduction about sunspot data and its arrangements and gives the important link for sunspot databases. Moreover, I will describe the simple RNN, LSTM and GRU algorithms and their operational principles. Finally, I will show the results of the sunspot predictions using the above-mentioned algorithms. We have found R-squared, MAE etc through this sunspot data sets.

References:
1. Velasco Herrera, Victor Manuel, Willie Soon, Douglas V. Hoyt, and Judit Muraközy. "Group sunspot numbers: a new reconstruction of sunspot activity variations from historical sunspot records using algorithms from Machine Learning." Solar Physics 297, no. 1 (2022): 8.
2. Herrera, VM Velasco, W. Soon, and D. R. Legates. "Does Machine Learning reconstruct missing sunspots and forecast a new solar minimum?." Advances in Space Research 68, no. 3 (2021): 1485-1501.
3. Nguyen, Trung Thanh, Claire P. Willis, Derek J. Paddon, Sinh Hoa Nguyen, and Hung Son Nguyen. "Learning sunspot classification." Fundamenta Informaticae 72, no. 1-3 (2006): 295-309.
4. Pala, Zeydin, and Ramazan Atici. "Forecasting sunspot time series using deep learning methods." Solar Physics 294, no. 5 (2019): 50.

16.06.2023 Dr. Vaibhav Varshney "Emergence of different dynamics in counter-rotating coupled oscillators "

In this talk, we focus on the study of the novel dynamics emerging from coupled conter-rotating oscillators.
First, we will discuss a new scheme which does not disturb any internal parameter of the system and forces the coupled systems to either oscillation death or oscillating state simply by changing the sense of rotation of the augmented system. Next, we will discuss the novel bifurcation delays and chimera-like states in a network of driven FitHugh-Nagumo (FHN) oscillators, where each oscillator can rotate either clockwise or anticlockwise. Slow variation of the time-dependent parameter of FHN oscillator near the bifurcation point leads to a delay in the bifurcation. When the FHN oscillators are coupled via dissimilar variables, then bifurcation delay in the anticlockwise rotating oscillator changes, creating chimera-like structures and also travelling waves at certain coupling strengths.
Finally, we will discuss the emergence of extreme events and their propagation in a network of coupled nonlinear oscillators, where counter-rotating oscillators play the role of malfunctioning agents. We observe that the extreme events occur only in the counter oscillating pair of oscillators through the saddle-node bifurcation. We present a detailed study of the propagation and destruction of the extreme events and show how these events depend on the strength of the coupling.

07.04.2023 T. Fonzin Fozin "Analysis of coexisting dynamics and their control in some nonlinear systems"

The phenomenon of multistability has been uncovered in several nonlinear systems throughout this last decade. Although still intriguing and not well understood, intensive efforts are being made by researchers to better understand its mechanism while providing diagnostic techniques so as control one’s. Therefore, this lecture reports both the coexistence various dynamics and their control based on invasive and noninvasive feedback methods for attractor selection some nonlinear systems. Dynamical behaviors are harness through bifurcation diagrams, spectrum of Lyapunov exponents, phase portraits and demarcation regions of initial states. For some systems, the rare phenomenon of the coexistence of hyperchaos and chaos has been uncovered. Feedback control methods are further exploited to annihilate the coexisting phenomenon in some nonlinear systems in case they are undesired. For invasive control approaches, the dynamics of the survived attractor is distorted while non-invasive approaches preserve the intrinsic dynamic of the survived attractor. Our numerical results are confirmed either through PSpice analysis or laboratory measurements.

31.03.2023 Chittaranjan Hens "Signal propagation in complex networks"

It is now essential to understand complex networks to comprehend how spreading phenomena occur in various real-world scenarios. For example, a local infection may spread in the entire network within a shorter time scale.  In most cases, the characteristic path lengths of the underlying network determine the propagation pattern.  In others, however, characteristic path lengths cannot be the sole predicting element to visualize the propagation pattern. In this situation, the spreading phenomena occur more complicated way as the propagation depends not only on the network path lengths but also on the network heterogeneity and underlying oscillatory states of each node.

We here analytically derive the response propagation, obtaining its dependence on the degree distribution, the distance from the perturbation and the intrinsic dynamics of each network. Our results uncover a deep universality in the propagation patterns crossing domains of inquiry, from ecological system to gene regulatory dynamics. More specifically we uncover how disease spread in arbitrary complex networks [1-2].  We aim to comprehend the spread of epidemics (Influenza like disease) in meta-population networks.  We also provide the suitable intervention strategy to reduce the severity disease based on the human movements [2].

References:

1. Spatiotemporal signal propagation in complex networks, Chittaranjan Hens, Uzi Harush, Simi Haber, Reuven Cohen, Baruch Barzel. Nature Physics, 15, 403–412 (2019).

2. Optimal test-kit based intervention strategy of epidemic spreading in heterogeneous complex networks, Subrata Ghosh, Abhishek Senapati, Joydeb Chattopadhyay, Chittaranjan Hens, D Ghosh. Chaos 31 (7), 071101, (2021).

3. Identifying Influential Pandemic Regions Using Graph Signal Variation, S Darapu, S Ghosh, A Senapati, C Hens, S Nannuru, arXiv:2211.05517,(2022).

4. Emergent stability in complex network dynamics, Chandrakala Meena, Chittaranjan Hens, Suman Acharyya, Simcha Haber, Stefano Boccaletti, & Baruch Barzel. Nature Physics Revision submitted (2023).

17.03.2023 Dibakar Ghosh "Dynamics of swarmalators"

Swarmalators are entities with the simultaneous presence of swarming and synchronization that reveal emergent collective behavior due to the fascinating bidirectional interplay between phase and spatial dynamics. Although different coupling topologies have already been considered, recently we introduce time-varying competitive phase interaction among swarmalators where the underlying connectivity for attractive and repulsive coupling varies depending on the vision (sensing) radius. In this talk, we will discuss some systematic approaches and review the collective dynamics of swarmalators analytically and/or numerically. Some of the states (the phase wave and split phase wave) resemble those seen in systems of Janus matchsticks or Japanese tree frogs. The others (such as the sync and unsteady states) may be observable in systems of vinegar eels, electrorotated Quincke rollers, or other swarmalators moving in disordered environments. Long-term states of position aggregation and phase synchronization will be discussed with some future problems.

 References:
1 Swarmalators under competitive time-varying phase interactions. Gourab K Sar, Sayantan Nag Chowdhury, Matjaz Perc, and Dibakar Ghosh. New Journal of Physics 24, 043004 (2022)
2  Dynamics of swarmalators: A pedagogical review. Gourab K Sar, and Dibakar Ghosh. Europhysics, Letters 139, 53001 (2022)
3 Pinning in a system of swarmalators. Gourab K Sar, Dibakar Ghosh, and Kevin O’Keeffe. arXiv:2211.02353 (Accepted for publication in Phys. Rev. E 2023)

03.03.2023 Dr. R.Gopal "Collective dynamical states: Reviews and Perspectives"

Understanding the various collective dynamical states in the networks of coupled nonlinear oscillators is one of the significant challenges in dynamic systems theory. Considering an array of nonlinear oscillators under different couplings, for example, global, nonlocal or local, one is interested to know the underlying collective dynamical states. The systems can include a variety of physically exciting situations, such as neuronal systems, Josephson-junction arrays, and chemical and mechanical oscillators.

In this talk, I will bring out the existence of various collective states, including synchronized, desynchronized, chimera (partially coherent/incoherent) states,  and so on, in typical nonlinear systems. More interestingly, I will also discuss the chimera-like states in a small-world network of oscillators by adding randomly switching nonlocal links.

 References:
1. Y. Kuramoto and D. Battogtokh, Nonlinear. Phen. Complex. Sys. 5, 380 (2002).
2. D. M. Abrams and S. H. Strogatz, Phys. Rev. Lett. 93,174102 (2004)
3. G. C. Sethia and A. Sen,  Phys. Rev. Lett. 112, 114101 (2014)
4. R. Gopal, V. K.Chandrasekar, A. Venkatesan and M. Lakshmanan, Phys. Rev. E 89, 052914 (2014).
5.   V. K.Chandrasekar, R. Gopal, A. Venkatesan and M. Lakshmanan, Phys. Rev. E 90, 062913 (2014)
6. R. Gopal, V. K.Chandrasekar,  D. V. Senthilkumar, A. Venkatesan and M. Lakshmanan, Phys. Rev. E 91, 062916 (2015).
7.  P. Chandran, R. Gopal, V. K. Chandrasekar and N. Athavan, Chaos 29, 053125 (2019).
8.  P. Chandran, R. Gopal, V. K. Chandrasekar and N. Athavan, Chaos 30, 063106 (2020).

17.02.2023 Dr. Premraj Durairaj "Emergence of Extreme events in a Quasiperiodic Oscillator"

Extreme events are unusual and rare large-amplitude fluctuations that occur can unexpectedly in nonlinear dynamical systems. Events above the extreme event threshold of the probability distribution of a nonlinear process characterize extreme events. Different mechanisms for the generation of extreme events and their prediction measures have been reported in the literature.  Based on the properties of extreme events, such as rare in the frequency of occurrence and extreme in amplitude, various studies have shown that extreme events are both linear and nonlinear in nature. Interestingly, in this work, we report on a special class of extreme events which are nonchaotic and nonperiodic. These nonchaotic extreme events appear in between the quasi-periodic and chaotic dynamics of the system. We report the existence of such extreme events with various statistical measures and characterization techniques.

