Википедия

Теория хаоса

Тео́рия ха́оса — математический аппарат, описывающий поведение некоторых нелинейных динамических систем, подверженных, при определённых условиях, явлению, известному как хаос (динамический хаос, детерминированный хаос). Поведение такой системы кажется случайным, даже если модель, описывающая систему, является детерминированной. Для акцентирования особого характера изучаемого в рамках этой теории явления обычно принято использовать название теория динамического хаоса.

image
Бифуркационная диаграмма для логистического отображения xrx(1 — x). Каждый вертикальный сектор показывает аттрактор при соответствующем значении r. На диаграмме видно серию удвоений периода при увеличении r. После некоторого значения r аттрактор становится хаотическим

Примерами подобных систем являются атмосфера, турбулентные потоки, некоторые виды аритмий сердца, биологические популяции, общество как система коммуникаций и его подсистемы: экономические, политические, психологические (культурно-исторические и интеркультуральные) и другие социальные системы. Их изучение, наряду с аналитическим исследованием имеющихся рекуррентных соотношений, обычно сопровождается математическим моделированием.

Теория хаоса — область исследований, связывающая математику и физику.

Основные сведения

Теория хаоса подразумевает, что сложные детерминированные системы чрезвычайно зависимы от первоначальных условий: небольшие изменения в окружающей среде могут привести к существенно различным последствиям, что делает предсказания их поведения крайне затруднительными.

Математические системы с хаотическим поведением являются детерминированными, то есть подчиняются строгим законам, и обладают определённым порядком. Такое использование слова «хаос» отличается от его обычного значения (см. хаос в мифологии). Отдельная область физики — теория квантового хаоса — изучает квантовые системы, которые демонстрируют хаотическое поведение, схожее с классическими аналогами.

Основоположниками теории хаоса считаются французский математик и философ Анри Пуанкаре (доказал теорему о возвращении), советские математики А. Н. Колмогоров и В. И. Арнольд, а также немецкий математик Ю. К. Мозер, создавшие теорию устойчивости КАМ (Колмогорова — Арнольда — Мозера). КАМ-теория изучает инвариантные торы в интегрируемых системах при малых возмущениях.

Теория хаоса вводит понятия аттракторов, включая странные аттракторы, обладающие самоподобной структурой и демонстрирующие сложную динамику.

Понятие хаоса

image
Пример чувствительности системы к первоначальным условиям, где x → 4x(1 — x) и y → x + y, если x + y < 1 (иначе x + y — 1). Здесь чётко видно, что ряды значений x и y через какое-то время заметно отклоняются друг от друга, хотя в первоначальных состояниях отличия микроскопические

В бытовом контексте слово «хаос» означает «быть в состоянии беспорядка». В теории хаоса прилагательное хаотический определено более точно. Хотя общепринятого универсального математического определения хаоса нет, обычно используемое определение говорит, что динамическая система, которая классифицируется как хаотическая, должна иметь следующие свойства:

  1. Она должна быть чувствительна к начальным условиям.
  2. Она должна иметь свойство топологического смешивания.
  3. Её периодические орбиты должны быть всюду плотными.

Более точные математические условия возникновения хаоса выглядят так:

Система должна иметь нелинейные характеристики, быть глобально устойчивой, но иметь хотя бы одну неустойчивую точку равновесия колебательного типа, при этом фрактальная размерность системы должна быть не менее 1,5.

Линейные системы никогда не бывают хаотическими. Для того, чтобы динамическая система была хаотической, она должна быть нелинейной. По теореме Пуанкаре — Бендиксона, непрерывная динамическая система на плоскости не может быть хаотической. Среди непрерывных систем хаотическое поведение имеют только неплоские пространственные системы (обязательно наличие не менее трёх измерений или неевклидова геометрия). Однако дискретная динамическая система на какой-то стадии может проявить хаотическое поведение даже в одномерном или двумерном пространстве.

Чувствительность к начальным условиям

Чувствительность к начальным условиям в такой системе означает, что существует image такое, что для любой точки image и любой ее окрестности image найдутся точка image и число image такие, что image. Чувствительность к начальным условиям отличается от .

Таким образом, произвольно небольшое изменение текущей траектории может привести к значительному изменению в её будущем поведении. Доказано, что последние два свойства фактически подразумевают чувствительность к первоначальным условиям (альтернативное, более слабое определение хаоса использует только первые два свойства из вышеупомянутого списка).

Чувствительность к начальным условиям более известна как «эффект бабочки». Термин возник в связи со статьёй «Предсказание: Взмах крыльев бабочки в Бразилии вызовет торнадо в штате Техас», которую Эдвард Лоренц в 1972 году вручил американской «Ассоциации для продвижения науки» в Вашингтоне. Взмах крыльев бабочки символизирует мелкие изменения в первоначальном состоянии системы, которые вызывают цепочку событий, ведущих к крупномасштабным изменениям.

Топологическое смешивание

Топологическое смешивание в динамике хаоса означает такую схему расширения системы, что одна её область в какой-то стадии расширения накладывается на любую другую область. Математическое понятие «смешивание» как пример хаотической системы соответствует смешиванию разноцветных красок или жидкостей.

Тонкости определения

image
Пример топологического смешивания, где x → 4x(1 — x) и y → x + y, если x + y < 1 (иначе x + y — 1). Здесь синий регион в процессе развития был преобразован сначала в фиолетовый, потом в розовый и красный регионы и в конечном итоге выглядит как облако точек, разбросанных поперёк пространства

В популярных работах чувствительность к первоначальным условиям часто путается с самим хаосом. Грань очень тонкая, поскольку зависит от выбора показателей измерения и определения расстояний в конкретной стадии системы. Например, рассмотрим простую динамическую систему, которая неоднократно удваивает первоначальные значения. Такая система имеет чувствительную зависимость от первоначальных условий везде, так как любые две соседние точки в первоначальной стадии впоследствии будут на значительном расстоянии друг от друга. Однако её поведение тривиально, поскольку все точки кроме нуля имеют тенденцию к бесконечности, и это не топологическое смешивание. В определении хаоса внимание обычно ограничивается только закрытыми системами, в которых расширение и чувствительность к первоначальным условиям объединяются со смешиванием.

Даже для закрытых систем чувствительность к первоначальным условиям не идентична с хаосом в смысле изложенном выше. Например, рассмотрим тор, заданный парой углов (x, y) со значениями от 0 до . Отображение любой точки (x, y) определяется как (2x, y + a), где значение a/2π является иррациональным. Удвоение первой координаты в отображении указывает на чувствительность к первоначальным условиям. Однако, из-за иррационального изменения во второй координате, нет никаких периодических орбит — следовательно отображение не является хаотическим согласно вышеупомянутому определению.

Примером системы, не чувствительной к начальным условиям, но обладающей свойством топологического смешивания, является .

Аттракторы

image
График аттрактора Лоренца для значений r = 28, σ = 10, b = 8/3

Аттра́ктор (от англ. attract — привлекать, притягивать) — множество состояний (точнее — точек фазового пространства) динамической системы, к которым она стремится с течением времени. Наиболее простыми вариантами аттрактора являются притягивающая неподвижная точка (к примеру, в задаче о маятнике с трением) и периодическая траектория (пример — самовозбуждающиеся колебания в контуре с положительной обратной связью), однако бывают и значительно более сложные примеры.

Некоторые динамические системы являются хаотическими всегда, но в большинстве случаев хаотическое поведение наблюдается только в тех случаях, когда параметры динамической системы принадлежат к некоторому специальному подпространству.

