lyapunov指數，混沌系統的基本特點就是系統對初始值的極端敏感性，兩個相差無幾的初值所產生的軌跡，隨著時間的推移按指數方式分離，lyapunov指數就是定量的描述這一現象的量。Lyapunov指數是衡量系統動力學特性的一個重要定量指標,它表征了系統在相空間中相鄰軌道間收斂或發散的平均指數率。對於系統是否存在動力學混沌, 可以從最大Lyapunov指數是否大於零非常直觀的判斷出來: 一個正的Lyapunov指數,意味著在系統相空間中,無論初始兩條軌線的間距多么小,其差別都會隨著時間的演化而成指數率的增加以致達到無法預測,這就是混沌現象。Lyapunov指數的和表征了橢球體積的增長率或減小率,對Hamilton 系統,Lyapunov指數的和為零; 對耗散系統,Lyapunov指數的和為負。如果耗散系統的吸引子是一個不動點,那么所有的Lyapunov指數通常是負的。如果是一個簡單的m維流形(m = 1或m = 2分別為一個曲線或一個面) ,那么,前m 個Lyapunov指數是零,其餘的Lyapunov指數為負。不管系統是不是耗散的,只要λ1 > 0就會出現混沌。
基本介紹
- 中文名：李雅普諾夫指數
- 外文名：Lyapunov exponents
- 基本特點：系統對初始值的極端敏感性
- 衡量：系統動力學特性
- 性質：一個重要定量指標
性質,
性質
對於一維(單變數) 情形,吸引子只可能是不動點(穩定定態) 。此時λ是負的。對於二維情形, 吸引子或者是不動點或者是極限環。對於不動點,任意方向的δxi , 都要收縮, 故這時兩個Lyapunov指數都應該是負的, 即對於不動點, (λ1 ,λ2 ) = ( - , - ) 。至於極限環,如果取δxi 始終是垂直於環線的方向,它一定要收縮,此時λ < 0;當取δxi沿軌道切線方向,它既不增大也不縮小,可以想像,這時λ = 0。事實上,所有不終止於定點而又有界的軌道(或吸引子) 都至少有一個Lyapunov指數等於零,它表示沿軌線的切線方向既無擴展又無收縮的趨勢。所以極限環的Lyapunov指數是(λ1 ,λ2 ) = (0, - ) 。
在三維情形下有
(λ1 ,λ2 ,λ3 ) = ( - , - , - ) :穩定不動點;
(λ1 ,λ2 ,λ3 ) = (0, - , - ) :極限環;
(λ1 ,λ2 ,λ3 ) = (0, 0, - ) :二維環面;
(λ1 ,λ2 ,λ3 ) = ( +, +, 0) :不穩極限環;
(λ1 ,λ2 ,λ3 ) = ( +, 0, 0) :不穩二維環面;
(λ1 ,λ2 ,λ3 ) = ( +, 0, - ) :奇怪吸引子。