References:
1.     Premraj Durairaj, Sathiyadevi Kanagaraj, Suresh Kumarasamy, and Karthikeyan Rajagopal, “Emergence of extreme events in a quasiperiodic oscillator”, Phys. Rev. E, (2023).
2.     Premraj Durairaj, Suresh, K., Pawar, S. A., Kabiraj, L., Prasad, A., & Sujith, R. I.  Dragon-king extreme events as precursors for catastrophic transition. Europhysics Letters, 134(3), 34006, (2021).
3.     Chowdhury SN, Ray A, Dana SK, Ghosh D. Extreme events in dynamical systems and random walkers: a review. Phys Rep. 966:1–52 (2022) .
4.     Seneviratne S, Nicholls N, Easterling D, Goodess C, Kanae S, Kossin J, et al. Changes in Climate Extremes and Their Impacts on the Natural Physical Environment. (2012).

03.02.2023 Dr. R. Arun "Spin Torque Nano Oscillator: As a candidate for microwave oscillations"

Spin torque nano oscillator (STNO) is a nanoscaled device which can be used to generate microwave oscillations by applying current and/or magnetic field.  It consists of two ferromagnetic layers seperated by a nonmagnetic conductive or insulative layer.  Among two ferromagnetic layers one is relatively thick and called pinned layer in which the magnetization is fixed or polarized in a particular direction.  Another ferromagnetic layer is thin and called free layer in which the magnetization is allowed to change its direction or oscillate by means of incoming polarized electrons due to pinned layer and externally applied magnetic field.  In the spin torque nano oscillator the persistent oscilaltions of the free layer’s magnetization is achieved by the transfer of spin angular momentum between the incoming spin polarized electrons and the local magnetic moments in the free layer.  The oscillations in the magnetization of the free layer is converted into voltage oscillations due to magnetoresistive effect.  In this talk, I will introduce about the STNO and discuss the different approaches to enhance the frequency, power and Q-factor of the STNO by solving  Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski equation.

References:

[1]   Effect of interlayer exchange coupling in spin-torque nano oscillator, R. Arun, R. Gopal, V.K.Chandrasekar and M. Lakshmanan, J. Appl. Phys. 132, 094301 (2022).

[2]   Spin torque oscillations triggered by in-plane field, R. Arun, R. Gopal, V.K. Chandrasekar and M. Lakshmanan, J. Phys.: Condens. Matter 34, 125803 (2022).

[3]   Large Amplitude Spin-Hall Oscillations due to Field-like Torque, R. Arun, R. Gopal, V.K. Chandrasekar and M. Lakshmanan, J. Phys.: Condens. Matter 33, 165402 (2021).

[4]   Enhancement of frequency by tuning in-plane magnetic field in spin-torque oscillator, R. Arun, R. Gopal, V.K. Chandrasekar and M. Lakshmanan, J. Magn. Magn. Mater. 532, 167989 (2021).

[5]   Frequency enhancement and power tunability in tilted polarizer spin-torque nano oscillator, R. Arun, R. Gopal, V.K. Chandrasekar and M. Lakshmanan, J. Appl. Phys. 127, 153903 (2020).

[6]   Influence of field-like torque in synchronization of spin torque oscillators, R. Arun, R. Gopal, V. K. Chandrasekar and M. Lakshmanan, IEEE Transaction on Magnetics 56(9), 1400310 (2020).

19.01.2023 Dr. Sanjay Dutta "Decision Making Under Uncertainty"

Uncertainty governs everything in the universe, from small particle to big system. The process of unwrapping the uncertainty is a most important part in such problems. The uncertainty such as fuzziness, randomness, multi-choice and deep uncertainty are the growing areas in Operations Research. So, in this talk, a gentle introduction to the above-mentioned uncertainties are discussed.     

Fuzzy theory deals on how to handle the impreciseness within the data, language, and processes, where one knows the data but not clearly.  On the other-hand, randomness can be in the data or process where the decision- makers cannot make a precise decision due to the nature of the data or process. Multi-choice is process, which an individual does every time when it comes to make a best selection from the given alternatives. Lastly, deep uncertainty exists beyond the level of the previous three uncertainties, where the decision-makers cannot agree on the future states of the problems or do not have any information how the future will unfold.

References

1. Decision Making under Deep Uncertainty: From Theory to Practice (Springer International Publishing: New York, 2019).

2. https://www.rand.org/topics/robust-decision-making.html

3. Developing Robust Strategies for Climate Change and Other Risks: A Water Utility Framework, RAND Corporation, 2014.

4. Dutta, S., and Ramya V. Nair. "Multi-choice Programming with Benefits Using Kriging Interpolation Method." Proceedings of the International Conference on Computational Intelligence and Sustainable Technologies. Springer, Singapore, 2022.

5. Dutta, Sanjay, et al. "Fuzzy stochastic price scenario based portfolio selection and its application to BSE using genetic algorithm." Applied Soft Computing 62 (2018): 867-891.

6. Dutta, S., et al. "Fuzzy stochastic genetic algorithm for obtaining optimum crops pattern and water balance in a farm." Water Resources Management 30.12 (2016): 4097-4123.

22.12.2022 Dr J. B. Sudharsan "Optical solitons management in a harmonic Gaussian PT-symmetric potential with space dependent higher order nonlinearities"

The existence of stable optical soliton in collisionally inhomogeneous cubic, quintic and septimal nonlinear Schrödinger equation with the presence of a PT -symmetric harmonic-Gaussian potential with unbounded gain-loss distributions is studied. For the various strengths of PT -symmetric potential, stable optical soliton for a particular range of propagation constant is obtained. The intensity distributions and the conserved power of the soliton in the stable regime are managed by collisional inhomogeneity strength. The intensity and the conserved power of the optical soliton get saturated when the strength of collisional inhomogeneity exceeds a critical value.

10.11.2022 Dr. D. Aravinthan "Magnetization Switching in Pentalayer Nanopillar Alloys with Oscillatory Interlayer Exchange Coupling"

Recently spin transfer magnetization switching in nanopillar device has been a continuously growing topic, because of its potential applications in ultrahigh density recording media, magnetic random access memories, read/write heads, microwave frequency generators, logic gates and sensors. The interlayer coupling between the ferromagnetic layers in the nanopillar devices control the manipulation of local magnetization assisted by spin-polarised currents. In this talk, I will present details about magnetization switching, various methods to achieve switching and the important interlayer couplings so far reported. I will discuss in detail about the influence of oscillatory interlayer exchange coupling aka Ruderman-Kittel-Kasyua-Yosida (RKKY) coupling on STT-assisted magnetization switching in a pentalayer nanaopillar structure.

References:

1. D. Aravinthan and P. Sabareesan, Eur. Phys. J. Plus 137, 994 (2022).

2. D. Aravinthan et al., Appl. Phys. A 128, 910 (2022).

3. D. Aravinthan et al., J. Supercond. Nov. Magn. 35, 2831 (2022).

4. P. Ogrodnik et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 47019 (2021)

5. B. Dieny et al., Nat. Electron. 3, 446 (2020)

6. J.Z. Sun, Physical principles of spin torque, in Handbook of Spintronics. (Eds.) by Y. Xu, D.D. Awschalom, J. Nitta (Springer, Netherlands, Dordrecht, 2016), pp. 1339–1385.

27.10.2022 R. Mahendran "Impacts of Global Climate Change - 2022: Eagle's Eye View"

Climate change has resulted from an increase in global temperatures due to enhanced emissions of anthropogenic greenhouse gases (GHGs).  Statistically, climate change (CC) represents the average weather over a period of 30 years. The main anthropogenic sources of GAGs emissions are fossil fuel burning, from chemical industries, and deforestation. Since 1900, the GHG emissions have increased the global temperature by 1°C. By 2050, it is estimated that the Earth's temperature will increase drastically, if the emission of GHGs continue at the current rate. The CC cause many extreme weather events, such as sea level rise, floods, droughts, desertification, melting of glaciers, forest fires, loss of biodiversity, ocean acidification, and shrinking Arctic ice [1]. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) report (Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability) warned that the human-induced CC is the root cause for extensive interruption in nature and affect the livelihood of billions of people around the world [2]. Specifically, the CC affects our physical and mental health, interruption to family functioning, induce food shortages, and increase intergroup conflict. Hence, in this talk, I am going to emphasize the current and future impacts of CC worldwide.

References
1.     Lyon et al. Climate change research and action must look beyond 2100. Global change biology. 28 (2022) 349-361.
2.     J. Tollefson, IPCC climate report: Earth is warmer than it’s been in 125,000 years, Nature. 596 (2021) 171.

13.10.2022 K. Sakkaravarthi "Management of Localized Waves in Inhomogeneous Media"

The dynamics of nonlinear systems feature several exciting phenomena that find multifaceted applications in different fields of science, engineering, and technology. Various nonlinear coherent structures like bright-bright, bright-dark, and dark-dark type solitons/solitary waves, Akhmediev & Ma breathers, rogue waves, etc. associated with such scalar and vector models are of considerable physical significance. The characteristics of nonlinear waves are explored through different analytic/numeric investigations and experimental realization.

In this talk, we will discuss the impact of nonlinearity modulation in the dynamics of localized waves arising in inhomogeneous Kerr-type optical media. For this purpose, we consider a coherently coupled nonlinear Schrödinger equation consisting of varying dispersion, incoherent (self-phase and cross-phase modulations), and coherent (four-wave mixing) nonlinearities. We obtain explicit solutions by designing an appropriate similarity transformation and explore the dynamics of stable bright solitons along with bright-dark and bright-bright type Akhmediev-Ma breathers and rogue waves possessing different localized coherent structures. We study their manipulation mechanism for appropriately chosen forms of modulated nonlinearities by incorporating elliptic functions. We demonstrate phenomena such as soliton amplification, compression, tunnelling through a localized barrier, superposition/interaction of breather-soliton, transition from soliton/rogue wave to breather, and existence on modulated background with significant characteristics. The present results will be helpful for a better understanding of the dynamics of nonlinear waves in various inhomogeneous media.

