从经典混沌到量子混沌

由确定性方程描绘的经典系统会呈现一种随机行为,这类现象现在被广泛地称为混沌运动。对经典系统混沌运动的研究自然导致对量子系统混沌行为的讨论。目前,在核物理、光化学等领域中量子混沌的研究已受到人们的重视。对混沌运动有兴趣的读者可详阅《从经典混沌到量子混沌》一文。     

连续反馈混沌同步方式在保密通讯的中应用

利用Ｃｈｕａ混沌电路对连续反馈同步方式在保密通讯中的应用进行研究。通过对混沌同步原理的研究得出确保保密通讯得以实现的恢复同步系数Ｋｒ〉２，并利用ＰＳＰＩＣＥ软件进行仿真实验。研究为避免系统分拆，任意信躁比下的保密通讯提供了理论和实验依据。     

短时心率变异性信号的基本尺度熵分析

心率变异性信号的复杂性能够反映出心脏的生理功能和健康状态, 从短时的心率变异性信号中探测到复杂性特征具有重要的现实意义. 提出一种基本尺度熵方法来探讨时间序列的复杂性. 该方法对于低维的混沌序列logistic映射, 其基本尺度熵的计算结果与Lyapunov指数的计算结果非常相似, 并且叠加上随机Gauss噪声依然显示方法的有效性. 通过用低维的3个非线性确定性混沌系统检验, 表明该方法有效. 我们把它应用到短时心率变异性信号, 该方法能够很有效的区分出不同的生理、病理信号, 由于方法简单、运算快速、有一定的抗干扰能力使其能够为实际的应用提供方便.     

熵、分维、李雅普诺夫指数与混沌

按照现有的认识,确定性系统经长时间后的运动至少有4种形式:平衡运动,周期运动,拟周期运动和混沌运动(chaotic motion)。平衡运动是一种平凡的情形。对于周期运动,人们已有了较深刻的了解。还在近代自然科学产生之前,我们的祖先就已经观察到了冬去春     

混沌序列的非线性预测

混沌理论的研究进展给我们带来了新的启迪,它表明:即使近似的长期预测也是不可能的,但短期内却可能做到准确的预测。混沌理论在确定性系统与随机过程之间架起了一座桥梁,为认识事物发展的规律,预见其未来发展的状态行为,提供了新的思想和方法。     

周期脉冲控制R?ssler系统

最近出于利用混沌的目的,控制混沌吸引了广泛的注意.在已提出的各种方法中,一种很简单的方法是用周期扰动控制混沌.对该方法已有的研究大多是针对周期强迫的非自治方程系统,而对自治系统及无方程的情况研究的很少.我们从一维映象出发提出了一种新的利用周期脉冲控制混沌的方法.该方法是对系统变量施加脉冲扰动使一维映象临界点(导数为零)的正向轨道与逆向轨道在合适的点上相连,构成一条新的稳定周期轨道,从而达到控制混沌的目标.在这种机制下可以针对某些具有特定动力学特征的期望轨道预先计算出扰动的参数,同时这种计算不要求知道系统的运动方程.这是其他周期信号控制混沌方法做不到的.     

心脏电活动过程的非线性分析

非线性科学是国内外科学研究中的热点, 其研究涉及确定性和随机性、有序和无序、简单性和复杂性等范畴和概念上的认识与深化, 对于整个自然科学, 包括生命科学的发展都有着重大的影响. 生命体是自然界中最复杂的非线性系统之一. 非线性系统的一种极为重要的运动形态就是混沌, 它研究的是自然界非线性过程内在随机性所具有的特殊规律性. 而与混沌密切相关的分形是指一类极其零碎而复杂、但有其自相似性或自仿射性的体系, 混沌中的混沌吸引子就存在着无穷嵌套的自相似几何结构. 近20多年来, 国内外研究人员对生命循环系统的核心部分——心脏电活动的非线性特性做了深入的研究. 除了用关联维数、李雅普诺夫指数和柯氏熵等对心电信号(HRV, ECG)进行分析, 以及用多重分形谱面积特性参数对ECG信号进行分析并取得重要的进展外, 最近在短时HRV和高频心电信号数据的非线性参数的探索上也得到了满意的结果, 在临床观察疗效和早期诊断等方面具有广泛而重要的应用价值. 本文评述了心电信号非线性特性分析的现状和进展, 指出了以某些适用于短数据的非线性敏感特征量及其估计算法, 用于生理系统的动态过程和临床有效性研究是今后值得关注的研究方向.     

