Chaotic Transitions in Deterministic and Stochastic Dynamical Systems

Chaotic Transitions in Deterministic and Stochastic Dynamical Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:
作者:Simiu, Emil
出品人:
页数:244
译者:
出版时间:2009-6
价格:$ 47.46
装帧:
isbn号码:9780691144344
丛书系列:
图书标签:
  • 动力系统
  • 混沌
  • 随机过程
  • 非线性动力学
  • 相空间
  • 分岔理论
  • 确定性系统
  • 随机系统
  • 时间序列分析
  • 复杂性
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具体描述

The classical Melnikov method provides information on the behavior of deterministic planar systems that may exhibit transitions, i.e. escapes from and captures into preferred regions of phase space. This book develops a unified treatment of deterministic and stochastic systems that extends the applicability of the Melnikov method to physically realizable stochastic planar systems with additive, state-dependent, white, colored, or dichotomous noise. The extended Melnikov method yields the novel result that motions with transitions are chaotic regardless of whether the excitation is deterministic or stochastic. It explains the role in the occurrence of transitions of the characteristics of the system and its deterministic or stochastic excitation, and is a powerful modeling and identification tool. The book is designed primarily for readers interested in applications. The level of preparation required corresponds to the equivalent of a first-year graduate course in applied mathematics. No previous exposure to dynamical systems theory or the theory of stochastic processes is required. The theoretical prerequisites and developments are presented in the first part of the book. The second part of the book is devoted to applications, ranging from physics to mechanical engineering, naval architecture, oceanography, nonlinear control, stochastic resonance, and neurophysiology.

《非线性动力学与混沌的奥秘:从确定性到随机性》 本书深入探索了非线性动力学系统的迷人世界,揭示了从高度有序的确定性行为向无规律的随机性跃迁过程中所蕴含的深刻原理。我们并非仅仅停留在理论的表面,而是通过严谨的数学分析和生动的物理直觉,引导读者穿越错综复杂的相空间,感受隐藏在看似混乱现象背后的规律。 第一部分:确定性动力学系统的基础与混沌的萌芽 我们将从基础的微分方程和离散映射入手,建立描述动力学系统演化的数学框架。读者将学习如何分析系统的稳定性和不稳定性,理解吸引子(定点、极限环、怪异吸引子)的概念,以及它们在系统长期行为中的核心作用。 基础概念回顾: 熟悉一维和多维动力学系统的基本构成,包括相空间、轨迹、流和映射。 吸引子的性质: 深入理解不同类型吸引子的形成机制,特别是点吸引子和极限环的稳定性分析,以及它们如何刻画系统的稳态行为。 迭代映射的探索: 以Logistic映射、Lorenz系统等经典模型为例,展示简单方程如何产生复杂行为。读者将直观感受倍周期分岔、流线型吸引子等概念。 混沌的定义与特征: 详细阐述混沌的三个核心特征:对初始条件的敏感依赖性(“蝴蝶效应”)、拓扑混合性以及拓扑等测性。我们将通过 Lyaponov 指数、分形维度等工具量化这些特征。 分形几何与混沌: 探讨分形结构在混沌吸引子中的普遍存在,理解分形维度的意义,以及它如何反映吸引子在相空间中的复杂性和自相似性。 第二部分:从确定性混沌到随机性的过渡 这一部分是本书的核心,我们将聚焦于动力学系统如何从完全可预测的确定性混沌状态,逐渐过渡到我们感知到的随机过程。这种过渡并非简单的“从有到无”,而是一个充满精妙机制的过程。 噪声的引入与影响: 探讨外部噪声(加性噪声、乘性噪声)如何耦合进确定性动力学系统。读者将理解噪声并非总是破坏规律,有时也能“激活”隐藏的动态。 随机共振: 这是一个令人着迷的现象,我们将深入研究在非线性系统中,适度的噪声水平可以增强系统对微弱信号的响应能力,甚至实现信号的放大。这将颠覆许多人对噪声的传统认知。 马尔可夫过程与主方程: 引入描述随机过程演化的概率性框架,包括状态空间、转移概率以及主方程(Fokker-Planck方程)的推导和求解。我们将学习如何分析随机系统的稳态概率分布。 平稳过程与非平稳过程: 区分两种不同类型的随机过程,理解它们的统计特性,以及在不同动力学系统中出现的条件。 遍历性与非遍历性: 探讨一个随机过程的长时间平均是否等于其系综平均,理解遍历性对于分析随机系统稳态行为的重要性。 阈值效应与相变: 分析当系统参数或噪声水平跨越特定阈值时,系统行为可能发生的突变,这类似于物理学中的相变现象,将从确定性行为的稳定区域跃迁到新的、可能更具随机性的区域。 随机吸引子: 引入“随机吸引子”的概念,探讨在有噪声的情况下,系统演化轨迹如何在一个概率意义上收敛的区域内分布,以及其分形特征。 第三部分:应用与前沿展望 本书的最后一部分将把理论知识应用于具体学科领域,并展望非线性动力学与随机过程研究的前沿方向。 物理学中的应用: 从统计力学、激光物理、流体动力学等领域,展示混沌与随机性在解释宏观现象中的作用。 生物学与生态学: 探讨神经元放电的混沌行为、种群动态的随机波动、以及疾病传播的复杂模式。 经济学与金融学: 分析金融市场的非线性波动、价格的随机游走,以及混沌理论在预测中的挑战与机遇。 工程技术: 讨论混沌同步、混沌通信、以及随机过程在控制系统和信号处理中的应用。 数值模拟方法: 介绍常用的数值模拟技术,包括Runge-Kutta方法、蒙特卡洛模拟等,以及如何有效处理和分析这些系统产生的海量数据。 计算复杂性与信息理论: 探讨混沌与随机性与信息产生、信息传输之间的深刻联系。 本书的特色: 循序渐进: 从易于理解的基础概念出发,逐步深入到复杂理论,适合不同背景的读者。 理论与实践结合: 结合丰富的实例和应用,让抽象的理论更具象化。 数学严谨性与直观性并存: 在保证数学严谨性的同时,注重物理图像的构建和直观的解释。 启发性: 引导读者独立思考,激发对复杂系统内在规律的探索热情。 本书适合物理、数学、工程、生物、经济学等相关专业的学生、研究人员,以及对探索复杂系统科学感兴趣的广大读者。通过阅读本书,您将获得一套强大的分析工具,用于理解和预测自然界和社会中普遍存在的、看似无序却又蕴含规律的动力学现象。

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