16.06.2022 Dr. Jagadeesan Palanivel "Fractional order complex systems"

In my talk, I will discuss about fractional order complex systems with a focus on my research article titled “Chaos in a low dimensional fractional order nonautonomous nonlinear oscillator “. Studies on nonlinear dynamical system and their complex behavior have gained a great research attraction in recent days. Fractional order differential equations describe nonlinear systems more precisely compared to its integer order counterpart. In the above mentioned work, the dynamics of a fractional order forced series LCR circuit is studied numerically and experimentally. The circuit implementation of oscillator was done using fractional frequency domain approximation 1/sq. For a set of system parameters, the forced series LCR circuit exhibited period doubling route to chaos. We have taken both derivative of voltage and current as fractional derivatives. When the fractional order of the derivatives is decreased, the system exhibited interesting dynamical behavior. The chaotic regime in the system decreased, as the fractional order corresponding to the voltage in the circuit is reduced from 1. But in the case of current, when the order is decreased, chaotic regime in the system increased initially and after a certain value of the fractional order, the chaotic regime decreased. It is interesting to note that the distance between the two bifurcation points has followed a fourth order polynomial with different coefficients. Also we found that lowest order at which the nonautonomous fractional order nonlinear system exhibited chaotic behavior and the lowest order is 2.1. The lowest order has also been confirmed with the help of eigen values. The results obtained from the experimental study are compared with numerical simulation and it is found that they match closely with each other.  

Describing nonlinear systems with fractional differential equations will allow us to characterize those nonlinear systems in a better way. Fractional derivative representation of extreme events may help us even to identify the precursors of the extreme events. This will have a significant impact on disaster management and medicine.  

09.06.2022 Dr. Nallappan Gunasekaran "Networked Control Systems and Its Applications"

Network control systems (NCS) consists of sensors, actuators, and controllers whose operations are geographically distributed and coordinated by the exchange of information passed over the communication network. Network control systems, on the other hand, are used for remote control of distributed systems where control loops are closed over communication links or systems that are not co-located. Remote access to industrial robotic systems is one of the application areas where closed-loop robustness and reliability play an important role. Network control systems have the advantages of cost savings, system diagnostics and flexibility, wiring minimization, and relatively easy addition and replacement of individual elements. Efficient data sharing facilitates globally intelligent control decisions using NCS. Due to the communication chain within the control-loop, there are difficult constraints that can affect the stability and performance of the closed-loop. This type of control system considers many issues, such as unknown delays.

The objectives of this NCS are: (a) to design controllers that guarantee stability and stabilization of the system for a desired sampling period; (b) to design observers that guarantee exponential convergence of the estimation error to the origin for a desired sampling period; and (c) given a controller, to find the maximum allowable network-induced delay that guarantees exponential stability of the sampled-data networked control system. Lyapunov-Krasovskii based approaches are used to propose sufficient stability and stabilization conditions for sampled-data networked control systems. Convex relaxation techniques are employed to cast the proposed stability analysis and controller synthesis criteria in terms of linear matrix inequalities that can be solved efficiently.

NCS applications range from large-scale factory automation and plant monitoring to small but complex networks of modern automobiles, locations, and autonomous robot computers. The network control system presents the latest results in the analysis of stability and robustness and new developments related to the fuzzy and optimal control of networked Takagi-Sugeno fuzzy system. With the increasing interest in the industry these days, with numerous methods and approaches for dealing with NCS problems, many methods are still being developed to improve the functionality of closed loops on telecommunications networks. Overall, this area of ​​study will learn about NCS stability and stabilization analysis applicable to control, electrical, computer and mechanical engineering, and computer science.

02.06.2022 Dr. R. Vadivel "Neural networks and its application"

The Artificial Neural network (ANN) is a functional imitation of a simplified model of the biological neurons, and its goal is to construct useful computers for real-world problems. ANN and their various generalizations have attracted the attention of the scientific community due to their promising potential for tasks of classification, knowledge acquisition, automatic control, and their ability to solve difficult optimization problems. The key features of ANNs are asynchronous parallel processing, continuous-time dynamics and global interaction of network elements. Moreover, Lyapunov functions are an essential tool in the stability analysis of dynamical systems, both in theory and applications. They provide sufficient conditions for the stability of equilibria. Because of their importance in stability analysis, numerous computational construction methods have been developed within the Engineering, Informatics, and Mathematics community. Finally, regarding the stability analysis some numerical examples are presented in this talk.

26.05.2022 Dr. Suresh Kumarasamy "Birth of Strange nonchaotic Attractors Nonlinear Dynamical Systems"

Strange Nonchaotic Attractors (SNAs) are well known to appear in periodic and quasi-periodically forced smooth dynamical systems and autonomous nonsmooth dynamical systems.  The SNAs possess a complex geometrical structure, which shows them to be truly fractal in nature. However, they do not have any sensitive dependence on initial conditions, as is seen from the negative maximal Lyapunov exponent. It was identified by Grebogi et al. Following the pioneering work, many researchers have found the existence of SNAs in several physically important systems and have beenclassified the different mechanisms for their occurrence. To mention a few systems such as pulsating star, quasi-periodically forced pendulum, the quantum particles in quasi-periodic potentials, biological oscillators, Duffing-type oscillators, velocity-dependent oscillators, electronic circuits, and forced buckled ribbon neon glow-discharge experiment. The presence of SNAs in a wide range of dynamical systems shows the robustness of this phenomenon. The talk will deal with strange nonchaotic attractors in different dynamical systems and demonstrate their experimental observations and numerical techniques.

19.05.2022 Е.В. Маевский "Магнитная гидродинамика Солнца и солнечного ветра"

Магнитная гидродинамика - это динамика жидкости, взаимодействующей с электромагнитным полем. Примером такой жидкости является солнечное вещество. Будут рассмотрены некоторые явления, связанные с динамикой Солнца, их математические модели, вычислительные схемы и результаты.

21.04.2022 Д.В. Минаев (МГУ) "Квантовые алгоритмы – настоящее, будущее, хайп. История возникновения, принципы, примеры"

Квантовая информатика и квантовые вычисления – это новый, стремительно развивающийся раздел науки, возникший на стыке квантовой механики, математической физики и классической теории информации. Все чаще мы слышим про кубиты, кантовую телепортацию, кота Шрёдингера, квантовое самоубийство, квантовую криптографию и прочее. В докладе  представлены основные идеи квантовой информатики, а также физических законов и математических принципов, лежащих в их основе,  квантовой запутанности, квантового параллелизма. Именно эти явления лежат в основе большинства известных квантовых алгоритмов. Квантовые алгоритмы из любопытных теоретических конструкций превращаются в прикладные инструменты, предназначенные для решения сложных вычислительных задач. В докладе будет рассмотрена гейтовая модель квантовых вычислений и универсальные наборы квантовых логических вентилей. Поговорим об основных типах квантовых алгоритмов, таких как алгоритм оценки фазы, алгоритмы Дойча и Шора, коррекции квантовых ошибок и другие алгоритмы, основанные на квантовом преобразовании Фурье; алгоритм Гровера и квантовые алгоритмы поиска; квантовые вариационные алгоритмы. Обсудим проблемы борьбы с декогеренцией и ошибками в квантовых вентилях. Обсудим основные методы квантовой криптографии. В завершении будет дана краткая информация о текущем состоянии квантовых вычислений.

Видеозапись семинара.

09.12.2021 М. Кузьмин "Использование машинного обучения при обработке результатов секвенирования ДНК методом Oxford Nanopore"

Oxford Nanopore - недавно разработанный метод секвенирования ДНК, позволяющий быстро обрабатывать большие части геномов. При этом при обработке результатов метода можно использовать разные программные методы. В докладе будут рассмотрены возможности применения методов машинного обучения для обработки результатов данного метода секвенирования при построении геномов.

11.11.2021 S. Srinivasan "Existence of Extreme event: Understanding the mechanism via simple complex system"

In this presentation, I will start to explain my research background and my research motivations. Then, I will present my recently published article entitled “extreme event in a simple dynamical system”. The existence of extreme events in the well known Bonhoeffer-van der Pol (BVP) oscillator under the excitation of a periodically forced voltage is studied. From this study, I will explain the detection and characterization of such rare event. Our investigations involve both laboratory experiments and numerical simulations. To the best of our knowledge, we believe that it is for the first time that the occurrence of extreme event has been reported using both real time experimental and numerical studies on this forced BVP system.

For a long time, the occurrence of extreme event (EE) (sudden increase or burst in the amplitude of one or more state variable) in complex systems were known, but were dismissed to be rare and unexpected and hence as of no consequence. However, they have gained increasing attention by researchers nowadays. This is because they are found to arise commonly in nature as well as from man made events. For example, they are observed in tsunamis, floods, earthquakes, rouge waves, seismic activities, wildfires, valcanos, etc,.

The reason is the extreme events display large magnitude deviations from normal behaviors under certain conditions. The study of these events are carried out by setting up mathematical models and applying the principles of statistics to the time series of state variables to detect sudden and large deviations in the behavior of the systems.

28.10.2021 Дмитрий Колотков, Ph.D, Университет Уорвика, Великобритания "Измерения волн и колебаний в короне Солнца. Как и зачем?"

Внешний слой атмосферы Солнца, корона, представляет собой естественную лабораторию полностью ионизированной плазмы, в которой такие фундаментальные физические процессы как магнитное пересоединение, ускорение заряженных частиц, нагрев и охлаждение, а также удержание плазмы магнитным полем открыты для прямого изучения. Помимо академического интереса, понимание процессов в короне Солнца необходимо для своевременного и адекватного предсказания условий космической погоды в околоземном пространстве. Одним из современным и многообещающих подходов для изучения короны Солнца является метод корональной МГД сейсмологии — использование прямых наблюдений волн и колебаний в короне для локальной диагностики плазмы.

