Vad är KAOS ? - Matematikcentrum

Download Report

Transcript Vad är KAOS ? - Matematikcentrum

Vad är KAOS ? – p.1/15

Vad är KAOS ?

Mario Natiello Matematikcentrum (LTH) Lunds Universitet

Intro

Innehåll

• •

Intro

Dynamik

Innehåll

Innehåll

• • •

Intro

Dynamik

Exempel 1: Svängningar

Innehåll

• • • •

Intro

Dynamik

Exempel 1: Svängningar

Exempel 2: Planeternas rörelse

Innehåll

• • • •

Intro

Dynamik

Exempel 1: Svängningar

Exempel 2: Planeternas rörelse

Exempel 3: Vädret

Innehåll

• • • •

Intro

Dynamik

Exempel 1: Svängningar

Exempel 2: Planeternas rörelse

• •

Exempel 3: Vädret

Exempel 4: Den Logistiska avbildningen

Innehåll

• • • •

Intro

Dynamik

Exempel 1: Svängningar

Exempel 2: Planeternas rörelse

• •

Exempel 3: Vädret

Exempel 4: Den Logistiska avbildningen

Vad är kaos?

Innehåll

• • • •

Intro

Dynamik

Exempel 1: Svängningar

Exempel 2: Planeternas rörelse

• •

Exempel 3: Vädret

Exempel 4: Den Logistiska avbildningen

Vad är kaos?

END

Vad är KAOS ? – p.2/15

Intro

• Friedrich Dürrenmatt: Durcheinandertal (förvirringsdalen eller kaosdalen)

Intro

• Friedrich Dürrenmatt: Durcheinandertal (förvirringsdalen eller kaosdalen) Avant-garde efterkrigs schweizisk författare.

Intro

• Friedrich Dürrenmatt: Durcheinandertal (förvirringsdalen eller kaosdalen) Avant-garde efterkrigs schweizisk författare.

• Pier-Paolo Passolini: Veckorubrik i tidskriften Tempo 1968-70.

Intro

• Friedrich Dürrenmatt: Durcheinandertal (förvirringsdalen eller kaosdalen) Avant-garde efterkrigs schweizisk författare.

• • Pier-Paolo Passolini: Veckorubrik i tidskriften Tempo 1968-70.

Kaosdalen inspirerat filmen Kaos (1984).

Intro

• Friedrich Dürrenmatt: Durcheinandertal (förvirringsdalen eller kaosdalen) Avant-garde efterkrigs schweizisk författare.

• • Pier-Paolo Passolini: Veckorubrik i tidskriften Tempo 1968-70.

Kaosdalen inspirerat filmen Kaos (1984).

• Wikipedia har många poster med rubriken “chaos”.

Intro

• Friedrich Dürrenmatt: Durcheinandertal (förvirringsdalen eller kaosdalen) Avant-garde efterkrigs schweizisk författare.

• • Pier-Paolo Passolini: Veckorubrik i tidskriften Tempo 1968-70.

Kaosdalen inspirerat filmen Kaos (1984).

• Wikipedia har många poster med rubriken “chaos”.

Tillbaka till Innehåll

Vad är KAOS ? – p.3/15

Dynamik I

• Dynamik studerar rörelse och vad som orsakar den.

Dynamik I

• Dynamik studerar rörelse och vad som orsakar den.

• Differentialekvationer (exempel här )

d

2

x

+ ω 2

x

= 0

dt

2

Dynamik I

• Dynamik studerar rörelse och vad som orsakar den.

• Differentialekvationer (exempel här )

d

2

x

+ ω 2

x

= 0

dt

2 • Differensekvationer (exempel Burbank) här , applet från Andy

x n

+ 1 = λ

x n

(1 −

x n

)

Dynamik I

• Dynamik studerar rörelse och vad som orsakar den.

• Differentialekvationer (exempel här )

d

2

x

+ ω 2

x

= 0

dt

2 • • Differensekvationer (exempel Burbank) här , applet från Andy

x n

+ 1 = λ

x n

(1 −

x n

) Startpunkt (begynnelsevillkor)

Dynamik I

• Dynamik studerar rörelse och vad som orsakar den.

