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线性控制与非线性动力学网络真的有关吗?
jjjphysics 2019-9-5 13:16
最近本人和导师来颖诚教授一起发表的文章讨论了线性控制在非线性动力学网络中应用的问题。 本文主要内容如下: 线性控制理论在复杂网络中已经取得了巨大的发展, 然而自然界中真实的系统本质上依然是非线性的。那么线性控制真的与非线性动力学网络相关吗?研究这个问题, 我们基于一个线性控制和非线性控制的普遍特性——节点控制重要性。我们定义线性节点控制重要性为该节点出现在最小控制集中的概率。通过研究大量真实的互惠网络和基因调控网络, 我们将非线性节点控制重要性定义为该节点在系统经历引爆点而突然崩溃后恢复系统到正常状态的能力。 我们发现这些网络中非线性和线性节点控制重要性呈现出相反的趋势。对于非线性节点控制重要性来说,网络中的大度节点倾向于更重要,而对于线性节点控制重要性来说小度节点似乎更有优势。这个发现似乎很好地证明了线性控制与非线性动力学网络无关。 本文中还研究和讨论了最近一篇宣称将线性控制理论成功地运用到线虫神经网络的文章。 附上本文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-019-11822-5
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廿载一剑,三载一书----《从动力学到统计物理学》前言
热度 16 zgzheng 2016-11-24 09:44
从2013年接受朱邦芬和王恩哥院士邀请,我们的专著《从动力学到统计物理学》一书终于与大家见面了。科学网常常会讨论写专著的事情,接受本书的撰写邀请也是经过很长时间的思考,最后决定写,是认为统计物理学基本问题至今尚有很多人处于迷惑状态,希望本书可以澄清一些观念。 在此把本书前言粘贴于此,希望引起各位同仁的共鸣,并请各位前辈指教。 另外,经朋友建议,我把本书的目录也张贴在下面。 从动力学到统计物理学 书号: 27660 ISBN: 978-7-301-27660-0 作者: 郑志刚 胡岗 版次: 1 开本: 16开 装订: 平 字数: 610 千字 页数:512 定价: ¥89.00 浏览次数: 21       出版日期: 2016-11-03 丛书名: 中外物理学精品书系 前  言 这是一本试图在动力学与统计物理之间架起一座桥梁的书。动力学指的是一个系统在微观自由度层面的变量的演化行为,在物理上由经典力学或量子力学来描写。统计物理学则是一门对一个系统宏观热力学给予统计解释的学科。要架起一座桥梁并不容易,因为虽然统计物理学已经发展了100多年,但动力学与统计力学的关系至今仍然是一个颇具争议的问题,历史上它被称为统计物理基本问题。微观动力学与统计力学及其宏观热力学的关系不仅仅在平衡态统计物理中存在。近年来随着小系统、小尺度、非广延、非平衡等因素的介入,有关基本问题的研究由于涉及到统计力学的根基而显得更加重要。 统计物理学的研究对象是由大量单元组成的热力学系统,它成功地从微观上阐述了大自由度系统的宏观热力学现象及各种宏观行为的转变。通过引进合理的统计假设及考虑系统的各种作用,统计物理可以利用系综运算处理微观层次的复杂性,从而在宏观层次上理解热力学的一般规律。如今统计物理的思想方法和研究成果已被用于大量的领域。 统计物理自诞生之日起就面临两对矛盾的挑战。一是系统微观动力学的确定性与统计物理研究对象行为的随机性之间的矛盾。这引出了统计物理的第一个基本问题,即统计性或随机性的动力学根源。第二对矛盾则是系统微观动力学的时间可逆性与宏观热力学过程的不可逆性之间的矛盾。这引出了统计力学中最古老和最有趣的问题之一,即第二个基本问题———宏观热力学时间不可逆性的微观起源。 历史上对上述两对矛盾的研究是相互关联的。在微观世界中,分子运动所遵循的运动方程对时间反演不变,这种微观可逆性在某种条件下会在宏观热力学上体现出来,例如非平衡输运过程中的昂萨格倒易关系就是典型的漂亮结果。然而一般情况下,热力学过程的不可逆性是热力学的根本特点,它由热力学第二定律给出。统计物理学先驱玻尔兹曼于1872年推导出了稀薄气体单体约化几率分布随时间演化的方程,并推导了单粒子熵随时间单调演化的 H 定理,阐释了气体系统热力学过程的不可逆性,但这也受到了一些物理学家的猛烈攻击。为从动力学层面解释宏观不可逆性,玻尔兹曼提出了遍历性,由此开启了遍历理论的建立和发展过程。遍历理论在动力学和统计之间搭建了从微观到宏观的重要桥梁,此课题的重要性和意义在混沌动力学研究开展的几十年以后已不言自明。近几十年来的研究已经表明,系统微观动力学遍历性揭示了随机性和统计手段的内在起源,它们并非来自外来因素,而是来自系统微观动力学的不稳定性与内禀随机性,其中动力学的不稳定性密切联系着宏观过程的不可逆性。因此,从统计意义上来看,宏观过程的不可逆性与微观动力学的可逆性二者之间并不矛盾。在此意义上,系统的无限大自由度已不是决定性的因素。人们可以建立少自由度系统的统计力学及热力学。 虽然关于热力学系统平衡态的微观动力学与统计之间的关系已基本清楚,但人们对非平衡态的理解,无论从宏观层面还是微观层面上都远未清楚,系统的非线性与复杂性产生的非平衡过程的多样性是建立普遍性基础理论的主要困难之一。非平衡态统计理论同样涉及类似于平衡态统计的基本问题,即动力学与统计之间的关系问题,称为非平衡态统计物理基本问题。在过去的半个多世纪里,非平衡态统计力学和不可逆过程热力学理论研究和框架构建也取得了许多令人振奋的进展。非平衡现象的研究领域已经从近平衡态扩展到了远离平衡态的系统,普利高津的耗散结构论与哈肯的协同学等一系列成果掀起了人们对非平衡系统研究的热潮,对各种非平衡现象及其内在本质普遍规律的细致深入研究已经成为了当前理论物理和其他交叉学科的重要前沿课题。纳米尺度下的非平衡行为在近二十年成为研究的热点。在纳米尺度下,一些效应变得非常重要,人们发现了系统在非平衡条件下的一系列称为涨落定理的行为关系,其中包括1995年加拉沃蒂与科恩针对满足阿诺索夫性的系统在混沌假设下提出的基于动力学层面的涨落定理,伊万斯与瑟尔斯在1994年从统计系综的角度对正逆过程的不对称性进行阐述及提出的瞬时涨落定理,加津斯基于1997年在热力学层面对一般非平衡过程热力学量之间关系的自由能等式,1998年克鲁克斯建立的热力学过程做功概率满足的半热力学涨落定理等。这些定理或关系的提出及其诠释是对一个多世纪以前统计物理基本问题和不可逆性起源问题的延续,人们在从动力学到热力学的不同层面以小系统为研究对象取得了更为深刻的理论结果,为100多年前的那些论战提供了更为清晰的回答。另一方面,由于小尺度和小系统热力学本身就是近年来随技术发展已经提上日程的应用研究的重要问题,因此这些理论研究成果跨越了少体系统的平衡态和非平衡态统计物理与应用之间的鸿沟,实验研究为理论提供了重要的实例验证,理论结果又为小系统的热力学及其测量提供了理论依据和方法。 有关热力学第二定律基本问题讨论的本质是对非平衡过程的理解。自然界大量的非平衡物理过程、化学反应动力学、生命过程以至于人类社会的经济等各种活动等表面上看起来似乎完全不同的非平衡现象背后是非平衡区域的输运行为,它们通过物质、能量或信息的时空迁移过程,如扩散、漂移、热传导、黏滞性等宏观现象展现出来。近年来,作用于系统上的外力总效果为零甚至无偏置外力情况下物质或能量在空间中产生的定向输运问题受到了广泛关注,对这一大类问题的研究有助于深入理解各种非平衡过程。 热传导是能量在空间的定向输运过程,它是典型的非平衡统计热力学问题。传统热传导问题是非平衡热力学系统输运理论与线性响应理论的重要组成部分,其早期研究主要是采用唯象理论,并得到了线性响应下的傅里叶定律。基于经典和量子的微观动力学,利用统计物理方法导出热传导基本定律是非常重要的课题。低维与纳米材料的热传导理论与实验研究近年来形成了两个方面的小热潮,一个方面是正常热导率的动力学机制研究,另外一个方面则是低维体系热传导行为的应用,特别是热调控器件的理论与实验研究。 正常热导率的问题是热传导微观动力学机制研究中非常重要的问题。近年来人们发现,低维体系的热导率不仅与材料性质有关,而且还可能是系统尺寸的函数,这种反常的热导率现象引起了人们的极大兴趣。人们从微观动力学的不同角度对大量一维和二维系统的热传导性质开展了研究,使得微观动力学行为与宏观能量输运之间的关系扩展到了更深入的从非线性动力学、声子与非线性模式动力学等角度对热传导机制的解释。这些研究促进了大自由度系统的统计性质、集体模激发性质、非线性波等相关问题的研究。基于声子图像的热传导微观理论,特别是声子的重整化理论不仅解释了热传导的微观机制,而且成功地应用到了低维材料的热导性质参数的计算中。 热传导微观机制的研究也为实现能量输运与热传导过程的调控提供了必要的理论基础。以2002年特拉尼奥等人通过引入缺陷成功控制热流而开辟热输运调控的新方向为起点,人们提出了热二极管、热三极管、热逻辑门等热调控器件的基本机制,并已在实验研究方面取得了进展。这些潜在的应用推动沉寂多年的声子学作为一门兼跨理论研究与实际应用的学科与电子学和光子学等站在一起,焕发新的生机和活力。 非平衡系统在外力总效果为零的情况下发生定向输运,意味着内部或外部的某些对称性被打破,以此将非定向驱动的能量或涨落转化为定向的物质流动或做功。这种现象在物理上称为棘轮效应。在生物学中也有一类与此相关的被称为分子马达的分子机器。分子马达的行为是生命活动中最典型、最基本的非平衡现象。生命体区别于非生命体的重要标志是主动运动,实现各种主动的运动是通过被称为分子马达的蛋白酶来完成的,它们扮演着生命宏观活动的微观守护神的角色,在生物体内无处不在,并执行着如肌肉收缩、细胞内和细胞间的物质输运、 DNA 复制、细胞分裂等各种各样的生物功能。因此,探索细胞层次的生命运动不仅是生物学的重要使命,也是物理学家非常感兴趣的领域。 分 子马达的结构和功能具有多样性。另一方面,很多不同种类的分子马达分享着类似的基本物理原理。因此,即使不同分子马达进化过程毫不相关,生物功能也各不相同,但对某一分子马达的分析都可以不断地启示我们对其他分子马达功能的确定。物理学家更喜欢透过现象看本质,并通过建立简单的模型来探讨分子马达产生定向输运的生物复杂性行为,通过了解这些不同种类的分子马达的结构和功能,进一步在物理上利用简单的机理和方程来揭示和描述其运动。对于分子马达功能的深入和更为丰富的理解,需要生物学、物理学、化学和力学的交叉。生物分子马达的研究是近年来生物学和物理学融合成果丰硕的热点领域之一。由于分子马达蛋白尺度小以及它们的工作大多处在热运动起重要作用的条件下,测量分子马达速率及发现相关的物理量在技术上就很具挑战性。许多用于各种物理概念测量的精巧技术大部分是由生物学家和物理学家一起合作开发的。 上述的一些列涉及统计物理的激动人心的新课题表明了一个重要事实,那就是系统的微观动力学扮演着重要的角色。一方面,微观动力学的遍历理论为统计思想和方法的运用提供了基础,架起了从动力学到统计的桥梁 ; 另一方面,微观动力学远远不限于满足遍历性这样相对简单的满足一定统计性的特征,遍历性破缺的情形随处可见。系统在微观动力学的这种复杂性使得系统会表现出各种非平衡的宏观涌现行为。物理上的平衡态与非平衡态相变就为我们展现了丰富多彩的由于遍历性破缺或对称破缺而产生的现象。我们不准备在本书中对这些问题的各个方面进行面面俱到的讨论,而是集中论述平衡态和非平衡态统计物理的基本问题及其近年来围绕基本问题的一些重要研究成果,主要内容包括平衡态统计物理基本问题,即动力系统学理论与遍历理论、少体系统的统计力学、高维哈密顿系统的动力学微分几何理论与拓扑相变、有限非平衡体系的涨落定理、低维体系的热传导与反常扩散、分子马达与定向输运等。本书自始自终贯穿的一条主线是热力学与统计力学中微观动力学扮演着重要角色的那些宏观集体行为。本书的内容安排如下 : 第一章将系统阐述确定性动力学系统的不稳定性与内禀随机动力学。我们从经典力学开始,以哈密顿系统的混沌行为为核心切入问题的讨论,通过对混沌动力学的详细分析来阐明随机性的微观动力学起源在于非线性系统的动力学不稳定性及其导致的混沌运动。混沌动力学研究表明,确定性系统会由于“失之毫厘,差之千里”的初值敏感性混沌特点而导致长时间行为的随机性,这一特征缩小了确定论和随机论之间的鸿沟,为动力学系统的统计描述提供了理论基础。对具有随机性的动力学系统有必要引入概率描述,而统计力学的思想和方法也将自然地进入动力学系统的框架和分析之中。 第二章将在第一章的基础上完成从动力学到统计的过渡,进一步建立对有限自由度系统的平衡态统计描述。我们将系统阐述遍历理论的基本内容,将动力学系统的随机性概念,如回归性、遍历性、混合性、 K 系统、阿诺索夫系统等按照由弱到强的顺序加以介绍,并在遍历性基础上建立少体系统的统计力学框架。大自由度哈密顿系统的统计热力学及其平衡态相变与哈密顿动力学特征有密切联系,通过建立哈密顿系统的微分几何理论,人们不仅可以利用微分几何的拓扑量来计算哈密顿系统的动力学特征指数,而且可以发现系统的动力学特征、几何拓扑特征的变化与平衡态相变等宏观热力学行为的密切联系。这将是本章的重要内容之一。 在后三章,我们将讨论非平衡系统的基本问题及其应用。随着计算机模拟的广泛应用和纳米尺度实验技术的出现,人们有条件深入研究系统处于非平衡态下纳米尺度小系统的动力学行为细节,并发现了一系列被称为涨落定理的非平衡关系。该方面的研究在近二十年中取得了长足的进步,并对纳米尺度下系统的研究产生了实质性推动。这一系列的突破来自于几个与小系统非平衡涨落有关的定理的发现和建立。在第三章中,我们将集中介绍小系统的非平衡涨落效应。首先以耗散可逆动力学系统为基础建立对处于非平衡态的系统的确定性描述,并在混沌假设的基础上建立起 SRB 不变分布。然后我们将详细介绍几个重要的,包括加拉沃蒂-科恩涨落定理、伊万斯-瑟尔斯涨落定理、加津斯基自由能等式和克鲁克斯涨落关系在内的非平衡涨落关系。以少体硬球系统为例,我们还将讨论该系统的非平衡不可逆过程。 在第四章中,我们将对低维和少体系统的热传导行为及其调控进行系统阐述,试图从微观动力学角度对宏观热传导的机制及其应用进行探讨。在能量输运和热传导的微观动力学机制研究方面,我们将从两个层面加以考虑。第一个层面是考虑系统的微观哈密顿力学,探讨非线性、不可积性、遍历性与混沌等微观动力学特征对宏观热传导的影响,特别要探讨在诸多动力学特征中哪些因素与正常热导率直接相关。第二个层面是从能量载流子的角度来进行研究。热传导系统微观动力学中的集体激发模式是实现能量空间迁移输运的重要因素,其中典型的线性激发模式是声子,而高温下系统的非线性相互作用会使得非线性激发模,如孤子和呼吸子等在能量输运中变得重要起来。近些年提出来的重整化声子理论将声子动力学由线性区域推广到了非线性情形。 第五章将着重讨论从生物分子马达与物理学背景下抽象出来的非平衡定向输运问题,并从热力学、统计物理和动力学方面加以分析。传统的关于物理定向输运的研究是从热力学,特别是热机及其密切相关的热力学第二定律开始的,是非平衡态情况下的有限时间热机问题的延伸。生物分子马达作为精巧的热力学机器用传统的热力学是无法简单描述的,用单纯的统计力学方法也是不够的,不仅要考虑分子马达蛋白的内部构型及其构型变化过程,还要考虑化学供能的过程以及该过程与力学做功过程的结合。从这一点来看,生物分子马达的刻画与描述过程中,内部动力学的非线性效应、化学供能过程与机械做功过程的耦合等因素不可避免,甚至起着重要和关键的作用。 为使读者更好地阅读本书,我们一方面力求在基本知识铺垫的基础上展现最新的进展,另一方面尽可能通过合理的内容安排使读者可以相对独立地单独阅读每一章的内容。对于个别在不同章节出现的共同的基础知识,本书在附录部分给出。本书通过综合、全面地向读者展示统计物理基本问题与理论的新发展,希望以此引起读者的兴趣,并对现行统计物理教学与教材等提供有益的材料。 本书主体内容的写作基于两位作者多年来的科研及教学工作及其与诸多同事、研究生的讨论合作。我们自 1992 年开始的师生之谊及其对动力学与统计物理学之间关系的共同探索兴趣支撑着这二十多年的密切合作。我们共同完成了一批该方面的研究工作,在此感谢岁月赐予我们的珍贵友谊和这本以我们成果积淀为基础的专著。作者要感谢已故的休斯敦大学教授、香港浸会大学物理系前系主任、非线性研究中心主任胡斑比先生。两位作者与斑比先生的合作始于 1996 年,近 20 年的合作和友谊跨越了世纪,跨越了香江的历史变迁,跨越了统计物理学与非线性动力学的界限,我们谨以本书来纪念我们的挚友胡斑比先生。作者还要感谢学界的郝柏林、于禄、陈式刚、孙义燧、葛墨林、欧阳钟灿、郑伟谋、刘寄星、龙桂鲁、孙昌璞、欧阳颀、胡进锟、汪秉宏、何大韧、 Michael Cross 、来颖诚、屈支林、汤雷翰、李保文、 Choi-Heng Lai 、赵鸿、王炜、刘杰、刘宗华等各位教授的学术支持与合作,众多的前辈与朋友,长长的名单,恕不能一一列出,在此一并致谢。作者感谢北京师范大学非平衡统计物理与非线性动力学课题组多年来的研究生们,正是多年来的不断合作,教学相长,才使得本书的一些科研成果逐渐沉淀成为可以写入教科书的内容。感谢北京师范大学的方福康、杨展如、狄增如、张丰收、晏世伟、包景东、邵久书、李新奇、严大东、涂展春等同事,本书所涉及的领域自 20 世纪 80 年代起就是北师大物理学科的特色,作者蒙北师大众多统计物理与非线性科学领域的同行与合作者的鼓励、讨论与指点,相互学习,取长补短。 作者感谢多年来科技部国家自然科学基金委、 973 项目、教育部、北京师范大学、华侨大学等多方科研项目的支持。感谢夏建白院士、王恩哥院士对我们撰写本书的盛情邀请,感谢陈小红编辑、刘啸编辑在本书书稿撰写和修改过程中的大力帮助与耐心。
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非线性动力学词汇
Mech 2015-8-30 16:46
非线性动力学 2 李雅普诺夫稳定性 1 吸引性 平衡点的稳定性 双曲平衡点 平面系统的平衡点 线性系统的稳定性 劳斯 - 赫尔维茨判据 开尔文 - 泰特 - 切塔耶夫定理 运动稳定性 1 极限环 李雅普诺夫方法 2 轨道稳定性 输入 - 输出稳定性 受控系统的稳定性 镇定 极点配置 不变集 极限集 非游荡集 拉萨尔不变性原理 不变子空间 稳定子空间 不稳定子空间 中心子空间 不变流形 稳定流形 不稳定流形 中心流形 双曲平衡点的不变流形定理 吸引子 吸引盆 庞卡莱映射 混沌 1 初态敏感性 蝴蝶效应 洛伦兹方程 上田振子 埃侬映射 虫口模型 暂态混沌 李雅普诺夫指数 2 超混沌 度规熵 拓扑熵 拓扑混沌 符号动力学 斯梅尔马蹄 横截同宿点 斯梅尔 - 伯克霍夫同宿定理 梅利尼科夫方法 什尔尼科夫方法 KAM 定理 2 局部混沌 全局混沌 柯尔莫哥洛夫含混吸引子 阿诺德扩散 混沌控制 OGY 方法 混沌同步化 相空间重构 嵌入 延迟时间 嵌入维数 非线性动力学减噪 时空混沌 斑图 映射耦合格子 元胞自动机 惯性流形 结构稳定性 分岔 静态分岔 局部分岔 叉式分岔 鞍结分岔 跨临界分岔 有缺陷的分岔 有滞后的分岔 全局分岔 同宿分岔 异宿分岔 动态分岔 霍普夫分岔 闭轨线分岔 折叠分岔 内依马克 - 沙克分岔 倍周期分岔 费根鲍姆常数 进入混沌的路径 准周期环面破裂 阵发性 中心流形定理 李雅普诺夫 - 施密特约化 庞加莱 - 伯克霍夫范式 奇异性理论 余维数 开折 转迁集 突变 初等突变理论 托姆横截性定理 分形 康托集 科克曲线 曼德勃罗集 相似维数 豪斯道夫维数 信息维数 关联维数 奇怪吸引子 分形盆边界 终态敏感性 激变 胖分形 多重分形 孤立子 KdV 方程 散射反演方法 无穷维可积系统 无穷多守恒律 复杂性
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混沌及相关词语----中国文化中的混沌漫谈1
热度 1 Mech 2014-3-3 09:30
要知道词义,就需要查字典。现代的古汉语字典比较权威的要算《辞源》,对古汉语词语的溯源及演变梳理清晰。该书从 1908 年开始编撰,商务印书馆在 1979 年分 4 册出版了修订本, 1988 年又出版了修订本的合订本。以下引用《辞源》均是指该版本。引用时依照该书体例,仍用下划曲线表示书名,下划直线表示朝代名、地名或人名,但把原来的繁体字改为了简体字。除释义外,有些例句有丰富信息,后面还要展开讨论。 “混沌”及其同义词“混芒”及其变形“混茫”的释义: 【混沌】 天地未开辟以前的元气状态。 易乾凿度 上:“太易者,未见气也。太初者,气之始也。太始者,形之似也。太素者,质之始也,气似质具而未相离,谓之混沌。 ( 作者附注:查阅台湾商务印书馆《景印文渊阁四库全书》第 58 卷《 周 易乾凿度 》,这里的 “ 混沌”作“浑沦” 。 ) 【混芒】 犹混沌。谓世界初形成时蒙昧的状态。 庄子缮性 :“古之人在混芒之中,与一世而得澹漠焉。 释文 :“崔( 譔 ) 云:混混芒芒,未分时也。” 也作“混茫”。 抱朴子诘鲍 :“夫混茫以无名为贵,群生以得意为欢。” “混沌”相关词语“浑沌”及其近义词“浑沦”和“浑敦”的释义: 【浑沌】 ① 指天地形成前的元气状态。同“混沌”。 淮南子诠言 :“洞同天地,浑沌为朴。未造而成物,谓之太一。” 汉王充 论衡谈天 :“说 易 者曰:‘元气未分,浑沌为一。’” ② 清浊不分貌。 庄子应帝王 :“中央之帝为浑沌。” 释文 :“崔( 譔 ) 云:‘浑沌无孔窍也。’李(轨)云:‘清浊未分也,比喻自然。’”后用以形容愚昧无知。参见“浑敦”。 ③ 传说中的恶兽名。 汉东方朔 神异经西荒经 :“ 昆仑 西有兽焉,其状如犬,长毛四足。两目不见,两耳而不闻,有腹而无藏,有肠直而不旋,食物径过。人有德行而往抵触之,有凶德则往依凭之。天使其然,名为浑沌。” 【浑沦】 ① 指宇宙形成前的迷 濛 状态。同“浑沌”。 列子天瑞 :“太初者,气之始也。太始者,形之始也。太素者,质之始也,气形质具而未相离,故曰浑沦。浑沦者,言万物相浑沦而未相离也。” ② 浑然一片,囫囵。 朱子语类辑略 二 读书法 :“学者初看文字,只见得个浑沦事物,久久看作两三片,以至于十数片,方是长进。” 元耶律楚材 湛然 居士集 九 谢圣安澄公馈药 诗:“仔细咀嚼元不碍,浑沦吞下也无防” 【浑敦】 愚昧,冥顽。 左传 文 十八年:“昔 帝鸿氏 有不才子,掩义隐贼,好行凶德,丑类恶物。顽 嚚 不友,是与比周,天下之民谓之浑敦。” 注 :“谓 驩 兜 。浑敦,不开通之貌。” 史记五帝记 作“浑沌”。 “混沌”近义词“鸿濛”、“濛澒”和“濛鸿”、“庞鸿”的释义: 【鸿濛】 宇宙未形成前的混沌之气。 淮南子精神 :“古未有天地之时,惟象无形,窈窕冥冥,芒 芠 漠闵 , 鸿濛 鸿洞 , 莫知其门。” 楚辞 汉刘向 九叹 :“贯鸿 濛 以东 朅 兮 , 维六龙於扶桑。” 【濛 澒 】 ① 宇宙未形成元气未分的混沌状态。 论衡 汉王充 谈天 :“儒书又言,溟 涬濛澒 ,气未分之类也 。”也作“ 濛 鸿”。见“ 濛 鸿 ① ”。 ② 广大无涯貌。 楚辞天问 汉王逸 叙 :“既有解说,乃复乃复多连蹇其文,故厥义不昭,微指不晰。” 【濛鸿】 ① 宇宙形成前的混沌状态。同“庞鸿”、“濛 澒 ”。 淮南子精神 :“古未有天地之时,惟象无形,窈窕冥冥,芒 芠 漠闵 , 鸿濛 鸿洞 , 莫知其门。” 楚辞 汉刘向 九叹 :“贯鸿濛以东 朅 兮 , 维六龙於扶桑。” ② 醉貌。 宋辛弃疾 稼轩词 三 水调歌头元如投宿博山寺见者惊叹其老 :“有时三盏两盏,淡酒醉濛 鸿。” 【庞鸿】古人以天体未形成前,宇宙浑然一体,称为庞鸿。即浑然宏大之意。 汉张衡 河间集 二 灵宪 :“故道志之言云,有物浑成,先天地生,气体固未可得而形,故道志之言云 有物混成 先天地生 其气体固未可得而形,其迟速固未可得而纪也。如是者又永久焉,斯谓庞鸿。” 后汉书天文志 上 注 作 “庬鸿”, 艺文类聚 一作“庞洪”。 总结《辞源》上述释义,“混沌”、“混芒 ( 混茫 ) ”、“浑沌”、“浑沦”、“鸿濛”、“濛澒”、“濛鸿”和“庞鸿”都指天地形成之前的元气状态,“浑沌”又指清浊不分貌,“浑沦”指浑然一片,“浑沌”和“浑敦”还有愚昧无知的意思,“浑沌”也是传说中的恶兽名。 在《辞源》对“混沌”的释义外,“混沌”有时与“浑沌”或“浑敦”一样,也指愚昧不晓事理。例如,《水浒传》第二十四回中,潘金莲先后骂武大“混沌魍魉”、“腌臜混沌”和“混沌浊物”。又例如,《金瓶梅》第十四回,李瓶儿骂花子虚“魍魉混沌”。 从上述词义看,“混沌”和“浑沌”都可以做为 chaos 的汉译,而且“浑沌”的含义更为丰富,似乎是更贴切的翻译。事实上,在上世纪八十 年代初国内学者开始关注混沌研究时,不同学术背景的学者有不同的翻译偏好。物理学家翻译为“混沌”,例如中国科学院院士郝柏林在《物理学进展》上的长篇综述“ 分岔、混沌、奇怪吸引子、湍流及其它:关于确定论系统中的内在随机性 ” 。 力学家倾向于翻译为“浑沌”,例如北京大学力学系教授朱照宣在《 力学进展 》上的综述“ 非线性动力学中的浑沌 ” 。数学家则译为“混乱”或“紊动”,例如中国科学技术大学数学系教授熊金城在《数学进展》上的综述“线段映射的动力系统:非游荡集,拓扑熵以及混乱”。 后来出于种种原因,全国科学技术名词审定委员会确定“混沌”为科学词汇 chaos 的汉译。我们在讨论中国文化中的混沌时,除“混沌”外同时也包括“浑沌”、“混茫”、“浑沦”等词义相近的词语。 鉴于 chaos 最可能的汉译只是“混沌”和“浑沌”。这里简略说明“混”和“浑”本意的区别。中国最早的字典是代汉许慎撰的《说文解字》。中华书局 1963 年重印了该书 1873 年清代同治年间的广东文人和书商陈昌治的刻本,并附加了检字表。 “混”和“浑”的字义:混,丰流也;浑,混流声也。顺便一提,笔者在《说文解字》中没有看到“沌”。
个人分类: 科研科普|5579 次阅读|2 个评论
Teaching Nonlinear Dynamics at the Freshman Level
Mech 2014-1-4 10:55
Abstract A course on nonlinear dynamics is taught for freshmen in Shanghai University. Focusing on the scientific concepts of chaos, fractal, and bifurcation, the course helps the students to understand diversity, uncertainty, and unpredictability in the real world. The paper surveys the technical contents of the course and highlights its pedagogical features. Student feedback is also reported. Keywords nonlinearity; chaos; fractal; bifurcation; Introduction Nonlinear dynamics or chaos theory emerged some four decades ago. Its impacts have extended beyond the natural sciences. Nonlinear dynamics has provided not only scientists and engineers with new views and new tools, but also social scientists and even people working in the humanists . Indeed, some of the associated terms, such as ‘chaos’ and ‘fractal’, are now part of common language. To help students to acquaint themselves with elementary nonlinear dynamics, a course titled “Chaos and Nonlinear Thinking” has been designed. Since 2011, it has been offered as an optional course for the freshmen in Shanghai University in the spring trimester ; sophomores, juniors and seniors can also take the course in fall or winter trimesters. The main theme of the course is the scientific interpretations of chaos, fractal and bifurcation, as well as their cultural impacts. Nonlinearity is treated not only in mathematical models but is extended to thinking patterns. The objectives of the course are: to introduce the basic concepts of chaos, fractal, and bifurcation and to outline their historical evolution; to highlight the essential characteristics of nonlinear systems; and to encourage students to use nonlinear thinking to help them understand unpredictable and uncertain phenomena in the nature and society. Although nonlinear dynamics appears in some undergraduate curriculums, it has been rarely taught for freshmen. This paper summarizes the teaching of the course. It is organized as follows. The following section surveys technical contents of the course. Some of the pedagogical features of the course are highlighted, before some practical details of course delivery are set out (schedule, literature and grading). Some student feedback on the course is briefly reported before some concluding remarks are made. Technical Contents The total course consists of 7 lectures. Lecture 1 is an introductory description of the basic concept of nonlinearity: that the ratio of input to output is not constant. The mathematical definition of linearity is also presented, and the significances and the limits of linear models are discussed. Lecture 2 focuses on the logistic map. It begins with the derivation of the map as a model of biological populations with nonoverlapping generations. The period-1, period-2, and period-4 points are located, and their stabilities are analyzed. Chaos in the map is introduced through the properties of recurrence without periods, sensitiveness to initial states, as well as the bifurcation diagram with self-similarity and periodic windows. Lecture 3 elucidates the conceptual evolution of chaos: the culture background and the historical developments are outlined, and an illustrative example is given. The word “chaos” has been found in western classics such as The Theogony of Hesiod (translated by Huge G. Evelyn-White), The Metamorphoses of Ovid (translated by Horace Gregory), Holy Bible (King James Version), as well as Chinese classics such as Zhuang Zi. Some old sayings regarding the importance of initial steps have been collected. The rudiment of chaos theory, in the sense of nonlinear dynamics, can be traced back to James Clerk Maxwell’s Cambridge in 1873speech, in which he refers to instability, Jacques Hadamard’s 1898 paper on geodesic flow on a surface of negative curvature, and Pierre Duhem’s interpretation of Hadamard’s idea in 1906. Then Henri Poincaré founded chaos theory mathematically by discovering transverse homoclinic points in 1890 and conceptually by elucidating sensitivity to initial values. The contributions of other pioneers such as Steve Smale, Edward Norton Lorenz, Yoshisuke Ueda, Tien-Yien Li and James A. Yorke, are presented. The chapter ends with the demonstration of chaotic motion of a forced mass (nonlinear) spring oscillator, which was first studied by Ueda, via the time histories, the phase trajectories, and the Poincaré map. Chaos is represented by a trajectory that never closes or repeats , and that is locate d in a bounded region due to the recurrence of the motion. T he Poincaré map of chaos is a set of infinite points that do not fill any loops or tori. Lecture 4 deals with fractal, in relation to the geometrical structure of chaos. Self-similarities in the nature are surveyed. The notion of fractal dimension is introduced with some classic examples such as the Cantor set, the Koch curve, the Koch snow, the Sierpinski triangle and carpet, and the Menger sponge. The fractal is introduced into dynamics. Strange attactors are illustrated via the Hénon map as the direct product of a one-dimensional manifold and a cantor set. Fractal attraction basin boundaries are discussed in relation to sensitive dependences. Lecture 4 ends with pictures of the Mandelbort set. Lecture 5 is concerned with bifurcation, with the emphasis on the routs to chaos. Static and dynamic bifurcations are explained with examples. Period-doubling cascade is demonstrated as an emerging process of chaos with the Feigenbaum constants; it is then investigated through variation of the system parameters. Intermittency, quasiperiodic torus breakdown, and crisis are briefly introduced. Lecture 6 is devoted to the ubiquity of chaos. Examples are given from physics, chemistry, biology, astronomy, engineering, sociology, and economics. The influences of chaos on philosophy, aesthetics and literature are briefly commented. Lecture 7 concludes the course, with some suggestions regarding nonlinear thinking. The linear view of the world is based on two “common sense” assumptions: that the whole is the sum of its parts; and the production is proportionate to the investment. Nonlinear thinking overthrows the linear view. It emphasizes diversity, uncertainty, and unpredictability. Pedagogical Features The course is accessible for freshmen in diverse fields such as science, engineering, economics, and humanities . Little ability in either mathematics or physical sciences is assumed. Actually, most of the students are studying calculus and university physics, which is helpful but not necessary. As the prerequisites of the course are rather limited, it is taught in an intuitive way. Videos and pictures are used to visualize the scientific concepts and to rouse student interests. For example, to demonstrate the unpredictability of chaos, a shout video of toy (see Fig. 1) is played in the class; to demonstrate the sensitivity to initial states, a video about double pendulums produced by Howard Stone at Harvard University is played in the class; to illustrate the self-similarity, pictures of a cauliflower, broccoli, dendrites, a wadi, Moon craters, and so on are presented. Students are encouraged to do some simple experiments. There are three pendulums on a rotating wheel (shown in Fig. 2) in the lobby of a teaching building. The students can observe chaotic motion by spinning the wheel. Fig. 1 A chaotic toy. Fig. 2 An experimental device. Some vivid sayings are cited to explain scientific concepts. For instance, to exemplify the significance of the initial state, a famous rhyme is presented “ For want of a nail the shoe was lost. For want of a shoe the horse was lost. for want of a horse the rider was lost. For want of a rider the message was lost. For want of a message the battle was lost. For want of a battle the kingdom was lost. And all for the want of a horseshoe nail. ” In addition, Lorenz’s vivid version of chaos as the butterfly effect is discussed -- “Does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas?” Reference is made to works of literature to highlight the scientific concepts. For example, to descript self-similarity, the first 4 lines of William Blake’s poem ‘Auguries of Innocence’ (1863) are cited “ To see a world in a grain of sand And a heaven in a wild flower, Hold infinity in the palm of your hand And eternity in an hour. ” Mathematics is kept to a minimum, although necessary equations are used to conduct mathematical arguments and to clarify the exactness and the soundness of the knowledge. For example, fixed point, period-2 points and period-4 points in the logistic map are detailed via pre-calculus mathematics, while the Lagrange mean value theorem has to be employed to determine their stabilities. Pre-calculus mathematics plus the concept of limit is also applied to calculate the dimension of the Cantor set, the Koch curve, the Sierpinski triangle and carpet, and the Menger sponge. The course is essentially interdisciplinary, as it includes elements of the sciences, engineering, and humanists . It provides the students with a broad version, beyond mathematics and science. In fact, the course has applications not only in engineering but also in history, sociology and methodology of science. Some impacts of chaos theory on philosophy, aesthetics and literature are also discussed. Time schedule, References and Grading The course lasts ten weeks, with two class periods each week. Each lecture needs two class periods except that lectures 3 and 4 need six and four class periods, respectively. The students in the class are required to read at least in part, one of six references as they choose. They are also recommended to read some historically significant but not too technically difficult papers, such as . The grading depends on two reports, each contributing 50%. In the eighth week, all students should submit either a reading report or a project report, or both if they like. The reading report surveys some materials related to nonlinear dynamics, for example, a reference book (or a chapter or even a section of it), or a paper. Students select the reading materials themselves. The project report discusses the possible applications of nonlinear dynamics to the fields in which the students are going to major. At the end of the course, all students should submit a summary report (of less than 1000 Chinese characters) to outline what they have gained from the course and to give some suggestions to the instructor, if applicable. Students’ Feedback Most students have found the course novel and stimulating and have enjoyed pursing new knowledge. Even so, some of them, especially those majoring in humanities , felt it too abstruse: they found the historical aspects and the images are attractive, but the mathematical terms and operations hard to understand. Some engineering - oriented students felt the course is too abstruse or at least too academically oriented, as few practical applications are mentioned. Anyway, some students are very interested in the subject. Conclu ding Remarks The course in formally i ntroduce s the basic of nonlinear dynamics through its historical developments, and highlight s the essential characteristics of nonlinear systems . It makes students observe, analyze, understand unpredictable and uncertain phenomena in natural and in society via nonlinear thinking. References L . A. Smith , Chaos: a V ery S hort I ntroduction ( Oxford University Press, Oxford, 2007 ). J. Gleick, Chaos: Making a New Science (Viking Press, New York, 1987). E.N. Lorenz, The Essence of Chaos (University of Washington Press, Seattle, 1993). D. Ruelle, Chance and Chaos (Princeton University Press, Princeton, 1991). I. Stewart, Does God Play Dice? The New Mathematics of Chaos (Blackwell Publishing, Oxford, 1989). P. Smith , Explaining Chaos ( Cambridge University Press, Cambridge, 1998 ). E . N . Lorenz, Deterministic Nonperiodic Flow, J. Atmos. Sci. , 20 ( 19 63), 130-141 . R.M. May, Biological Populations with Nonoverlapping Generations: Stable Points, Stable Cycles, and Chaos, Science 186 (1974), 645-647. T.-Y. Li and J. Yorke, Period There Implies Chaos, Amer. Math. Monthly 82 (1975), 985-992. M. Hénon, A Two-dimensional Mapping with a Strange Attractor, Commun. Math. Phys. 50 (1976), 69-79. R. M. May, Simple Mathematical Models with Very Complicated Dynamics, Nature 261 (1976), 459-467. S. Smale, Finding a Horseshoe on the Beaches of Bio, Math. Intel. 20 (1998), 39-44. Published in: International Journal of Mechanical Engineering Education , 2013, 41(2): 93-98
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评《非线性动力学(混沌理论)概要》一书
Mech 2013-11-19 22:51
发表于: 物理 , 1996, 25(4): 242
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面向应用的混沌学教材
Mech 2013-11-3 17:11
发表于: 教材通讯 , 1992, (2): 25
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课题组的任务、愿景和主要方向
Mech 2013-7-15 15:24
课题组的任务 (missions) 可用三个词概括, exploration, innovation, achievement 。 Exploration 无需多言,研究就是对未知世界的探索,需要探索新的知识以及现有知识新的应用。既然是新知识或者新应用,就需要 innovation 。限于学科的性质以及课题组现有的水平和能力,我们致力追求 originality ,但觉得可遇不可求,仍把任务界定为 innovation 。 achievement 包括出成果,也包括出人才。希望我们课题组的研究结果能为人类知识大厦添砖加瓦。同时也希望通过研究实践把课题组学生成员培养成为称职的高校新教师,也是成熟的职业研究者,并有助于改善他们的精神和物质生活境况。 课题组的愿景 (vision) 是 one of the internationally leading groups (pacemakers) in analysis, simulations, and control of vibrations with experimental supports,并具有在航天工程领域服务国家需求的技术能力 。其中 one of the internationally leading groups 是对研究质量和深度的定位,成为“领跑者 (pacemakers) ”,既有挑战性,也有现实性。例如,我们没有期望成为暂时还不具备实力的“开辟方向者 (pioneer) ”。事实上,在 vibration of axially moving structures 领域,我们在过去的 10 余年中,已经逐渐成为 one of the internationally leading groups 。今后的努力,是要在更广泛的领域成为“领跑者 (pacemakers) ”,而这个更广泛的领域,就是后面的界定, analysis, simulations, and control of vibrations with experimental supports 。特别强调,要开展实验研究。积极把理论和实验研究的成果和能力与航天等工程实际对接。 课题组的主要方向 (focuses) 包括下列 3 个: 1 nonlinear designs and adjusts of vibrating systems in engineering 2 transverse vibrations of axially moving structures with engineering applications 3 vibration experiments using the 3-axis test system 方向 1 是目前重点投入的方向,希望能尽快融入国际研究主流,并经过三、五年的努力形成特色甚至优势。方向 2 是本课题组的优势方向,希望能继续保持优势并加强应用研究。方向 3 是需要积极推进的方向,希望近期内就能在航天工程相关应用基础研究方面开展工作。除上述三个方向外,暂时不考虑其他新的研究方向。现有其他研究方向,适当兼顾。例如,分析力学,本课题组至少可以说是 one of the nationally leading groups ,仍将有适当投入。
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结缘非线性动力学之吸引子
热度 3 suguang 2013-3-9 04:19
结缘非线性动力学之吸引子
看到科网上有些朋友对吸引子感兴趣,特别写了这篇博文,仅供交流学习。写的不对的地方,请大家批评指正。 吸引子( attractor )的种类有多少种呢?维基百科上给出的一个分类是不动点( fixed point ),极限环( limit cycle ),极限环面运动( limit torus ),奇怪吸引子( strange attractor ) 。不动点和极限环比较常见,奇怪吸引子因为蝴蝶效应而出名,反倒是极限环面运动很少听说,更常见的说法是环面运动或概周期运动(quasiperiodic motion)。其实,不动点和极限环的几何结构比较简单,极限环面运动的几何结构相对复杂些,而奇怪吸引子的几何结构则更为复杂,具有多层次性和自相似性。 极限环 寻找吸引子有几个需要注意的问题。首先,既然是吸引子,在演化中就应该具有某种不变性,比方说,吸引子内的点总在吸引子内运动。如果吸引子内的点都跑出去了,那还能称为吸引子吗?吸引子除了具有自身演化的不变性,还应该具有对外的吸引性。比方说,随着时间的推移,周围的点会聚集到吸引子上,这个区域就叫做吸引域。这个条件包含了对其稳定性的要求,吸引子应该是在某种意义下稳定的。比方定义一个系统的能量函数,观察在吸引子处是否能量最小;或者直接观察扰动下的运动,是否能回到原来的吸引子上。奇怪吸引子虽然呈现出混沌运动,而且明显存在局部的不稳定现象,我们常说的蝴蝶效应正体现了局部不稳定性。但是它并没有发散,这是因为它内部还存在着折叠和压缩,因而能保持有界运动。 写完吸引子的这两个方面,我联想到了两句话:“天行健,君子自强不息;地势坤,君子厚德载物。”用这两句话总结吸引子的不变性和吸引性,还是比较形象的 。 环面运动 最后需要补充的是,吸引子的定义是非常严格的,还有很多相关的现象不能归入其中,比方中心不动点,不稳定的不动点,半稳定的不动点,不稳定的极限环等。但这些现象对我们认识非线性动力学系统也很重要,它们和吸引子结合在一起,共同描述了丰富多彩的动力学系统。 奇怪吸引子 维基百科和图片的链接: http://en.wikipedia.org/wiki/Attractor http://www.yvanix.ch/ModularWalkers/index.html http://www.geom.uiuc.edu/~banchoff/script/b3d/hypertorus.html http://www.christianwannerstedt.com/category/3d/#strange_attractor/
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非线性方程组的吸引域和分界线
热度 1 felonwan 2013-1-24 21:46
非线性方程组的吸引域和分界线
二维的非线性方程组,比如有名的FHN模型: $\frac{\mathrm{d} V}{\mathrm{d} t} = V(a-V)(V-1)-w+I \\\frac{\mathrm{d} w}{\mathrm{d} t} = bV-cw$ 其临界线(separatrix)是否是可由解析函数表示? 下图中虚线为临界线,是用数值方法近似的: fhn模型吸引域及分界线 2013-04-01 搜separatrix总是得不到什么结果,搜stable manifold才得到一些信息。 http://en.wikipedia.org/wiki/Stable_manifold http://en.wikipedia.org/wiki/Stable_manifold_theorem 2013-08-22 原来做这个图的时候,是用的搜索的方法,采用二分法扫描,通过计算不同初值最后趋近于哪个结点得到分界线。这是效率很低的笨办法。 后来知道,其实用时间逆向积分来得到这个分界线更容易,至少对FHN方程来说是这样的。 FHN方程中间的点是一个鞍点,二维的鞍点存在两条稳定流形,也就是从无穷远或其它稳定点流进来的轨线,这两条轨线就是FHN模型的分界线。 那么数值上近似得到稳定流形呢? 首先可以计算出鞍点的坐标,然后通过计算雅可比矩阵求出在这点的特征向量,然后可以在这点坐标的加上一个微小的特征向量偏移,把这样得到的坐标作为初始值,进行时间逆向积分就可以得到近似的稳定流形轨线了。 Mathematica有一个专门用来做动力学分析的扩展包DynPac,笔者对Mathematica不是很熟,中间学着使用还费了不少时间,不过对Mathematica比较熟悉的人可能能够很快掌握吧。下载地址: http://www.me.rochester.edu/~clark/dynpac.html 当然,动力学分析还有专门的软件,比如auto,xppaut。
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关于逻辑斯蒂映射分岔图暗线研究
热度 1 bhwangustc 2010-9-4 12:39
关于逻辑斯蒂映射分岔图暗线研究答一位本科生 汪教授好, 我叫 *** ,是科大**系本科三年级学生,我写了一篇研究 Logistic 分岔图暗线的文章,曾经在计算物理课的小论文竞赛中得过二等奖, 我想现在往国内一家物理杂志投稿,不知道选哪家合适。 我文中的研究不是非常专业,毕竟我只是一个小本科生, 但我自认为这文章很新颖有趣, 一些问题讨论的很深刻, 应该在《物理》,《自然》之类的杂志上能投成功(我看这些杂志上文章的原创成分也很低, 我的文章至少 80% 的思想和认识是原创的)。 所以请汪教授能否看一下我的文章, 如果能在国外的某本高级科普杂志投成功那就再好不过了。 非常感谢!!!!!! *** ( 2010-9-3 ) =================================== 9 月 4 日 的答复 *** ,你好! 开学在即,杂事繁忙,未能够及时给你回信,甚为抱歉。 已经拜读了你的力作《 Logistic 分岔图暗线研究》。从文章的研究深度来看,你的确是花了很大的力气,足见你对于非线性动力学的爱好和刻苦钻研追求创新的可贵潜质与独立思维开展科学研究工作的很强的能力。我对于你的科学爱好和钻研精神极为欣赏。 然而,我必须指出:你的这篇文章所研究的内容均是已经发表过的研究成果。关于 Logistic 映射倍周期分岔的各种问题在上世纪七八十年代是非线性动力学领域的热门研究课题。包括分叉方式、混沌区与周期区的相互嵌入方式、混沌区中周期窗口的排列和位置的符号动力学研究,分叉图暗线(或者称轮廓线)的产生机制和位置确定,倍周期分叉的重整化理论,已经发表了大量的研究文献。倍周期分叉及混沌区中的周期性窗口和轮廓线的符号动力学研究,在我国七八十年代非线性科学学术界非常活跃,代表人物是郝柏林、郑伟谋、陈式刚、王光瑞等。 我仅在下面列出一些非线性动力学的参考书供你查阅: 1 , H.G.Schuster: Deterministic Chaos-Introduction , VCH, 2nd ed. 1988 2 , Hao Bailin: Elementary Symbolic Dynamics and Chaos in Dissipative Systems, World Scientific 1989 (此书建议你细看,里面有你最为关注的关于逻辑斯蒂映射倍周期分叉周期轨道混沌区域轮廓线等等问题的详尽的符号动力学研究) 3 , Sagdeev, Usikov, Zaslavesky: Nonlinear Physics: from the pendulum to Turbulence and Chaos, harwood academic, 1998 4 , A. J.Lichtenberg, M.A.Lieberman: Regular and chaotic Dynamics, 2nd Ed. Springer-Verlag,1995 5 , E. A. Jackson, Perspectives of nonlinear dynamics, vol. 1, 2, Cambridge 1989 6 , E.Ott, Chaos in dynamical systems, Cambridge Univ. Press, 1993 7 , V.I.Arnold: Mathematical Methods of Classical Mechanics, Springer Verlag, 1978 8 , I.Percival, Introduction to Applied Nonlinear Dynamical Systems, Cambridge Univ. Press, 1982 9 , S.Wiggins: Introduction to Applied Nonlinear Dynamical Systems and Chaos, Springer-Verlag, 1980 10 , 陈式刚,映象与混沌,国防工业出版社, 1992 11 , 郝柏林,从抛物线谈起-混沌动力学引论,非线性科学丛书,上海科技教育出版社, 1993 12 , 汪秉宏,弱混沌与准规则斑图,非线性科学丛书,上海科技教育出版社, 1995 13 , 汪秉宏,哈密顿系统的随机网,中国科技大学研究生院讲义, 1994 ,科大教材处 14 , 汪秉宏,混沌动力学引论,国家地震局印讲义, 1992 15 , 何大韧、汪秉宏 编著:非线性动力学引论--处处光滑与分段光滑系统的动力学特性,陕西科学技术出版社, 2001 16 , 谷超豪主编,朱照宣、汪秉宏、辛厚文等编写, 别有洞天-非线性科学,攀登计划普及丛书之 4 , 湖南科学技术出版社, 2001 17 , 李翊神、汪克林、郭光灿、汪秉宏编: 非线性科学选讲,中国科学技术大学出版社, 1992 18 , 陆同兴编著,非线性物理概论,中国科学技术大学出版社, 2002 我相信,在你仔细研读了上述一些书章和其中引用的一些文献之后,你会对于你所感兴趣的逻辑斯蒂映射的倍周期分叉问题有全新的认识。 祝你学习不断进步! 汪秉宏
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浅析谣言的社会学特征和物理学特征——谣言动力学漫话(二)
sqdai 2010-8-19 09:17
昨天的博文中,举了一个有关谣言的具体例子,说明了谣言研究的重要性和趣味性。今天来说一说谣言的界定及其特征,因为无论开展何项研究,都得把研究对象搞清楚,包括它的定义和内涵。谣言动力学是社会动力学的一个研究方向,而社会动力学是一个文理结合的学科分支,必须弄清研究对象的文理两方面的特征,亦即社会学特征和物理学特征(或动力学特征)。 什么是谣言?按《辞海》( 1989 年版)的释义,指的是没有事实根据的传闻;捏造的消息;按《牛津高阶英汉双解词典》对 rumor 的释义,指的是 (instance of) information spread by being talked about but not certainly true ;而《朗文现代英汉双解词典》对 rumor 的界定是 unofficial news; common talk, perhaps untrue; a story that reaches one through this ;我手头的社会学著作不多,希望社会学界(特别是社会传播学界)的学者补正,给出谣言的准确的社会学定义(我也会很快查实)。 我比较认同《辞海》的定义,其缺点是缺少对传播途径的描述;《牛津词典》点出了谣言的口口相传的特点。另外,汉语词汇谣言似乎与英语单词rumor缺少对等性,如果把《辞海》的释义译成英语,所说的传闻或消息应是 entirely untrue ,而《牛津词典》里只是 not certainly true ,《朗文词典》里则是 perhaps untrue ,在 true 的程度上有一定的差别,这是我们做 rumor dynamics 研究的人必须注意的,但在非线性动力学研究中对rumor的真实性似乎不大在意,问题不严重。 下面浅析谣言的社会学特征: 1. 消息的虚假性。谣言制造者要么无中生有,要么捕风捉影,其中往往带有随意编造性和臆测性,从前文所述的秦 - 邦恋实例中明显可见; 2. 散布中的不确定性。造谣后有人散布传播才形成谣言,散布时常带有不确定性,传播者往往始于听说 或据悉, 或据权威性可靠(天知道!)信息 ,绝少有完整的 6W (或 5W + 1H );而且各种版本在 6W 上很混乱,有时矛盾百出; 3. 谣言的传播放大性。谣言经常越传越走样,不相信谣言者,不予置理,三箴其口;相信谣言者则乐于传播,而且常常添油加醋,例如秦 - 邦恋传闻中,从有花头,变为有一手,再变为一夜情、混血宝宝,节节放大,越传越离谱; 4. 传播的快速性。俗话说,好事不出门,恶事传千里。一传十,十传百,时常是,一夜之间传遍街头巷尾,如秦 - 邦恋; 5. 传播中的猎奇心理。越是出格的谣言传播得越是迅速、广泛,因为社会人群普遍地有猎奇心理,听到爆炸性传闻往往很来劲,使劲地传播;而那些小报记者、狗仔队往往推波助澜; 6. 传播中的从众心理。社会人群有从众心理,对一则传闻,说的人多了,信的人越多,这是戈培尔(希特勒的宣传部长)理论的社会心理基础;我国古代关于曾参杀人的故事中,这么自信持重的曾母,第三次听到曾参杀人的误传,不是也动摇了吗? 7. 谣言的脆弱性。谣言毕竟是谣言,无法与事实抗衡,一旦真相披露,谣言灰飞烟灭;有的谣言过于离谱,往往会自生自灭。 接着说说谣言的物理学特征: 1) 谣言有传播原始中心源。通常只有一个,如秦 - 邦恋中的 B 君;也可能同时有几个。这些中心源好比流体力学或爆炸力学中的扰动中心或爆炸中心;也像污染扩散动力学中的污染源; 2) 谣言传播中,有线扩散和中心扩散(或称球型扩散)两种类型,或二者交织。一开始,以线扩散为主,而后则以球型扩散为主,像球形爆炸一样,有快速性和广泛传播性; 3) 谣言有传播变异性。这种变异是各向异性的,谣言总是越来越放大,越来越怪异,一般不会自动缩小; 4) 谣言传播有随机性。经常因时因事而异,这种社会随机过程比较难以刻画,但仍有规律可循;其刻画必须遵守谣言传播的全然无序性,还必须计及传播心理学因素,需要建立更加复杂的随机动力学模型; 5) 谣言传播有非线性动力学特征。从非线性动力学角度看谣言传播,它有一种非线性波的特点,还有离散动力学的各种特征,例如,成簇、相变、回滞、分形、复杂性等等; 6) 谣言传播有复杂网络特征。谣言在传播过程中,会逐步网络化。特别是在目前的信息时代, internat 、 email 等为谣言传播的网络化提供了非常便捷的条件,键盘一按,就可以让谣言满天飞。根据复杂网络理论,谣言传播网络似乎有小世界特征(日后详述)。 由于我刚刚开始涉足于谣言动力学,调研得还不够充分,所讲述的内容还处于初级阶段。今天写出来,主要想听到博友们的意见。半年之后,我将改写此文。 写于 2010 年 8 月 19 日晨
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专题讨论班(周五):非线性动力学与混沌(董成伟)
GrandFT 2010-5-29 21:01
题目:非线性动力学与混沌( Nonlinear Dynamics and Chaos ) 时间: 2010.6.4 (周五)上午 10:00 地点: 16-308 主讲:董成伟 参考书: S.H. Strogatz, Nonlinear Dynamics and Chaos (Perseus, 1994) 提纲: 6.4 Rabbits vs. Sheep 6.5 Conservative Systems 6.6 Reversible Systems 6.7 Pendulum 6.8 Index Theory
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专题讨论班(周五):非线性动力学与混沌(董成伟)
GrandFT 2010-5-25 00:00
题目:非线性动力学与混沌( Nonlinear Dynamics and Chaos ) 时间: 2010.5.28 (周五)上午 10:00 地点: 16-308 主讲:董成伟 参考书: S.H. Strogatz, Nonlinear Dynamics and Chaos (Perseus, 1994) 提纲: 6. Phase Plane 6.0 Introduction 6.1 Phase Portraits 6.2 Existence, Uniqueness, and Topological Consequences 6.3 Fixed Points and Linearization
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专题讨论班(周五):非线性动力学与混沌(董成伟)
GrandFT 2010-5-15 13:09
专题讨论班(周五):非线性动力学与混沌(董成伟) 题目:非线性动力学与混沌( Nonlinear Dynamics and Chaos ) 时间: 2010.5.21 (周五)上午 10:00 地点: 16-308 主讲:董成伟 参考书: S.H. Strogatz, Nonlinear Dynamics and Chaos (Perseus, 1994) 提纲: 3.6 Imperfect Bifurcations and Catastrophes 3.7 Insect Outbreak 4. Flows on the Circle 4.0 Introduction 4.1 Examples and Definitions 4.2 Uniform Oscillator 4.3 Nonuniform Oscillator 4.4 Overdamped Pendulum 4.5 Fireflies 4.6 Superconducting Josephson Junctions
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专题讨论班(周五):非线性动力学与混沌(董成伟)
GrandFT 2010-4-30 22:41
题目:非线性动力学与混沌( Nonlinear Dynamics and Chaos ) 时间: 2010.5.7 (周五)上午 10:00 地点: 16-308 主讲:董成伟 参考书: S.H. Strogatz, Nonlinear Dynamics and Chaos (Perseus, 1994) 提纲: 3.2 Transcritical Bifurcation 3.3 Laser Threshold 3.4 Pitchfork Bifurcation 3.5 Overdamped Bead on a Rotating Hoop
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专题讨论班(周五):非线性动力学与混沌(董成伟)
GrandFT 2010-4-4 10:46
题目:非线性动力学与混沌( Nonlinear Dynamics And Chaos ) 时间:2010.4.9(周五)上午10:00 地点:16-308 主讲:董成伟 参考书:S.H. Strogatz, Nonlinear Dynamics And Chaos (Perseus, 1994) 提纲: 1. Overview 1.0 Chaos , Fractals , and Dynamics 1.1 Capsule History of Dynamics 1.2 The Importance of Being Nonlinear 1.3 A Dynamical View of the World Part 1. One-Dimensional Flows 2. Flows on the Line 2.0 Introduction 2.1 A Geometric Way of Thinking 2.2 Fixed Points and Stability 2.3 Population Growth
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非线性动力学和生命定律
sunon77 2009-5-25 06:09
本来打算接着推荐一些非线性动力学和分叉理论的书, 但是感到颇费踌躇. 于是先写一个引子, 让大家了解其重要. 一来这方面的书非常多, 侧重点也非常不同; 二来关于复杂网络的非线性动力学非常重要, 可能是生物物理学有别于经典物理学, 发现生命自身的定律(Law of Life), 最有可能取得突破性进展的方向. 比如, 人们认识到能量守恒原理以后, 发现只有石头从天上掉下来砸到地上, 石头的动能转变为泥土的热能, 而没有泥土自发的变冷, 把石头弹向天空的情况(虽然这并不违反能量守恒). 于是人们提出热力学第二定律, 封闭系统总是熵增. 但是如果我们把人和自然界放在一起, 发现总是生物通过食物吸收负熵, 排除废物使自然界的熵增, 而不是环境中的熵减, 生物体迅速熵增导致其分崩离析(虽然这并不违反封闭系统总是熵增). 显然这里有一个复杂系统通过能量流动吸取负熵甚至进一步提高复杂性. 并不是所有的复杂系统都能够自发的熵减.那么, 什么样复杂系统才能自发的熵减呢? 更多可以参见我以前的博文: 谈谈生物物理(2)--- 生命违反热力学定律吗? http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=22041 对于这个问题, Kauffman 提出了热力学第四定律: 只有复杂系统处在绝对有序和混乱之间的临界状态(at the edge of chaos), 才有能够自发的熵减的可能. 当然, 对于这个回答目前还有很多争议. 这是他在去年的应用数学家年会(SIAM 2008)的讲座: 如果你还不了解Kauffman, 你可以从这了解: http://en.wikipedia.org/wiki/Stuart_Kauffman
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