用matlab求解lorenz方程,求问这段程序用的是什么方法

用matlab求解lorenz方程,求问这段程序用的是什么方法,第1张

用matlab求解lorenz方程这段程序的是数值微分方程(组)的变步长四五阶龙格——库塔方法,即ode45()函数。

Lorenz.m

function  s = Lorenz(t,x)

s = [-8/3*x(1)+x(2)*x(3)  %Lorenz方程组

-10*x(2)+10*x(3)

-x(1)*x(2)+28*x(2)-x(3)];

主函数:

x0 = [1e-171e-171e-17]

[t,x] = ode45('Lorenz',[0,150],x0)

axis equal

plot3(x(1:(end/2),1),x(1:(end/2),2),x(1:(end/2),3),'r')

hold on

plot3(x((end/2):end,1),x((end/2):end,2),x((end/2):end,3),'b')

hold off

蝴蝶效应(Butterfly Effect)是指在一个动力系统中,初始条件下微小的变化能引起整个系统长期而巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。

此效应说明,事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性,初始条件的极小偏差,将会引起结果的极大差异。

1. 效应含义

在南美洲亚马逊河流域热带雨林中,一只蝴蝶漫不经心地扇动了几下翅膀,可能在两周后引起美国德克萨斯一场灾难性的风暴。其原因在于:蝴蝶翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并引起微弱气流的产生,而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化,由此引起连锁反应,最终导致其他系统的极大变化。科学家把这种现象戏称作“蝴蝶效应”,意思即一件表面上看来毫无关系、非常微小的事情,可能带来巨大的改变。

此效应说明,事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性,初始条件的极小偏差,将会引起结果的极大差异。

2. 效应简述

美国气象学家爱德华·罗伦兹(Edward Lorenz)1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象

学家提及,如果这个理论被证明正确,一个海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是:“一个蝴蝶在巴西轻拍翅膀,可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。”

这句话的来源,是由于这位气象学家制作了一个电脑程序,可以模拟气候的变化,并用图像来表示。最后他发现,图像是混沌的,而且十分像一只蝴蝶张开的双翅,因而他形象的将这一图形以“蝴蝶扇动翅膀”的方式进行阐释,于是便有了上述的说法。

蝴蝶效应通常用于天气,股票市场等在一定时段难于预测的比较复杂的系统中。此效应说明,事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性,初始条件的极小偏差,将会引起结果的极大差异。

蝴蝶效应在社会学界用来说明:一个坏的微小的机制,如果不加以及时地引导、调节,会给社会带来非常大的危害,戏称为“龙卷风”或“风暴”;一个好的微小的机制,只要正确指引,经过一段时间的努力,将会产生轰动效应,或称为“革命”。

蝴蝶效应在混沌学中也常出现。又被称作非线性。

3. 效应由来

蝴蝶效应的由来

洛伦兹曲线 - 知识

“蝴蝶效应”的概念,是气象学家洛伦兹1963年提出来的。为了预报天气,他用计算机求解仿真地球大气的13个方程式,意图是利用计算机的高速运算来提高长期天气预报的准确性。

它的由来是这样的:1963年的一次试验中,美国麻省理工学院气象学家洛伦兹用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果,在一次科学计算时,洛伦兹对初始输入数据的小数点后第四位进行了四舍五入。他把一个中间解0.506取出,提高精度到0.506127再送回。而当他喝了杯咖啡以后,回来再看时大吃一惊:本来很小的差异,前后计算结果却偏离了十万八千里!前后结果的两条曲线相似性完全消失了。再次验算发现计算机并没有毛病,洛伦兹发现,由于误差会以指数形式增长,在这种情况下,一个微小的误差随着不断推移造成了巨大的后果。后来,洛伦兹在一次演讲中提出了这一问题。他认为,在大气运动过程中,即使各种误差和不确定性很小,也有可能在过程中将结果积累起来,经过逐级放大,形成巨大的大气运动。

于是,洛伦兹认定,他发现了新的现象:事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性。他于是认定这为:“对初始值的极端不稳定性”,即:“混沌”,又称“蝴蝶效应”。从此以后,所谓“蝴蝶效应”之说就不胫而走。

4. 效应魅力

蝴蝶效应魅力无穷

“蝴蝶效应”之所以令人着迷、令人激动、发人深省,不但在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩,更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。

“差之毫厘,失之千里”是混沌系统的重要特性之一。蝴蝶效应是混沌理论的一个例子。混沌理论认为,在混沌系统中,初始条件的十分微小的变化经过不断放大,对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用西方流传的一首民谣对此作形象说明。这首民谣说:

丢失一个钉子,坏了一只蹄铁;

坏了一只蹄铁,折了一匹战马;

折了一匹战马,伤了一位骑士;

伤了一位骑士,输了一场战斗;

输了一场战斗,亡了一个帝国。

马蹄铁上一个钉子是否会丢失,本是初始条件十分微小的变化,但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是在军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。

5. 效应举例

蝴蝶效应举例

1998年亚洲发生的金融危机和美国曾经发生的股市风暴实际上就是经济运作中的“蝴蝶效应”;1998年太平洋上出现的“厄尔尼诺”现象就是大气运动引起的“蝴蝶效应”。“蝴蝶效应”是混沌运动的表现形式。当我们进而考察生命现象时,既非完全周期,又非纯粹随机,它们既有“锁频”到自然界周期过程(季节、昼夜等)的一面,又保持着内在的“自治”性质。