Волновые явления в короне Солнца регулярно и достоверно наблюдаются множеством современных телескопов космического и наземного базирования. Непрерывно возрастающий объем и прецизионность наблюдательных данных требует разработки и применения новых методов для их обработки и анализа. В данной лекции мы рассмотрим несколько оригинальных методик измерения параметров волн и колебаний в короне Солнца, активно используемых мировым научным сообществом. В частности, будет показан способ измерения периода колебания, скорости распространения и закона затухания волн с помощью пространственно-временных диаграмм (time-distance maps), построенных на основе изображений короны Солнца в крайнем УФ с высоким пространственным и временным разрешением. Продемонстрируем перспективность применения метода усиления движения (motion magnification) для детектирования и последующего анализа колебаний принципиально малой амплитуды в короне Солнца, а также в других отраслях — медицине и промышленности. Мы также обсудим использование Байесовского анализа и метода Монте-Карло по схеме Марковской цепи (MCMC) для аппроксимации наблюдательных данных низкоразмерными многопараметрическими моделями. Укажем достоинства и недостатки классических, основанных на Фурье-преобразовании методов анализа квазипериодических процессов с ярко выраженными нестационарными свойствами (например, в кривых блеска солнечных вспышек) и обсудим более современные подходы, основанные, например, на методе разложения по эмпирическим модам (Empirical Mode Decomposition, EMD) и преобразовании Гильберта-Хуанга (Hilbert-Huang Transform, HHT).

Несмотря на значительный прогресс в понимании, применении, развитии и непрерывном совершенствовании методов измерения параметров волн и колебаний в короне Солнца, уже сейчас предельно ясно, что колоссальные объемы данных  (сотни TB), накопленных за последние десятилетия, требуют интеграции существующих подходов с методами анализа больших данных и принципами машинного обучения, традиционно используемых в бизнес-аналитике. Подобная взаимовыгодная интеграция и применение междисциплинарного подхода в будущем позволили бы рассмотреть вопрос обработки данных с совершенно новой точки зрения и тем самым существенно расширить горизонты понимания процессов как в физике Солнца, так и в более прикладных задачах эконометрики, медицины и геофизики.

Материалы семинара https://disk.hse.ru/index.php/s/LGXWdA89LeAoT9A  пароль Seminar2810!

21.10.2021 Е. Петяева "Финтех и машинное обучение. Разбор нашего недельного решения задачи на хакатоне Finodays"

В начале сентября сотрудница лаборатории Петяева Елизавета и ее команда  участвовали в двух отборочных этапах Хакатона Finodays и прошли на финальный, который будет проходить в Сочи в ноябре. На этом семинаре Елизавета расскажет о процессе решения второго этапа хакатона, на котором они в течение недели решали задачу машинного обучения в области финтеха по предсказанию затрат пользователей для определения популярных категорий кэшбека.

 

15.04.2021 Prof S. C. Chapman «Historical datasets- implications for space weather risk over multiple solar cycles»

By obtaining the analytic signal of daily sunspot numbers since 1818 we construct a new solar cycle phase clock that maps each of the last 18 solar cycles onto a single normalized epoch. This clock orders solar coronal activity and can be used to order observations that exist on multiple solar cycles. The aa index  tracks geomagnetic storms at the Earth's surface over the last 14 Schwabe cycles, and 'space age' observations are available over several Schwabe cycles: e.g. F10.7 solar radio flux, galactic cosmic ray flux and the GOES flare catalog. We will construct 'clocks' for the (on average) 11 year Schwabe and 22 year Hale cycles to discern systematic Schwabe and Hale cycle variations in these quantities. Analysis of the aa index is desirable given its extent in time, however it is a discretized quantity rather than a well sampled timeseries. New methods to quantify the occurrence rates of extreme events in aa (amplitude information) and in its 27 day recurrence (phase information) are applied in the context of these solar cycle clocks.

S. C. Chapman, S. W. McIntosh, R. J. Leamon, N. W. Watkins, The Sun's magnetic (Hale) cycle and 27 day recurrences in the aa geomagnetic index. Ap. J. submitted (2021) arXiv:2101.02569[astro-ph.SR]

S. C. Chapman, S. W. McIntosh, R. J. Leamon, N. W. Watkins, Quantifying the solar cycle modulation of extreme space weather, Geophysical Research Letters, (2020) doi:10.1029/2020GL087795

S. C. Chapman, R. Horne, N. W. Watkins, Using the aa index over the last 14 solar cycles to characterize extreme geomagnetic activity. Geophys. Res. Lett.(2020) doi: 10.1029/2019GL086524

09.04.2021 Генрих Пеникас «Зачем нужны Центральные Банки?»

Высказанные мнения являются авторскими и могут не совпадать с позициями аффилированных организаций.

Задавали ли Вы себе вопросы, почему или зачем существуют Центральные Банки? Как они появились? Почему недостаточно обычных банков (частных или с государственным участием)? 

С одной стороны, думая над ответами, Вы могли услышать о таких недавних событиях в России, как поднятие ключевой ставки 19 марта; сообщение об изменении изображений на купюрах рублей 23 марта; отзыв лицензии у банка ООО КБ "Мегаполис" 26 марта. Тогда, наверное, Вы задумывались над тем, почему Центральный Банк принял такие решения? А что было бы, если он такие решения не принял или его не было вовсе? Как данные решения связаны с понятиями роста цен в экономике (инфляция) и их снижения (дефляция)? 

С другой стороны, если Вы связываете или планируете связать свою жизнь с компьютерами и информационными технологиями, то, уверен, у Вас на слуху имена таких компаний или сервисов, как ApplePay, SamsungPay, AliPay, TenCent. Многие из них развиваются в русле высказывания Билла Гейтса о том, что нам не нужны банки (banks), но нужно банковское дело (banking). Возможно ли, на самом деле, полноценно иметь банковское дело без банков сегодня? Если считаете ответ на этот вопрос очевидным, попробуйте тогда сказать, что такое "банковский вклад"? Это операция хранения Ваших денег в банке или это одалживание Ваших средств банку? 

Не поверите, но именно ответ на этот, казалось бы, простой вопрос определяет то, почему существуют Центральные Банки; почему современное банковское дело невозможно без банков; и что лучше - инфляция или дефляция!

Материал к размышлению по теме: https://iq.hse.ru/news/440316150.html

01.04.2021 В.В. Фуфаев " Применение методов машинного обучения для поиска рекуррентных групп солнечных пятен"

При изучении солнечной активности важную роль играют солнечные пятна – визуально наблюдаемые области выхода в фотосферу сильных магнитных полей. Одним из препятствий для их изучения является то, что с Земли наблюдается лишь половина поверхности Солнца. В ряде случаев особенно сильная активность, соответствующая большим по площади группам пятен, наблюдается в течение нескольких вращений. Таким образом, непрерывное наблюдение за такими группами оказывается невозможно и возникает задача идентификации долгоживущих (рекуррентных групп солнечных пятен). В настоящее время для решения этой проблемы применяются различные методы анализа данных и машинного обучения. Наиболее полным набором данных для таких исследований является каталог Гринвичской королевской обсерватории, который содержит записи с мая 1874 (в том числе, ряд предположений о том, какие группы являются рекуррентными). В докладе будет представлен один из методов идентификации, результаты, полученные на его основе, а также сравнение с другими подходами.

18.03.2021 Р.А. Кислов (ИКИ РАН, ИЗМИРАН) "Квазистационарные токовые слои в солнечном ветре"

Согласно простейшим теоретическим представлениям, заложенным в ещё классических работах Паркера (Parker, ApJ, 1958) и Вебера и Дэвиса (Weber and Davis, ApJ, 1967), межпланетное магнитное поле (ММП) имеет дипольную структуру.
Области различной полярности ММП разделены гелиосферным токовым слоем, который представляет собой тангенциальный разрыв. В каждой полусфере солнечный ветер и ММП изотропны, при этом ММП закручено в архимедову спираль из-за нарушения коротации плазмы и Солнца. За прошедшие полвека было накоплено много наблюдательных данных, указывающих, что структура ближней гелиосферы гораздо сложнее, чем в старых оценках. Несмотря на это, по-прежнему любые отклонения от дипольного и/или изотропного описания воспринимаются как нетривиальные, структура токового слоя не рассматривается самосогласованно, причём вопрос с типом разрыва всё ещё решён не полностью.
В докладе зрители увидят гелиосферу с мультипольным ММП, МГД-структуру гелиосферного токового слоя, недавно обнаруженные по данным Ulysses конусообразные полярные токовые слои, неизотропный солнечный ветер.

26.02.2021 Д. А. Покровский "Электоральная статистика и фальсификации на выборах"

Мы  обсудим как  статистика и эконометрика помогают обнаружить  фальсификацию на выборах.  Рассмотрим несколько примеров распределения  голосов на  выборах  в разных странах  в различные годы.   Обсудим как должно выглядеть  распределение голосов и почему при  честных выборах, и к каким искажениям  в распределении приводят  фальсификации.  А также  посмотрим   насколько  оказываются эффективны некоторые механизмы,  призванные предотвратить нарушения  на выборах.  В  заключении  будет продемонстрирована простая   математическая модель, объясняющая уровень фальсификации и показана  ее  эконометрическое оценивание.

22.01.2021 Edith Elkind (Oxford University) "Keeping Your Friends Close: Land Allocation with Friends"

We examine the problem of assigning plots of land to prospective buyers who prefer living next to their friends. In this setting, each agent's utility depends on the plot she receives and the identities of the agents who receive the adjacent plots. We are interested in mechanisms without money that guarantee truthful reporting of both land values and friendships, as well as Pareto optimality and computational efficiency. We explore several modifications of the Random Serial Dictatorship (RSD) mechanism, and identify one that performs well according to these criteria, We also study the expected social welfare of the assignments produced by our mechanisms when agents' values for the land plots are binary; it turns out that we can achieve good approximations to the optimal social welfare, but only if the agents value the friendships highly. Based on joint work with Neel Patel, Alan Tsang and Yair Zick.

