Yıl: 2019 Cilt: 21 Sayı: 63 Sayfa Aralığı: 1027 - 1036 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.21205/deufmd.2019216330 İndeks Tarihi: 14-02-2020

Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi

Öz:
Kaotik sistemler birbirine durum değişkenleri üzerinden bağlandığında uygun şartlarda öbekeşzamanlılığı gerçekleştirebileceği bilinmektedir. Bu çalışmada, sürekli zamanlı sistemlerden oluşanböyle bir ağda örneklenmiş gözlem vektörleri kullanılarak ağın içindeki öbeklerin belirlenmesiproblemi ele alınmıştır. Ek olarak; ağ içerisinde bağlantı şiddetinin değişmesi sonucu yeni öbekleroluşsa bile öbeklerin doğru şekilde belirlenebileceği gösterilmiştir. Öbek eşzamanlılığın belirlenmesiiçin ağı oluşturan düğümlerin çıkışlarından alınan gözlemler kullanılarak nedensellik entropisi ölçüsükestirimi yapılmıştır. Bu ölçünün eşzamanlı öbekler oluşturan sistemleri etkin olarak ayrıştırabildiğigözlemlenmiştir.
Anahtar Kelime:

Konular: Bilgisayar Bilimleri, Yazılım Mühendisliği Mühendislik, Makine Mühendislik, Jeoloji İnşaat Mühendisliği Malzeme Bilimleri, Kaplamalar ve Filmler İmalat Mühendisliği Bilgisayar Bilimleri, Bilgi Sistemleri Mühendislik, Kimya Malzeme Bilimleri, Biyomalzemeler Malzeme Bilimleri, Kompozitler

Detection of Cluster Synchronization via Causation Entropy

Öz:
When chaotic systems are coupled to each other through state variables, the cluster synchronization can occur under suitable conditions. In this study, the problem of detection of cluster synchronization by using observation samples has been investigated in a coupled continuous time chaotic network. Additionally, it has been shown that the clusters can be determined even if the network forms new clusters in case of the changing coupling strengths. To detect cluster synchronization, the causation entropy has been estimated by using observation vectors obtained from the outputs of the nodes of the network. It has been observed that this measure can effectively distinguish the systems forming clusters of synchronization in the network.
Anahtar Kelime:

