基于CTRW模型的细菌莱维游走与随机搜索研究

摘要

基于连续时间无规行走(CTRW)模型，数值研究运动细菌的二维莱维游走(Lévy walk),验证细菌集群扩散指数α与个体细胞奔跑时间幂律分布指数μ的关系；在斑块环境中，结合实验观察数据，定量分析细胞翻滚转向角对搜索效率的影响。研究发现，细菌利用翻滚产生不同的转向模式增强对周围目标的探索效率。在目标覆盖区域较小的情况下，运动细菌采用“奔跑—停止”与“奔跑—折返”相结合的混合模式，此时转向角分布呈现明显的双峰特征。相较于单一的“奔跑—停止”快速迁移模式，混合模式具有更高的搜索效率。

关键词

莱维游走 / 超扩散 / 运动模式 / 双峰分布 / 搜索效率