Антон Никифоров
Напомню для начала некоторые факты из теории универсальности Митчелла Фейгенбаума. Будем называть непрерывное отображение отрезка в себя унимодальным, если внутри отрезка имеется точка экстремума и по обе стороны от неё отображение является строго монотонным (с одной из сторон возрастающим, с другой убывающим). Условимся далее рассматривать только унимодальные отображения вида
|
(1) |
Если последовательность {} при данном r состоит из n точек, такую последовательность будем называть n-циклом, что =f( ), =f( ), …, =f( ) или . Заметим, что производная порядка n функции (n раз вычисленной функции f(x)) в точке x по правилу дифференцирования сложной функции равна .
Точки цикла, удовлетворяющие соотношению
|
(2) |
называются неподвижными.
Величина (так называемый мультипликатор) определяет устойчивость n-цикла и её принято называть устойчивостью (stability, [2], p.121). n-цикл называется устойчивым, если <1.
n-цикл, содержащий в качестве одной из своих точек, называются сверхустойчивым. Для такого цикла =0.
Как было продемонстрировано в 1978 году М.Фейгенбаумом [4], значения параметра , при которых число устойчивых периодических точек удваивается и становится равным , удовлетворяют масштабному соотношению, или как говорят имеют скейлинг:
|
(3) |
Данное соотношение встречается также и в следующей записи:
,n>>1 ([1], стр. 49), |
(3.1) |
Сказку о том, как Фейгенбаум сидел в тени деревьев и вычислял их на своём калькуляторе HP-65 с золотистыми кнопочками вы, наверное, слышали. Это был первый программируемый калькулятор и стоил ни много ни мало аж 400 (четыреста!) долларов. Наивно полагать, что своё удивительное открытие Фейгенбаум сделал, пользуясь исключительно калькулятором: все-таки в то время он работал в Лос-Аламосе, а у военных всегда были и будут самые мощные компьютеры в мире, однако открытие действительно было чудесным - какие бы унимодальные отображения мы не рассматривали, скейлинг для них (т.е. "волшебные" числа и ) будет тем же самым.
Алгоритм
Интересно, что точки также можно использовать для расчета , этим факт мы и будем использовать в дальнейшем. Обратим внимание, что в точках мультипликатор всегда равен нулю, что автоматически означает устойчивость этих циклов:
(a) |
Например, для цикла периода два: |
, где |
, таким образом |
|
(5.1) |
(б) |
Цикл периода четыре: |
, где |
, таким образом |
|
(5.2) |
Для произвольных же -циклов справедливо выражение:
|
(6) |
Уравнение (5.3) легко решается относительно параметра , например, с помощью метода последовательных итераций Ньютона:
|
(6.1) |
Здесь i - номер итерации. Таким образом, весь процесс вычисления, скажем, константы сводится к нахождению таких значений параметра R, при которых бифуркационная диаграмма пересекает линию . Для этого необходимо решить уравнение (6), проитерировав его раз.
НА ВХОД ПОДАЕМ:
Начинаем итерировать функцию f cо следующего значения:
Итерируем производную функции начиная с
Начальные приближения двух значений параметра R: ,
Разумное начальное приближение для постоянной :
НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЕМ:
А весь процесс может быть описан следующими выражениями:
, n=2,3,4,…
, i=0,1,2,…
Рассмотрим на примерах как выглядят непосредственные вычислительные формулы.
ПРИМЕР 1:
При данном значении функция f будет зависеть только от константы r, обозначим эту функцию как . Тогда предыдущее уравнение можно будет переписать:
ПРИМЕР 2:
ПРИМЕР 3:
Программу расчета константы вы можете найти здесь. Её легко модицифировать для расчета постоянной , что предоставляется проделать читателю. Результат расчета в зависимости от шага i приводится ниже.
i |
|
1 |
6.9032539091... |
2 |
4.7443094689... |
3 |
4.6744478277... |
4 |
4.6707911502... |
5 |
4.6694616483... |
6 |
4.6692658098... |
... |
... |
11 |
4.66920173800930... |
Список литературы
[1] Г.Шустер, "Детерминированный хаос. Введение", М:Мир, 1988
[2] K.Briggs "Feigenbaum Scaling in Discrete Dynamical Systems", PhD thesis, 1997
[3] Е.Б.Вул, Я.Г.Синай, К.М.Ханин, "Универсальность Фейгенбаума и термодинамический формализм", УМН, т.39, вып.3(237), 1984
[4] М.Фейгенбаум, "Универсальность в поведении нелинейных систем", УФН, т.141, вып.2, октябрь 1983
[5] Н.Н.Калиткин, "Численные методы", М:Наука, 1978
[6] Метод Ньютона
Другие работы по теме:
Новые формулы для вычисления планковских единиц
Аннотация Показано, что планковские единицы могут быть определены не только по формулам: mpl=(ћc/G)1/2, tpl=(Gћ/c5)1/2, lpl=(Gћ/c3)1/2. Найдены новые формулы для вычисления планковских единиц. Из формул следует, что константы lpl, tpl, mpl могут быть определены не только с помощью констант
Прямое дискретное преобразование Лапласа
Предмет: Теория Автоматического Управления Тема: ПРЯМОЕ ДИСКРЕТНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛАПЛАСА Введение Динамические процессы в дискретных системах управления описываются уравнениями в конечных разностях. Удобным методом для решения разностных уравнений является операционный метод, основанный на дискретном преобразовании Лапласа.