• Differentialekvationer (exempel här )

d

2

x

+ ω 2

x

= 0

dt

2 • • • Differensekvationer (exempel Burbank) här , applet från Andy

x n

+ 1 = λ

x n

(1 −

x n

) Startpunkt (begynnelsevillkor) Parametrar (ex: ω , λ )

Dynamik I

• Dynamik studerar rörelse och vad som orsakar den.

• Differentialekvationer (exempel här )

d

2

x

+ ω 2

x

= 0

dt

2 • • • Differensekvationer (exempel Burbank) här , applet från Andy

x n

+ 1 = λ

x n

(1 −

x n

) Startpunkt (begynnelsevillkor) Parametrar (ex: ω , λ )

Tillbaka till Innehåll

Vad är KAOS ? – p.4/15

Exempel 1: Svängningar

• Fullständigt regelbunden rörelse.

Exempel 1: Svängningar

• Fullständigt regelbunden rörelse.

1 0.8

0.6

0.4

0.2

0 −0.2

−0.4

−0.6

−0.8

−1 0 5 10 15 20 25 30 35

Exempel 1: Svängningar

• Fullständigt regelbunden rörelse.

1 0.8

0.6

0.4

0.2

0 −0.2

−0.4

−0.6

−0.8

−1 0 5 10 15 20 25 30 35 • Frekvens (Fas)

Exempel 1: Svängningar

• Fullständigt regelbunden rörelse.

1 0.8

0.6

0.4

0.2

0 −0.2

−0.4

−0.6

−0.8

−1 0 5 10 15 20 25 30 35 • • Frekvens (Fas) Stryktåligt system men... kolla här

Exempel 1: Svängningar

• Fullständigt regelbunden rörelse.

1 0.8

0.6

0.4

0.2

0 −0.2

−0.4

−0.6

−0.8

−1 0 5 10 15 20 25 30 35 • • Frekvens (Fas) Stryktåligt system men... kolla här

Tillbaka till Innehåll

Vad är KAOS ? – p.5/15

Exempel 2: Planeternas rörelse

• Ganska regelbundet

Exempel 2: Planeternas rörelse

• Ganska regelbundet

Exempel 2: Planeternas rörelse

• Ganska regelbundet • Energi (Fas)

Exempel 2: Planeternas rörelse

• Ganska regelbundet • Energi (Fas) • Rörelsemängd (rotationstakten)

Exempel 2: Planeternas rörelse

• Ganska regelbundet • Energi (Fas) • • Rörelsemängd (rotationstakten) Nästan lika stryktålig (jfr satellit & komet)

Exempel 2: Planeternas rörelse

• Ganska regelbundet • Energi (Fas) • • Rörelsemängd (rotationstakten) Nästan lika stryktålig (jfr satellit & komet)

Tillbaka till Innehåll

Vad är KAOS ? – p.6/15

Exempel 3: Vädret

• Ett tämligen komplicerat system

Exempel 3: Vädret

• Ett tämligen komplicerat system

Exempel 3: Vädret

• Ett tämligen komplicerat system • Temperatur, vind, mm

Exempel 3: Vädret

• Ett tämligen komplicerat system • • Temperatur, vind, mm Ex: Lorenzekvationer

Exempel 3: Vädret

• Ett tämligen komplicerat system • • • Temperatur, vind, mm Ex: Lorenzekvationer Mycket känsliga för små avvikelser

Exempel 3: Vädret

• Ett tämligen komplicerat system • • • Temperatur, vind, mm Ex: Lorenzekvationer Mycket känsliga för små avvikelser

