生命的周期性历来都是一个引人注目的话题,多年来,有大量的工作基于这个论题展开。生物节律,细胞周期等等,都是这个论题下意义深远且影响卓著的发现。在系统生物学中,理论上研究生物周期性通常采用动力学方程的方法。本文中,我们首先介绍了非线性动力学的基础内容,包括对非线性系统结构的描述方法,以及对非线性动力学系统中拓扑结构变化的分析手段。然后,我们介绍了随机动力学中的主要内容,包括马尔可夫性随机过程的定义与基本结论,随机微分方程的导出与Fokker-Planck方程的联系,主方程的定义与主方程的Gillespie模拟方法,以及随机动力系统中的路径积分方法。作为全文核心,我们使用一个典型的,带有正负反馈的基因回路模型——生物钟调控模型,来探索噪声会对动力学结构产生怎样的影响。结论是:在确定性非线性动力学情况下,随着模型中一个关键参数的增加,模型将经历两个分岔点和三个动力学结构区间。我们发现,在前两个区间中,噪声的诱导会产生一个在原始确定性动力学情况下不能存在的准周期动力学结构,并且随着噪声的增加,这个准周期结构将变得越来越稳定。特别是,在第二个区间中,准周期结构将与一个稳定的极限环竞争,两个周期性将互相切换,形成一个准双周期切换现象。此外,我们还计算了系统的全局熵产生率和热耗散率。熵产生率与热耗散率在第二个参数区间中存在一个极小值,这揭示了双周期切换的本质源于决定全局动力学的有效势与熵的竞争。最后,我们以一个实际的生物学上的例子强有力地巩固了我们的结论。我们希望这项工作能有助于解决一些有价值的生物学或生态学问题,如周期性蝉的遗传起源和种群波动动态,并希望我们的工作可以在更广泛的领域中起到作用。