“蝴蝶效应”在社会学界用来说明:一个坏的微小的机制,如果不加以及时地引导、调节,会给社会带来非常大的危害,戏称为“龙卷风”或“风暴”;一个好的微小的机制,只要正确指引,经过一段时间的努力,将会产生轰动效应,或称为“革命”。

蝴蝶效应也是混沌学理论中的一个概念。它是指对初始条件敏感性的一种依赖现象:输入端微小的差别会迅速放大到输出端压倒一切的差别,好象一只蝴蝶今天在北京扇扇翅膀,可能在大气中引发一系列事件,从而导致某个月纽约一场暴风雨的发生。

6. 与混沌学

蝴蝶效应与混沌学理论

蝴蝶效应是混沌学理论中的一个概念。它是指对初始条件敏感性的一种依赖现象:输入端微小的差别会迅速放大到输出端,蝴蝶效应在经济生活中比比皆是。

“蝴蝶效应”也可称“台球效应”,它是“混沌性系统”对初值极为敏感的形象化术语,也是非线性系统在一定条件(可称为“临界性条件”或“阈值条件”)出现混沌现象的直接原因。

7. 影响人生

蝴蝶效应影响人生

究竟是什么因素左右了我们的未来?是不是每个人生命中都有“蝴蝶效应”?

人们总是觉得在自己的人生中,最终影响人生的并不是某一个具体事件。实际情况是,在这无数事件中,你所有决定的总体趋势是怎样。也就是说,你的这些决定是积极向上的多呢?还是颓废的多?某一个决定并不重要,重要的是你大大小小所有决定是朝着哪个方向。这也就是所谓的“机遇垂青有准备的人”的意思,因为有准备的人,他们的大部分人生决定,都是朝着积极向上的方向。

“蝴蝶效应”在社会学界用来说明:一个坏的微小的机制,如果不加以及时引导、调节,会给社会带来非常大的危害,戏称为“龙卷风”或“风暴”;一个好的微小的机制,只要正确指引,经过一段时间的努力,将会产生轰动效应,或称为“革命”。

蝴蝶效应的初始,就是混沌的,在不准确或者说是精确中产生的,所以什么样的可能都会发生。而作为之后所产生的结果,因为偶然还产生必然,必然之中存在着偶然,事情就是这样进行的。

混沌是非线性的。线性,指量与量之间按比例、成直线的关系,在空间和时间上代表规则和光滑的运动;而非线性是指不按比例、不成直线的关系,代表不规则的运动和突变。如问:两只眼睛的视敏度是一只眼睛的几倍?很容易想到的是两倍,可实际是6~10倍!这就是非线性:1+1不等于2。

激光的生成就是非线性的。当外加电压较小时,激光器犹如普通电灯,光向四面八方散射;而当外加电压达到一定值时,会突然出现一种全新现象:受激源好像听到“向右看齐”的命令,发射出一致的单色光,就是激光。

如:天体运动存在混沌;电、光与声波的振荡,会突现混沌;地磁场在400万年间,方向突变16次,也是由于混沌。甚至人类自己,原来都是非线性的:与传统的想法相反,健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的,而是混沌的,混沌正是生命力的表现,混沌系统对外界的刺激反应,比非混沌系统快。由此可见,非线性就在我们身边,躲也躲不了。

蝴蝶效应的复杂连锁效应,每天都可能在我们身上发生。我们不可能回到以前去改变我们的过去来改变我们的未来,我们需要的是正确地把握我们的现在。也许,以后的结果就会趋向于好的方面。而走错一步你可能短时间无法发现,但是几十年后可能断送的,就不是你的未来,而是更多。

一个微不足道的动作,或许会改变人的一生,这绝不是夸大其辞,可以作为佐证的事例随手便能拈来。美国福特公司名扬天下,不仅使美国汽车产业在世界占居熬头,而且改变了整个美国的国民经济状况,谁又能想到该奇迹的创造者福特当初进入公司的“敲门砖”竟是“捡废纸”这个简单的动作?

那时候福特刚从大学毕业,他到一家汽车公司应聘,一同应聘的几个人学历都比他高,在其他人面试时,福特感到没有希望了。当他敲门走进董事长办公室时,发现门口地上有一张纸,很自然地弯腰把他捡了起来,看了看,原来是一张废纸,就顺手把它扔进了垃圾篓。董事长对这一切都看在眼里。福特刚说了一句话:“我是来应聘的福特”。董事长就发出了邀请:“很好,很好,福特先生,你已经被我们录用了。”这个让福特感到惊异的决定,实际上源于他那个不经意的动作。从此以后,福特开始了他的辉煌之路,直到把公司改名,让福特汽车闻名全世界。

福特的收获看似偶然,实则必然,他们下意识的动作出自一种习惯,而习惯的养成来源于他们的积极态度,这正如著名心理学家、哲学家威廉•詹姆士所说:“播下一个行动,你将收获一种习惯;播下一种习惯,你将收获一种性格;播下一种性格,你将收获一种命运。”

事实上,被科学家用来形象说明混沌理论的“蝴蝶效应”,也存在于我们的人生历程中:一次大胆的尝试,一个灿烂的微笑,一个习惯性的动作,一种积极的态度和真诚的服务,都可以出发生命中意想不到的起点,它能带来的远远不止于一点点喜悦和表面上的报酬。

知道了“蝴蝶效应”,我们是否明白了:人,应该活得积极一点,从每一件小事情做起。


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