<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="review-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2016.00033</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Review</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Macroscopic Transport Equations in Many-Body Systems from Microscopic Exclusion Processes in Disordered Media: A Review</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Galanti</surname> <given-names>Marta</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Fanelli</surname> <given-names>Duccio</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/18025/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Piazza</surname> <given-names>Francesco</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/126845/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Dipartimento di Fisica e Astronomia and CSDC, Universit&#x000E0; degli Studi di Firenze</institution> <country>Firenze, Italia</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Centre de Biophysique Mol&#x000E9;culaire, Centre National de la Recherche Scientifique-UPR4301, Universit&#x000E9; d&#x00027;Orl&#x000E9;ans</institution> <country>Orl&#x000E9;ans, France</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Firenze</institution> <country>Florence, Italy</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Francisco Monroy, Complutense University of Madrid, Spain</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Andrey Cherstvy, University of Potsdam, Germany; Luis Diambra, National University of La Plata, Argentina</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Duccio Fanelli <email>duccio.fanelli&#x00040;gmail.com</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to Biophysics, a section of the journal Frontiers in Physics</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>03</day>
<month>08</month>
<year>2016</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2016</year>
</pub-date>
<volume>4</volume>
<elocation-id>33</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>03</month>
<year>2016</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>12</day>
<month>07</month>
<year>2016</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2016 Galanti, Fanelli and Piazza.</copyright-statement>
<copyright-year>2016</copyright-year>
<copyright-holder>Galanti, Fanelli and Piazza</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>Describing particle transport at the macroscopic or mesoscopic level in non-ideal environments poses fundamental theoretical challenges in domains ranging from inter and intra-cellular transport in biology to diffusion in porous media. Yet, often the nature of the constraints coming from many-body interactions or reflecting a complex and confining environment are better understood and modeled at the microscopic level. In this paper we review the subtle link between microscopic exclusion processes and the mean-field equations that ensue from them in the continuum limit. We show that in an inhomogeneous medium, i.e., when jumps are controlled by site-dependent hopping rates, one can obtain three different nonlinear advection-diffusion equations in the continuum limit, suitable for describing transport in the presence of quenched disorder and external fields, depending on the particular rule embodying site inequivalence at the microscopic level. In a situation that might be termed <italic>point-like</italic> scenario, when particles are treated as point-like objects, the effect of crowding as imposed at the microscopic level manifests in the mean-field equations only if some degree of inhomogeneity is enforced into the model. Conversely, when interacting agents are assigned a finite size, under the more realistic extended crowding framework, exclusion constraints persist in the unbiased macroscopic representation.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>transport equations</kwd>
<kwd>nonlinear diffusion</kwd>
<kwd>macromolecular crowding</kwd>
<kwd>non-ideal fluids</kwd>
<kwd>stochastic processes</kwd>
</kwd-group>
<kwd-group>
<title>PACS numbers:</title>
<kwd>02.50.Ey</kwd>
<kwd>05.60.Cd</kwd>
<kwd>87.10.Ed</kwd>
<kwd>66.10.cg</kwd>
<kwd>61.20.-p</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="0"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="43"/>
<ref-count count="86"/>
<page-count count="8"/>
<word-count count="6009"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Diffusive transport is central in many areas of physics, chemistry, biology, and soft matter [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. However, while the mathematics of diffusive processes in dilute and simple media is fairly well developed and understood [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], many interesting and relevant diffusive processes take place in strongly non-ideal conditions. These include a wealth of different highly dense media, from non-ideal plasmas [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] to biological membranes [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], media with complex topological structures, including porous media [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] and living cells [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] and strongly confining environments [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>].</p>
<p>Crowding and confinement effects on diffusion-influenced phenomena still pose fundamental yet unanswered questions. Several computational [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] and experimental [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] evidences exist of anomalous diffusion under dense crowded conditions [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. Anomalous diffusion refers to phenomena that lead to a nonlinear growth of particles&#x00027; mean square displacement. Deviation from the standard linear behavior arise, for example, when obstacles impede the motion of particles [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] or when distinguishable species compete for the available spatial resources [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. These conditions are certainly met when studying the molecular mobility inside a cell [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. Cells are occupied for over 30% of their volume by membrane delimited organelles and different sorts of cytoskeletal structures. In this respect, living cells behave much like fractal or otherwise disordered systems [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]. However, strong evidences also exist in favor of normal (Brownian) diffusion, crowding, and confinement resulting in this scenario in (often nontrivial) modifications of the diffusion coefficient [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]. Moreover, as shown in Galanti et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>], the effect of crowding can result in crossovers between normal and anomalous diffusion, leading to different descriptive scenarios which appear to depend on the selected initial conditions and on the specific time scale of observation.</p>
<p>Another related issue is that of diffusion-limited reactions [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>], which are ubiquitous in many domains in biology and chemistry, touching upon problems such as association, folding and stability of proteins [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>] and bimolecular reactions in solution [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>], including enzyme kinetics [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>], but also the dynamics of <italic>active</italic> agents [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]. Many theoretical studies have tackled these and related problems under different angles [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]. Nevertheless, a full theoretical comprehension of transport in non-ideal media remains an elusive task, Fick&#x00027;s law itself and the very notion of effective diffusion coefficient being questionable in a disordered medium [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>].</p>
<p>In this paper we review the subtle link between macroscopic transport equations, such as the diffusion equation, and microscopic processes, modeling the stochastic dynamics of some agents. For a classical and comprehensive account on diffusion in disordered media the reader can refer to Haus and Kehr [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>] and references therein [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>].</p>
<p>The purpose of our study is to contribute to the debate with a two-fold approach. One the one hand, we wish to understand in greater depth the delicate procedure of obtaining mean-field transport equations from microscopic, agent-based stochastic models. The idea is that sometimes it may prove simpler or more effective to describe a complex transport process (or a simple one occurring in a complex medium) at the microscopic level. On the contrary, it is sometimes better to deal with macroscopic equations. It is thus important to investigate how the two levels of description interface with each other. Furthermore, we will elaborate on the reasons why considerable information can be eventually lost when passing from the microscopic stochastic process to the macroscopic mean-field description, and draw attention on the distinct notions of <italic>point-like</italic> and <italic>extended</italic> crowding, this latter bearing potentially interesting applications, only partially explored in the relevant literature.</p>