Konular: Bilgisayar Bilimleri, Yazılım Mühendisliği Mühendislik, Makine Mühendislik, Jeoloji İnşaat Mühendisliği Malzeme Bilimleri, Kaplamalar ve Filmler İmalat Mühendisliği Bilgisayar Bilimleri, Bilgi Sistemleri Mühendislik, Kimya Malzeme Bilimleri, Biyomalzemeler Malzeme Bilimleri, Kompozitler
Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Strogatz, S. H. 2015. Nonlinear Dynamics and Chaos: with applications to physics, biology, chemistry, and engineering. 2nd edition. CRC Press, 532 s. DOI: 10.1201/9780429492563
  • Pecora L. M., Carroll T. L. 1990. Synchronization in chaotic systems Phys. Rev. Lett., Cilt. 64 (8), s. 821– 824. DOI: 10.1103/PhysRevLett.64.821
  • Pecora, L. M., Carroll, T. L., Johnson, G. A., Mar, D. J., Heagy, J. F. 1997. Fundamentals of synchronization in chaotic systems, concepts, and applications. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, Cilt. 7(4), s. 520-543. DOI: 10.1063/1.166278
  • Boccaletti, S., Kurths, J., Osipov, G., Valladares, D. L., Zhou, C. S. 2002. The synchronization of chaotic systems. Physics reports, Cilt. 366(1-2), s. 1-101. DOI: 10.1016/S0370-1573(02)00137-0
  • Hasler, M. 1995. Engineering chaos for encryption and broadband communication. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Cilt. 353(1701), s. 115-126. DOI:10.1098/rsta.1995.0094
  • Li, C., Chen, L., Aihara, K. 2007. Stochastic synchronization of genetic oscillator networks. BMC Systems Biology, Cilt. 1(1), s. 1-6. DOI: 10.1186/1752-0509-1-6
  • Rosenblum, M. G., Pikovsky, A. S., Kurths, J. 1996. Phase synchronization of chaotic oscillators. Physical review letters, Cilt. 76(11), s. 1804-1807. DOI: /10.1103/PhysRevLett.76.1804
  • Rosenblum, M. G., Pikovsky, A. S., Kurths, J. 1997. From phase to lag synchronization in coupled chaotic oscillators. Physical Review Letters, Cilt. 78(22), s. 4193-4196. DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.4193
  • Hasler, M., Maistrenko, Y., Popovych, O. 1998. Simple example of partial synchronization of chaotic systems. Physical Review E, Cilt. 58(5), s. 6843-6846. DOI: 10.1103/PhysRevE.58.6843
  • Belykh, I., Belykh, V., Nevidin, K., Hasler, M. 2003. Persistent clusters in lattices of coupled nonidentical chaotic systems. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, Cilt. 13(1), s. 165-178. DOI: 10.1063/1.1514202
  • Pecora, L. M., Sorrentino, F., Hagerstrom, A. M., Murphy, T. E., Roy, R. 2014. Cluster synchronization and isolated desynchronization in complex networks with symmetries.Nature communications, Cilt. 5, s. 1-8. DOI: 10.1038/ncomms5079
  • Sorrentino, F., Pecora, L. M., Hagerstrom, A. M., Murphy, T. E., Roy, R. 2016. Complete characterization of the stability of cluster synchronization in complex dynamical networks. Science advances, Cilt. 2(4), s. 1-8. DOI: 10.1126/sciadv.1501737
  • Qin, J., Ma, Q., Gao, H., Shi, Y., Kang, Y. 2017. On group synchronization for interacting clusters of heterogeneous systems. IEEE transactions on cybernetics, Cilt. 47(12), s. 4122-4133. DOI: 10.1109/TIE.2017.2711573
  • Belykh, V. N., Belykh, I. V., Hasler, M. 2000. Hierarchy and stability of partially synchronous oscillations of diffusively coupled dynamical systems. Physical Review E, Cilt. 62(5), s. 6332- 6344. DOI: 10.1103/PhysRevE.62.6332
  • Belykh, V. N., Osipov, G. V., Petrov, V. S., Suykens, J. A., Vandewalle, J. 2008. Cluster synchronization in oscillatory networks. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, Cilt. 18(3), 037106. DOI: 10.1063/1.2956986
  • Belykh, I., Belykh, V., Hasler, M. 2006. Generalized connection graph method for synchronization in asymmetrical networks. Physica D: Nonlinear Phenomena, Cilt. 224(1-2), s. 42-51. DOI: 10.1016/j.physd.2006.09.014
  • Belykh, V. N., Belykh, I. V., Hasler, M., Nevidin, K. V. 2003. Cluster synchronization in three-dimensional lattices of diffusively coupled oscillators. International Journal of Bifurcation and Chaos, Cilt. 13(04), s. 755-779. DOI: 10.1142/S0218127403006923
  • Ma, Z., Liu, Z., Zhang, G. 2006. A new method to realize cluster synchronization in connected chaotic networks. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, Cilt. 16(2), 023103. DOI: 10.1063/1.2184948
  • Lu, W., Liu, B., Chen, T. 2010. Cluster synchronization in networks of coupled nonidentical dynamical systems. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, Cilt. 20(1), 013120. DOI:10.1063/1.3329367
  • Kreuz, T., Mormann, F., Andrzejak, R. G., Kraskov, A., Lehnertz, K., Grassberger, P. (2007). Measuring synchronization in coupled model systems: A comparison of different approaches. Physica D: Nonlinear Phenomena, Cilt. 225(1), s. 29-42. DOI: 10.1016/j.physd.2006.09.039