Наиболее интересны случаи хаотического поведения, когда большой набор первоначальных условий приводит к изменению на орбитах аттрактора. Простой способ продемонстрировать хаотический аттрактор — это начать с точки в районе притяжения аттрактора и затем составить график его последующей орбиты. Из-за состояния топологической транзитивности это похоже на отображения картины полного конечного аттрактора.

Например, в системе, описывающей маятник, пространство двумерное и состоит из данных о положении и скорости. Можно составить график положений маятника и его скорости. Положение маятника в покое будет точкой, а один период колебаний будет выглядеть на графике как простая замкнутая кривая. График в форме замкнутой кривой называют орбитой. Маятник имеет бесконечное количество таких орбит, формируя по виду совокупность вложенных эллипсов.

Странные аттракторы

image
Аттрактор Лоренца как диаграмма хаотической системы. Эти два графика демонстрируют чувствительную зависимость от первоначальных условий в пределах занятого аттрактором региона

Большинство типов движения описывается простыми аттракторами, являющимися ограниченными циклами. Хаотическое движение описывается странными аттракторами, которые очень сложны и имеют много параметров. Например, простая трёхмерная система погоды описывается известным аттрактором Лоренца — одной из самых известных диаграмм хаотических систем, не только потому, что она была одной из первых, но и потому, что она одна из самых сложных. Другим таким аттрактором является аттрактор Рёсслера, которая имеет двойной период, подобно логистическому отображению.

В отличие от аттракторов с неподвижной точкой и предельных циклов, аттракторы, возникающие из хаотических систем, известных как странные аттракторы, имеют значительную детализацию и сложность. Странные аттракторы встречаются как в непрерывных динамических системах (таких как система Лоренца), так и в некоторых дискретных системах (таких как отображение Эно). Другие дискретные динамические системы имеют отталкивающую структуру, называемую множеством Жюлиа, которая образуется на границе между бассейнами притяжения неподвижных точек. Множества Жюлиа можно рассматривать как странные репеллеры. И странные аттракторы, и множества Жюлиа имеют типичную рекурсивную, фрактальную структуру.

Теорема Пуанкаре — Бендиксона доказывает, что странный аттрактор может возникнуть в непрерывной динамической системе, только если она имеет три или больше измерений. Однако это ограничение не работает для дискретных динамических систем. Дискретные двух- и даже одномерные системы могут иметь странные аттракторы. Движение трёх или большего количества тел, испытывающих гравитационное притяжение при некоторых начальных условиях может оказаться хаотическим движением.

Простые хаотические системы

Хаотическими могут быть и простые системы без дифференциальных уравнений. Примером может быть логистическое отображение, которое описывает изменение количества населения с течением времени. Логистическое отображение является полиномиальным отображением второй степени и часто приводится в качестве типичного примера того, как хаотическое поведение может возникать из очень простых нелинейных динамических уравнений. Ещё один пример — это модель Рикера, которая также описывает динамику населения.

Клеточный автомат — это набор клеток, образующих некоторую периодическую решётку с заданными правилами перехода. Клеточный автомат является дискретной динамической системой, поведение которой полностью определяется в терминах локальных зависимостей. Эволюция даже простых дискретных систем, таких как клеточные автоматы, может сильно зависеть от начальных условий. Эта тема подробно рассмотрена в работах Стивена Вольфрама.

Простую модель консервативного (обратимого) хаотического поведения демонстрирует так называемое отображение «кот Арнольда». В математике отображение «кот Арнольда» является моделью тора, которую В. И. Арнольд продемонстрировал в 1960 году с использованием образа кошки.

Показать хаос для соответствующих значений параметра может даже одномерное отображение, но для дифференциального уравнения требуется три или больше измерений. Теорема Пуанкаре — Бендиксона утверждает, что двумерное дифференциальное уравнение имеет очень стабильное поведение. Трёхмерные квадратичные системы только с тремя или четырьмя переменными не могут демонстрировать хаотическое поведение. Причина в том, что решения таких систем являются асимптотическими по отношению к двумерным плоскостям и поэтому представляют собой стабильные решения.

Цепь Чуа является одной из простейших электрических цепей, генерирующих хаотические колебания.

Математическая теория

Теорема Шарковского — это основа доказательства Ли и Йорке (1975) о том, что одномерная система с регулярным тройным периодом цикла может отобразить регулярные циклы любой другой длины так же, как и полностью хаотических орбит. Математики изобрели много дополнительных способов описать хаотические системы количественными показателями. Сюда входят: рекурсивное измерение аттрактора, экспоненты Ляпунова, графики рекуррентного соотношения, отображение Пуанкаре, диаграммы удвоения и оператор сдвига.

Хронология

image
Фрактальный папоротник, созданный благодаря игре хаоса. Природные формы (папоротники, облака, горы и т. д.) могут быть воссозданы через систему повторяющихся функций

Первым исследователем хаоса был Анри Пуанкаре. В 1880-х годах, при изучении поведения системы с тремя телами, взаимодействующими гравитационно, он заметил, что могут существовать непериодические орбиты, которые постоянно и не удаляются, и не приближаются к конкретной точке. В 1898 году Жак Адамар издал влиятельную работу о хаотическом движении свободной частицы, скользящей без трения по поверхности постоянной отрицательной кривизны. В своей работе «бильярд Адамара» он доказал, что все траектории непостоянны и частицы в них отклоняются друг от друга с положительной экспонентой Ляпунова.

Почти вся более ранняя теория, под названием эргодическая теория, была разработана только математиками. Позже нелинейные дифференциальные уравнения изучали Биргхоф, A. Колмогоров, M. Каретник, Дж. Литлвуд и Стивен Смэйл. Кроме Смэйла, на изучение хаоса всех их вдохновила физика: поведение трёх тел в случае с Биргхофом, турбулентность и астрономические исследования в случае с Колмогоровым, радиотехника в случае с Каретником и Литлвудом. Хотя хаотическое планетарное движение не изучалось, экспериментаторы столкнулись с турбулентностью течения жидкости и непериодическими колебаниями в радиосхемах, не имея достаточной теории, чтобы это объяснить.

Несмотря на попытки понять хаос в первой половине 20 века, теория хаоса как таковая начала формироваться только с середины столетия. Тогда для некоторых учёных стало очевидно, что преобладающая в то время линейная теория просто не может объяснить некоторые наблюдаемые эксперименты подобно логистическому отображению. Чтобы заранее исключить неточности при изучении, простые «помехи» в теории хаоса считали полноценной составляющей изучаемой системы.

Основным катализатором для развития теории хаоса стала электронно-вычислительная машина. Большая часть математики в теории хаоса выполняет повторную итерацию простых математических формул, которые делать вручную весьма трудоёмко. Электронно-вычислительные машины делали такие повторные вычисления достаточно быстро, тогда как рисунки и изображения позволяли визуализировать эти системы.

Одним из пионеров в теории хаоса был Эдвард Лоренц, интерес которого к хаосу появился случайно, когда он работал над предсказанием погоды в 1961 году. Погодное моделирование Лоренц выполнял на простом цифровом компьютере McBee LGP-30. Когда он захотел увидеть всю последовательность данных, то, чтобы сэкономить время, он запустил моделирование с середины процесса, введя данные с распечатки, которые он вычислил в прошлый раз. К его удивлению погода, которую машина начала предсказывать, полностью отличалась от погоды, рассчитанной прежде. Лоренц обратился к компьютерной распечатке. Компьютер работал с точностью до 6 цифр, но распечатка округлила переменные до 3 цифр, например значение 0,506127 было напечатано как 0,506. Это несущественное отличие не должно было иметь фактически никакого эффекта. Однако Лоренц обнаружил, что малейшие изменения в первоначальных условиях вызывают большие изменения в результате. Открытию дали имя Лоренца и оно доказало, что метеорология не может точно предсказать погоду на период более недели.