<p>The paper is organized as follows. In Section 2 we discuss the general framework of simple exclusion processes (SEPs), which constitute the basic tool of the microscopic description, as well as the process of obtaining mean-field equations from SEPs in the continuum limit. We show that SEPs in inhomogeneous media can be constructed in apparently equivalent manners as for the site-dependence of the hopping rates. However, different advection-diffusion equations can ensue in the continuum limit, rendering this operation a rather subtle one in disordered systems [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>]. Moreover, we show that the effect of crowding, enforced in the microscopic description through an excluded volume effect, is recognizable in the continuum limit only if some degree of inhomogeneity is introduced. In Section 3, we move a step forward and consider microscopic exclusion processes involving agents characterized by a <italic>finite</italic> size, as opposed to standard SEPs. In the last section we draw the conclusions and we summarize the different extent to which the crowding fine-tunes deviation from the classical picture.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. From microscopic processes to macroscopic equations</title>
<p>SEPs are space-discrete, agent-based stochastic processes modeling some kind of transport according to specific rules and bound to the constraint that no two agents can ever occupy the same site. SEPs occupy a central role in non-equilibrium statistical physics [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>]. While the first theoretical ideas underlying such processes can be traced back to Boltzmann&#x00027;s works [<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>], SEPs were introduced and widely studied in the 70s as simplified models of one-dimensional transport for phenomena like hopping conductivity [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>] and kinetics of biopolymerization [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Along the same lines, the asymmetric exclusion process (ASEP), originally introduced by Spitzer [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>], has become a paradigm in non-equilibrium statistical physics [<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B66">66</xref>] and has now found many applications, such as the study of molecular motors [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>], transport through nano-channels [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>] and depolymerization of microtubules [<xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>].</p>
<p>The most general SEP in one dimension is described by a stochastic jump process on a 1<italic>D</italic> lattice with inequivalent sites in the presence of a field
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
Equation (1) is to be regarded as the update rule for a Monte Carlo process, where <italic>n</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>k</italic>) is the occupancy of site <italic>i</italic> at time <italic>t</italic> &#x0003D; <italic>k</italic>&#x00394;<italic>t</italic>, which can be either zero or one. The quantities <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are variables which have the value 0 or 1 according to a random number &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub> which has a uniform distribution between 0 and 1. By defining the jump probabilities <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (<italic>j</italic> &#x0003D; <italic>i, i</italic> &#x000B1; 1) one can formally write:
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where &#x003B8;(&#x000B7;) stands for the Heaviside step function and where we are assuming that <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Note that the ordering of appearance of the <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in the above expressions is arbitrary. Equations (2) entail that <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where &#x02329;&#x000B7;&#x0232A; indicates an average over many values of &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>, for a given configuration {<italic>n</italic><sub><italic>i</italic></sub>}. The above process is fully determined by the fields <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, specifying the probability of jumping from site <italic>i</italic> to site <italic>i</italic>&#x0002B;1 (<inline-formula><mml:math id="M9"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) or to site <italic>i</italic> &#x02212; 1 (<inline-formula><mml:math id="M10"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) in a time interval &#x00394;<italic>t</italic>.</p>
<p>A (discrete-time) master equation for the above SEP can be obtained by averaging over many Monte Carlo cycles performed according to rule (1)
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where we have defined the one-body and two-body site occupancy probabilities
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
Here &#x02329;&#x02329;&#x000B7;&#x0232A;&#x0232A; denotes averages over many independent Monte Carlo cycles performed until time <italic>k</italic>&#x00394;<italic>t</italic>, starting from the same initial condition. We emphasize that the same equation has been derived through a slightly different procedure by Richards in 1977 [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>].</p>
<sec>
<title>2.1. Mean-field equations</title>
<p>With the aim of deriving macroscopic transport equations from the microscopic stochastic process described by Equation (1), it is customary to assume a mean-field (MF) factorization,
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
With the help of Equation(6), the master Equation (3) becomes
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
Nonlinear mean-field equations for exclusion process of this type have been used since the 70s to investigate one-dimensional transport in solids [<xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>]. In fact, despite mean-field descriptions for the inhomogeneous ASEP are known to provide imperfect descriptions of certain non-equilibrium observables in one dimension, e.g., the current-density relation and critical exponents [<xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>], continuum descriptions can be employed reliably to track the time-evolution of large-wavelength density fluctuations [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B78">78</xref>]</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Site-dependent rates: Three jump processes yield three transport equations</title>
<p>Let <italic>a</italic> be the lattice spacing and let us define a <italic>reversal</italic> probability &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub>, such that
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
The condition (Equation 8) (with &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub> &#x0003E; 0) amounts to considering a field introducing a bias in the positive <italic>x</italic> direction. In order to take the continuum limit <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we must require
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
Equation (9) defines the position-dependent diffusion coefficient, while Equation (10) defines the field-induced drift velocity. Note that we are assuming that the reversal probability vanishes linearly with <italic>a</italic>.</p>
<p>A pondering pause is required at this point before carrying out the continuum limit. In fact, a moment&#x00027;s thought is enough to realize that there are different ways one can enforce quenched disorder, corresponding to spatially varying hopping rates, in a jump process with the aim of modeling propagation in a inhomogenous medium. The master Equation (7) reflects only one of the possible choices. This observation has been made and thoroughly discussed in Painter and Sherratt [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>]. In this paper the authors investigate the movements of cells capable of sensing strategies which depend on environmental factors.</p>
<p>To illustrate this interesting mathematical property, let us consider the jump from site <italic>i</italic> to site <italic>i</italic> &#x0002B; 1. The probability of an agent taking an <italic>i</italic> &#x02192; <italic>i</italic> &#x0002B; 1 leap can be equally well taken as (1) proportional to <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, (2) proportional to <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> or (3) proportional to <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02215;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. All three cases correspond to the same space-dependent function <italic>D</italic>(<italic>x</italic>) in the continuum limit, as prescribed by Equation (9). However, as we shall see in the following, depending on whether rule (1), (2), or (3) is chosen, one is led to totally different advection-diffusion equations in the continuum limit.</p>
<sec>
<title>2.2.1. No-exclusion processes</title>
<p>In order to illustrate this subtle point, let us start with jump processes in the presence of quenched disorder but with no exclusion constraints on the allowed moves. Following the same reasoning that led us to Equation (7), it is not difficult to realize that the three possible choices (1), (2), and (3) referred above lead to the following master equations
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
In the first case, Equation (11) (already obtained above), the rate for a given jump depends on the starting site, while the second, Equation (12), is the opposite, the rate depends on the index of the target site. The third case, Equation (13) is an intermediate, symmetric situation where jump rates are associated with <italic>links</italic> rather than with <italic>nodes</italic>. In the continuum limit <italic>a</italic>, &#x00394;<italic>t</italic> &#x02192; 0 one has
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
Therefore, recalling Equations (9) and (10), we have from Equations (11), (12) and (13), respectively,
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E21"><label>(21)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E22"><label>(22)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
