非線性動力學中,混沌理論(chaos theory)為何常與分形(fractal)緊密相連?

時間 2021-06-01 19:37:37

1樓:賈明子

我們可以非常簡單地來看這個問題。要知道,絕大多數的動力學系統可以用一組微分方程來表示:

其中,X是系統變數,L是乙個非線性運算元,可以是方程組,也可以是微分運算元(偏微分方程)。 是運算元的引數。

一般而言,對於孤立系統L不顯含時間t。這稱作自治系統。

對於乙個確定的初始狀態(初始點),系統的狀態將隨著時間變化(演化),而在相空間裡面劃過乙個軌跡(演化軌跡)。每乙個可能的初始點都會對應於乙個確定的演化軌跡。這個軌跡可以以如下的連續對映來表示:

其中x0是初始點,t是時間。這就是相空間中的乙個流(flow),這個流顯然有如下特點:

這表示演化的任何乙個時刻,都可以以此時的狀態為新的起點繼續演化。很顯然,任取乙個離散的時間 ,這個流是乙個遞迴運算。離散化有很多種辦法,例如龐加萊對映等。

也就是說,乙個離散化的軌跡,是乙個遞迴過程,一直演化下去,就是無限遞迴。而這正是分形的基本特徵。

參考:11、分形:小小體積可以充滿大大空間嗎?

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