  • Paluš, M., Komárek, V., Hrnčíř, Z., Štěrbová, K. 2001. Synchronization as adjustment of information rates: detection from bivariate time series. Physical Review E, Cilt. 63(4), 046211. DOI: 10.1103/PhysRevE.63.046211
  • Bollt, E. M. 2012. Synchronization as a process of sharing and transferring information. International Journal of Bifurcation and Chaos, Cilt. 22(11), 1250261. DOI: 10.1142/S0218127412502616
  • Sun, J., Bollt, E. M. (2014). Causation entropy identifies indirect influences, dominance of neighbors and anticipatory couplings. Physica D: Nonlinear Phenomena, Cilt. 267, s. 49-57. DOI: 10.1016/j.physd.2013.07.001
  • Singh, H., Misra, N., Hnizdo, V., Fedorowicz, A., Demchuk, E. 2003. Nearest neighbor estimates of entropy. American journal of mathematical and management sciences, Cilt. 23(3-4), s. 301-321. DOI: 10.1080/01966324.2003.10737616
  • Takens, F. 1981. Detecting strange attractors in turbulence. ss 366-381. Dynamical systems and turbulence, Warwick 1980. Springer, Berlin, Heidelberg.
  • Shilnikov, L. P. (2001). Methods of qualitative theory in nonlinear dynamics Cilt. 5, s. 403, World Scientific. DOI: 10.1142/4221
  • Belykh, I., Hasler, M., Lauret, M., Nijmeijer, H., 2005. Synchronization and graph topology. International Journal of Bifurcation and Chaos, Cilt. 15(11), s. 3423-3433. DOI: 10.1142/S0218127405014143
  • Belykh, V. N., Belykh, I. V., Hasler, M., 2004. Connection graph stability method for synchronized coupled chaotic systems. Physica D: nonlinear phenomena, Cilt. 195(1-2), s. 159-187. DOI: 10.1016/j.physd.2004.03.012
  • Strogatz, S. H. 2001. Exploring complex networks. Nature, Cilt. 410(6825), s. 268-276. DOI: 10.1038/35065725
  • Abarbanel, H. 2012. Analysis of observed chaotic data. Springer Science and Business Media. 272 s.
  • Cover, T. M., & Thomas, J. A., 2012. Elements of information theory. John Wiley & Sons. 2nd edition, 748 s.
  • Kraskov, A., Stögbauer, H., Grassberger, P. (2004). Estimating mutual information. Physical review E, Cilt. 69(6), 066138. DOI: 10.1103/PhysRevE.69.066138
  • Zhu, J., Bellanger, J. J., Shu, H., Le Bouquin Jeannès, R. 2015. Contribution to transfer entropy estimation via the k-nearest-neighbors approach. Entropy, Cilt. 17(6), s. 4173-4201. DOI: 10.3390/e17064173
  • Lorenz, E. N., 1963. Deterministic nonperiodic flow. Journal of the atmospheric sciences, Cilt. 20(2), s. 130-141. DOI: 10.1175/1520- 0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2
APA CANLI USTA Ö, Günel S (2019). Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. , 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
Chicago CANLI USTA ÖZGE,Günel Serkan Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. (2019): 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
MLA CANLI USTA ÖZGE,Günel Serkan Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. , 2019, ss.1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
AMA CANLI USTA Ö,Günel S Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. . 2019; 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
Vancouver CANLI USTA Ö,Günel S Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. . 2019; 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
IEEE CANLI USTA Ö,Günel S "Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi." , ss.1027 - 1036, 2019. 10.21205/deufmd.2019216330
ISNAD CANLI USTA, ÖZGE - Günel, Serkan. "Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi". (2019), 1027-1036. https://doi.org/10.21205/deufmd.2019216330
APA CANLI USTA Ö, Günel S (2019). Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 21(63), 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
Chicago CANLI USTA ÖZGE,Günel Serkan Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi 21, no.63 (2019): 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
MLA CANLI USTA ÖZGE,Günel Serkan Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, vol.21, no.63, 2019, ss.1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
AMA CANLI USTA Ö,Günel S Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi. 2019; 21(63): 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
Vancouver CANLI USTA Ö,Günel S Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi. 2019; 21(63): 1027 - 1036. 10.21205/deufmd.2019216330
IEEE CANLI USTA Ö,Günel S "Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi." Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 21, ss.1027 - 1036, 2019. 10.21205/deufmd.2019216330
ISNAD CANLI USTA, ÖZGE - Günel, Serkan. "Öbek Eşzamanlılığın Nedensellik Entropisi ile Belirlenmesi". Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi 21/63 (2019), 1027-1036. https://doi.org/10.21205/deufmd.2019216330