The Mathematical Structure of the Human Sleep-Wake Cycle (Lecture Notes in Biomathematics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Steven H. Strogatz

出品人:

页数:239

译者:

出版时间:1986-11-18

价格:USD 46.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540171768

丛书系列:

图书标签:

• Biomathematics
• Sleep Research
• Mathematical Modeling
• Circadian Rhythm
• Sleep-Wake Cycle
• Nonlinear Dynamics
• Physiological Modeling
• Biological Clocks
• Mathematical Biology
• Sleep Physiology

好的，这里是一份关于一本虚构图书的详细简介，该书名为《The Mathematical Structure of the Human Sleep-Wake Cycle (Lecture Notes in Biomathematics)》，但内容将完全不涉及原书的实际主题，而是构建一个全新的、关于生物数学领域的假想作品。 --- 书名： 《The Mathematical Structure of the Human Sleep-Wake Cycle (Lecture Notes in Biomathematics)》 作者： 艾丽莎·文森特 (Elara Vincent) 出版系列： 生物数学讲义 (Lecture Notes in Biomathematics) 出版社： 普林斯顿科学出版社 (Princeton Scientific Press) 页数： 约 480 页 (含附录与索引) 定价： $89.99 USD ISBN: 978-1-56789-012-3 图书简介：复杂系统的涌现动力学：从分子网络到宏观生态系统建模 核心议题： 本书并非聚焦于传统的生物节律研究，而是深入探讨了一系列跨尺度、多层级的复杂生物系统所展现出的涌现动力学（Emergent Dynamics）。作者文森特教授摒弃了对单一信号通路或稳态的传统分析方法，转而采用先进的非线性动力系统理论、随机过程和图论，构建了描述生物世界中“结构如何生成功能”的普适性数学框架。 本书旨在为高级研究生、博士后研究人员以及致力于定量生物学和计算生理学的研究人员提供一个严谨的理论工具箱，用以解析那些难以用还原论方法解释的、由大量相互作用单元所产生的宏观行为。 内容概述： 全书分为六个主要部分，结构严谨，循序渐进，从基础的数学概念过渡到前沿的应用案例。 第一部分：复杂系统的基础数学语言 (Foundational Mathematical Language for Complex Systems) 本部分回顾并拓展了非线性动力学在生物学背景下的应用。重点介绍了迟滞系统（Hysteresis Systems）、分支理论（Bifurcation Theory）——特别是涉及多重平衡点的系统——以及随机共振（Stochastic Resonance）在低信噪比环境下的生物意义。作者详细阐述了如何将细胞间通信网络、基因调控环路等离散或连续的系统，转化为可分析的微分方程组或随机微分方程（SDEs）。特别地，引入了加权耦合网络模型（Weighted Coupled Network Models, WCNM），用以描述实体组织内通讯的非对称性和时间依赖性。 第二部分：多尺度建模与降维技术 (Multi-Scale Modeling and Dimensionality Reduction) 生物系统天然具有多尺度特征，从分子层面到器官层面存在着巨大的时间与空间尺度差异。本部分致力于解决在保持关键物理特性的前提下，如何有效地简化高维模型。文森特教授引入了慢流形理论（Slow Manifold Theory）的生物学特化版本，并结合基于信息熵的特征提取（Information-Theoretic Feature Extraction）方法，用于识别在不同时间尺度下控制系统行为的主导变量。读者将学习如何从全基因组表达数据中，提炼出控制细胞命运决定的核心“骨架网络”。 第三部分：图论与拓扑数据分析在生物结构中的应用 (Graph Theory and Topological Data Analysis in Biological Architectures) 本部分将重点放在生物结构的拓扑特性上。不同于传统的连接性分析，作者深度挖掘了拓扑数据分析（TDA）工具，如持续同调（Persistent Homology），来量化生物群体或组织样本中的“洞”、“环”和“空腔”等高维结构特征。探讨了这些拓扑不变量与系统鲁棒性、信息传输效率之间的关系。例如，在肿瘤微环境的血管生成网络中，特定拓扑特征（如三维环的缺失）如何预示着药物渗透率的降低。 第四部分：涌现现象的定量描述：相变与临界点 (Quantifying Emergence: Phase Transitions and Criticality) 涌现行为通常与系统的临界点（Critical Points）紧密相关。本部分采用统计物理学中的重整化群（Renormalization Group, RG）方法，应用于生物系统的连续性转变。详细分析了细胞群体分化、神经元集群同步化等过程中，系统如何跨越相变边界。作者提出了“适应性临界性假设”（Adaptive Criticality Hypothesis），认为许多成功的生物策略都运行在接近临界点但略微偏离的位置，以最大化对环境扰动的响应速度。 第五部分：离散系统的建模与计算挑战 (Modeling Discrete Systems and Computational Hurdles) 生物学中存在大量离散事件，如基因突变、离子通道的开关以及物种的离散种群变化。本部分重点讨论了马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法在估计复杂离散模型参数时的改进策略。此外，探讨了细胞自动机（Cellular Automata, CA）在模拟组织生长和形态发生中的局限性，并提出了一种结合微分方程和CA的混合离散-连续模型（Hybrid Discrete-Continuous Models）框架，用于解决跨尺度建模的计算瓶颈。 第六部分：前沿应用：自组织与系统级治疗设计 (Frontier Applications: Self-Organization and System-Level Therapeutic Design) 最后一部分将理论框架应用于几个前沿领域。重点探讨了免疫系统的群体智能（Swarm Intelligence）机制，如何通过耦合的、局部规则的细胞行为，实现全局性的病原体清除。更具创新性的是，作者展示了如何利用已建立的动力学模型，设计基于反馈的系统级干预措施，例如，通过精确控制输入信号（如药物剂量或光遗传刺激的频率），诱导病理状态向稳定健康状态的“路径重编程”（Path Reprogramming）。 本书的特色与价值： 《复杂系统的涌现动力学》的独特之处在于其跨学科的深度融合。它不仅是一本生物数学的教科书，更是一份连接理论物理学、信息论和实验生物学的桥梁。它要求读者具备扎实的微积分和线性代数基础，并愿意投入精力去掌握现代动力系统分析工具。本书的核心贡献在于，它提供了一套系统化的方法论，用以量化和预测那些由简单规则涌现出的复杂、非直观的生物现象，从而将生物学研究从“观察和描述”提升到“预测和控制”的新高度。 目标读者： 定量生物学、生物物理学、计算生物学领域的博士生和青年学者。 应用数学和理论物理学中对生物建模感兴趣的研究人员。 从事复杂系统科学、网络科学和工程控制论的研究人员。 附录内容： 高级傅里叶分析在生物时间序列处理中的应用。 数值积分方法（如Runge-Kutta与指数积分）在刚性系统中的稳定性分析。 一个使用Python和Julia语言实现核心动力学模拟的软件包指南。 索引： 包含详细的术语索引，便于读者快速定位非线性动力学、拓扑不变量和涌现动力学等关键概念。

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