混沌保密通信的最新进展

迄今利用混沌进行秘密通信大致分为三大类：第一类是直接利用混沌进行秘密通信；第二类是利用同步的混沌进行秘密通信；第三类是混沌数字编码的异步通信，第二类是国际上研究的一大热点，正在发展为高新技术的一个新领域，混沌通信具有许多优点：（1）保秘性强，因为具有宽带特性，特别是利用时空混沌增强抗破译、抗干扰（鲁棒性）能力；（2）具有高容量的动态存储能力；（3）具有低功率和低观察性；（4）设备成本低等，现在已经提出了同步混沌通信三大保密技术；混沌遮掩、混沌调制和混沌开关技术，本文着重综述了近三年来混沌同步三大保密技术的主要进展，包括理论、设计思想、目前的研究热点、有实用价值又可能实现的十种保密通信方案，其中，混沌遮掩五种，混沌开关两种及混沌调制三种，并分析了各种方案的优缺点，最后，给出了混沌保密通信研究中保密技术的应用展望，这是一个在21世纪大有发展前景的极富挑战性的高新科技领域。     

确定性混沌与信息科学

决定性与随机性(概率性),同步与非同步,有序与无序在确定性混沌中得到了统一。在信息的产生和消失,提取和识别,可预测性和不可预测性这些共有的天地中,确定性混沌与信息科学的协同发展将会产生深远影响。     

混沌动力学非线性分析方法在生物反馈研究中的应用

混沌理论的出现弥合了确定性和随机性两个对立的物理特性之间不可逾越的鸿沟,开阔了我们认识自然界和人类社会的视野.生物反馈是在系统论、控制论、信息论的哲学基础上发展起来的一种有效的防治心身疾病的手段.混沌动力学非线性分析方法在生物反馈研究中的应用将促进心身疾病非药物治疗方法的发展.     

复杂生理信号的多重分形质量指数谱分析

生理信号属于非稳态的时变信号. 因此, 非线性分析方法能更好地揭示其特性与机理. 已有研究表明, 由复杂自调节系统产生的生理信号具有分形结构. 提出一种新的多重分形复杂度检测方法——质量指数谱分析, 着重刻画谱曲线的整体弯曲程度, 揭示分形结构复杂性. 方法描述了该谱曲线上所有相邻点对应分形维数差异的非线性叠加, 解决原有参数无法充分反映信号分形结构全部子集信息的不足. 用确定性分形系统Cantor集进行检验, 完全可以区分不同复杂程度的混沌序列, 并不受信号非平稳性及噪声干扰影响. 通过对人体心率变异性(HRV)信号和睡眠脑电(sleep EEG)信号统计分析, 可有效判别处于不同生理和病理状态的人群, 在运算速度和准确性上均比传统参数有一定提高. 该研究能够为临床应用提供有价值的信息.     

应用耦合映象格子模型模拟Rayleigh-Bénard对流中的结构形态

应用耦合映象格子(CML)模型对Rayleigh-Bénard对流(RBC)的结构形态作了数值模拟. 在展高比较小(L/d=5)的情况下, 数值模拟再现了实验中观察到的流动由层流过渡到软湍流再过渡到硬湍流的主要特征以及水平截面内的胞状结构. 在展高比较大(L/d=30)的情况下, 数值模拟成功地再现了近年来在实验中发现的螺旋-缺陷混沌和靶标型结构. 同时证实, 对于Pr=1的流体, 在偏离平衡态的初始阶段的同一参数范围内, 大展高比RBC中的理想直涡卷和螺旋-缺陷混沌是相互竞争的两个吸引子, 而初始条件对于形成这两种结构形态中的哪一种起决定性作用. 对于Pr=4的流体, 大展高比RBC中的结构形态主要呈靶标形, 其尺度和分布形态亦显著地取决于初始条件.     

泛函微分不等式与时滞随机系统(Ⅳ):实用稳定性判据

在现实世界中,许多实际系统可能在李雅普诺夫意义下是不稳定的,但在由Lasalle和Lefschctz引入的实用稳定性的意义下是稳定的。例如,航天飞机或导弹可能围绕一个李雅普诺夫意义下不稳定的轨道运动,但它却是实用稳定的,对于确定性系统的研究成果已总结     

浑沌的遍历性,混合性和正合性

确定性浑沌是由非线性系统产生的,它的某些数量特征正逐步为人们所揭示,通常用李雅普诺夫指数:作为判断系统是否产生浑沌的证据之一.也可用柯尔莫哥洛夫熵来区分规则运动、浑沌运动和随机运动.现在又用FrobeniusPerron算子来揭示浑沌的另一些重要数量特征:遍历性(ergodicity)、混合性(mixing)和正合性(exactness).本文通过变换的密度来介绍遍历性、混合性和正合性的概念,最后说明它们之间的关系.     

