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Poincare截面在混沌时间序列预测中的应用

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了研究这一问题,在当时并没有计算机的情况下,庞加莱提出Poincare映射的概念。Poincare映射是一个经典的分析动力系统的技术,它用N—1阶的离散系统替换原先N 阶连续系统的流。在多维空间中适当选取一截面,在此截面上某一对共轭变量如x1,x.1取固定值,通常称此截面为Poincare截面。当Poincare截面上是一闭曲线时,运动是准周期运动。当Poincare截面上是一些成片的密集点时,运动便是混沌的。

Poincare截面在混沌时间序列预测中的应用

以前,人们提出一个问题,怎样尽量精确地计算对应确定初始条件的万有引力作用的质点运动庞加莱(Poincare)[26]所感兴趣的,不是某个具体运动,而是所有可能的运动——如今天所说的相空间的诸多运动(在稳定运动流体中,每个点都有一个确定的流动速度)方面的问题,如在描述可能的运动相轨迹里,有闭合曲线吗?这个问题的意义在于:当相点在闭合曲线转了一整圈后,又回到初始点,然后,又开始同样的运动。也就是说,一个闭合轨道描述一个周期性运动。为了研究这一问题,在当时并没有计算机的情况下,庞加莱提出Poincare映射的概念。

Poincare映射是一个经典的分析动力系统的技术,它用N—1阶的离散系统替换原先N 阶连续系统的流。在多维空间中适当选取一截面,在此截面上某一对共轭变量如x1,x.1取固定值,通常称此截面为Poincare截面。观察运动轨迹与此截面的截点,这样原相空间连续轨迹在Poincare截面上便表现为一些离散点之间的映象Pn+1=TPn(T为Poincare映射):

(1)当Poincare截面上只有一个动点或少数离散点时,运动是周期运动。

(2)当Poincare截面上是一闭曲线时,运动是准周期运动。(www.xing528.com)

(3)当Poincare截面上是一些成片的密集点时,运动便是混沌的。

它的定义保证了离散系统的极限集对应于连续系统相应流的极限集。它的作用在于降低系统的阶,并且成为联接连续系统和离散系统的桥梁

利用Poincare映射研究常微分方程有如下几个优点:首先,可以降低原有系统的阶,构造Poincare映射可以消除至少一个变量,从而简化问题;其次,可研究全局动力学问题,在低维的问题中,Poincare映射给出了系统的全局动力学的深入的、明显的展示;最后是概念更清楚,许多用常微分方程描述的含混不清的概念,如果用Poincare映射来描述则会变得非常简洁、清晰。

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