混沌与随机数
26页1、混沌与随机数 信息隐藏实验教程 教学幻灯片四 一个最基本的混沌模型 虫口模型 虫口模型又称为Logistic映射 在某一范围内单一种类的昆虫繁殖时 其第n年的数量与第n 1年的数量可以表示为 xn 1 xn a bxn 其中a表示增长率 bxn表示考虑到争夺食物等因素引起的虫口饱和 一个最基本的混沌模型 虫口模型 为了数学上处理的方便 我们再设a b 因此考虑下列关系式 xn 1 xn 1 xn 我们下面进一步分析Logistic方程所描述的虫口问题的一些特征 一个最基本的混沌模型 虫口模型 当取 2 5 xo 0 5时x1 0 625x2 0 5859375 x28 0 599999998x29 0 6x30 0 6 一个最基本的混沌模型 虫口模型 可以看出 当n的值大于29时 x的值不再改变 即使改变x0的值 只要 2 5 迭代方程最终会收敛到0 6 不同的只是达到收敛值的迭代路径 即不论初值为什么 迭代方程最终都会被吸引到一个固定值 这个固定值被称为吸引子 一个最基本的混沌模型 虫口模型 我们再取 3 3 x0 0 5 可得 x32 0 479427020 x33 0 82360
2、3283x34 0 479427020 x35 0 823603283 一个最基本的混沌模型 虫口模型 可见 当 取3 3时 有两个吸引子 这种收敛轨迹被称为周期2轨迹 一个最基本的混沌模型 虫口模型 我们根据参数 的取值讨论如下 大于0小于等于1时除了不动点Xs 0外 在也没有其他周期点 且Xs为吸引不动点 吸引子 即迭代方程最后会归于0 虫子最终会灭绝 大于1小于3时不动点0 1 1 为仅有的两个周期点 且0为排斥不动点 1 1 为吸引不动点 一个最基本的混沌模型 虫口模型 大于等于3小于等于4时系统的动力学形态十分复杂 系统由倍周期通向混沌 前面的 3 3就是这样 大于4时系统的动力学形态更复杂 一个最基本的混沌模型 虫口模型 下图给出了不同的 值下虫口模型的时间序列 特征量 Lyapunov指数Lyapunov维数kolmogorov熵 Lyapunov指数 混沌运动的基本特点是运动对初值条件极为敏感 两个很靠近的初值所产生的轨道 随时间推移按指数方式分离 我们用Lyapunov指数来描述这一现象 与初始值的选取没有关系 称为Lyapunov指数 它表示平均每次迭代所引起的指数
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