Годом ранее, Бенуа Мандельброт нашёл повторяющиеся образцы в каждой группе данных о ценах на хлопок. Он изучал теорию информации и заключил, что структура помех подобна набору Регента[неизвестный термин]: в любом масштабе пропорция периодов с помехами к периодам без них была постоянной — значит ошибки неизбежны и должны быть запланированы. Мандельброт описал два явления: «эффект Ноя», который возникает, когда происходят внезапные прерывистые изменения, например, изменение цен после плохих новостей, и «эффект Иосифа» в котором значения постоянны некоторое время, но всё же внезапно изменяются впоследствии. В 1967 году он издал работу «Какой длины побережье Великобритании? Статистические данные подобностей и различий в измерениях», доказывая, что данные о длине береговой линии изменяются в зависимости от масштаба измерительного прибора. Он утверждал, что клубок бечёвки кажется точкой, если его рассматривать издалека (0-мерное пространство), он же будет клубком или шаром, если его рассматривать достаточно близко (3-мерное пространство) или может выглядеть замкнутой кривой линией сверху (1-мерное пространство). Он доказал, что данные измерения объекта всегда относительны и зависят от точки наблюдения.

Объект, изображения которого являются постоянными в различных масштабах («самоподобие») является фракталом (например кривая Коха, или «снежинка»). В 1975 году Мандельброт опубликовал работу «Фрактальная геометрия природы», которая стала классической теорией хаоса. Некоторые биологические системы, такие как система кровообращения и бронхиальная система, подходят под описание фрактальной модели.

image
Турбулентные потоки воздуха от крыла самолёта, образующиеся во время его посадки. Изучение критической точки, после которой система создает турбулентность, были важны для развития теории хаоса. Например, советский физик Лев Ландау разработал [англ.]. Позже Дэвид Руелл и Флорис Тейкнс предсказали, вопреки Ландау, что турбулентность в жидкости могла развиться через странный аттрактор, то есть основную концепцию теории хаоса

Явления хаоса наблюдали многие экспериментаторы ещё до того, как его начали исследовать. Например, в 1927 году Ван дер Поль, а в 1958 году П. Ивес. 27 ноября 1961 года Й. Уэда, будучи аспирантом в лаборатории Киотского университета, заметил некую закономерность и назвал её «случайные явления превращений», когда экспериментировал с аналоговыми вычислительными машинами. Тем не менее, его руководитель не согласился тогда с его выводами и не позволил ему представить свои выводы общественности до 1970 года.

В декабре 1977 года Нью-Йоркская академия наук организовала первый симпозиум о теории хаоса, который посетили Дэвид Руелл, Роберт Мей, Джеймс А. Иорк, Роберт Шоу, Й. Даян Фермер, Норман Пакард и метеоролог Эдвард Лоренц.

В следующем году Митчелл Фейгенбаум издал статью «Количественная универсальность для нелинейных преобразований», где он описал логистические отображения. М. Фейгенбаум применил рекурсивную геометрию к изучению естественных форм, таких как береговые линии. Особенность его работы в том, что он установил универсальность в хаосе и применял теорию хаоса ко многим явлениям.

В 1979 году Альберт Дж. Либчейбр на симпозиуме в Осине представил свои экспериментальные наблюдения каскада раздвоения, который ведёт к хаосу. Его наградили премией Вольфа в физике совместно с Митчеллом Дж. Фейгенбаумом в 1986 году «за блестящую экспериментальную демонстрацию переходов к хаосу в динамических системах».

Тогда же в 1986 году Нью-Йоркская Академия Наук вместе с национальным Институтом Мозга и центром Военно-морских исследований организовали первую важную конференцию по хаосу в биологии и медицине. Там Бернардо Уберман продемонстрировал математическую модель глаза и нарушений его подвижности среди шизофреников. Это привело к широкому применению теории хаоса в физиологии в 1980-х годах, например, в изучении патологии сердечных циклов.

В 1987 году Пер Бак, Чао Тан и Курт Висенфелд напечатали статью в газете, где впервые описали систему самодостаточности (СС), которая является одним из природных механизмов. Многие исследования тогда были сконцентрированы вокруг крупномасштабных естественных или социальных систем. CC стала сильным претендентом на объяснение множества естественных явлений, включая землетрясения, солнечные всплески, колебания в экономических системах, формирование ландшафта, лесные пожары, оползни, эпидемии и биологическую эволюцию.

Учитывая нестабильное и безмасштабное распределение случаев возникновения, не странно, что некоторые исследователи предложили рассмотреть как пример CC возникновение войн. Эти «прикладные» исследования включали в себя две попытки моделирования: разработка новых моделей и приспособление существующих к данной естественной системе.

В том же году Джеймс Глеик издал работу «Хаос: создание новой науки», которая стала бестселлером и представила широкой публике общие принципы теории хаоса и её хронологию. Теория хаоса прогрессивно развивалась как межпредметная и университетская дисциплина, главным образом под названием «анализ нелинейных систем». Опираясь на концепцию Томаса Куна о смене парадигм, много «учёных-хаотиков» (так они сами назвали себя) утверждали, что эта новая теория и есть пример сдвига.

Доступность более дешёвых, более мощных компьютеров расширяет возможности применения теории хаоса. В настоящее время теория хаоса продолжает быть очень активной областью исследований, вовлекая много разных дисциплин (математика, топология, физика, биология, метеорология, астрофизика, теория информации, и т. д.).

Применение

Теория хаоса применяется во многих научных дисциплинах: математика, биология, информатика, экономика, инженерия, финансы, философия, физика, политика, психология и робототехника.

В лаборатории хаотическое поведение можно наблюдать в разных системах, например, электрические схемы, лазеры, химические реакции, динамика жидкостей и магнитно-механических устройств. В природе хаотическое поведение наблюдается в движении спутников солнечной системы, эволюции магнитного поля астрономических тел, приросте населения в экологии, динамике потенциалов в нейронах и молекулярных колебаниях. Есть существенные основания полагать о существовании динамики хаоса в тектонике плит и в экономике.

Одно из самых успешных применений теории хаоса было в экологии, когда динамические системы, похожие на модель Рикера, использовались, чтобы показать зависимость прироста населения от его плотности.

В настоящее время теория хаоса также применяется в медицине при изучении эпилепсии для предсказаний приступов, учитывая первоначальное состояние организма.

Похожая область физики, названная квантовой теорией хаоса, исследует связь между хаосом и квантовой механикой. Недавно появилась новая область, названная хаосом относительности, чтобы описать системы, которые развиваются по законам общей теории относительности.

Различия между случайными и хаотическими данными

Только по исходным данным трудно сказать, каким является наблюдаемый процесс — случайным или хаотическим, потому что практически не существует явного чистого «сигнала» отличия. Всегда будут некоторые помехи, даже если их округлять или не учитывать. Это значит, что любая система, даже если она детерминированная, будет содержать немного случайностей.

Чтобы отличить детерминированный процесс от стохастического, нужно знать, что детерминированная система всегда развивается по одному и тому же пути от данной отправной точки. Таким образом, чтобы проверить процесс на детерминизм необходимо:

  1. Выбрать тестируемое состояние.
  2. Найти несколько подобных или почти подобных состояний.
  3. Сравнить их развитие во времени.

Погрешность определяется как различие между изменениями в тестируемом и подобном состояниях. Детерминированная система будет иметь очень маленькую погрешность (устойчивый, постоянный результат), или она будет увеличиваться по экспоненте со временем (хаос). Стохастическая система будет иметь беспорядочно распределённую погрешность.