03.11.2020 Д.В. Мусатов (МФТИ, РАНХиГС и КМЦ АГУ) "Модели устойчивых разбиений на группы: классические результаты и открытые задачи"

Каждый человек участвует во множестве различных сообществ. При этом каков оптимальный размер сообщества, неясно. С одной стороны, чем больше группа, тем меньшую долю фиксированных издержек на её организацию несёт каждый участник. С другой стороны, чем меньше группа, тем лучше её можно подстроить под нужды каждого участника. Мы рассматриваем одномерную модель с горизонтальной дифференциацией: каждая группа характеризуется значением параметра, а у каждого участника также есть идеальное значение. Например, это может быть географическая координата, тогда она понимается как место жительство агента и точка встречи группы. Или это может быть характеристика коллективного занятия, например, длительность похода.

Известно множество вариаций модели, отличающихся правилами перераспределения издержек внутри группы и используемыми концепциями равновесия. Для некоторых из них доказана теорема существования равновесия, для других построены контрпримеры. В докладе будет дан обзор основных понятий и результатов, а также сформулировано несколько открытых задач.

06.10.2020 О.В. Хабарова (ИЗМИРАН, ИКИ РАН) "Солнечный ветер в современном 3-d понимании. Иерархия масштабов и процессов"

Многие десятилетия солнечный ветер рассматривался как некая упрощенная среда, процессы в которой можно свести к двумерным (2D) в силу радиальной симметрии расширяющейся плазмы. Не только мелкомасштабные, кинетические, но и основные крупномасштабные структуры, наблюдаемые в гелиосфере – корональные выбросы масс (КВМ), потоки из корональных дыр, ударные волны и гелиосферный токовый слой (ГТС) – также продолжительное время описывались в рамках 2D представлений и соответствующих моделей. Причиной этого отчасти являлось то, что немногочисленные аппараты, запущенные в межпланетное пространство, позволяли измерять характеристики плазмы лишь в одной точке и не могли восстановить трехмерную (3D) картину процесса.

3D свойства и структура истекающей из Солнца плазмы были приблизительно известны лишь в ближней зоне (до десятков радиусов Солнца), покрытой наблюдениями коронографов. Только в начале XXI века были созданы аппараты, позволяющие взглянуть на солнечный ветер практически глазами человека, а именно, в белом (видимом) свете. Первый уникальный аппарат этого класса, Solar Mass Ejection Imager (SMEI), запущенный на орбиту Земли в 2003г., сразу изменил представления о солнечном ветре, показав, что основные крупномасштабные потоки активно взаимодействуют друг с другом и с ГТС, при этом изменяются их траектории и структуры. Дополнительное привлечение межпланетного зондирования методом межпланетных сцинтилляций (interplanetary scintillation (IPS) tomography) к восстановлению текущей 3D картины межпланетного пространства открыло новую эру в исследованиях солнечного ветра. За этим последовал запуск двух одинаковых аппаратов STEREO Ahead и STEREO Behind с heliospheric imagers – приборами, аналогичными  SMEI, но позволяющими смотреть на Солнце с разных углов.

Сравнение этих 3D реконструкций с in situ наблюдениями и с 3D картинами, полученными путем МГД-моделирования с учетом изначальных условий на Солнце (ENLIL modeling) позволило сменить взгляды на солнечный ветер с 2D на 3D. Получение фундаментальных знаний о механизмах формирования, эволюции и свойств ключевых структур солнечного ветра необходимо как для прогнозирования космической погоды, так и для понимания общих законов функционирования гелиосферы как единой системы, включающей в себя квазиустойчивые МГД-образования и магнитосферы планет, а также мелкомасштабные структуры, иерархически связанные с крупномасштабными.

22.09.2020 Е. М. Блантер (ИТПЗ РАН) "Падение солнечной активности: взгляд сквозь кольцо Курамотовской модели"

Последние два цикла солнечной активности характеризуются значительным снижением амплитуды магнитного поля. В вопросе о происхождении и дальнейшем развитии этого падения мнения ученых разделились: одни считают его предвестником длительного минимума, наподобие Мацндеровой паузы, другие видят лишь чуть более глубокий минимум столетнего цикла Глайсберга. Мы предлагаем новую модель меридионального потока Солнца, основанную на модели Курамото с четырьмя осцилляторами. В работе показывается, что единственно устойчивой конфигурацией осцилляторов является кольцо, отвечая представлениям об одной глобальной циркуляционной ячейку с в северной и южной полусферах. Модель позволяет восстановить скорости меридионального потока, в которых наряду с глобальным столетним трендом, одинаковым в двух полусферах, обнаружен столетний цикл Глайсберга, действующий в приэкваториальной области и только в южной полусфере. Сочетание медленного столетнего падения с минимумом цикла Глайсберга приводит к вырождению двух из четырех циркуляционных ячеек кольца, образуя двуячеистую структуру, наблюдаемую гелиосейсмологами в последние 10 лет. Таким образом, длинные низкие циклы 23-24 могут быть связаны с исключительным вырождением структуры меридионального потока Солнца.

10.09.2020 Евгений Коган "О стабильных разбиениях группы людей"

В группе людей каждый любит каждого на какое-то вещественное (возможно, отрицательное) число. Разбиение людей на две подгруппы называется стабильным, если каждый человек суммарно любит остальных людей из своей подгруппы не меньше, чем (суммарно) людей из другой подгруппы. Тогда если матрица смежности взвешенного ориентированного графа отношений людей кососимметрична и невырождена, то стабильного разбиения не существует.

08.09.2020 Екатерина Самородова "Ошибка спутникового измерения уровня моря во время шторма"

Как спутник измеряет уровень моря во время шторма – по гребню волны или по подошве? Статистическое исследование ошибок измерения аномалий уровня моря с применением метода Монте-Карло позволяет скорректировать спутниковые данные в зависимости от величины самого измерения и скорости штормового ветра. При этом оказывается, что предполагаемый разброс значений выражается через величину ошибки.

1.06.2020. Камилла Файзулина "Модель распространения быстроадаптируемых патогенов авторы Le Yan, Richard Neher, Boris Shraiman"

Одним из эффективных спосособов моделирования распространения инфекций является использование дифференциальных уравнений. Одной из популярных моделей является модель SIR (Susceptible — Infected — Recovered). В данном докладе рассматривается модифицированная модель SIR для быстроадаптируемых патогенов, к числу которых относится вирус гриппа. В работе получена фазовая диграмма, показывающая разные режимы динамики популяции вируса.

02.06.2020. Старовойт Анна Евгеньевна и Шемчик Евгений Сергеевич " Распознавание солнечных пятен и прогнозирование магнитных бурь методами машинного обучения!

Солнечная активность и магнитные бури имеют значительное влияние на космическое оборудование, технологии и живые организмы. Цель доклада – исследование и улучшение методов автоматического обнаружения и классификации солнечных пятен и последующее использование этих данных для прогнозирования временного ряда Dst индекса, характеризующего интенсивность магнитной бури. В докладе используются понятия нейронных сетей и в частности сверточных и рекуррентных нейронных сетей.

26.05.2020. Сибатов Ренат Тимергалиевич "Дробно-дифференциальная кинетика в наноструктурированных материалах"

Уравнения переноса с производными дробного порядка представляют собой эффективный аналитический инструмент для изучения аномальных автомодельных диффузионных процессов. В докладе обсуждается взаимосвязь концепции самоподобия, обобщенных предельных теорем и дробно-дифференциальных уравнений. Рассматриваются приложения моделей с операторами дробного порядка и дробно-устойчивой статистики к описанию переноса в наноструктурированных электродах электрохимических источников тока. Модель дисперсионного переноса Шера-Монтролла обобщена на случай транспорта фотоинжектированных носителей в органических нанокомпозитах с фрактальным распределением локализованных состояний. Влияние баллистического транспорта учитывается в рамках модели прыжкового транспорта со степенными пробегами. Расчеты проводятся в рамках условий время-пролетного эксперимента. Установлены критерии, позволяющие определять фрактальную размерность распределения ловушек по кривым переходного тока. Обсуждается влияние аномальной диффузии ионов в материалах электродов и элекролите на кривые разряда и спектры импеданса суперконденсаторов и литий-ионных аккумуляторов

19.05.2020. Романченко Полина и Ларионов Николай "Моделирование и исследование сезонности Dst-индекс"

Влияние испускаемых Солнцем потоков частиц на магнитное поле Земли описывают с помощью ряда характеристик, одной из которых является Dst-индекс. Всплески этого индекса обыкновенно свидетельствуют о сильных магнитных бурях и иных возмущениях. В рядах значений Dst-индекса прослеживаются сезонные колебания, вызванные циклами солнечной активности. В данной работе рассматриваются различные подходы к выделению сезонных компонент из реальных наблюдений, а также производится моделирование временного ряда этой величины.

12.05.2020. Савостьянова Даяна Айдаровна "Прогнозируемость и скейлинг в модели самоорганизованной критичности Бака, Танга и Визенфельда на самоподобной решетке"

Самоорганизованная критичность и степенной закон ассоциируется со многими реальными системами. Например с солнечными пятнами, землетрясениями и финансовыми крахами. В подобных системах возникает вопрос о предсказуемости событий, на который литература, как правило, даёт отрицательный ответ. В данном докладе будет рассмотрена модель Бака, Танга  и Визенфельда на самоподобной решетке, а также алгоритм прогноза в данной модели. В данном алгоритме нас интересует не только наличие эффективного алгоритма как такового, но и описание класса прогнозируемых событий. Будет объяснён механизм прогноза крупных событий в модели и продемонстрирован скейлинг размера прогнозируемых событий относительно линейного размера системы.