Tillbaka till Innehåll

Vad är KAOS ? – p.7/15

Exempel 4: Logistiska Avbildningen

• “Populariserad” av Scientific American

Exempel 4: Logistiska Avbildningen

• “Populariserad” av Scientific American 1980-81 1 0.8

x 0.6

0.4

0.2

• 0 2.6

2.8

3 3.2

lambda 3.4

3.6

3.8

4

Exempel 4: Logistiska Avbildningen

• “Populariserad” av Scientific American 1980-81 1 0.8

x 0.6

0.4

0.2

0 2.6

2.8

3 3.2

lambda 3.4

3.6

3.8

4 • • Utfall efter lång tid vs parameter λ

Exempel 4: Logistiska Avbildningen

• “Populariserad” av Scientific American 1980-81 1 0.8

x 0.6

0.4

0.2

0 2.6

2.8

3 3.2

lambda 3.4

3.6

3.8

4 • • • Utfall efter lång tid vs parameter λ Regelbundet för liten λ

Exempel 4: Logistiska Avbildningen

• “Populariserad” av Scientific American 1980-81 1 0.8

x 0.6

0.4

0.2

0 2.6

2.8

3 3.2

lambda 3.4

3.6

3.8

4 • • • Utfall efter lång tid vs parameter λ Regelbundet för liten λ • Icke-regelbundet för större λ

Exempel 4: Logistiska Avbildningen

• “Populariserad” av Scientific American 1980-81 1 0.8

x 0.6

0.4

0.2

0 2.6

2.8

3 3.2

lambda 3.4

3.6

3.8

4 • • • Utfall efter lång tid vs parameter λ Regelbundet för liten λ • Icke-regelbundet för större λ

Tillbaka till Innehåll

Vad är KAOS ? – p.8/15

Vad är kaos

• Återkommande, ej regelbundet förlopp.

Vad är kaos

• Återkommande, ej regelbundet förlopp.

• Förloppet styrs av välutformade regler (ekvationer).

Vad är kaos

• Återkommande, ej regelbundet förlopp.

• • Förloppet styrs av välutformade regler (ekvationer).

Utgången kan inte förutsägas i det långa loppet.

Vad är kaos

• Återkommande, ej regelbundet förlopp.

• • Förloppet styrs av välutformade regler (ekvationer).

Utgången kan inte förutsägas i det långa loppet.

• Känslighet för ingångsdata (begynnelsevillkor).

Vad är kaos

• Återkommande, ej regelbundet förlopp.

• • Förloppet styrs av välutformade regler (ekvationer).

Utgången kan inte förutsägas i det långa loppet.

• • Känslighet för ingångsdata (begynnelsevillkor).

Notera: Kaos bör inte blandas ihop med slumpartade processer , vilka är förvirrande och oförutsägbara, men inte av samma skäl.

Vad är kaos

• Återkommande, ej regelbundet förlopp.

• • Förloppet styrs av välutformade regler (ekvationer).

Utgången kan inte förutsägas i det långa loppet.

• • Känslighet för ingångsdata (begynnelsevillkor).

Notera: Kaos bör inte blandas ihop med slumpartade processer , vilka är förvirrande och oförutsägbara, men inte av samma skäl.

Vidare Vad är KAOS ? – p.9/15

Varför studerar man kaos?

• Förstå när och varför det inträffar

Varför studerar man kaos?

• • Förstå när och varför det inträffar Skilja åt kaos och slumpen

Varför studerar man kaos?

• • • Förstå när och varför det inträffar Skilja åt kaos och slumpen Läsa

regelbundheterna

inom komplicerade system

Varför studerar man kaos?

• • • Förstå när och varför det inträffar Skilja åt kaos och slumpen Läsa

regelbundheterna

inom komplicerade system • Styra tillbaka ett förlopp till det regelbundna

Varför studerar man kaos?

• • • Förstå när och varför det inträffar Skilja åt kaos och slumpen Läsa

regelbundheterna

inom komplicerade system • • Styra tillbaka ett förlopp till det regelbundna Lära var gränserna för vår kunskap går

Varför studerar man kaos?

• • • Förstå när och varför det inträffar Skilja åt kaos och slumpen Läsa

regelbundheterna

inom komplicerade system • • Styra tillbaka ett förlopp till det regelbundna Lära var gränserna för vår kunskap går

Vidare

Vad är KAOS ? – p.10/15

Regelbundna Mönster: I Fraktaler

• Självlikformighet Vad är KAOS ? – p.11/15

Regelbundna Mönster: I Fraktaler

• Självlikformighet Vad är KAOS ? – p.11/15

Regelbundna Mönster: I Fraktaler

• Självlikformighet • Inbyggd i systemet (“fingeravtryck”) Vad är KAOS ? – p.11/15

Regelbundna Mönster: I Fraktaler

• Självlikformighet • • Inbyggd i systemet (“fingeravtryck”) Användningsområde: Fractal Image Compression (utnyttjar Barnsleys collage theorem)).

