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混沌理論

混沌理論(chaos theory)它是一種定性思維和定量分析相結(jié)合的方法,用于探索動態(tài)系統(tǒng)(如:人口移動、化學反應、氣象變化、社會行為等)必須用整體的連續(xù)的而不是單一的數(shù)據(jù)關系來解釋和預測的行為。

目錄

背景起因 編輯本段

1963年,美國氣象學家愛德華·諾頓·洛倫茨提出了混沌理論(Chaos)非線性系統(tǒng)的多樣性和多尺度性?;煦缋碚摻忉屃藳Q策系統(tǒng)可能產(chǎn)生隨機結(jié)果。該理論的最大貢獻是用簡單的模型獲得清晰的非周期結(jié)果。在氣象、它在航空航天的研究中起著重要的作用。

混沌理論認為,在一個混沌系統(tǒng)中,初始條件發(fā)生非常微小的變化,經(jīng)過不斷的放大,就會造成其未來狀態(tài)的巨大差異。我們可以用西方世界流傳的一首民歌來說明這個形象。這首民謠說:

釘子缺,蹄鐵卸;蹄鐵卸,戰(zhàn)馬蹶;戰(zhàn)馬蹶,騎士絕;騎士絕,戰(zhàn)事折;戰(zhàn)事折,國家滅。

馬蹄鐵上的釘子是否會丟失是初始條件的一個非常小的變化,但它“長期”效果是一個帝國生死存亡的根本區(qū)別。這就是軍事政治領域所謂的“蝴蝶效應”混沌系統(tǒng)對外界刺激的反應比非混沌系統(tǒng)快。

混沌現(xiàn)象是由于物體按照一定的規(guī)律不斷復制前一階段的運動狀態(tài),產(chǎn)生不可預測的隨機效應。所謂“錯誤再小也是錯”是對這種現(xiàn)象最好的注解。具體來說,混沌發(fā)生在一個可變化的物體或系統(tǒng)中,在動作開始時非常簡單,但經(jīng)過一定規(guī)則的連續(xù)變化,產(chǎn)生了意想不到的后果,即混沌狀態(tài)。但是,這種混沌狀態(tài)不同于一般的混沌狀態(tài)經(jīng)過長期完整的分析,可以從這種混亂的現(xiàn)象中梳理出一些規(guī)律。雖然混沌最初是用來解釋自然的,但它在人文和社會領域尤其常見,因為事物之間是相互牽引的。比如股市的漲跌、人生的平坦曲折、教育的復雜過程。

混沌特性 編輯本段

1)隨機性:系統(tǒng)的混沌狀態(tài)是由系統(tǒng)內(nèi)部動力學的隨機性引起的不規(guī)則行為,通常稱為內(nèi)部隨機性.例如,在一維非線性映射中,即使描述系統(tǒng)演化行為的數(shù)學模型不包含任何附加的隨機項,即使控制參數(shù)、初始值都是確定的,但系統(tǒng)在混沌區(qū)的行為仍然是隨機的。這種隨機性是在系統(tǒng)中自發(fā)產(chǎn)生的,與外界的隨機性有著完全不同的來源和機制它顯然是確定性系統(tǒng)中的內(nèi)在隨機性和機制函數(shù)。系統(tǒng)中的局部不穩(wěn)定性是內(nèi)部隨機性的特征,也是對初值敏感的原因。

2)敏感性:系統(tǒng)的混沌運動,無論離散還是連續(xù),低維還是高維,保守還是耗散。無論是時間演化還是空間分布都有一個基本特征,就是系統(tǒng)的運動軌道對初始值極其敏感。這種敏感性,一方面反映了非線性動力系統(tǒng)中隨機系統(tǒng)的運動趨勢的強烈影響;另一方面,也會導致系統(tǒng)長期行為的不可預測性。氣象學家洛倫茨提出了所謂的'蝴蝶效應'是對這種敏感性的突出而生動的解釋。

3)分維性:混沌具有分形維數(shù)的性質(zhì),這意味著相空間中系統(tǒng)運動軌道的幾何形狀可以用分形維數(shù)來描述。比如科赫雪花曲線的分形維數(shù)是1.26;描述大氣混沌的洛倫茲模型的分形維數(shù)為2.06系統(tǒng)的混沌運動在相空間中無限糾纏、折疊和扭結(jié)形成了具有無限層次的自相似結(jié)構。

