Hamiltonian Chaos and Fractional Dynamics

Hamiltonian Chaos and Fractional Dynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Oxford Univ Pr
作者:Zaslavsky, George M.
出品人:
页数:436
译者:
出版时间:2005-2
价格:$ 169.50
装帧:HRD
isbn号码:9780198526049
丛书系列:
图书标签:
  • 哈密顿系统
  • 混沌动力学
  • 分数动力学
  • 非线性动力学
  • 复杂系统
  • 动力系统
  • 数学物理
  • 应用数学
  • 混沌理论
  • 非线性科学
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具体描述

The dynamics of realistic Hamiltonian systems has unusual microscopic features that are direct consequences of its fractional space-time structure and its phase space topology. The book deals with the fractality of the chaotic dynamics and kinetics, and also includes material on non-ergodic and non-well-mixing Hamiltonian dynamics. The book does not follow the traditional scheme of most of today's literature on chaos. The intention of the author has been to put together some of the most complex and yet open problems on the general theory of chaotic systems. The importance of the discussed issues and an understanding of their origin should inspire students and researchers to touch upon some of the deepest aspects of nonlinear dynamics. The book considers the basic principles of the Hamiltonian theory of chaos and some applications including for example, the cooling of particles and signals, control and erasing of chaos, polynomial complexity, Maxwell's Demon, and others. It presents a new and realistic image of the origin of dynamical chaos and randomness.An understanding of the origin of randomness in dynamical systems, which cannot be of the same origin as chaos, provides new insights in the diverse fields of physics, biology, chemistry, and engineering.

好的,这是一份图书简介,主题为“非线性动力学与复杂系统建模”,重点阐述了其核心内容、研究方法以及预期读者群体,完全避免提及您提供的特定书名及相关内容。 --- 图书名称:非线性动力学与复杂系统建模:从经典理论到前沿应用 图书简介 在当代科学研究与工程实践中,面对系统复杂性日益增加的挑战,对非线性现象的理解与精确建模已成为跨学科研究的核心需求。本书《非线性动力学与复杂系统建模:从经典理论到前沿应用》旨在系统梳理非线性动力学领域的经典理论框架、前沿研究进展以及在现实世界复杂系统中的应用潜力。本书不仅为初学者提供了坚实的理论基础,同时也为资深研究人员提供了深入探讨复杂系统行为的视角和工具。 第一部分:经典非线性动力学基础与分析工具 本书伊始,我们深入探讨了非线性动力学系统的基本概念,包括相空间、轨迹、不变流形以及相图的构建。首章重点介绍了线性系统与非线性系统的本质区别,并阐述了系统的定性分析方法,如平衡点、极限环的稳定性判据(如李雅普诺夫稳定性理论)。 随后,本书详尽介绍了Poincaré截面法和分支理论。Poincaré截面法作为降维分析复杂系统的有效工具,在识别周期性运动、准周期运动以及混沌行为方面发挥着关键作用。分支理论,特别是关于鞍结分支、霍普夫分支和倍周期分岔的分析,为理解系统参数变化如何导致定性行为转变提供了深刻见解。我们通过详实的案例分析,展示了这些经典工具如何应用于简单的二阶和三阶常微分方程系统。 第二部分:混沌动力学:复杂性的数学描述 本书的第二部分聚焦于混沌现象的数学刻画与量化。混沌系统以其对初值的高度敏感性(蝴蝶效应)而著称,但其内部蕴含着丰富的结构。我们详细讨论了李雅普诺夫指数,阐明了其在衡量系统发散率和预测不确定性方面的核心地位。此外,混沌的几何结构——奇异吸引子——是理解混沌系统长期行为的关键。本书将吸引子的概念从简单的定性描述扩展到量化分析,包括分形维数、关联维数以及信息维数的计算方法。 特别地,我们引入了拓扑熵的概念,用以衡量混沌系统的复杂性。通过对洛伦兹系统、Rössler系统等经典模型的深入剖析,读者将掌握如何从宏观和微观层面捕捉混沌系统的特征,并区分确定性混沌与随机过程。 第三部分:复杂系统建模与数值方法 在实际应用中,许多复杂系统无法用解析方法完全描述。因此,本书第三部分着重介绍了系统的数值建模技术。我们详细讨论了数值积分方法的选择与精度控制,包括Runge-Kutta方法族、步长自适应策略等,并强调了在长时间模拟中保持系统稳定性和能量守恒的关键性。 此外,针对高维或大规模系统,我们探讨了降阶模型(Reduced Order Models, ROMs)的构建技术,如本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition, POD)和本征函数展开法,这些方法对于提高计算效率、揭示系统核心动力学至关重要。 第四部分:网络动力学与耦合系统 现代科学研究日益关注由相互作用单元构成的复杂网络系统。本书的第四部分将非线性动力学与图论相结合,探讨了网络动力学。我们分析了耦合振子系统的同步现象,包括全同步、群同步以及部分同步等复杂状态。通过对Kuramoto模型、拉什布鲁克模型等经典网络模型的深入研究,读者将理解网络拓扑结构(如小世界效应、无标度特性)如何影响整个系统的集体行为。 我们还探讨了网络鲁棒性与脆弱性问题,例如在存在耦合故障或信息传播中断时,系统动力学如何演变。这部分内容对于理解生物神经元网络、电力系统稳定性以及社会传播现象具有直接指导意义。 第五部分:前沿应用:从流体到金融 本书的最后部分将理论工具应用于多个前沿交叉领域,展示非线性动力学模型的强大解释力。 在物理学与工程学方面,我们探讨了湍流的动力学特征,将湍流的统计描述与低阶动力学模型联系起来。在生物系统中,我们考察了种群动态模型、心脏节律的混沌行为,以及疾病传播模型中的非线性反馈机制。 在经济与金融领域,我们讨论了资产价格波动、市场不稳定性以及代理人异质性对宏观经济指标的影响。这部分内容强调了非线性模型如何挑战传统线性预测范式,引入了对市场“相变”的理解。 目标读者 本书内容广泛且深度适中,特别适合: 1. 物理学、数学、工程学及计算机科学的研究生和高年级本科生,作为深入学习非线性动力学与复杂系统分析的教材。 2. 工业界研发人员,特别是从事控制理论、信号处理、系统仿真和数据分析的工程师,以提升对复杂系统行为的洞察力。 3. 跨学科研究人员,如生态学家、经济学家、神经科学家,希望运用严格的数学工具来建模和理解其领域内的非线性现象。 本书的编写风格注重严谨性与直观性并重,理论推导清晰,结合丰富的实例和恰当的图示,致力于培养读者分析和解决复杂非线性问题的能力。通过本书的学习,读者将能够熟练运用从经典分支理论到现代网络动力学的全套分析框架,以更全面的视角审视周围世界的复杂性。

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