Vad är KAOS ? – p.11/15

Regelbundna Mönster: I Fraktaler

• Självlikformighet • • • Inbyggd i systemet (“fingeravtryck”) Användningsområde: Fractal Image Compression (utnyttjar Barnsleys collage theorem)).

Ex: ormbunke , lönnblad , bildbibliotek (se www.math.okstate.edu/mathdept/dynamics/lecnotes/node46.html

) Vad är KAOS ? – p.11/15

Regelbundna Mönster II

• Hur förenas kaos med reproducerbarhet ?

Regelbundna Mönster II

• Hur förenas kaos med reproducerbarhet ?

• Galileos & Poppers vetenskaplig paradigm.

Regelbundna Mönster II

• Hur förenas kaos med reproducerbarhet ?

• • Galileos & Poppers vetenskaplig paradigm.

För 3 -d system: Klassificering av

periodiska lösningar

Regelbundna Mönster II

• Hur förenas kaos med reproducerbarhet ?

• • • Galileos & Poppers vetenskaplig paradigm.

För 3 -d system: Klassificering av

periodiska lösningar

Kan användas till validering, kan skilja åt kaos/icke kaos, osv

Regelbundna Mönster II

• Hur förenas kaos med reproducerbarhet ?

• • • Galileos & Poppers vetenskaplig paradigm.

För 3 -d system: Klassificering av

periodiska lösningar

Kan användas till validering, kan skilja åt kaos/icke kaos, osv

Tillbaka till huvudlinjen

Vad är KAOS ? – p.12/15

Underliggande periodiska mönster

0.6

0.4

0.2

0 -0.2

-0.4

-0.6

-0.8

-1 0 0.2

0.4

0.6

0.8

X_1 1 "a.txt" u 2:3 1.2

1.4

1.6

X_2 0.2

0.4

0.6

0.8

X_1 1 1.2

1.4

-0.2

-0.4

-0.6

-0.8

-1 -1.2

-1.4

1.6

-1.6

1.6

1.4

1.2

1 0.8

0.6

0.4

0.2

Vad är KAOS ? – p.13/15 Kaotiskt Ej kaotisk

Tillbaka ett steg

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok • Kunskap om lösningar som inte kan fås fullt ut

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok • • Kunskap om lösningar som inte kan fås fullt ut Datorsimuleringar på spetsnivå

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok • • Kunskap om lösningar som inte kan fås fullt ut Datorsimuleringar på spetsnivå • En del drag kan fås med datorbilder

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok • • Kunskap om lösningar som inte kan fås fullt ut Datorsimuleringar på spetsnivå • • En del drag kan fås med datorbilder Detaljer kräver avancerade beräkningar

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok • • Kunskap om lösningar som inte kan fås fullt ut Datorsimuleringar på spetsnivå • • En del drag kan fås med datorbilder Detaljer kräver avancerade beräkningar • Vad lär man sig av det hela?

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok • • Kunskap om lösningar som inte kan fås fullt ut Datorsimuleringar på spetsnivå • • En del drag kan fås med datorbilder Detaljer kräver avancerade beräkningar • Vad lär man sig av det hela?

Problemen i naturen bestämmer sin egen gång. Vi kan inte styra de enbart efter vår vilja, utan samförstånd med problemens villkor.

Hur studerar man kaos?

• Ekvationer utan “elementär” lösning • Kvalitativa metoder (t ex jämföra periodiska lösningar), efter Poincaré. Se t ex denna bok • • Kunskap om lösningar som inte kan fås fullt ut Datorsimuleringar på spetsnivå • • En del drag kan fås med datorbilder Detaljer kräver avancerade beräkningar • Vad lär man sig av det hela?

Problemen i naturen bestämmer sin egen gång. Vi kan inte styra de enbart efter vår vilja, utan samförstånd med problemens villkor.

Tillbaka till Innehåll

Vad är KAOS ? – p.14/15

Vad är KAOS ? – p.15/15

TACK !

Matematikcentrum Lunds Universitet