We see that the stochastic processes (11) and (12) correspond to diffusion with drift (or, equivalently, in an external potential). The drift velocity comprises two contributions: the difference between the right-bound and left-bound jump rate fields and a contribution arising from the spatial variation of the diffusion coefficient. Interestingly, the latter term has the opposite sign depending on whether jumps at the microscopic level are controlled by the rates evaluated at the start or target sites. This means that in these cases, even a symmetric jump process results in diffusion with drift. Conversely, considering symmetrized jump rates does not result in the appearance of such additional term in the drift velocity. Working in this setting one hence recover the standard diffusion equation.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2.2. Enforcing the excluded-volume constraint</title>
<p>We can now come back to our original aim, i.e., taking the continuum limit of the master Equation (1). It is now clear that, if we want to consider an inhomogeneous medium, we must not restrict to the prescription leading to Equation (1), but we must also consider the other two kinds of processes described above in the absence of exclusion. Extending the reasoning that led us to Equation (1) and recalling Equations (12) and (13), the three master equations with excluded-volume constraints read
<disp-formula id="E23"><label>(23)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E24"><label>(24)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E25"><label>(25)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
The mean field limit <italic>a</italic>, &#x00394;<italic>t</italic> &#x02192; 0 of the above master equations is readily obtained by introducing as above the Taylor expansions of <italic>q</italic>(<italic>x</italic>) and <italic>P</italic>(<italic>x, t</italic>). By doing this, we find
<disp-formula id="E26"><label>(26)</label><mml:math id="M38"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E27"><label>(27)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E28"><label>(28)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E29"><label>(29)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E30"><label>(30)</label><mml:math id="M42"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E31"><label>(31)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
We see that even in the case of excluded-volume interactions, the mean-field equations can be cast in the form of continuity equations with suitably defined currents given by Equations (29), (30) and (31). We note that, as it happens with the symmetric exclusion process without quenched disorder, the microscopic exclusion constraint disappears in taking the continuum limit of the master Equation (25) in the absence of external fields, which yields a transport equation, Equation (28), identical to its counterpart with no exclusion, Equation (19) in the case <italic>v</italic>(<italic>x</italic>) &#x02261; 0.</p>
<p>Equations (26), (27) and (28) are nonlinear advection-diffusion equation, appropriate for describing the continuum limit of a microscopic exclusion process occurring on a lattice of inequivalent sites in the presence of a field. It is interesting to note that in the case of equivalent sites, which translates to a constant diffusion coefficient, the diffusive parts become linear, i.e., the microscopic exclusion rule is <italic>lost</italic> in the diffusive part. In the case of zero field, one then simply recovers the ordinary diffusion equation for the three jump processes, which, as it is widely known, can be derived from a microscopic jump process with no exclusion rules. This curious observation has been first reported by Huber [<xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>]. If both the diffusion coefficient and the drift velocity are constant, Equations (26), (27) and (28) all reduce to
<disp-formula id="E32"><label>(32)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
an equation already obtained recently in Simpson et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B78">78</xref>].</p>
<p>Equations (26), (27) and (28) contain the single-particle probability field <italic>P</italic>(<italic>x, t</italic>), which is a number between zero and one. The value <italic>P</italic> &#x0003D; 1 should correspond to the maximum density &#x003C1;<sub><italic>M</italic></sub> allowed in the system. Thus, more <italic>physical</italic> equations can be obtained by introducing the agent density
<disp-formula id="E33"><label>(33)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02215;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E34"><label>(34)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02215;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x02215;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
is the volume of a <italic>d</italic>-dimensional sphere<xref ref-type="fn" rid="fn0001"><sup>1</sup></xref> of radius <italic>r</italic> and &#x003D5;<sub><italic>M</italic></sub> is the maximum packing fraction for systems of <italic>d</italic>-dimensional hard spheres, &#x003D5;<sub><italic>M</italic></sub> &#x0003D; 1 (<italic>d</italic> &#x0003D; 1), <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02215;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>907</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<italic>d</italic> &#x0003D; 2) and <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02215;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>740</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<italic>d</italic> &#x0003D; 3) [<xref ref-type="bibr" rid="B79">79</xref>]. With these definitions, and using a more general vector notation, Equations (26), (27) and (28) become
<disp-formula id="E35"><label>(35)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E36"><label>(36)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E37"><label>(37)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E38"><label>(38)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle class="math"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E39"><label>(39)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle class="math"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E40"><label>(40)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle class="math"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="math"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Extended crowding</title>
<p>In the previous section we described how to derive macroscopic mean-field equations starting from microscopic master equations which account for exclusion effects. In our description we did not take into account size and shape of the agents by prescribing that each molecule occupies a single lattice site and can not move if the target site is already occupied by another particle. To recover a macroscopic continuous description, we performed the limit for vanishing lattice spacing. This strategy amounts to considering agents of vanishing size in the continuum limit. We term this peculiar situation in the macroscopic world <italic>point-like crowding</italic>. As we have shown in the previous section, considerable microscopic information is lost in the continuum limit with point-like agents. The point-like characterization has to be the reason why the mean-field approximation loses the memory of the microscopic exclusion constraint and the diffusion equation is recovered for equivalent sites in the absence of a field. Starting from these premises, we set to work in the <italic>extended crowding</italic> framework, where the finite size of the particles is explicitly accounted for. Operating within this scenario, the exclusion constraint shall be detectable in the mean-field limit even for unbiased motion and homogeneous domain. A reason for employing the <italic>extended crowding</italic> philosophy is that in many biological contexts one has to model the interaction between agents displaying complicated shapes, which are not well represented by spherical particle occupying a single lattice site. Biological macromolecules diffusing in the cytoplasm, or even proliferating cells, for example, are often elongated and rod-shaped, a property that inspired the derivation of microscopic models using <italic>hard rods</italic> as the individual units [<xref ref-type="bibr" rid="B80">80</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B81">81</xref>]. This is for example the case of the human peritoneal mesothelial cells modeled in Simpson et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B80">80</xref>] as hard rods of aspect ratio equal to four. Moreover, when modeling the interaction between multiple species diffusing in the same environment, the differences in shape and dimension of the agents do have an influence on the extent of the collective motion.</p>
<p>The first model for the diffusion of extended particles with exclusion interactions on a one-dimensional lattice was described in Sch&#x000F6;nherr and Sch&#x000FC;tz [<xref ref-type="bibr" rid="B82">82</xref>] for a general process involving symmetric, as well as asymmetric, hopping dynamics of the rods (the theory is named L-ASEP). Referring to rods of length <italic>L</italic>, where <italic>L</italic> has to be interpreted as the aspect ratio between the dimensions of the elongated agent, the authors derive a mean-field equation for the one-dimensional exclusion process. In the absence of a field and for equivalent sites the equation for the density of particles reads
<disp-formula id="E41"><label>(41)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
The previous equation shows that, at least in one dimension, the extended-crowding procedure yields a modified diffusion term even in the absence of external fields or spatial inhomogeneities. By defining a density-dependent diffusion coefficient, which has to be regarded as a collective diffusivity <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, eq. (41) can be reformulated as a nonlinear transport equation:
<disp-formula id="E42"><label>(42)</label><mml:math id="M57"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
The nonlinear diffusion Equation (41) has been derived through an ingenious but complicate change of variables based on a quantitative mapping between the L-ASEP and the zero-range process [<xref ref-type="bibr" rid="B82">82</xref>]. However, it is interesting to note that it can be regarded as the local-density approximation (LDA) of a simple general property of one-dimensional exclusion processes. As pointed out in 1967 by Lebowitz and Percus [<xref ref-type="bibr" rid="B83">83</xref>] concerning bulk properties:</p>
<p>&#x0201D;<italic>For many purposes, however, adding a finite diameter does not introduce any new complications; it merely requires the replacement in certain expressions of the actual volume per particle</italic> &#x003C1;<sup>&#x02212;1</sup> <italic>by the reduced volume</italic> &#x003C1;<sup>&#x02212;1</sup> &#x02212; &#x003C3;, <italic>i.e</italic>., &#x003C1; &#x02192; &#x003C1;&#x02215;(1 &#x02212; &#x003C3;&#x003C1;).&#x0201D;</p>
<p>In that sense, the quantity &#x003C1;&#x02215;[1 &#x02212; (<italic>L</italic> &#x02212; 1)&#x003C1;] is recognized as an effective density in Ferreira and Alcaraz [<xref ref-type="bibr" rid="B84">84</xref>] within the analysis of the velocity of finite sized particles which occupy <italic>L</italic> units of lattice spacing in one dimension. By performing the substitution
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M58"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
in Fick&#x00027;s law, one recovers (41). Point-like crowding in the mean field approximation corresponds to systems of fully penetrable spheres, while extended-size crowding yields a transport equation suitable for systems of totally impenetrable (hard) objects. We stress that the case of point-like crowding is recovered for agents of aspect ratio <italic>L</italic> &#x0003D; 1. The discussion above which leads to Equation (41) applies to one dimensional systems. Starting from this setting, one can raise the question whether similar arguments might be employed to obtain a modified nonlinear equation accounting for excluded volume effects in the diffusion of hard spheres in two and three dimensions. Unfortunately, the strategy used to recover Equation (41) in Sch&#x000F6;nherr and Sch&#x000FC;tz [<xref ref-type="bibr" rid="B82">82</xref>] can not be employed to provide a description of the extended crowding in higher dimensions. Several other models have been proposed for two and three dimensional domains [<xref ref-type="bibr" rid="B76">76</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B80">80</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>], starting from stochastic processes enforced with different microscopic rules. Depending on the shape of the agents (hard rods or hard spheres), on the prescribed hopping rules, on the allowed mechanisms for changing the orientation of the agents (rotation or reptation), and on the mean field assumptions made to recover the macroscopic picture, different equations are derived for the density of extended particles in higher dimensions. All models yield however the same qualitative behavior at low densities, suggesting that the diffusion coefficient should increase linearly with the concentration amount.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Summary and discussion</title>
<p>Crowding and confinement certainly affect diffusion-driven phenomena, and potentially impact a large plethora of distinct applications. Particularly relevant is the study of mobility inside the cell: the complex cellular environment is in fact populated by obstacles and compartments, which impede the particles flowing. Moreover, the cytoplasm is quite densely packed, different molecular species competing for the available spatial resources. Given these premises, it is important to elaborate on plausible theoretical pictures that enable one to adequately capture the constraints imposed by many-body interactions or reflecting the specificity of the embedding, confining environment.</p>
<p>In this paper, we have reviewed a general framework allowing to obtain macroscopic transport equation accounting for excluded volume effects starting from microscopic stochastic exclusion processes. The aim of this procedure is to derive mean-field equations suitable for describing transport processes in many-body systems in highly non-ideal conditions. Two strategies can be identified to carry out this task. The first route, termed <italic>point-like</italic> crowding, leads from standard SEPs to the mean-field Equations (35), (36) and (37). For a homogenous medium in the absence of a field these reduce to a simple diffusion equation, which is why this scenario can be dubbed <italic>point-like</italic> crowding. Only for inequivalent sites and/or in the presence of a field the microscopic exclusion constraint does survive in the mean-field limit. Different is the case of multiple species [<xref ref-type="bibr" rid="B86">86</xref>] or recognizable agents [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>], where cross-terms appear in the mean field limit due to the fact that particles are made distinguishable. In general, we can state that crowding reflects in the macroscopic limit of the point-like description only if some degree of inhomogeneity is enforced at the microscopic level. Moreover, we have highlighted that in the presence of quenched disorder, i.e., inequivalent sites, there are (at least) three different ways to assign the site dependence of the hopping rates. These correspond to different microscopic stochastic processes and lead to as many different nonlinear advection-diffusion equations in the continuum limit.</p>
<p>The second strategy, named <italic>extended-crowding</italic>, takes inspiration from a modified microscopic exclusion process in one dimension involving extended agents, the so-called L-ASEP [<xref ref-type="bibr" rid="B82">82</xref>]. Qualitatively similar equations for the continuous density are found in higher dimensions at moderate concentrations for different shapes of the individual units. Remarkably, for extended objects characterized by a finite size, the blueprint of the crowding persists at the macroscopic level, even for systems defined on homogeneous domains and without external potentials. This observation marks a clear distinction between the two approaches to which we alluded above and points to the potential interest of the extended crowding setting, which, to the best of our knowledge, remains to be largely explored.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Author contributions</title>
<p>All authors listed, have made substantial, direct and intellectual contribution to the work, and approved it for publication.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Crank</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <source>The Mathematics of Diffusion</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Oxford University Press</publisher-name> (<year>1975</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dhont</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <source>An Introduction to Dynamics of Colloids</source>. <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name> (<year>1996</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>McGuffee</surname> <given-names>SR</given-names></name> <name><surname>Elcock</surname> <given-names>AH</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion, crowding &#x00026; protein stability in a dynamic molecular model of the bacterial cytoplasm</article-title>. <source>PLoS Comput Biol.</source> (<year>2010</year>) <volume>6</volume>:<fpage>e1000694</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1000694</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20221255</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Caspi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Granek</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Elbaum</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion and directed motion in cellular transport</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2002</year>) <volume>66</volume>:<fpage>011916</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.66.011916</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12241393</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kremp</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schlanges</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Bonitz</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Bornath</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Reaction and diffusion in dense nonideal plasmas</article-title>. <source>Phys Fluids B Plasma Phys.</source> (<year>1993</year>) <volume>5</volume>:<fpage>216</fpage>&#x02013;<lpage>29</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saffman</surname> <given-names>PG</given-names></name> <name><surname>Delbr&#x000FC;ck</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Brownian motion in biological membranes</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA.</source> (<year>1975</year>) <volume>72</volume>:<fpage>3111</fpage>&#x02013;<lpage>3</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">1059096</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Talmon</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Shtirberg</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Harneit</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Rogozhnikova</surname> <given-names>OY</given-names></name> <name><surname>Tormyshev</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Blank</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Molecular diffusion in porous media by PGSE ESR</article-title>. <source>Phys Chem Chem Phys.