混沌和分形的普适常数的物理意义

混沌吸引子普适常数包含哪些物理内容?或者说,分形维数的物理意义是什么?这是目前混沌与分形理论发展过程中人们关心的重要问题,因为这一问题的解决与建立混沌控制的理论框架和分形的动力学机制之间有直接联系.本文根据拓扑思想重建了一种能态动力学系统,并在该系统中能量“分级极值”结构的前提下,对混沌和分形的基本特征进行讨论,其结论是把混沌和分形的普适常数的物理意义归于“能级变化率”的概念.     

混沌通信分类及其保密通信的研究

上世纪90年代以来，一方面计算机网络技术得到飞速发展，另一方面新技术不断涌现，大大加速了信息处理和传递，当今网络化与全球化成为不可抗拒的世界潮流，而网络通信中的保密技术则是核心技术之一。任何这方面科技的新发现及其进展都必然引起关注，混沌通信技术就是引起广泛关注的一种高新技术，作为高科技，她具有突破性，创新性，战略性，带动性和风险性。本在前（自然杂志 2001；23（2））的基础上，进一步综述了国际上近年来关于混沌保密通信的最新进展，从通信角度，把产生混沌的类型分为连续流混沌，数字流混沌和数字混沌三种。为了向实用化方向发展，将混沌通信研究中常用的混沌遮掩，混沌开关，混沌调制三种主要技术方案，又按照更便于实际应用，重新把它们分类为三种主要形式，即模-模通信，模-数-模通信和数-数通信。在分析当前国际上三种混沌保密通信的最新方案及其研究进展后，最后提出了一些值得研究的关键技术和研究方向。     

Image encryption algorithm based on improved chaotic sequences of Liu system

为了提高混沌序列的复杂性和伪随机性,首先,对Liu混沌系统生成的混沌序列进行了改进,使改进后的序列具有理想的伪随机特性;然后.利用改进的Liu系统混沌序列对图像进行加密,提出了置乱与替代相结合的加密算法.实验表明该算法具有较强的抵御穷举攻击、统计攻击、已知明文攻击能力,因此,算法具有较高的安全性.     

一个用于检测微弱复信号的新Duffing型复混沌振子

针对数字通信和雷达等系统数字处理过程中经常使用的复信号,提出一个新的复Duffing方程,分析了其动力学行为.通过计算最大李氏指数和功率谱,证明该系统在不同参数下经暂态到达稳态后存在混沌行为和大尺度周期行为.基于此方程提出一种Duffing型复混沌振子检测系统,它利用混沌系统在临界混沌状态下对参数的敏感性及对一定功率范围内的噪声具有免疫力的特性来检测湮没在复高斯白噪声中的微弱复信号.Monte-Carlo仿真实验表明,在保证较低虚警率的条件下,该检测系统对复单频信号和复线性调频信号都有较好的检测效果.     

动力系统初扰动敏感性与混合性、熵的一些关系

动力系统的复杂动力行为一个重要方面是运动对初扰动的敏感性,即运动在初扰动下它的渐近行为发生了较大的改变,从而使确定性系统发生类似随机行为。初扰动敏感性具有多种尺度、多种层次的描述(见文献[1]),它构成了系统Chaos现象、奇异吸引子一个基本特征。本文企图讨论动力系统初扰动敏感性与遍历性理论中两个基本概念——混合性、熵之间的一些关系。     

多才多艺的数学生态学家——罗伯特·梅

在过去的20年中,确定性混沌在许多应用数学领域中占据着越来越重要的地位.特别是,在70年代早期,出现了一个刺激其发展的积极因素——关于植物和动物种群的非线性动力学研究.混沌动力学与分形几何学和数学生态学的相互交融、共同发展,是当前数学生态学的新发展.而在其成长壮大的过程中,著名的数学生态学家罗伯特·梅是其中具有决定性作用和最重要的人物之一.本文全面介绍了罗伯特·梅的学术生涯及其对科学的贡献,同时阐述了非线性动力学对生物学的推动作用.