28.04.2020. Подлазов Андрей Викторович "Самоорганизованно-критическая модель Манны в случае произвольной размерности"

В докладе рассматривается модель Манны – стохастическая консервативная изотропная самоорганизованно-критическая модель типа кучи песка. Для нее приводятся результаты компьютерного моделирования в двух- и трехмерном случаях, а также – аналитическое решение для произвольной размерности пространства. Решение опирается на построение модели мезоуровня, формулируемой в терминах плотности возбуждения, его корреляционной длины, средней активности лавины и ширины границы ее области. Расчет показателей выполнен двумя независимыми способами: на основе стохастических дифференциальных уравнений и путем сведения происходящих процессов к случайным блужданиям.

21.04.2020. Igor Rouzine "An evolution-based measurement of the fitness landscape from genetic sequences"

Fitness landscape is the most important input parameter required to predict the trajectory of pathogen's evolution. Here we present two methods, which in combination allow to measure fitness landscape from genetic data.  Also, an intriguing fact long defying explanation is the observation of a universal exponential distribution of beneficial mutations in fitness effect for different microorganisms. Here we use a general and straightforward analytic model to demonstrate that, regardless of the inherent distribution of mutation fitness effect across genomic sites, an observed exponential distribution of fitness effects emerges naturally, as a consequence of the evolutionary process. Our results demonstrate the difference between the distribution of fitness effects experimentally observed for naturally occurring mutations and the inherent distribution obtained in directed-mutagenesis experiments. The technique will enable researchers to measure fitness effects of mutations across the genome from a single DNA sample, which is important for predicting the evolution of a population.

Linkage effects in a multi-locus population strongly influence its evolution. Recent models based on the traveling wave approach enable us to predict the speed of evolution and the statistics of phylogeny. However, predicting the evolution of specific sites and pairs of sites in the multi-locus context remains a mathematical challenge. In particular, the effect of epistasis, the interaction of gene regions contributing to phenotype, is difficult both to predict theoretically and detect experimentally in sequence data. A large number of false interactions arising from linkage and indirect interactions which mask true interactions. Here we develop a method to clean false-positive interactions. We start by demonstrating that averaging of the two-way haplotype frequencies over a hundred of independent populations is not enough to clear false interactions. Then, to address this problem, we develop analytically and use a triple-way haplotype test, which isolates true interactions. Next, the fidelity of the test is confirmed on simulated genetic sequences, where the epistatic network known in advance. Finally, we apply the test to a large database on influenza A H1N1 virus sequences of neurominidase from various geographic locations to predict the epistatic network responsible for the transition from the pre-pandemic virus to the pandemic strain. We predict a primary mutation and 15-22 secondary compensatory mutations of variable strength, as many as typically observed for drug resistance and immune escape mutations in HIV. These results present a simple and reliable method to measure epistatic interaction from sequence data.

12.02.2020. Карлос Мейа Монастерио "The thermodynamics of the small"

Can we formulate a thermodynamic framework for systems at the nano-scale? The answer to this question is under intense theoretical and experimental investigation. Learning about how thermodynamic processes of small systems, coupled to large reservoirs occur, sheds light on the energetic functioning of living cells, the physics of molecular motors, the optimal design of nano engines, among a host of other problems. Small systems are characterised by fluctuations that can be as large as the observables of interest, thus rendering their treatment different than the thermodynamic systems at the usual scales. In this talk we will explore the behaviour of small systems and learn how their fluctuations are characterised in and out of equilibrium, and rooted on fundamental symmetries of the microscopic dynamics. Small systems are naturally described by stochastic models.  After introducing the Stochastic Thermodynamics framework, we will learn how quantities such as heat, work or entropy production can be define, and used to obtain optimal thermodynamic cycles in terms of their efficiency or to minimise dissipation.

11.02.2020. Карлос Мейа Монастерио "Anomalous diffusion on disordered lattices"

Transport in disordered systems does not follow the classical laws of diffusion in ordered media, and the interplay between 

the dynamics and the properties of the disorder yield in most situations anomalous diffusion. In this lecture we will consider a

random walk in a two dimensional disordered lattice. Motivated by  the so-called ice disorder  model, the disorder is  set by  randomly assigning  to each  lattice site  one of  the six possible configurations consisting of two  exits and two entrances. 

We show that in  spite of the lattice being characterised  by a mean zero preferential driving,  the statistics of the  walker’s 

displacement is super-diffusive,  with a  scaling  exponent that  depends  on the  way disorder  is  constructed. A particular constrain

of ice disorder is the so-called random Manhattan model in which infinite lanes with a given direction fill the lattice randomly. 

For the random Manhattan model we derive analytic expressions for the anomalous super diffusive transport of a random walker 

and discuss the influence of stochastic interaction with other walkers.

05.02.2020. Фуфаев Владимир Владимирович "Идентификация долгоживущих групп солнечных пятен методами машинного обучения"

Размер и количество солнечных пятен являются наглядными показателями активности Солнца. Различными наблюдателями был составлен ряд каталогов, в которых приведены ежедневные наблюдения за солнечными пятнами. Исследование свойств солнечных пятен затрудняется вращением Солнца. Пятна пропадают из наблюдаемой области, но часть из них существует достаточно, чтобы вновь появиться в поле зрения земного наблюдателя после соответствующего периода. Таким образом, возникает задача идентификации долгоживущих групп солнечных пятен. При поиске подобных закономерностей высокую эффективность показывают методы машинного обучения. В докладе будет представлен алгоритм, позволяющий выделить долгоживущие пятна, и будут продемонстрированы нетривиальные свойства выделенных в известных каталогах долгоживущих солнечных пятен.

29.01.2020. Александр Борисович Шаповал "Задачи восстановления и прогноза в наблюдаемых сложных системах"

На семинаре лаборатории МУСС 29.01  заведующий лабораторией Шаповал А.Б. представил обзор проектов, решаемых лабораторией, по тематике "Задачи восстановления и прогноза в наблюдаемых сложных системах".

18.12.2019. Grigory Franguridi «Nonparametric welfare analysis for discrete choice using convex duality»

There will be a talk by Grigory Franguridi, PhD candidate, Department of Economics, University of Southern California

 

I suggest a semi/nonparametric, computationally attractive procedure to evaluate counterfactual welfare in a general class of discrete choice models, for which a consistent estimator of in-sample conditional choice probabilities and mean utilities is available. This class includes semiparametric dynamic discrete choice models under conditional independence as in Buchholz et al. (2016) and semiparametric random utility models with additively separable heterogeneity as in Allen and Rehbeck (2019). The estimating procedure does not require any prior knowledge of the distribution of the utility shock (as in multinomial logit) or the distribution of the random coefficients (as in mixed logit); instead, the only information used in estimation is convexity of welfare as a function of mean utilities. The estimators are based on the convex dual representation of the welfare function, are nonparametrically consistent (as long as the demand can be identified) and enjoy an array of properties implied by rational behavior of the consumer. To the best of my knowledge, this is the first consistent procedure for counterfactual evaluation in the aforementioned class of discrete choice models.

13.11.2019. Мастер-класс по созданию мобильного приложения под Android

Докладчик: Екатерина Самородова, стажер-исследователь НУЛ МУСС

 

Вы всегда хотели делать мобильные приложения, но не знаете, с чего начать?
На предстоящем мастер-классе любой желающий сможет создать свое первое мобильное приложение и запустить его на своем смартфоне! 

06.11.2019. Эпсилон-равновесие

Докладчик: Д. А. Дагаев, к.ф.-м.н., заведующий НУЛ исследований спорта

 

В 2015 году в журнале Science вышла статья (Bowling et al., 2015), в которой была решена простейшая версия покера. Даже в самом простом варианте этой карточной игры найти аналитическое решение чрезвычайно сложно. Для того, чтобы найти в некотором смысле приближенное равновесие, авторами используется концепция эпсилон-равновесия. Эта концепция удобна тем, что она позволяет использовать вычислительные мощности для поиска приближенного равновесия. В докладе мы с нуля введем необходимые определения и рассмотрим примеры того, как эпсилон-равновесие помогает решать сложные игровые задачи. 

30.10.2019. Особенности синхронизации двух осцилляторов ван дер Поля

В системах связанных осцилляторов особенных интерес вызывают случаи фазовой и частотной синхронизации. В отличии от простых линейных моделей связанных маятников (таких как модель Курамото), в случае диссипативно связанных осцилляторов ван дер Поля можно обнаружить фазовые переходы (бифуркации) системы относительно изменения коэффициента связи (каплинга). В докладе будут описаны несколько подобных особенностей для случаев симметричной и несимметричной связи.

Докладчик: Антон Савостьянов, МУСС

16.10.2019. Применение методов машинного обучения в задачах обработки и хранения данных в экспериментах физики высоких энергии

Докладчик: Михаил Гущин, ФКН

В эксперименты физики высоких энергий изучают фундаментальные свойства элементарных частиц. Данные, получаемые из детекторов эксперимента, проходят через несколько этапов обработки и сохраняются для дальнейшего физического анализа. В докладе будут представлены решения несколько задач обработки и хранения данных с использованием методов машинного обучения. В частности, будут рассмотрены задачи распознавания треков заряженных частиц в трубчатом спектрометре эксперимента SHiP в ЦЕРН и оптимизация параметров его геометрии. Будет рассмотрена задача глобальной идентификации частиц для эксперимента LHCb в ЦЕРН. Кроме этого, обсудим алгоритмы диагностики сбоев в системах хранения данных.

 

09.10,2019. Применение машинного обучения к анализу солнечной активности

Одним из главных показателей солнечной активности являются солнечные пятна, появление которых систематически документируется различными обсерваториями. В лаборатории разработан алгоритм, выделяющий долгоживущие пятна по данным каталогов. Для суммарных площадей групп долгоживущих пятен обнаруживаются закономерности, связанные как с расположением групп пятен, так и с их размером. Полученные результаты сопоставимы с результатами, опубликованными в актуальных работах в международных журналах.