По существу, все методы определения детерминизма основываются на обнаружении состояний, самых близких к тестируемому (то есть, измерению корреляции, экспоненты Ляпунова, и т. д.). Чтобы определить состояние системы, обычно полагаются на пространственные методы определения стадии развития. Исследователь выбирает диапазон измерения и исследует развитие погрешности между двумя близлежащими состояниями. Если она выглядит случайной, тогда нужно увеличить диапазон, чтобы получить детерминированную погрешность.

Во-первых, сложность состоит в том, что, при увеличении диапазона измерения поиск близлежащего состояния требует намного большего количества времени для вычислений, чтобы найти подходящего претендента. Если диапазон измерения выбран слишком маленьким, то детерминированные данные могут выглядеть случайными, но если диапазон слишком большой, то этого не случится — метод будет работать.

Когда в нелинейную детерминированную систему вмешиваются внешние помехи, её траектория постоянно искажается. Более того, действия помех усиливаются из-за нелинейности, и система показывает полностью новые динамические свойства. Статистические испытания, пытающиеся отделить помехи от детерминированной основы или изолировать их, потерпели неудачу. При наличии взаимодействия между нелинейными детерминированными компонентами и помехами появляется динамика, которую традиционные испытания на нелинейность иногда не способны фиксировать.

См. также

Примечания

  1. Zhang Fu; Jack Heidel. Non-chaotic behaviour in three-dimensional quadratic systems (англ.) // Nonlinearity : journal. — 1997. — Vol. 10, no. 5. — P. 1289—1303. — doi:10.1088/0951-7715/10/5/014. — Bibcode: 1997Nonli..10.1289F.
  2. Jack Heidel; Zhang Fu. Nonchaotic behaviour in three-dimensional quadratic systems II. The conservative case (англ.) // Nonlinearity : journal. — 1999. — Vol. 12, no. 3. — P. 617—633. — doi:10.1088/0951-7715/12/3/012. — Bibcode: 1999Nonli..12..617H.

Литература

  • Ахромеева Т. С., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г., Самарский А. А. Нестационарные структуры и диффузионный хаос.— М.: Наука.— 1992.
  • Малинецкий Г. Г. Хаос. Структуры. Вычислительный эксперимент. Введение в нелинейную динамику. 3-е изд.— М.: УРСС.— 2001.
  • Малинецкий Г. Г., Потапов А. Б., Подлазов А. В. Нелинейная динамика: подходы, результаты, надежды.— М.: УРСС.— 2006.

Ссылки

  • Электронная библиотека по нелинейной динамике — книги по теории хаоса
  • Проект Энтропия — статьи по теории хаоса, фракталам, аттракторам
  • Хаос и порядок дискретных систем в свете синергетической теории информации

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Теория хаоса, Что такое Теория хаоса? Что означает Теория хаоса?