</source> (<year>2010</year>) <volume>12</volume>:<fpage>5998</fpage>&#x02013;<lpage>6007</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/b922060g</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20372729</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mitra</surname> <given-names>PP</given-names></name> <name><surname>Sen</surname> <given-names>PN</given-names></name> <name><surname>Schwartz</surname> <given-names>LM</given-names></name> <name><surname>Le</surname> <given-names>Doussal P</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion propagator as a probe of the structure of porous media</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1992</year>) <volume>68</volume>:<fpage>3555</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">10045734</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Whitaker</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion and dispersion in porous media</article-title>. <source>AIChE J.</source> (<year>1967</year>) <volume>13</volume>:<fpage>420</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dix</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Verkman</surname> <given-names>AS</given-names></name></person-group>. <article-title>Crowding effects on diffusion in solutions and cells</article-title>. <source>Annu Rev Biophys.</source> (<year>2008</year>) <volume>37</volume>:<fpage>247</fpage>&#x02013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.biophys.37.032807.125824</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18573081</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Phair</surname> <given-names>RD</given-names></name> <name><surname>Misteli</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>High mobility of proteins in the mammalian cell nucleus</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2000</year>) <volume>404</volume>:<fpage>604</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/35007077</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10766243</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Condamin</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Benichou</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Tejedor</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Voituriez</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Klafter</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>First-passage times in complex scale-invariant media</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2007</year>) <volume>450</volume>:<fpage>77</fpage>&#x02013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature06201</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17972880</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhou</surname> <given-names>H-X</given-names></name></person-group>. <article-title>Protein folding and binding in confined spaces and in crowded solutions</article-title>. <source>J Mol Recognit.</source> (<year>2004</year>) <volume>17</volume>:<fpage>368</fpage>&#x02013;<lpage>75</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/jmr.711</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15362094</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Minton</surname> <given-names>AP</given-names></name></person-group>. <article-title>Implications of macromolecular crowding for protein assembly</article-title>. <source>Curr Opin Struct Biol.</source> (<year>2000</year>) <volume>10</volume>:<fpage>34</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0959-440X(99)00045-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10679465</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zimmerman</surname> <given-names>SB</given-names></name> <name><surname>Minton</surname> <given-names>AP</given-names></name></person-group>. <article-title>Macromolecular crowding: biochemical, biophysical, and physiological consequences</article-title>. <source>Annu Rev Biophys Biomol Struct.</source> (<year>1993</year>) <volume>22</volume>:<fpage>27</fpage>&#x02013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">7688609</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ando</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Skolnick</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Crowding and hydrodynamic interactions likely dominate <italic>in vivo</italic> macromolecular motion</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA.</source> (<year>2010</year>) <volume>107</volume>:<fpage>18457</fpage>&#x02013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1011354107</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20937902</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ghosh</surname> <given-names>SK</given-names></name> <name><surname>Cherstvy</surname> <given-names>AG</given-names></name> <name><surname>Metzler</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Non-universal tracer diffusion in crowded media of non-inert obstacles</article-title>. <source>Phys Chem Chem Phys.</source> (<year>2015</year>) <volume>17.3</volume>:<fpage>1847</fpage>&#x02013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/c4cp03599b</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25474476</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pastor</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Vilaseca</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Madurga</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Garc&#x000E9;s</surname> <given-names>JL</given-names></name> <name><surname>Cascante</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Mas</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion of &#x003B1;-chymotrypsin in solution-crowded media. A fluorescence recovery after photobleaching study</article-title> <source>J Phys Chem B</source> (<year>2010</year>) <volume>114.11</volume>:<fpage>4028</fpage>&#x02013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/jp910811j</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20199089</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Axelrod</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Koppel</surname> <given-names>DE</given-names></name> <name><surname>Schlessinger</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Elson</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Webb</surname> <given-names>WW</given-names></name></person-group>. <article-title>Mobility measurement by analysis of fluorescence photobleaching recovery kinetics</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>1976</year>) <volume>16.9</volume>:<fpage>1055</fpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">786399</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Metzler</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Jeon</surname> <given-names>JH</given-names></name> <name><surname>Cherstvy</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Barkai</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous diffusion models and their properties: non-stationarity, non-ergodicity, and ageing at the centenary of single particle tracking newblock</article-title>. <source>Phys Chem Chem Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>16</volume>:<fpage>24128</fpage>&#x02013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C4CP03465A</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25297814</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sekhar</surname> <given-names>Burada P</given-names></name> <name><surname>H&#x000E4;nggi</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Marchesoni</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Schmid</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Talkner</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion in confined geometries</article-title>. <source>ChemPhysChem.</source> (<year>2009</year>) <volume>10.1</volume>:<fpage>45</fpage>&#x02013;<lpage>54</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/cphc.200800526</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19025741</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Stauffer</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schulze</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Heermann</surname> <given-names>DW</given-names></name></person-group>. <article-title>Superdiffusion in a model for diffusion in a molecularly crowded environment</article-title>. <source>J Biol Phys.</source> (<year>2007</year>) <volume>33.4</volume>:<fpage>305</fpage>&#x02013;<lpage>312</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10867-008-9075-2</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19669520</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Foffi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Pastore</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Piazza</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Temussi</surname> <given-names>PA</given-names></name></person-group>. <article-title>Macromolecular crowding: chemistry and physics meet biology</article-title>. <source>Phys Biol.</source> (<year>2013</year>) <volume>10.4</volume>:<fpage>040301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1478-3975/10/4/040301</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23912807</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rivas</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Ferrone</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Herzfeld</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Life in a crowded world</article-title>. <source>Phys Biol.</source> (<year>2004</year>) <volume>5.1</volume>:<fpage>23</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/sj.embor.7400056</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ellis</surname> <given-names>RJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Macromolecular crowding: obvious but underappreciated</article-title>. <source>Trends Biochem Sci.