25.09.2019. Супер-диффузия и другие задачи статистической физики

Sergei Nechaev, Center Poncelet, CNRS & Независимый Московский Университет

В докладе было рассказано о некоторых постановках учебно-научных задач, касающихся статистической физики неупорядоченных систем, случайных блужданий, некоторых аспектов теории графов и экстремальной статистики.

18.09.2019. О решениях системы 2-x уравнений Ван дер Поля с несимметричной связью

Докладчик: Екатерина Булатова , ФКН

В докладе было рассказано о недавнем  исследовании поведения  решений двух уравнений ван-дер Поля вблизи предельных циклов.

Исследовано поведение решений в зависимости от разницы частот входящих в систему осцилляторов.

Также было представлено описание зависимости решений от соотношения параметров несимметричной связи как в случае, близком к симметричному, так и тогда, когда разница в таком влиянии является существенной.

11.09.2019. Системы связанных осцилляторов Ван-дер-Поля: фазовые переходы и предельные положения

Докладчик: Антон Савостьянов, ФКН

В докладе будут показаны особенности систем маятников Ван-дер-Поля, имеющие области негладкого изменения (явления, сходные по природе с бифуркациями), связанные со спектральными свойствами осцилляторов и временем достижения системой предельных циклов, а также аналитические результаты, описывающие случай сверх-связанных уравнений.

04.09. Стабильность восстановления и его смысл на примере решения обратной задачи в модели Курамото с тремя неидентичными осцилляторами

Докладчик:Елена Михайловна Блантер.,  НИУ ВШЭ, ИТПЗ РАН, IPGP.

В процессе моделирования меридионального потока Солнца мы решали задачу восстановления естественных частот в модели Курамото с тремя неидентичными осцилляторами. В двух из трех рассмотренных нами моделях полученные частоты верхнего и нижнего осциллятора регулярно меняют свой порядок в процессе эволюции. Стабильный порядок естественных частот удается получить только при введении задержки взаимодействия. В докладе будет рассказано о роли стабильного восстановления для понимания динамики сложной системы (на примере Солнца), и высказано предположение о том, какие условия наблюдаемой синхронизации необходимы для восстановления стабильного порядка частот. Для вдохновения и сравнения будет предложен  короткий обзор последних достижений в решении обратных задач в моделях Курамото.

22.08. Задачи распознавания образов при обработке каталогов сонечных групп

Докладчик:  Евгений Шемчик, ФКН

В докладе обсуждаются две задачи машинного обучения. 1. Вероятностная фильтрация групп солнечных пятен на левой части солнечного лимба с целью отделить только что родившиеся группы пятен от групп, пришедших в диапазон видимости при вращении Солнца. 2. Вероятностная идентификация групп солнечных пятен, которые попали в диапазон видимости более одного раза. В качестве исходных данных используется база данных RGO. Предварительных знаний у слушателей не предполагается.

 

30.05 Математическое моделирование и анализ данных: Краткие сообщения

1. Моделирование информационного противоборства с двухкомпонентной повесткой

Прончева О.Г., к.ф-м.н., ассистент МФТИ;

Петров А.П., д.ф.-м.н., в.н.с. ИПМ им. М.В.Келдыша РАН;

2. Алгоритмы машинного обучения при оценке мнений в социальных сетях

Александров М.А., к.ф.-м.н., РАНХиГС, Автономный ун-т Барселоны;

3. Оценка деятельности региональной полиции по данным поисковых запросов в Интернет

Александров М.А., к.ф.-м.н., РАНХиГС, Автономный ун-т Барселоны;

4. Фрактальный анализ временных рядов для вероятностной оценки критических событий

Филатов Д.М., к.ф.-м.н., Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

23.05 Прогноз площади групп солнечных пятен и распределение групп пятен по времени их жизни

Садртдинов Ильдус, студент 2 курса образовательной программы «Прикладная математика и информатика»

Построение индексов солнечной активности сопряжено с двумя естественными проблемами: ухудшением видимости солнечного диска по направлению к лимбу и невозможностью наблюдения пятен, уходящих из диапазона видимости при вращении Солнца. Мы решаем эти проблемы методами машинного обучения, построив алгоритм, который прогнозирует площадь группы солнечных пятен в следующий день по наблюдаемым площадям в три предыдущих дня. Алгоритм применяется к группам солнечных пятен, которые в первый раз обнаружены в центральной половине наблюдаемой части Солнца, а в последний раз – около лимба. По этим группам построен индекс солнечной активности и оценено распределение групп по времени их жизни.  

Кочновский проезд, д.3, аудитория 301

16:40-18:00

18.04 Презентация новостного агрегатора

Матвеев Егор, стажер-исследователь лаборатории

В век информационных технологий, когда важно быть в курсе последних новостей, зачастую сложно уследить на быстроменяющейся новостной повесткой из-за большого количества различных СМИ. Для решения этой проблемы создаются новостные агрегаторы, которые собирают информацию из нескольких источников и выводят ее в удобном для пользователя формате. И перед разработчиком агрегатора стоит задача – сделать свой продукт максимально гибким, чтобы он стал универсальным для большего числа пользователей.

Qr-код для скачивания приложения (Google Play):

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

11.04 Прогноз катастроф

Калинин Никита, студент 1 курса образовательной программы «Прикладная математика и информатика»

В докладе представлены основные результаты статьи о прогнозе катастроф в модели бифуркации седло-узел. Предлагается предвестник катастрофы для нестационарного процесса, основанный на понижении шума перед прогнозируемым событием.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

04.04 Нейтронный каротаж

Совместный семинар с Всероссийским научно-исследовательским институтом автоматики им. Н.Л. Духова ( предприятие госкорпорации "Росатом" )

Нейтронный каротаж – это метод геофизических исследований поиска и разведки месторождений полезных ископаемых: нефти, газа, угля, металлических руд. Метод основан на взаимодействии нейтронов с веществом горных пород. Сотрудники ВНИИА им. Н.Л. Духова рассказали о физической модели нейтронного каротажа, массивах данных, которые накапливаются в процессе  работы и задачах машинного обучения в нейтронном каротаже.
Сотрудники ВНИИА им. Н.Л. Духова:

- Куратов Сергей Евгеньевич 

- Мачихильян Ирина Владимировна

- Кудинов Илья Владимирович

- Косов Михаил Владимирович

Кочновский проезд, д.3, аудитория 509

16:40-18:00

07.03.2019 Капитализм "для своих" как результат выбора избирателей

Дмитрий Веселов, доцент департамента теоретической экономики, старший научный сотрудник Международной лаборатории макроэкономического анализа 

В случае, если права собственности слабо защищены, неформальные отношения между владельцами компаний и правительством являются ключевым механизмом для защиты прав собственности. В то же время, такая институциональная структура создает более высокие барьеры входа для новичков. В работе предложена теоретико-игровая модель, объясняющая условия, при которых большинство избирателей поддерживают институты, обуславливающие высокие барьеры входа на рынки. В случае, если пространство политических решений является двумерным, коалиция большинства способна выбрать исход, предполагающий более высокие барьеры входы и более высокое перераспределение. В этих условиях общество выбирает уровень перераспределения, предпочтительный для избирателя с уровнем дохода меньше медианного. Результаты являются устойчивыми для различных типов политических режимов: демократии, находящейся под влиянием элит, прямой демократии, представительской демократии в случае идеологических партий.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 301

16:40-18:00

28.02.2019 Моделирование меридионального потока Солнца с помощью модели Курамото с тремя связанными осцилляторами

Мария Елаева, научный сотрудник департамента больших данных и информационного поиска ФКН

Меридиональный поток Солнца является важной составляющей солнечного динамо. Согласно наблюдениям гелиосейсмологии меридиональный поток в каждой полусфере состоит из трех циркуляционных ячеек. Мы используем модель Курамото с тремя связанными осцилляторами для математического описания фазовой синхронизации циркуляционных ячеек меридионального потока. Мы рассматриваем модель с симметричной связью и частотой среднего осциллятора близкой к нулю. С ее помощью мы восстанавливаем угловые скорости меридионального потока на поверхности Солнца и в глубине зоны конвекции. Мы показываем, что для данной модели возможны различные соотношения скоростей меридионального потока на поверхности Солнца и в глубине зоны конвекции в зависимости от параметров. Полученные соотношение скоростей соответствуют гелиосейсмологическим наблюдениям. 

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

21.02.2019 Обсуждение проекта

На семинаре состоится предварительная защита студенческих проектов "Идентификация долгоживущих солнечных пятен методом машинного обучения».

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

14.02.2019 Обсуждение проекта

На семинаре состоится обсуждение проекта "Реконструкция продолжительности жизни солнечных пятен методами машинного обучения».

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

07.02.2019 Предельные решения в системе уравнений Ван-дер-Поля-Дуффирнга

Савостьянов Антон, стажёр-исследователь научно-учебной лаборатории моделирования и управления сложными системами, преподаватель ФКН

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

31.01.2019 Обсуждение проекта

На семинаре состоится обсуждение проекта "Обработка базы данных групп солнечных пятен методами машинного обучения".

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

24.01.2019 Моделирование политической конкуренции по Штакельбергу: случай трёх партий

Фоменко Мария, стажёр-исследователь научно-учебной лаборатории моделирования и управления сложными системами

В докладе рассматривается политическая конкуренция трёх партий, одна из которых обладает валентным преимуществом. Именно валентное преимущество выдвигает одну из партий в потенциального лидера, который первым определяет свою предвыборную платформу. Мы обсудим возникающие равновесия в соответствующей игре.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 300

16:40-18:00

17.01.2019 Методология измерения научной эффективности научно-технического центра в нефтегазовой отрасли

Цикл семинаров 2019 года открыл Краснов Федор Владимирович, инженер-физик, выпускник МИФИ, к.т.н., RHCE, OCP, SCEA, который более 20 лет занимается применением математических методов в бизнесе.