U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Teoriya haosa znacheniya Teo riya ha osa matematicheskij apparat opisyvayushij povedenie nekotoryh nelinejnyh dinamicheskih sistem podverzhennyh pri opredelyonnyh usloviyah yavleniyu izvestnomu kak haos dinamicheskij haos determinirovannyj haos Povedenie takoj sistemy kazhetsya sluchajnym dazhe esli model opisyvayushaya sistemu yavlyaetsya determinirovannoj Dlya akcentirovaniya osobogo haraktera izuchaemogo v ramkah etoj teorii yavleniya obychno prinyato ispolzovat nazvanie teoriya dinamicheskogo haosa Bifurkacionnaya diagramma dlya logisticheskogo otobrazheniya x rx 1 x Kazhdyj vertikalnyj sektor pokazyvaet attraktor pri sootvetstvuyushem znachenii r Na diagramme vidno seriyu udvoenij perioda pri uvelichenii r Posle nekotorogo znacheniya r attraktor stanovitsya haoticheskim Primerami podobnyh sistem yavlyayutsya atmosfera turbulentnye potoki nekotorye vidy aritmij serdca biologicheskie populyacii obshestvo kak sistema kommunikacij i ego podsistemy ekonomicheskie politicheskie psihologicheskie kulturno istoricheskie i interkulturalnye i drugie socialnye sistemy Ih izuchenie naryadu s analiticheskim issledovaniem imeyushihsya rekurrentnyh sootnoshenij obychno soprovozhdaetsya matematicheskim modelirovaniem Teoriya haosa oblast issledovanij svyazyvayushaya matematiku i fiziku Osnovnye svedeniyaTeoriya haosa podrazumevaet chto slozhnye determinirovannye sistemy chrezvychajno zavisimy ot pervonachalnyh uslovij nebolshie izmeneniya v okruzhayushej srede mogut privesti k sushestvenno razlichnym posledstviyam chto delaet predskazaniya ih povedeniya krajne zatrudnitelnymi Matematicheskie sistemy s haoticheskim povedeniem yavlyayutsya determinirovannymi to est podchinyayutsya strogim zakonam i obladayut opredelyonnym poryadkom Takoe ispolzovanie slova haos otlichaetsya ot ego obychnogo znacheniya sm haos v mifologii Otdelnaya oblast fiziki teoriya kvantovogo haosa izuchaet kvantovye sistemy kotorye demonstriruyut haoticheskoe povedenie shozhee s klassicheskimi analogami Osnovopolozhnikami teorii haosa schitayutsya francuzskij matematik i filosof Anri Puankare dokazal teoremu o vozvrashenii sovetskie matematiki A N Kolmogorov i V I Arnold a takzhe nemeckij matematik Yu K Mozer sozdavshie teoriyu ustojchivosti KAM Kolmogorova Arnolda Mozera KAM teoriya izuchaet invariantnye tory v integriruemyh sistemah pri malyh vozmusheniyah Teoriya haosa vvodit ponyatiya attraktorov vklyuchaya strannye attraktory obladayushie samopodobnoj strukturoj i demonstriruyushie slozhnuyu dinamiku Ponyatie haosaOsnovnaya statya Dinamicheskij haos V razdele ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 21 marta 2018 Primer chuvstvitelnosti sistemy k pervonachalnym usloviyam gde x 4x 1 x i y x y esli x y lt 1 inache x y 1 Zdes chyotko vidno chto ryady znachenij x i y cherez kakoe to vremya zametno otklonyayutsya drug ot druga hotya v pervonachalnyh sostoyaniyah otlichiya mikroskopicheskie V bytovom kontekste slovo haos oznachaet byt v sostoyanii besporyadka V teorii haosa prilagatelnoe haoticheskij opredeleno bolee tochno Hotya obsheprinyatogo universalnogo matematicheskogo opredeleniya haosa net obychno ispolzuemoe opredelenie govorit chto dinamicheskaya sistema kotoraya klassificiruetsya kak haoticheskaya dolzhna imet sleduyushie svojstva Ona dolzhna byt chuvstvitelna k nachalnym usloviyam Ona dolzhna imet svojstvo topologicheskogo smeshivaniya Eyo periodicheskie orbity dolzhny byt vsyudu plotnymi Bolee tochnye matematicheskie usloviya vozniknoveniya haosa vyglyadyat tak Sistema dolzhna imet nelinejnye harakteristiki byt globalno ustojchivoj no imet hotya by odnu neustojchivuyu tochku ravnovesiya kolebatelnogo tipa pri etom fraktalnaya razmernost sistemy dolzhna byt ne menee 1 5 Linejnye sistemy nikogda ne byvayut haoticheskimi Dlya togo chtoby dinamicheskaya sistema byla haoticheskoj ona dolzhna byt nelinejnoj Po teoreme Puankare Bendiksona nepreryvnaya dinamicheskaya sistema na ploskosti ne mozhet byt haoticheskoj Sredi nepreryvnyh sistem haoticheskoe povedenie imeyut tolko neploskie prostranstvennye sistemy obyazatelno nalichie ne menee tryoh izmerenij ili neevklidova geometriya Odnako diskretnaya dinamicheskaya sistema na kakoj to stadii mozhet proyavit haoticheskoe povedenie dazhe v odnomernom ili dvumernom prostranstve Chuvstvitelnost k nachalnym usloviyam Chuvstvitelnost k nachalnym usloviyam v takoj sisteme oznachaet chto sushestvuet d gt 0 displaystyle delta gt 0 takoe chto dlya lyuboj tochki x displaystyle x i lyuboj ee okrestnosti Ux displaystyle U x najdutsya tochka y Ux displaystyle y in U x i chislo n N displaystyle n in mathbb N takie chto fn x fn y gt d displaystyle f n x f n y gt delta Chuvstvitelnost k nachalnym usloviyam otlichaetsya ot Takim obrazom proizvolno nebolshoe izmenenie tekushej traektorii mozhet privesti k znachitelnomu izmeneniyu v eyo budushem povedenii Dokazano chto poslednie dva svojstva fakticheski podrazumevayut chuvstvitelnost k pervonachalnym usloviyam alternativnoe bolee slaboe opredelenie haosa ispolzuet tolko pervye dva svojstva iz vysheupomyanutogo spiska Chuvstvitelnost k nachalnym usloviyam bolee izvestna kak effekt babochki Termin voznik v svyazi so statyoj Predskazanie Vzmah krylev babochki v Brazilii vyzovet tornado v shtate Tehas kotoruyu Edvard Lorenc v 1972 godu vruchil amerikanskoj Associacii dlya prodvizheniya nauki v Vashingtone Vzmah krylev babochki simvoliziruet melkie izmeneniya v pervonachalnom sostoyanii sistemy kotorye vyzyvayut cepochku sobytij vedushih k krupnomasshtabnym izmeneniyam Topologicheskoe smeshivanie Topologicheskoe smeshivanie v dinamike haosa oznachaet takuyu shemu rasshireniya sistemy chto odna eyo oblast v kakoj to stadii rasshireniya nakladyvaetsya na lyubuyu druguyu oblast Matematicheskoe ponyatie smeshivanie kak primer haoticheskoj sistemy sootvetstvuet smeshivaniyu raznocvetnyh krasok ili zhidkostej Tonkosti opredeleniya Primer topologicheskogo smeshivaniya gde x 4x 1 x i y x y esli x y lt 1 inache x y 1 Zdes sinij region v processe razvitiya byl preobrazovan snachala v fioletovyj potom v rozovyj i krasnyj regiony i v konechnom itoge vyglyadit kak oblako tochek razbrosannyh poperyok prostranstva V populyarnyh rabotah chuvstvitelnost k pervonachalnym usloviyam chasto putaetsya s samim haosom Gran ochen tonkaya poskolku zavisit ot vybora pokazatelej izmereniya i opredeleniya rasstoyanij v konkretnoj stadii sistemy Naprimer rassmotrim prostuyu dinamicheskuyu sistemu kotoraya neodnokratno udvaivaet pervonachalnye znacheniya Takaya sistema imeet chuvstvitelnuyu zavisimost ot pervonachalnyh uslovij vezde tak kak lyubye dve sosednie tochki v pervonachalnoj stadii vposledstvii budut na znachitelnom rasstoyanii drug ot druga Odnako eyo povedenie trivialno poskolku vse tochki krome nulya imeyut tendenciyu k beskonechnosti i eto ne topologicheskoe smeshivanie V opredelenii haosa vnimanie obychno ogranichivaetsya tolko zakrytymi sistemami v kotoryh rasshirenie i chuvstvitelnost k pervonachalnym usloviyam obedinyayutsya so smeshivaniem Dazhe dlya zakrytyh sistem chuvstvitelnost k pervonachalnym usloviyam ne identichna s haosom v smysle izlozhennom vyshe Naprimer rassmotrim tor zadannyj paroj uglov x y so znacheniyami ot 0 do 2p