4)普適性:當系統(tǒng)趨于混沌時,特征具有普遍意義。其特性不隨具體系統(tǒng)和系統(tǒng)運動方程的不同而改變。所有這些系統(tǒng)都與費根鮑姆常數(shù)有關。

5)標度律:混沌是一種無周期性的有序狀態(tài),具有無限的自相似結(jié)構和無標度區(qū)。只要數(shù)值計算的精度或者實驗的分辨率足夠高,就可以發(fā)現(xiàn)小尺度混沌的有序運動模式,所以它具有標度律的性質(zhì)。比如在倍周期分岔過程中,混沌吸引子的無限嵌套相似結(jié)構,從層次關系上看,具有結(jié)構的自相似性和尺度變換下的結(jié)構不變性,從而表現(xiàn)出有序性。

原則理論 編輯本段

混沌理論的另一個特點是它的發(fā)展,它有三個原理:

1、能量總是沿著阻力最小的路徑前進

2、總有一個看不見的基本結(jié)構,決定了阻力最小的路徑。

3、這種無時無刻不在通常看不見的基本結(jié)構不僅可以被發(fā)現(xiàn),而且可以被改變。

理論定義輯 編輯本段

混沌理論混沌理論

混沌理論是一種定性思維和定量分析的方法,用于討論動態(tài) 系統(tǒng)的行為不能用單一的數(shù)據(jù)關系來解釋和預測,而是用一個整體的連續(xù)的數(shù)據(jù)關系來解釋和預測。

一切事物的原始狀態(tài)都是一堆看似不相關的碎片,但這種混亂狀態(tài)結(jié)束后,這些無機的碎片就會有機地整合成一個整體”

混沌一詞原本是指宇宙形成前的混沌狀態(tài)古希臘哲學家持宇宙始于混沌論,認為宇宙是從混沌開始逐漸形成有序世界的。在有序的宇宙中,西方自然科學家經(jīng)過長時間的討論,逐一發(fā)現(xiàn)了自然界中的許多規(guī)律,如萬有引力杠桿原理相對論等等。這些自然規(guī)律可以用一個單一的數(shù)學公式來描述,根據(jù)這個公式可以準確地預測物體的行為。

在過去的半個世紀里,科學家發(fā)現(xiàn)許多自然現(xiàn)象可以簡化為簡單的數(shù)學公式,但它們的行為是無法預測的。例如,氣象學家Edward Lorenz發(fā)現(xiàn),簡單的熱對流實際上可以引起難以想象的氣象變化,從而導致所謂的“蝴蝶效應”20世紀60年代,美國數(shù)學家Stephen Smale發(fā)現(xiàn),某些物體的行為發(fā)生某種規(guī)律性的變化后,后續(xù)的發(fā)展沒有一定的軌跡可循,呈現(xiàn)出一種無序的混沌狀態(tài)。

實際應用 編輯本段

社會方面

混沌理論,尤其是蝴蝶效應,通常用于天氣、在一個很難預測某一段時間的復雜系統(tǒng)中,比如股票市場。如果差距越來越大,破壞性會很大。為什么天氣或股市會出現(xiàn)崩盤和不可預測的自然災害。

社會學中用蝴蝶效應來說明:一個微小的機制,如果不及時引導、監(jiān)管可能給社會帶來巨大危害,被戲稱為“龍卷風”或“風暴”一個微小的機制,只要引導正確,經(jīng)過一段時間的努力,很可能會產(chǎn)生轟動效應,或者說“革命”

經(jīng)濟方面

2003年,美國發(fā)現(xiàn)一例疑似瘋牛病病例,隨即給剛剛復蘇的美國經(jīng)濟帶來毀滅性颶風。扇動“蝴蝶翅膀”是的,它 那個不幸的人是誰“瘋?!笔紫龋偖a(chǎn)值1750億美元140萬個就業(yè)崗位的美國牛肉產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊;作為牛主主要飼料來源的美國玉米和大豆產(chǎn)業(yè)也受到影響,其期貨價格呈下跌趨勢。但最終,它會火上澆油“瘋牛病颶風”最大的損失是美國消費者的減少對牛肉制品的信心。