</source> (<year>2001</year>) <volume>26.10</volume>:<fpage>597</fpage>&#x02013;<lpage>604</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0968-0004(01)01938-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11590012</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhou</surname> <given-names>HX</given-names></name> <name><surname>Rivas</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Minton</surname> <given-names>AP</given-names></name></person-group>. <article-title>Macromolecular crowding and confinement: biochemical, biophysical, and potential physiological consequences</article-title>. <source>Annu Rev Biophys.</source> (<year>2008</year>) <volume>37</volume>:<fpage>375</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.biophys.37.032807.125817</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18573087</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Konopka</surname> <given-names>MC</given-names></name> <name><surname>Shkel</surname> <given-names>IA</given-names></name> <name><surname>Cayley</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Record</surname> <given-names>MT</given-names></name> <name><surname>Weisshaar</surname> <given-names>JC</given-names></name></person-group>. <article-title>Crowding and confinement effects on protein diffusion <italic>in vivo</italic></article-title>. <source>J Bacteriol.</source> (<year>2006</year>) <volume>188</volume>:<fpage>6115</fpage>&#x02013;<lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1128/JB.01982-05</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16923878</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Balbo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Mereghetti</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Herten</surname> <given-names>DP</given-names></name> <name><surname>Wade</surname> <given-names>RC</given-names></name></person-group>. <article-title>The shape of protein crowders is a major determinant of protein diffusion</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2013</year>) <volume>104</volume>:<fpage>1576</fpage>&#x02013;<lpage>84</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2013.02.041</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23561534</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weiss</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Elsner</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kartberg</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Nilsson</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous subdiffusion is a measure for cytoplasmic crowding in living cells</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2004</year>) <volume>87</volume>:<fpage>3518</fpage>&#x02013;<lpage>24</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1529/biophysj.104.044263</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15339818</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ben-Avraham</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Havlin</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <source>Diffusion and Reactions in Fractals and Disordered Systems</source>. <publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2000</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bouchaud</surname> <given-names>J-P</given-names></name> <name><surname>Georges</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous diffusion in disordered media: statistical mechanisms, models and physical applications</article-title>. <source>Phys Rep.</source> (<year>1990</year>) <volume>195</volume>:<fpage>127</fpage>&#x02013;<lpage>293</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Novak</surname> <given-names>IL</given-names></name> <name><surname>Kraikivski</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Slepchenko</surname> <given-names>BM</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion in cytoplasm: effects of excluded volume due to internal membranes and cytoskeletal structures</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2009</year>) <volume>97</volume>:<fpage>758</fpage>&#x02013;<lpage>67</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2009.05.036</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19651034</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nicholson</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Phillips</surname> <given-names>JM</given-names></name></person-group>. <article-title>Ion diffusion modified by tortuosity and volume fraction in the extracellular microenvironment of the rat cerebellum</article-title>. <source>J Physiol.</source> (<year>1981</year>) <volume>321</volume>:<fpage>225</fpage>&#x02013;<lpage>57</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">7338810</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Galanti</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Fanelli</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Maritan</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Piazza</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion of tagged particles in a crowded medium</article-title>. <source>Europhys Lett.</source> (<year>2014</year>) <volume>107</volume>:<fpage>20006</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/0295-5075/107/20006</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>von</surname> <given-names>Smoluchowski M</given-names></name></person-group>. <article-title>Drei vortrage ub&#x000EB;r diffusion brownsche molekular bewegung und koagulation von kolloidteichen</article-title>. <source>Phys Z</source> (<year>1916</year>) <volume>17</volume>:<fpage>557</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cheung</surname> <given-names>MS</given-names></name> <name><surname>Klimov</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Thirumalai</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Molecular crowding enhances native state stability and refolding rates of globular proteins</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA.</source> (<year>2005</year>) <volume>102</volume>:<fpage>4753</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.0409630102</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15781864</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dzubiella</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>McCammon</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>Substrate concentration dependence of the diffusion-controlled steady-state rate constant</article-title>. <source>J Chem Phys.</source> (<year>2005</year>) <volume>122</volume>:<fpage>184902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1887165</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15918760</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Piazza</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Rios</surname> <given-names>PdeL</given-names></name> <name><surname>Fanelli</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Bongini</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Skoglund</surname> <given-names>U</given-names></name></person-group>. <article-title>Anticooperativity in diffusion-controlled reactions with pairs of anisotropic domains: a model for the antigen-antibody encounter</article-title>. <source>Eur Biophys J.</source> (<year>2005</year>) <volume>34</volume>:<fpage>899</fpage>&#x02013;<lpage>911</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00249-005-0460-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15803329</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fanelli</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>McKane</surname> <given-names>AJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion in a crowded environment</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2010</year>) <volume>82</volume>:<fpage>021113</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.82.021113</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20866781</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schmit</surname> <given-names>JD</given-names></name> <name><surname>Kamber</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Kondev</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Lattice model of diffusion-limited bimolecular chemical reactions in confined environments</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2009</year>) <volume>102</volume>:<fpage>218302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.102.218302</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19519142</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tachiya</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Traytak</surname> <given-names>SD</given-names></name></person-group>. <article-title>Concentration dependence of fluorescence quenching by ionic reactants</article-title>. <source>J Phys Condens Matter</source> (<year>2007</year>) <volume>19</volume>:<fpage>065111</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0953-8984/19/6/065111</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agrawal</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Santra</surname> <given-names>SB</given-names></name> <name><surname>Anand</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Swaminathan</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Effect of macromolecular crowding on the rate of diffusion-limited enzymatic reaction</article-title>. <source>PRAMANA-J Phys.</source> (<year>2008</year>) <volume>71</volume>:<fpage>359</fpage>&#x02013;<lpage>68</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12043-008-0169-y</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ricci</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Barbanera</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Erra</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>A quantitative approach to movement, displacement, and mobility of protozoa</article-title>. <source>J Eukaryot Microbiol.</source> (<year>1998</year>) <volume>45</volume>:<fpage>606</fpage>&#x02013;<lpage>11</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Galanti</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Fanelli</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Piazza</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Conformation-controlled binding kinetics of antibodies</article-title>. <source>Sci Rep.