原文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.76.4705

发表在:PRL 1996

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考虑一维的情况,假设map为f(x), 我们的目标是去估计不动点x*=f(x*)接下来,我们考虑下面的变换

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

其中,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

对于k=0的情况,我们可以有几何的解释,如下图,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

根据阴影的两个三角形的斜边的斜率关系可以得到下面的等式

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

一个特例,当f(x)=x*+a(x-x*), 我们有

 Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

 对于f(x)为一般的非线性函数以及k!=0,变换后的点都会集中在x*线性区域的附近,并且我们可以证明变化后的点的密度函数有下面的关系,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

PS: 也就是说,变换后的点,在x*出,有奇异性,如果用有限的数据模拟,将会在x*出,出现一个sharp的峰.

 

下面简单推到下上面的密度函数。我们降变换的map重写写成下面的形式,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

其中,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

注意到,对于不动点x*,下面的等式于k是无关的

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

假设Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)x的分布函数,那么我们有

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

其中,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

 所以我们可以看到Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)出现奇异的地方在

  1)g'0的地方;

  2)Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)奇异的地方,

通过求g(x,k) 对于x的导数,我们发现,g'=0在不动点x*处 (i.e., f(x*)=x*通过泰勒展开,我们有,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

 并且,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

综上,我们得到,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

也就是说x*也是上面这个密度函数的奇异点,在这个奇异点,用有限数据进行模拟的时候,会有一个sharp的峰

 

 

但是,我们需要注意的是,上面说的sharp的峰,可能会是虚假的峰,i.e., 不是由于fixed point引起的。因为虚假的峰,可能是由于

  1)ρ(x)的奇异性

  2)g'(x)=0

引起的,而x并非fixed point.

为了消除这些虚假的峰,我们注意到这些虚假的峰是于k取值有关的。所以我们只需要取不同的k,然后平均,那么虚假的峰就会消除,而真实的峰就会保留

 

考虑logistic map

f(x)= ­ rx(1-x), r=3.092, k=0,

一共有4个sharp的峰,

Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

 

  1)真实的峰,Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

  2)虚假的峰 -- ρ(x)的比较强的奇异性: Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析) 和Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

  3)虚假的峰 -- g'为0的地方(不是fixed point): Detecting Unstable Periodic Orbits in Chaotic Experimental Data (解析)

 当k随机取500个值的时候,虚假的峰都消失了,真实的峰保留了

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