Otobrazhenie lyuboj tochki x y opredelyaetsya kak 2x y a gde znachenie a 2p yavlyaetsya irracionalnym Udvoenie pervoj koordinaty v otobrazhenii ukazyvaet na chuvstvitelnost k pervonachalnym usloviyam Odnako iz za irracionalnogo izmeneniya vo vtoroj koordinate net nikakih periodicheskih orbit sledovatelno otobrazhenie ne yavlyaetsya haoticheskim soglasno vysheupomyanutomu opredeleniyu Primerom sistemy ne chuvstvitelnoj k nachalnym usloviyam no obladayushej svojstvom topologicheskogo smeshivaniya yavlyaetsya AttraktoryV razdele ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 21 marta 2018 Grafik attraktora Lorenca dlya znachenij r 28 s 10 b 8 3 Attra ktor ot angl attract privlekat prityagivat mnozhestvo sostoyanij tochnee tochek fazovogo prostranstva dinamicheskoj sistemy k kotorym ona stremitsya s techeniem vremeni Naibolee prostymi variantami attraktora yavlyayutsya prityagivayushaya nepodvizhnaya tochka k primeru v zadache o mayatnike s treniem i periodicheskaya traektoriya primer samovozbuzhdayushiesya kolebaniya v konture s polozhitelnoj obratnoj svyazyu odnako byvayut i znachitelno bolee slozhnye primery Nekotorye dinamicheskie sistemy yavlyayutsya haoticheskimi vsegda no v bolshinstve sluchaev haoticheskoe povedenie nablyudaetsya tolko v teh sluchayah kogda parametry dinamicheskoj sistemy prinadlezhat k nekotoromu specialnomu podprostranstvu Naibolee interesny sluchai haoticheskogo povedeniya kogda bolshoj nabor pervonachalnyh uslovij privodit k izmeneniyu na orbitah attraktora Prostoj sposob prodemonstrirovat haoticheskij attraktor eto nachat s tochki v rajone prityazheniya attraktora i zatem sostavit grafik ego posleduyushej orbity Iz za sostoyaniya topologicheskoj tranzitivnosti eto pohozhe na otobrazheniya kartiny polnogo konechnogo attraktora Naprimer v sisteme opisyvayushej mayatnik prostranstvo dvumernoe i sostoit iz dannyh o polozhenii i skorosti Mozhno sostavit grafik polozhenij mayatnika i ego skorosti Polozhenie mayatnika v pokoe budet tochkoj a odin period kolebanij budet vyglyadet na grafike kak prostaya zamknutaya krivaya Grafik v forme zamknutoj krivoj nazyvayut orbitoj Mayatnik imeet beskonechnoe kolichestvo takih orbit formiruya po vidu sovokupnost vlozhennyh ellipsov Strannye attraktoryV razdele ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 21 marta 2018 Attraktor Lorenca kak diagramma haoticheskoj sistemy Eti dva grafika demonstriruyut chuvstvitelnuyu zavisimost ot pervonachalnyh uslovij v predelah zanyatogo attraktorom regiona Bolshinstvo tipov dvizheniya opisyvaetsya prostymi attraktorami yavlyayushimisya ogranichennymi ciklami Haoticheskoe dvizhenie opisyvaetsya strannymi attraktorami kotorye ochen slozhny i imeyut mnogo parametrov Naprimer prostaya tryohmernaya sistema pogody opisyvaetsya izvestnym attraktorom Lorenca odnoj iz samyh izvestnyh diagramm haoticheskih sistem ne tolko potomu chto ona byla odnoj iz pervyh no i potomu chto ona odna iz samyh slozhnyh Drugim takim attraktorom yavlyaetsya attraktor Ryosslera kotoraya imeet dvojnoj period podobno logisticheskomu otobrazheniyu V otlichie ot attraktorov s nepodvizhnoj tochkoj i predelnyh ciklov attraktory voznikayushie iz haoticheskih sistem izvestnyh kak strannye attraktory imeyut znachitelnuyu detalizaciyu i slozhnost Strannye attraktory vstrechayutsya kak v nepreryvnyh dinamicheskih sistemah takih kak sistema Lorenca tak i v nekotoryh diskretnyh sistemah takih kak otobrazhenie Eno Drugie diskretnye dinamicheskie sistemy imeyut ottalkivayushuyu strukturu nazyvaemuyu mnozhestvom Zhyulia kotoraya obrazuetsya na granice mezhdu bassejnami prityazheniya nepodvizhnyh tochek Mnozhestva Zhyulia mozhno rassmatrivat kak strannye repellery I strannye attraktory i mnozhestva Zhyulia imeyut tipichnuyu rekursivnuyu fraktalnuyu strukturu Teorema Puankare Bendiksona dokazyvaet chto strannyj attraktor mozhet vozniknut v nepreryvnoj dinamicheskoj sisteme tolko esli ona imeet tri ili bolshe izmerenij Odnako eto ogranichenie ne rabotaet dlya diskretnyh dinamicheskih sistem Diskretnye dvuh i dazhe odnomernye sistemy mogut imet strannye attraktory Dvizhenie tryoh ili bolshego kolichestva tel ispytyvayushih gravitacionnoe prityazhenie pri nekotoryh nachalnyh usloviyah mozhet okazatsya haoticheskim dvizheniem Prostye haoticheskie sistemyV razdele ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 21 marta 2018 Haoticheskimi mogut byt i prostye sistemy bez differencialnyh uravnenij Primerom mozhet byt logisticheskoe otobrazhenie kotoroe opisyvaet izmenenie kolichestva naseleniya s techeniem vremeni Logisticheskoe otobrazhenie yavlyaetsya polinomialnym otobrazheniem vtoroj stepeni i chasto privoditsya v kachestve tipichnogo primera togo kak haoticheskoe povedenie mozhet voznikat iz ochen prostyh nelinejnyh dinamicheskih uravnenij Eshyo odin primer eto model Rikera kotoraya takzhe opisyvaet dinamiku naseleniya Kletochnyj avtomat eto nabor kletok obrazuyushih nekotoruyu periodicheskuyu reshyotku s zadannymi pravilami perehoda Kletochnyj avtomat yavlyaetsya diskretnoj dinamicheskoj sistemoj povedenie kotoroj polnostyu opredelyaetsya v terminah lokalnyh zavisimostej Evolyuciya dazhe prostyh diskretnyh sistem takih kak kletochnye avtomaty mozhet silno zaviset ot nachalnyh uslovij Eta tema podrobno rassmotrena v rabotah Stivena Volframa Prostuyu model konservativnogo obratimogo haoticheskogo povedeniya demonstriruet tak nazyvaemoe otobrazhenie kot Arnolda V matematike otobrazhenie kot Arnolda yavlyaetsya modelyu tora kotoruyu V I Arnold prodemonstriroval v 1960 godu s ispolzovaniem obraza koshki Pokazat haos dlya sootvetstvuyushih znachenij parametra mozhet dazhe odnomernoe otobrazhenie no dlya differencialnogo uravneniya trebuetsya tri ili bolshe izmerenij Teorema Puankare Bendiksona utverzhdaet chto dvumernoe differencialnoe uravnenie imeet ochen stabilnoe povedenie Tryohmernye kvadratichnye sistemy tolko s tremya ili chetyrmya peremennymi ne mogut demonstrirovat haoticheskoe povedenie Prichina v tom chto resheniya takih sistem yavlyayutsya asimptoticheskimi po otnosheniyu k dvumernym ploskostyam i poetomu predstavlyayut soboj stabilnye resheniya Cep Chua yavlyaetsya odnoj iz prostejshih elektricheskih cepej generiruyushih haoticheskie kolebaniya Matematicheskaya teoriyaTeorema Sharkovskogo eto osnova dokazatelstva Li i Jorke 1975 o tom chto odnomernaya sistema s regulyarnym trojnym periodom cikla mozhet otobrazit regulyarnye cikly lyuboj drugoj dliny tak zhe kak i polnostyu haoticheskih orbit Matematiki izobreli mnogo dopolnitelnyh sposobov opisat haoticheskie sistemy kolichestvennymi pokazatelyami Syuda vhodyat rekursivnoe izmerenie attraktora eksponenty Lyapunova grafiki rekurrentnogo sootnosheniya otobrazhenie Puankare diagrammy udvoeniya i operator sdviga HronologiyaV razdele ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 21 marta 2018 Fraktalnyj paporotnik sozdannyj blagodarya igre haosa Prirodnye formy paporotniki oblaka gory i t d mogut byt vossozdany cherez sistemu povtoryayushihsya funkcij Pervym issledovatelem haosa byl Anri Puankare V 1880 h godah pri izuchenii povedeniya sistemy s tremya telami vzaimodejstvuyushimi gravitacionno on zametil chto mogut sushestvovat neperiodicheskie orbity kotorye postoyanno i ne udalyayutsya i ne