</source> (<year>2016</year>) 6:18976. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep18976</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26755272</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cecconi</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>De</surname> <given-names>Los Rios P</given-names></name> <name><surname>Piazza</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion-limited unbinding of small peptides from PDZ domains</article-title>. <source>J Phys Chem B</source> (<year>2007</year>) <volume>111</volume>:<fpage>11057</fpage>&#x02013;<lpage>063</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/jp0730390</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17725342</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dorsaz</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>De</surname> <given-names>Michele C</given-names></name> <name><surname>Piazza</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Foffi</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Inertial effects in diffusion-limited reactions</article-title>. <source>J Phys</source> (<year>2010</year>) <volume>22</volume>:<fpage>104116</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0953-8984/22/10/104116</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21389450</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Felderhof</surname> <given-names>BU</given-names></name> <name><surname>Deutch</surname> <given-names>JM</given-names></name></person-group>. <article-title>Concentration dependence of the rate of diffusion-controlled reactions</article-title>. <source>J Chem Phys</source> (<year>1976</year>) <volume>64</volume>:<fpage>4551</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.432087</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Haus</surname> <given-names>JW</given-names></name> <name><surname>Kehr</surname> <given-names>KW</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion in regular and disordered lattices</article-title>. <source>Phys Rep.</source> (<year>1987</year>) <volume>150</volume>:<fpage>263</fpage>&#x02013;<lpage>406</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shlesinger</surname> <given-names>MF</given-names></name> <name><surname>West</surname> <given-names>BJ</given-names></name></person-group>. <source>Random Walks and Their Applications in the Physical and Biological Sciences</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>American Institute of Physics</publisher-name> (<year>1984</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Spitzer</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <source>Principles of Random Walk</source>. The University Series in Higher Mathematics. <publisher-loc>Princeton, NJ; Toronto, ON; London</publisher-loc>: <publisher-name>D. Van Nostrand Co., Inc</publisher-name>. (<year>1984</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Goel</surname> <given-names>NS</given-names></name> <name><surname>Richter-Dyn</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group>. <source>Stochastic Models in Biology</source>. <publisher-name>Elsevier</publisher-name> (<year>2016</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Montroll</surname> <given-names>EW</given-names></name> <name><surname>Weiss</surname> <given-names>GH</given-names></name></person-group>. <article-title>Random walks on lattices</article-title>. <source>J Math Phys</source> (<year>1965</year>) <volume>6.2</volume>:<fpage>167</fpage>&#x02013;<lpage>81</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1704269</pub-id>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jmp/6/2/10.1063/1.1704269">http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jmp/6/2/10.1063/1.1704269</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lennard-Jones</surname> <given-names>JE</given-names></name></person-group>. <article-title>Processes of adsorption and diffusion on solid surfaces</article-title>. <source>Trans Faraday Soc</source> (<year>1932</year>) <volume>28</volume>:<fpage>333</fpage>&#x02013;<lpage>59</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bernasconi</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Alexander</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Orbach</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Classical diffusion in one-dimensional disordered lattice</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1978</year>) <volume>41.3</volume>:<fpage>185</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Van</surname> <given-names>Beijeren H</given-names></name></person-group>. <article-title>Transport properties of stochastic Lorentz models</article-title>. <source>Rev Mod Phys.</source> (<year>1982</year>) <volume>54.1</volume>:<fpage>195</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Termonia</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Random walk on a strange attractor</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1984</year>) <volume>53.14</volume>:<fpage>1356</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Painter</surname> <given-names>KJ</given-names></name> <name><surname>Sherratt</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>Modelling the movement of interacting cell populations</article-title>. <source>J Theor Biol.</source> (<year>2003</year>) <volume>225</volume>:<fpage>327</fpage>&#x02013;<lpage>39</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0022-5193(03)00258-3</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">14604585</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="editor"><name><surname>Privman</surname> <given-names>V</given-names></name></person-group> editor. <source>Nonequilibrium Statistical Mechanics in One Dimension</source>. <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>1997</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liggett</surname> <given-names>TM</given-names></name></person-group>. <source>Stochastic Interacting Systems: Contact, Voter and Exclusion Processes</source>. <publisher-loc>Berlin; Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name> (<year>1999</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boltzmann</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <source>Vorlesungen &#x000FC;ber Gastheorie (Lectures on Gas Theory)</source>. <volume>Vol. I and II</volume>. Transl. by S. G. Brush in 1966. <publisher-loc>Berkeley</publisher-loc>: <publisher-name>University of California Press</publisher-name> (<year>1896</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Richards</surname> <given-names>PM</given-names></name></person-group>. <article-title>Theory of one-dimensional hopping conductivity and diffusion</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>1977</year>) <volume>16</volume>:<fpage>1393</fpage>&#x02013;<lpage>409</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Spitzer</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Interaction of Markov processes</article-title>. <source>Adv Math.</source> (<year>1970</year>) <volume>5</volume>:<fpage>246</fpage>&#x02013;<lpage>90</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Derrida</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Evans</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Hakim</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Pasquier</surname> <given-names>V</given-names></name></person-group>. <article-title>Exact solution of a 1D asymmetric exclusion model using a matrix formulation</article-title>. <source>J Phys A Math Gen.</source> (<year>1993</year>) <volume>26</volume>:<fpage>1493</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sch&#x000FC;tz</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Domany</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Phase transitions in an exactly soluble one-dimensional exclusion process</article-title>. <source>J Stat Phys.</source> (<year>1993</year>) <volume>72</volume>:<fpage>277</fpage>&#x02013;<lpage>96</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Derrida</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>An exactly soluble non-equilibrium system: the asymmetric simple exclusion process</article-title>. <source>Phys Rep.</source> (<year>1998</year>) <volume>301</volume>:<fpage>65</fpage>&#x02013;<lpage>83</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Harris</surname> <given-names>RJ</given-names></name> <name><surname>Sch&#x000FC;tz</surname> <given-names>GM</given-names></name></person-group>. <article-title>Fluctuation theorems for stochastic dynamics</article-title>. <source>J Stat Mech Theory Exp.</source> (<year>2007</year>) <volume>2007.07</volume>:<fpage>P07020</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2007/07/P07020</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golubeva</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Imparato</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Efficiency at maximum power of interacting molecular machines</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2012</year>) <volume>109</volume>:<fpage>190602</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.109.190602</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23215370</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zilman</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Bel</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Crowding effects in non-equilibrium transport through nano-channels</article-title>. <source>J Phys Condens Matter</source> (<year>2010</year>) <volume>22</volume>:<fpage>454130</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0953-8984/22/45/454130</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21339616</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Reese</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Melbinger</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Frey</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Crowding of molecular motors determines microtubule depolymerization</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2011</year>) <volume>101</volume>:<fpage>2190</fpage>&#x02013;<lpage>200</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2011.09.009</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22067158</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huber</surname> <given-names>DL</given-names></name></person-group>. <article-title>Particle kinetics on one-dimensional lattices with inequivalent sites</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>1977</year>) <volume>15</volume>:<fpage>533</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nossan</surname> <given-names>JS</given-names></name></person-group>. <article-title>Disordered exclusion process revisited: some exact results in the low-current regime</article-title>. <source>J Phys A Math Theor.</source> (<year>2013</year>) <volume>46</volume>:<fpage>315001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8113/46/31/315001</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lakatos</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>O&#x00027;Brien</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Chou</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Hydrodynamic mean-field solutions of 1D exclusion processes with spatially varying hopping rates</article-title>. <source>J Phys A Math Gen.</source> (<year>2006</year>) <volume>39</volume>:<fpage>2253</fpage>&#x02013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/39/10/002</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fernando</surname> <given-names>AE</given-names></name> <name><surname>Landman</surname> <given-names>KA</given-names></name> <name><surname>Simpson</surname> <given-names>MJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Nonlinear diffusion and exclusion processes with contact interactions</article-title>. (<year>2010</year>) <source>Phys Rev E</source> <volume>81</volume>:<fpage>011903</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.81.011903</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20365395</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B74">
<label>74.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Landman</surname> <given-names>KA</given-names></name> <name><surname>Fernando</surname> <given-names>AE</given-names></name></person-group>. <article-title>Myopic random walkers and exclusion processes: single and multispecies</article-title>. <source>Phys A Stat Mech Appl.</source> (<year>2011</year>) <volume>390</volume>:<fpage>3742</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2011.06.034</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B75">
<label>75.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Penington</surname> <given-names>CJ</given-names></name> <name><surname>Hughes</surname> <given-names>BD</given-names></name> <name><surname>Landman</surname> <given-names>KA</given-names></name></person-group>. <article-title>Building macroscale models from microscale probabilistic models: a general probabilistic approach for nonlinear diffusion and multispecies phenomena</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2011</year>) <volume>84</volume>:<fpage>041120</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.84.041120</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22181100</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B76">
<label>76.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Penington</surname> <given-names>CJ</given-names></name> <name><surname>Korvasov&#x000E1;</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Hughes</surname> <given-names>BD</given-names></name> <name><surname>Landman</surname> <given-names>KA</given-names></name></person-group>. <article-title>Collective motion of dimers</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>051909</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.86.051909</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23214816</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B77">
<label>77.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Penington</surname> <given-names>CJ</given-names></name> <name><surname>Hughes</surname> <given-names>BD</given-names></name> <name><surname>Landman</surname> <given-names>KA</given-names></name></person-group>. <article-title>Interacting motile agents: taking a mean-field approach beyond monomers and nearest-neighbor steps</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>032714</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.89.032714</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24730881</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B78">
<label>78.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Simpson</surname> <given-names>MJ</given-names></name> <name><surname>Landman</surname> <given-names>KA</given-names></name> <name><surname>Hughes</surname> <given-names>BD</given-names></name></person-group>. <article-title>Pathlines in exclusion processes</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2009</year>) <volume>79</volume>:<fpage>031920</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.79.031920</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19391984</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B79">
<label>79.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Torquato</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <source>Random Heterogenous Materials. Interdisciplinary Applied Mathematics</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name> (<year>2002</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B80">
<label>80.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Simpson</surname> <given-names>MJ</given-names></name> <name><surname>Baker</surname> <given-names>RE</given-names></name> <name><surname>McCue</surname> <given-names>SW</given-names></name></person-group>. <article-title>Models of collective cell spreading with variable cell aspect ratio: a motivation for degnerate diffusion models</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2011</year>) <volume>83</volume>:<fpage>021901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.83.021901</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21405857</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B81">
<label>81.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baker</surname> <given-names>RE</given-names></name> <name><surname>Simpson</surname> <given-names>MJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Models of collective cell motion for cell populations with different aspect ratio: diffusion, proliferation and travelling waves</article-title>. <source>Phys A Stat Mech Appl.</source> (<year>2012</year>) <volume>391</volume>:<fpage>3729</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2012.01.009</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B82">
<label>82.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sch&#x000F6;nherr</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Sch&#x000FC;tz</surname> <given-names>GM</given-names></name></person-group>. <article-title>Exclusion process for particles of arbitrary extension: hydrodynamic limit and algebraic properties</article-title>. <source>J Phys A Math Gen.</source> (<year>2004</year>) <volume>37</volume>:<fpage>8215</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/37/34/002</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B83">
<label>83.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lebowitz</surname> <given-names>JL</given-names></name> <name><surname>Percus</surname> <given-names>JK</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic equations and density expansions: exactly solvable one-dimensional system</article-title>. <source>Phys Rev.</source> (<year>1967</year>) <volume>155</volume>:<fpage>122</fpage>&#x02013;<lpage>38</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B84">
<label>84.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ferreira</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Alcaraz</surname> <given-names>FC</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous tag diffusion in the asymmetric exclusion model with particles of arbitrary sizes</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2002</year>) <volume>65</volume>:<fpage>052102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.65.052102</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12059614</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B85">
<label>85.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bruna</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Chapman</surname> <given-names>SJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Excluded-volume effects in the diffusion of hard spheres</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2012</year>) <volume>85</volume>:<fpage>011103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.85.011103</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22400508</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B86">
<label>86.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fanelli</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>McKane</surname> <given-names>AJ</given-names></name> <name><surname>Pompili</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Tiribilli</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Vassalli</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Biancalani</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion of two molecular species in a crowded environment: theory and experiments</article-title>. <source>Phys Biol.</source> (<year>2013</year>) <volume>10</volume>:<fpage>045008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1478-3975/10/4/045008</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23912053</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn id="fn0001"><p><sup>1</sup>We emphasize that we use the general terminology of <italic>d</italic>-dimensional hard spheres. Obviously, these are hard rods in one dimension and hard disks in two.</p></fn>
</fn-group>
</back>
</article>