1998年亞洲金融危機,美國股市風暴,其實都是經(jīng)濟運行混沌理論中的現(xiàn)象;ソースなし販売モデル 今は電子商取引の最も科學的なモデルです このモデルは一人一人の経営に適している だから。:輸入端的微小差異會迅速放大到輸出端的巨大差異??雌饋?,今天北京的一只蝴蝶扇動翅膀,可能會引發(fā)大氣中的一系列事件,可能會導致一個月后紐約的一場風暴。

語言方面

混沌理論被廣泛應用于語言研究領域。學術界用蝴蝶效應來解釋和研究混沌語言現(xiàn)象比如《人民日報》在2010年11月10日頭版發(fā)表了一篇題為《江蘇給力“文化強省”》的文章由于其權威性和號召力,一直被限制在網(wǎng)絡使用“給力”這個詞一夜之間在中國流行起來,蔓延到國家詞匯系統(tǒng),被收入第六版《現(xiàn)代漢語詞典》。

20世紀80年代,學術界開始用混沌理論及其蝴蝶效應研究語言問題。1991年在美國伯克利舉行“語言研究的新方法和新視野”在研討會上,中國數(shù)學家、語言學家周海中教授曾建議建立“語言混沌論”他指出,語言混沌理論主要從混沌理論的角度考察語言及其相關現(xiàn)象,用混沌理論解決語言及其相關現(xiàn)象的非線性問題;為了促進混沌語言研究的發(fā)展,有必要建立一種新的語言研究范式。就目前情況來看,這種新的語言研究范式正在興起。

現(xiàn)實意義 編輯本段

混沌的發(fā)現(xiàn)揭示了我們對法律和由此產(chǎn)生的行為之間的關系的理解-也就是因果之間-對關系的基本誤解。我們曾經(jīng)認為簡單的原因必然產(chǎn)生簡單的結(jié)果(這意味著復雜的結(jié)果必然有復雜的原因)但是現(xiàn)在我們知道簡單的原因可以產(chǎn)生復雜的結(jié)果。我們意識到知道這些規(guī)律并不意味著我們可以預測未來的行為。

這個想法已經(jīng)被一群數(shù)學家和物理學家采納,包括威廉·迪托 (William   ditto)艾倫·加芬科(Alan   garfinkel)和吉姆·約克 (Jim   York),已經(jīng)成為非常有用的實用技術,他們稱之為混沌控制。本質(zhì)上,這個想法是讓蝴蝶效應為你所用。初始條件的小變化會導致后續(xù)行為的大變化,這可能是一個優(yōu)勢;你所要做的就是確保你得到你想要的大改變。了解混沌動力學是如何工作的,使我們有可能設計出一種可以完全實現(xiàn)這一要求的控制方案。

這種方法已經(jīng)取得了一些成功?;煦缈刂谱钤绲某删椭痪褪侵挥眯l(wèi)星上剩下的很少量的聯(lián)氨來制造一個“死”衛(wèi)星改變了軌道,與一顆小行星相撞。美國國家航空航天局NASA操縱衛(wèi)星繞月球旋轉(zhuǎn)五次,每次 都用一點聯(lián)氨輕推衛(wèi)星,最后相撞。

混沌理論的特征也存在于證券市場中。周k線圖看起來像日k線圖、小時K線圖、5分鐘k線圖的形態(tài)非常相似,這是股票市場價格的分形特征我們可以用5分鐘k線圖或者小時k線圖來推斷日k線圖或者周k線圖的形態(tài),為投資決策服務。

蝴蝶效應 編輯本段

在過去的半個世紀里,科學家發(fā)現(xiàn)許多自然現(xiàn)象可以簡化為簡單的數(shù)學公式,但它們的行為是無法預測的。例如,氣象學家Edward Lorenz發(fā)現(xiàn),簡單的熱對流實際上可以引起難以想象的氣象變化,從而導致所謂的“蝴蝶效應”也就是幾個月前發(fā)現(xiàn)的某次地下大雪,是蝴蝶在異地扇動翅膀產(chǎn)生的氣流造成的。

20世紀60年代,美國數(shù)學家Stephen Smale 發(fā)現(xiàn),經(jīng)過一些規(guī)律性的變化后,一些物體的后續(xù)發(fā)展并沒有一定的軌跡,呈現(xiàn)出混沌狀態(tài)。

混沌控制 編輯本段

混沌控制由狄透(William   ditto)賈芬卡(Alan   garfinkel)約克(Jim   York)把這個想法變成實用的技術,從小的變化開始,引起希望和思維的大變化。

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