priblizhayutsya k konkretnoj tochke V 1898 godu Zhak Adamar izdal vliyatelnuyu rabotu o haoticheskom dvizhenii svobodnoj chasticy skolzyashej bez treniya po poverhnosti postoyannoj otricatelnoj krivizny V svoej rabote bilyard Adamara on dokazal chto vse traektorii nepostoyanny i chasticy v nih otklonyayutsya drug ot druga s polozhitelnoj eksponentoj Lyapunova Pochti vsya bolee rannyaya teoriya pod nazvaniem ergodicheskaya teoriya byla razrabotana tolko matematikami Pozzhe nelinejnye differencialnye uravneniya izuchali Birghof A Kolmogorov M Karetnik Dzh Litlvud i Stiven Smejl Krome Smejla na izuchenie haosa vseh ih vdohnovila fizika povedenie tryoh tel v sluchae s Birghofom turbulentnost i astronomicheskie issledovaniya v sluchae s Kolmogorovym radiotehnika v sluchae s Karetnikom i Litlvudom Hotya haoticheskoe planetarnoe dvizhenie ne izuchalos eksperimentatory stolknulis s turbulentnostyu techeniya zhidkosti i neperiodicheskimi kolebaniyami v radioshemah ne imeya dostatochnoj teorii chtoby eto obyasnit Nesmotrya na popytki ponyat haos v pervoj polovine 20 veka teoriya haosa kak takovaya nachala formirovatsya tolko s serediny stoletiya Togda dlya nekotoryh uchyonyh stalo ochevidno chto preobladayushaya v to vremya linejnaya teoriya prosto ne mozhet obyasnit nekotorye nablyudaemye eksperimenty podobno logisticheskomu otobrazheniyu Chtoby zaranee isklyuchit netochnosti pri izuchenii prostye pomehi v teorii haosa schitali polnocennoj sostavlyayushej izuchaemoj sistemy Osnovnym katalizatorom dlya razvitiya teorii haosa stala elektronno vychislitelnaya mashina Bolshaya chast matematiki v teorii haosa vypolnyaet povtornuyu iteraciyu prostyh matematicheskih formul kotorye delat vruchnuyu vesma trudoyomko Elektronno vychislitelnye mashiny delali takie povtornye vychisleniya dostatochno bystro togda kak risunki i izobrazheniya pozvolyali vizualizirovat eti sistemy Odnim iz pionerov v teorii haosa byl Edvard Lorenc interes kotorogo k haosu poyavilsya sluchajno kogda on rabotal nad predskazaniem pogody v 1961 godu Pogodnoe modelirovanie Lorenc vypolnyal na prostom cifrovom kompyutere McBee LGP 30 Kogda on zahotel uvidet vsyu posledovatelnost dannyh to chtoby sekonomit vremya on zapustil modelirovanie s serediny processa vvedya dannye s raspechatki kotorye on vychislil v proshlyj raz K ego udivleniyu pogoda kotoruyu mashina nachala predskazyvat polnostyu otlichalas ot pogody rasschitannoj prezhde Lorenc obratilsya k kompyuternoj raspechatke Kompyuter rabotal s tochnostyu do 6 cifr no raspechatka okruglila peremennye do 3 cifr naprimer znachenie 0 506127 bylo napechatano kak 0 506 Eto nesushestvennoe otlichie ne dolzhno bylo imet fakticheski nikakogo effekta Odnako Lorenc obnaruzhil chto malejshie izmeneniya v pervonachalnyh usloviyah vyzyvayut bolshie izmeneniya v rezultate Otkrytiyu dali imya Lorenca i ono dokazalo chto meteorologiya ne mozhet tochno predskazat pogodu na period bolee nedeli Godom ranee Benua Mandelbrot nashyol povtoryayushiesya obrazcy v kazhdoj gruppe dannyh o cenah na hlopok On izuchal teoriyu informacii i zaklyuchil chto struktura pomeh podobna naboru Regenta neizvestnyj termin v lyubom masshtabe proporciya periodov s pomehami k periodam bez nih byla postoyannoj znachit oshibki neizbezhny i dolzhny byt zaplanirovany Mandelbrot opisal dva yavleniya effekt Noya kotoryj voznikaet kogda proishodyat vnezapnye preryvistye izmeneniya naprimer izmenenie cen posle plohih novostej i effekt Iosifa v kotorom znacheniya postoyanny nekotoroe vremya no vsyo zhe vnezapno izmenyayutsya vposledstvii V 1967 godu on izdal rabotu Kakoj dliny poberezhe Velikobritanii Statisticheskie dannye podobnostej i razlichij v izmereniyah dokazyvaya chto dannye o dline beregovoj linii izmenyayutsya v zavisimosti ot masshtaba izmeritelnogo pribora On utverzhdal chto klubok bechyovki kazhetsya tochkoj esli ego rassmatrivat izdaleka 0 mernoe prostranstvo on zhe budet klubkom ili sharom esli ego rassmatrivat dostatochno blizko 3 mernoe prostranstvo ili mozhet vyglyadet zamknutoj krivoj liniej sverhu 1 mernoe prostranstvo On dokazal chto dannye izmereniya obekta vsegda otnositelny i zavisyat ot tochki nablyudeniya Obekt izobrazheniya kotorogo yavlyayutsya postoyannymi v razlichnyh masshtabah samopodobie yavlyaetsya fraktalom naprimer krivaya Koha ili snezhinka V 1975 godu Mandelbrot opublikoval rabotu Fraktalnaya geometriya prirody kotoraya stala klassicheskoj teoriej haosa Nekotorye biologicheskie sistemy takie kak sistema krovoobrasheniya i bronhialnaya sistema podhodyat pod opisanie fraktalnoj modeli Turbulentnye potoki vozduha ot kryla samolyota obrazuyushiesya vo vremya ego posadki Izuchenie kriticheskoj tochki posle kotoroj sistema sozdaet turbulentnost byli vazhny dlya razvitiya teorii haosa Naprimer sovetskij fizik Lev Landau razrabotal angl Pozzhe Devid Ruell i Floris Tejkns predskazali vopreki Landau chto turbulentnost v zhidkosti mogla razvitsya cherez strannyj attraktor to est osnovnuyu koncepciyu teorii haosa Yavleniya haosa nablyudali mnogie eksperimentatory eshyo do togo kak ego nachali issledovat Naprimer v 1927 godu Van der Pol a v 1958 godu P Ives 27 noyabrya 1961 goda J Ueda buduchi aspirantom v laboratorii Kiotskogo universiteta zametil nekuyu zakonomernost i nazval eyo sluchajnye yavleniya prevrashenij kogda eksperimentiroval s analogovymi vychislitelnymi mashinami Tem ne menee ego rukovoditel ne soglasilsya togda s ego vyvodami i ne pozvolil emu predstavit svoi vyvody obshestvennosti do 1970 goda V dekabre 1977 goda Nyu Jorkskaya akademiya nauk organizovala pervyj simpozium o teorii haosa kotoryj posetili Devid Ruell Robert Mej Dzhejms A Iork Robert Shou J Dayan Fermer Norman Pakard i meteorolog Edvard Lorenc V sleduyushem godu Mitchell Fejgenbaum izdal statyu Kolichestvennaya universalnost dlya nelinejnyh preobrazovanij gde on opisal logisticheskie otobrazheniya M Fejgenbaum primenil rekursivnuyu geometriyu k izucheniyu estestvennyh form takih kak beregovye linii Osobennost ego raboty v tom chto on ustanovil universalnost v haose i primenyal teoriyu haosa ko mnogim yavleniyam V 1979 godu Albert Dzh Libchejbr na simpoziume v Osine predstavil svoi eksperimentalnye nablyudeniya kaskada razdvoeniya kotoryj vedyot k haosu Ego nagradili premiej Volfa v fizike sovmestno s Mitchellom Dzh Fejgenbaumom v 1986 godu za blestyashuyu eksperimentalnuyu demonstraciyu perehodov k haosu v dinamicheskih sistemah Togda zhe v 1986 godu Nyu Jorkskaya Akademiya Nauk vmeste s nacionalnym Institutom Mozga i centrom Voenno morskih issledovanij organizovali pervuyu vazhnuyu konferenciyu po haosu v biologii i medicine Tam Bernardo Uberman prodemonstriroval matematicheskuyu model glaza i narushenij ego podvizhnosti sredi shizofrenikov Eto privelo k shirokomu primeneniyu teorii haosa v fiziologii v 1980 h godah naprimer v izuchenii patologii serdechnyh ciklov V 1987 godu Per Bak Chao Tan i Kurt Visenfeld napechatali statyu v gazete gde vpervye opisali sistemu samodostatochnosti SS kotoraya yavlyaetsya odnim iz prirodnyh mehanizmov Mnogie issledovaniya togda byli skoncentrirovany vokrug krupnomasshtabnyh estestvennyh ili socialnyh sistem CC stala silnym pretendentom na obyasnenie mnozhestva estestvennyh yavlenij vklyuchaya zemletryaseniya solnechnye vspleski