Федор Владимирович работал в качестве эксперта по анализу и обработке данных в Некоммерческой организации «Фонд развития Центра разработки и коммерциализации новых технологий» (Сколково). Выполнил ряд проектов для Минобрнауки и Фонда Развития Интернет-Инициатив (ФРИИ). Эксперт Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы».
Имеет более 40 научных публикации, в том числе в журналах издательств Springer и Elsevier. РИНЦ: 8650-1127.
В настоящее время работает в ООО «Газпромнефть НТЦ» в частности над применением современных методов обработки данных для выполнения высокопроизводительных параллельных вычислений.

На семинаре Федор Владимирович рассказал о дисциплинарном исследовании, которое использует методы NLP, SNA и имитационного моделирования для изучения деятельности научно-технической организации по цифровым артефактам.

 Презентация (PDF, 3,85 Мб)

Кочновский проезд, д.3, аудитория 400

16:40-18:00

12.12.2018 Анализ изменения цены. Новый подход

03.12.2018 Как моделировать выбор рода деятельности между предпринимательством и работой по найму

Покровский Дмитрий Александрович, доцент Департамента экономики НИУ ВШЭ-Санкт-Петербург

Шаповал Александр Борисович, профессор, заведующий НУЛ МУСС

Щуров Илья Валерьевич, доцент Кафедры высшей математики

На семинаре будет разобраны теоретические подходы в рамках модели общего равновесия, дизайн лабораторного эксперимента, реализованного в Санкт-Петербургском кампусе, и возможности расширешния этого эксперимента с помощью подготовки кода на языке Питон. Будут представлены открытые актуальные задачи. 

Кочновский проезд, д.3, аудитория 302

15:30-17:00

28.11.2018 Композициональный синтез сетей Петри с помощью алгоритма регионов

Совместный семинар с научно-учебной лабораторией процессно-ориентированных информационных систем

Каленкова Анна Алексеевна, старший научный сотрудник НУЛ ПОИС, профессор департамента программной инженерии 

Конечные автоматы моделируют последовательные процессы.Тем не менее, существуют алгоритмы, такие как алгоритм регионов, которые позволяют синтезировать эквивалентные сети Петри по конечным автоматам, обнаруживая скрытый параллелизм. К сожалению, задача синтеза эквивалентных сетей Петри по конечным автоматам является NP-полной. В работе представлен алгоритм композиционального синтеза, позволяющий выполнять синтез "по частям", тем самым сокращая размер входных данных алгоритма регионов. 

Исследованы свойства композиционального алгоритма синтеза и доказано, что он также позволяет сохранять эквивалентность исходного конечного автомата и синтезированной сети Петри.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 622

16:40-18:00

21.11.2018 Обратная задача модели Курамото в применении к солнечному динамо

Савостьянов Антон, стажёр-исследователь научно-учебной лаборатории моделирования и управления сложными системами, преподаватель ФКН


Наличие достаточно большого набора различных индексов солнечной активности, ассоциированных как с магнитным полем, так и с внешними наблюдаемыми особенностями (количество и площадь групп солнечных пятен и т.д.), приводит к естественному желанию построения исчерпывающей аналитической модели. Попытки использования классических осцилляторов не обнаружили способность качественно отразить явления фазовой и частотной синхронизации между различными индексами, так или иначе наблюдаемые в данных; однако в то же время модель Курамото линейных осцилляторов с нелинейной связью специально исследует подобные ситуации. Описанная синхронизация может быть достигнута за счет включения в модель связи между осцилляторами, физически реализуемой солнечным меридиональным потоком, что согласуется с данными гелиосейсмологии, В рассказе будет обсуждаться обратная процедура: восстановление по  данным осцилляторам некоторого представления об интенсивности связи между ними; также будет рассказано об оценках качества данной процедуры и особенностях ошибок восстановления, вызванных особенностями связи и корректностью модели.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 311

16:40-18:00

12.11.2018 Обсуждение проектов и курсовых по тематике "Солнечная активность и её влияние на изменение климата"

Состоится предварительное обсуждение курсовых проектов и курсовых работ по тематике "Солнечная активность и её влияние на изменение климата". 

Кочновский проезд, д.3, аудитория 302

16:40-19:00

07.11.2018 Моделирование самоорганизующихся команд в научной среде

Вознесенская Тамара Васильевна, первый заместитель декана, доцент ФКН
Яворский Ростислав Эдуардович, ведущий научный сотрудник научно-учебной лаборатории моделирования и управления сложными системами

В докладе будет рассказано об исследованиях, нацеленных на моделирование и анализ эффективности работы научно-технического центра. Построенная модель является основой для дальнейших исследований процесса образования и функционирования проектных команд, прогнозирования потребности в кадрах с теми или иными компетенциями, планирования мероприятий по повышению квалификации сотрудников и укреплению связей в коллективе.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 311

16:40-18:00

31.10.2018 Политическая конкуренция при наличии валентного преимущества

Шаповал Александр Борисович,  заведующий лабораторией МУСС

В рассказе будут представлены базовые принципы теоретико-игрового подхода к моделированию политической конкуренции. Мы вспомним равновесие по Нэшу и моделирование политической конкуренции по Хотелингу-Доуну. Затем обсудим проблемы, требующие решения, и роль валентности (в данном случае, это «нерыночное преимущество» одной из партий, связанное с харизмой её лидера) при построении равновесия. Специальных знаний для понимания материала не требуется.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 311

16:40-18:00

17.10.2018 Анализ данных в тестировании ПО

Ситников Антон Сергеевич, главный архитектор ПО компании Exactpro

В ходе доклада будут кратко рассмотрены существующие подходы к тестированию ПО (программного обеспечения). Основная часть будет посвящена рассмотрению выходных данных ПО, которые можно получить как в результате работы ПО в промышленном режиме, так и во время тестирования. Автор представит некоторые задачи обработки этих данных, которые могут дополнить применяемые методы контроля качества ПО.

 Материалы семинара (PPTX, 1,22 Мб)

Кочновский проезд, д.3, аудитория 400

16:40-18:00

 

10.10.2018 Хаотические временные ряды: прогнозирование за горизонтом прогнозирования?

Громов Василий Александрович, д. ф.-м. н., проф., доц. департамента анализа данных и искусственного интеллекта

На семинаре Лаборатории Василий Александрович Громов расскажет, как в рамках парадигмы прогнозирования на основе кластеризации рассматривается  подход к прогнозированию хаотических временных рядов на много шагов вперёд (хотя бы для тех точек, для которых такой прогноз возможен). Здесь предполагается использование прогноза по прогнозным значениям в промежуточных точках промежутка прогнозирования и построение алгоритмов оценки достоверности указанных прогнозных значений.

Кочновский проезд, д.3, аудитория 400

16:40-18:00

03.10.2018 Прикладные междисциплинарные задачи с применением методов машинного обучения в экономике, политологии и социологии

На очередном семинаре Лаборатории моделирования и управления сложными системами сотрудники Института анализа предприятий и рынков и Международного центра изучения институтов и развития расскажут о прикладных задачах для студентов ФКН в рамках междисциплинарныхнаучных проектов, реализуемых ИАПР и МЦИИР. В ходе семинара будут показаны конкретные примеры решения экономических, политологических, социологических задач с применением методов машинного обучения, а также представлены направления исследований, по которым ИАПР и МЦИИР заинтересованы в кооперации с ФКН.

 Материалы семинара (PPTX, 956 Кб)

Кочновский проезд,д.3, аудитория 400

26.09.2018 Соотношение скоростей меридионального потока Солнца, полученное из решения обратной задачи в модели Курамото с тремя осцилляторами

М. С. Елаева (НИУ ВШЭ)

На втором семинаре лаборатории будет рассмотрено применение модели Курамото для трех связанных осцилляторов для моделирования меридионального потока на Солнце. Модель является симметричной и частота среднего осциллятора полагается близкой к нулю. С ее помощью восстанавливаются угловые скорости меридионального потока на поверхности Солнца и в глубине зоны конвекции. Аналитически обосновано, что в рамках предположений модели скорость меридионального потока на поверхности должна быть не менее, чем вдвое выше его скорости в глубине. Соотношение восстановленных скоростей соответствует наблюдениям гелиосейсмологии.

Кочновский проезд,д.3, аудитория 400

04.09.2018 Как увидеть ненаблюдаемое? Моделирование сложных систем с фазовой синхронизацией на примере меридионального потока Солнца.

Елена Блантер, Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, НИУ ВШЭ, Institute de Physique du Globe, Paris, France)

Цикл семинаров 2018/2019 года открылся со-организацией заседания коллоквиума ФКН.

Сколько не следи за рулеткой, следующий номер предсказать не удастся. Время восхода и заката Солнца может быть высчитано с астрономической точностью на много лет вперед или назад. А как моделировать сложные системы, которые совмещают периодичность с хаосом? Как использовать огромный объем наблюдений «снаружи» для понимания того, что происходит «внутри»? Написать уравнение, исходя из законов физики? А что делать, если параметры «внутри» неизвестны или если физическая модель оказывается не менее сложной в предсказании, чем сама система? А если еще и наблюдения все время меняются, а характерные времена велики? Все эти «если», «что» и «как» возникают при изучении солнечной активности. Модель фазовой синхронизации Курамото, в применении к Солнцу позволяет понять, что происходит «внутри» на основе наблюдений на поверхности, без написания сложных физических уравнений, через решение простой обратной задачи. 

Было рассказано о первых результатах применения модели фазовой синхронизации для исследования солнечной активности: что удалось определить и как это соотносится с параллельными исследованиями в моделировании магнитного гидродинамо и гелиосейсмологии. Полученные результаты открывают новые направления для применения методов компьютерных наук в исследовании больших природных систем, таких как Солнце, Земля и сложная система их взаимодействия.


 

Нашли опечатку?
Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и отправьте нам уведомление. Спасибо за участие!
Сервис предназначен только для отправки сообщений об орфографических и пунктуационных ошибках.