Передаточная функция дискретной системы
Определение связи между выходом и входом для непрерывных систем. Вычисление передаточной функции и основы структурного метода дискретной системы. Расчет передаточной функции дискретной системы с обратной связью. Передаточные функции цифровых алгоритмов.
О нелинейной динамике
Успехи механики в XVII-XIX веках были столь впечатляющими, что стало казаться возможным представить себе всю Вселенную как гигантскую динамическую систему.
Отображение геометрических структур
ABSTRACT Mapping geometrical arrangements of a fiber space of differential equations, bound mapping of Hopf-Colle is under construction. Устанавливается изоморфизм
Использование программирования в математике
Содержание Задание 1. Вычисление значения арифметического выражения Задание 2. Использование условного оператора Задание 3. Использование циклических структур Задание 4. Работа с двумерными массивами Задание 5. Использование процедур Задание 6. Текстовый файл
Анализ качества дискретных систем управления
Реферат Предмет: Теория автоматического управления Тема: Анализ качества дискретных систем управления Методы определения качества дискретных систем автоматического управления аналогичны методам определения качества непрерывных систем с учетом некоторых особенностей.
Формирование АИМ-сигнала
Экспериментальное исследование принципов формирования АИМ – сигнала и его спектра. Методика и этапы восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов в пункте приема, используемые для этого главные приборы и инструменты.
Характеристика дискретных систем автоматического управления
Дискретные системы автоматического управления как системы, содержащие элементы, которые преобразуют непрерывный сигнал в дискретный. Импульсный элемент (ИЭ), его математическое описание. Цифровая система автоматического управления, методы ее расчета.
Длинные циклы в экономике
План Введение 1 Разновидности длинных циклов в экономике Список литературы Введение Длинные циклы в экономике — экономические циклы с длительностью более 10 лет. Иногда называются по именам их исследователей.
Циклы Жюгляра
Циклы Жюгляра — среднесрочные экономические циклы с характерным периодом в 7-11 лет. Названы по имени французского экономиста Клемана Жюгляра, одним из первых описавшего эти циклы[1]. В отличие от циклов Китчина в рамках циклов Жюгляра мы наблюдаем колебания не просто в уровне загрузки существующих производственных мощностей (и, соответственно, в объеме товарных запасов), но и колебания в объемах инвестиций в основной капитал.
Международное общество сохранения природы
Conservation International (CI) является некоммерческой организацией, базирующейся в Вашингтоне (округ Колумбия). Её целью является сохранение биоразнообразия растений, животных и ландшафтов во всём мире. Особое внимание уделяется так называемым «горячим точкам биоразнообразия», т.е. зонам с особым разнообразием видов на суше и на море по всему миру.
Операторы ввода-вывода
Простейший оператор ввода в Паскале - оператор READ, он записывается в виде: READ(имя,имя,...); где имя - имена переменных или типизированных констант. Вводимые значения задаются в виде допустимых в Паскале констант.
Класс Строка
Вот довольно реалистичный пример класса string. В нем производится учет ссылок на строку с целью минимизировать копирование и в качестве констант применяются стандартные символьные строки C++.
Лабараторная работа №4
Цель работы: изучение правил записи констант, переменных, выражений, операторов присваивания, раздела определения констант, раздела описания переменных и общей структуры программы на языке Turbo-Pascal.
Обработка одномерных массивов и матриц
Заполнение массива из целых чисел с присвоением элементам разных значений. Варианты программы с использованием различных операторов организации циклов. Определение квадрата максимального из четных элементов массива и общего числа нулевых элементов.
Основные конструкции библиотеки OpenGL
Определение области значений функции y=sin(x) и построение графика по точкам с помощью основных конструкций библиотеки OpenGL. Функции вырисовки на экране, обработки сообщений с клавиатуры. Установка размеров области отображения. Главный цикл приложения.
Коррекция дискретных систем управления
Способы дискретной коррекции систем управления. Порядок расчета корректирующего звена для дискретной системы. Особенность методов непосредственного, последовательного и параллельного программирования. Реализация дискретных передаточных функций.
Алгоритмические языки: обработка одномерных массивов
Работа с массивами, их ввод и вывод, организация программ циклической структуры. Способы описания и использования массивов, алгоритмы их сортировки, сортировка выбором и вставками. Алгоритмы поиска элемента в неупорядоченном и упорядоченном массивах.
Предмет, методы и задачи СЭГ и регионалистики
1. Предмет, методы и задачи СЭГ и регионалистики. СЭГ-наука о терр соц-эк сис-мах, их орг-и и упр-и ими. Предмет СЭГ-процессы формир-я, функц-я и разв-я терр соц-эк систем (строит-во-географ стр-ва, транспорт-география транспорта).