kolebaniya v ekonomicheskih sistemah formirovanie landshafta lesnye pozhary opolzni epidemii i biologicheskuyu evolyuciyu Uchityvaya nestabilnoe i bezmasshtabnoe raspredelenie sluchaev vozniknoveniya ne stranno chto nekotorye issledovateli predlozhili rassmotret kak primer CC vozniknovenie vojn Eti prikladnye issledovaniya vklyuchali v sebya dve popytki modelirovaniya razrabotka novyh modelej i prisposoblenie sushestvuyushih k dannoj estestvennoj sisteme V tom zhe godu Dzhejms Gleik izdal rabotu Haos sozdanie novoj nauki kotoraya stala bestsellerom i predstavila shirokoj publike obshie principy teorii haosa i eyo hronologiyu Teoriya haosa progressivno razvivalas kak mezhpredmetnaya i universitetskaya disciplina glavnym obrazom pod nazvaniem analiz nelinejnyh sistem Opirayas na koncepciyu Tomasa Kuna o smene paradigm mnogo uchyonyh haotikov tak oni sami nazvali sebya utverzhdali chto eta novaya teoriya i est primer sdviga Dostupnost bolee deshyovyh bolee moshnyh kompyuterov rasshiryaet vozmozhnosti primeneniya teorii haosa V nastoyashee vremya teoriya haosa prodolzhaet byt ochen aktivnoj oblastyu issledovanij vovlekaya mnogo raznyh disciplin matematika topologiya fizika biologiya meteorologiya astrofizika teoriya informacii i t d PrimenenieV razdele ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 21 marta 2018 Teoriya haosa primenyaetsya vo mnogih nauchnyh disciplinah matematika biologiya informatika ekonomika inzheneriya finansy filosofiya fizika politika psihologiya i robototehnika V laboratorii haoticheskoe povedenie mozhno nablyudat v raznyh sistemah naprimer elektricheskie shemy lazery himicheskie reakcii dinamika zhidkostej i magnitno mehanicheskih ustrojstv V prirode haoticheskoe povedenie nablyudaetsya v dvizhenii sputnikov solnechnoj sistemy evolyucii magnitnogo polya astronomicheskih tel priroste naseleniya v ekologii dinamike potencialov v nejronah i molekulyarnyh kolebaniyah Est sushestvennye osnovaniya polagat o sushestvovanii dinamiki haosa v tektonike plit i v ekonomike Odno iz samyh uspeshnyh primenenij teorii haosa bylo v ekologii kogda dinamicheskie sistemy pohozhie na model Rikera ispolzovalis chtoby pokazat zavisimost prirosta naseleniya ot ego plotnosti V nastoyashee vremya teoriya haosa takzhe primenyaetsya v medicine pri izuchenii epilepsii dlya predskazanij pristupov uchityvaya pervonachalnoe sostoyanie organizma Pohozhaya oblast fiziki nazvannaya kvantovoj teoriej haosa issleduet svyaz mezhdu haosom i kvantovoj mehanikoj Nedavno poyavilas novaya oblast nazvannaya haosom otnositelnosti chtoby opisat sistemy kotorye razvivayutsya po zakonam obshej teorii otnositelnosti Razlichiya mezhdu sluchajnymi i haoticheskimi dannymiV razdele ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 21 marta 2018 Stil etogo razdela neenciklopedichen ili narushaet normy literaturnogo russkogo yazyka Statyu sleduet ispravit soglasno stilisticheskim pravilam Vikipedii 21 marta 2018 Tolko po ishodnym dannym trudno skazat kakim yavlyaetsya nablyudaemyj process sluchajnym ili haoticheskim potomu chto prakticheski ne sushestvuet yavnogo chistogo signala otlichiya Vsegda budut nekotorye pomehi dazhe esli ih okruglyat ili ne uchityvat Eto znachit chto lyubaya sistema dazhe esli ona determinirovannaya budet soderzhat nemnogo sluchajnostej Chtoby otlichit determinirovannyj process ot stohasticheskogo nuzhno znat chto determinirovannaya sistema vsegda razvivaetsya po odnomu i tomu zhe puti ot dannoj otpravnoj tochki Takim obrazom chtoby proverit process na determinizm neobhodimo Vybrat testiruemoe sostoyanie Najti neskolko podobnyh ili pochti podobnyh sostoyanij Sravnit ih razvitie vo vremeni Pogreshnost opredelyaetsya kak razlichie mezhdu izmeneniyami v testiruemom i podobnom sostoyaniyah Determinirovannaya sistema budet imet ochen malenkuyu pogreshnost ustojchivyj postoyannyj rezultat ili ona budet uvelichivatsya po eksponente so vremenem haos Stohasticheskaya sistema budet imet besporyadochno raspredelyonnuyu pogreshnost Po sushestvu vse metody opredeleniya determinizma osnovyvayutsya na obnaruzhenii sostoyanij samyh blizkih k testiruemomu to est izmereniyu korrelyacii eksponenty Lyapunova i t d Chtoby opredelit sostoyanie sistemy obychno polagayutsya na prostranstvennye metody opredeleniya stadii razvitiya Issledovatel vybiraet diapazon izmereniya i issleduet razvitie pogreshnosti mezhdu dvumya blizlezhashimi sostoyaniyami Esli ona vyglyadit sluchajnoj togda nuzhno uvelichit diapazon chtoby poluchit determinirovannuyu pogreshnost Vo pervyh slozhnost sostoit v tom chto pri uvelichenii diapazona izmereniya poisk blizlezhashego sostoyaniya trebuet namnogo bolshego kolichestva vremeni dlya vychislenij chtoby najti podhodyashego pretendenta Esli diapazon izmereniya vybran slishkom malenkim to determinirovannye dannye mogut vyglyadet sluchajnymi no esli diapazon slishkom bolshoj to etogo ne sluchitsya metod budet rabotat Kogda v nelinejnuyu determinirovannuyu sistemu vmeshivayutsya vneshnie pomehi eyo traektoriya postoyanno iskazhaetsya Bolee togo dejstviya pomeh usilivayutsya iz za nelinejnosti i sistema pokazyvaet polnostyu novye dinamicheskie svojstva Statisticheskie ispytaniya pytayushiesya otdelit pomehi ot determinirovannoj osnovy ili izolirovat ih poterpeli neudachu Pri nalichii vzaimodejstviya mezhdu nelinejnymi determinirovannymi komponentami i pomehami poyavlyaetsya dinamika kotoruyu tradicionnye ispytaniya na nelinejnost inogda ne sposobny fiksirovat Sm takzheFraktal Haos Dinamicheskij haos Kvantovyj haos Uilyam Brok avtor raboty Teoriya Haosa 2001 g Effekt babochki Sinergetika Nelinejnaya dinamika Lavinnyj effekt I gryanul grom Fraktalnyj analiz rynka Attraktor Lorenca Attraktor Ryosslera Attraktor PlykinaPrimechaniyaZhang Fu Jack Heidel Non chaotic behaviour in three dimensional quadratic systems angl Nonlinearity journal 1997 Vol 10 no 5 P 1289 1303 doi 10 1088 0951 7715 10 5 014 Bibcode 1997Nonli 10 1289F Jack Heidel Zhang Fu Nonchaotic behaviour in three dimensional quadratic systems II The conservative case angl Nonlinearity journal 1999 Vol 12 no 3 P 617 633 doi 10 1088 0951 7715 12 3 012 Bibcode 1999Nonli 12 617H LiteraturaAhromeeva T S Kurdyumov S P Malineckij G G Samarskij A A Nestacionarnye struktury i diffuzionnyj haos M Nauka 1992 Malineckij G G Haos Struktury Vychislitelnyj eksperiment Vvedenie v nelinejnuyu dinamiku 3 e izd M URSS 2001 Malineckij G G Potapov A B Podlazov A V Nelinejnaya dinamika podhody rezultaty nadezhdy M URSS 2006 SsylkiElektronnaya biblioteka po nelinejnoj dinamike knigi po teorii haosa Proekt Entropiya stati po teorii haosa fraktalam attraktoram Haos i poryadok diskretnyh sistem v svete sinergeticheskoj teorii informaciiDlya uluchsheniya etoj stati po matematike zhelatelno Ispravit statyu soglasno stilisticheskim pravilam Vikipedii Proverit dostovernost ukazannoj v state informacii Na stranice obsuzhdeniya dolzhny byt poyasneniya Oformit statyu po pravilam Najti i oformit v vide snosok ssylki na nezavisimye avtoritetnye istochniki podtverzhdayushie napisannoe Pozhalujsta posle ispravleniya problemy isklyuchite eyo iz spiska parametrov Posle ustraneniya vseh nedostatkov etot shablon mozhet byt udalyon lyubym uchastnikom

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто