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Rossler混沌与超混沌吸引子

2011-03-19 08:43阅读:
Rossler 吸引子是最著名的混沌吸引子之一,由Otto Rossler于1976年提出。其微分方程组为:
x'=-y-z; y'=x+ay; z'=b+z(x-c)。
x',y'和z'表示对自变量时间t求导数。(x,y,z)表示系统的状态。a,b,c,是系统参数。方程看上去很简单,除去第三个方程中的二次项zx,则系统是线性的。但一个著名的事实是,这个简单系统存在混沌行为。常用的混沌吸引子研究参数是a=0.1,b=0.1,c=14,下面图片1是吸引子3D图象,图片2,是相应的功率谱和自相关函数。x,y和z的自相关函数第一次越过1/e点的时间分别约为1.16,1.19,0.41。x与y的行为非常类似,平均周期振荡成分在图中清晰可见,其自相关函数几乎重合。
图片3,是a=0.38,b=0.2,c=5.7时的吸引子图像。a增大时,系统的混沌可能更复杂。图片4,是相应的功率谱和自相关函数,自相关函数第一次越过1/e点的时间分别约为0.85,1.47,0.36。平均周期振荡分量的功率相对很弱。以0.36为时延,把x,y和z序列分别嵌入3D空间的重建图像分别如下面图片5,图片6和图片7所示。以1.47为时延,把x,y和z序列分别嵌入3D空间的重建图像分别如下面图片8,图片9和图片10所示,时延太长,z重建几乎为三条射线。
Otto Rossler于1979年提出四元微分方程组:
x'=-y-z; y'=x+ay+v; z'=b+zx;v'=
-cz+dv。
当a=0.25,b=3,c=0.5,d=0.05时,系统存在超混沌解。混沌系统有正的李雅普洛夫指数,如果至少有两个正的指数,则特别称为超混沌。图片11,是x,y,z和v的功率谱和自相关函数,自相关函数第一次越过1/e点的时间分别约为:1.30,1.29,0.26,6。x,y,z和普通Rossler吸引子类似,但在居士的计算中v很特别,自相关函数要求很宽的时间窗。图片12,和图片13,分别是吸引子的(x,y,z)和(x,y,v)的3D图像。x,z和v分别用各自的自相关函数的1/e点时间为时延,嵌入3D空间的图像分别如图片14,图片15,和图片16所示。前面三元微分方程组的吸引子图像全表示为绿色;而四元微分方程组的吸引子图像全为粉红色。

图片1,图片2,系统参数为(0.1,0.1,14)时的吸引子及其功率谱和自相关函数:
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子

图片3,图片4,系统参数为(0.38,0.2,5.7)时的吸引子及其功率谱和自相关函数:
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子

图片5,图片6,图片7,系统参数为(0.38,0.2,5.7),时延为0.36的重建吸引子图像:
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子 Rossler混沌与超混沌吸引子
图片8,图片9,图片10,系统参数为(0.38,0.2,5.7),时延为1.47的重建吸引子图像:
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子

图片11,图片12,图片13, 四维系统(x,y,z,v)超混沌吸引子的自相关函数,功率谱和XYZ及XYV的3D图像:
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子
图片14,图片15,图片16,超混沌吸引子的X,V和Z分别嵌入3D空间的图像:
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子
Rossler混沌与超混沌吸引子

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