
本课程对非线性动力学和混沌进行了详细的讲解,强调分析方法、具体实例和几何直觉。(课时:29小时46分钟 课程:25节)
混沌
非线性动力学
Liapunov函数
分岔理论
相空间
课程背景
非线性动力学和混沌理论是系统发展的,从一阶微分方程及其分岔开始,然后是相平面分析,极限环和它们的分岔,最终得到Lorenz方程,混沌,迭代映射,周期倍增,重整化,分形和奇怪吸引。
此系列课程包括机械振动,激光,生物节律,超导电路,昆虫爆发,化学振荡器,遗传控制系统,混沌水轮,甚至是使用混乱发送秘密信息的技术。在每种情况下,科学背景都在初级阶段进行解释,并与数学理论紧密结合。
适用条件
通过大量的练习和工作实例,本书非常适合大学生作为入门课程。对于那些没有非线性动力学正式指导但现在希望开始非正式学习的科学家来说,它也是理想的选择。先决条件是多变量微积分和入门物理。
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Course introduction and overview
本课程回顾了非线性动力学的发展历史和发展逻辑,带我们认识从一维系统、二维系统、三位系统中的线性系统和非线性系统。   (课时:77)
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One dimensional Systems
本课程为我们讲解了分岔理论中的鞍结分岔、分岔图,同时讨论了一维系统的线性化及解决方案的存在性和唯一性。   (课时:77)
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Overdamped bead on a rotating hoop
本课程讲解了运动方程及什么时候可以忽略二阶导数,关于维度的分析和缩放。   (课时:74)
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Model of an insect outbreak
本课程主要讲解了非线性动力学中的无量纲化、鞍结分岔、跳跃现象、滞后和尖点灾难。   (课时:76)
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Two dimensional linear systems
本课程主要讲解了非线性动力学中的相平面分析,及鞍点、稳定和非稳定的节点和螺旋,非独立定点(Non-isolated fixed points)。   (课时:76)
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Two dimensional nonlinear systems fixed points
本课程讲解了雅克比矩阵、极坐标,边界案例和相平面分析的例子:兔子与绵羊(Lotka-Volterra人口生物学竞争模型)。   (课时:68)
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Conservative Systems
本课程讲解了具有一个自由度的机械系统以及关于非线性中心的理论。   (课时:78)
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Index theory and introduction to limit cycles
本课程讲解了指数理论(index theory)并简要介绍了极限环(limit cycles),以及为什么线性系统不能有极限环(limit cycles)。   (课时:74)
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Testing for closed orbits
本课程主要讲解了关于闭合轨道研究中的相关技术。   (课时:77)
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van der Pol oscillator
本课程主要讲解了范德波尔振荡器以及用于估计极限环振幅的能量方法。   (课时:66)
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Averaging theory for weakly nonlinear oscillators
本课程讲解了弱非线性范德波尔振子的振幅方程显式解及达芙方程,并推导了缓慢变化幅度和相位的平均方程。   (课时:77)
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Bifurcations in two dimensional systems
本课程主要介绍了二维系统中分岔的类别:鞍结点分岔、跨临界分岔、叉形分岔,Hopf分岔等。   (课时:47)
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Hopf bifurcations in aeroelastic instabilities and chemical oscillators
本课程主要讲解了在非线性颤振系统中的超临界和亚临界的Hopf分岔。   (课时:68)
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Global bifurcations of cycles
本课程主要讲解了环的全局分岔(Global bifurcations of cycles)现象,同时对同宿分岔、鞍结点分岔、打结环、耦合振荡器、准周期进行了说明。   (课时:77)
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Chaotic waterwheel
本课程主要讲解了混沌水轮、水轮控制方程、傅里叶变换相关内容。   (课时:75)
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waterwheel equations and Lorenz equations
本课程主要讲解了水轮方程分析,洛伦兹方程,固定点及其线性稳定性。   (课时:73)
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Chaos in the Lorenz equations
本课程主要讲解了洛伦兹方程中的混沌,并讨论了混沌系统不可预测的含义。   (课时:77)
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Strange attractor for the Lorenz equations
本课程讲解了洛伦兹方程中的奇怪吸引子、Lorenz吸引子的动力学、Lorenz地图。   (课时:74)
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One dimensional maps
本课程主要讲解了逻辑斯蒂映射(Logistic map),一维系统下的映射,   (课时:75)
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Universal aspects of period doubling
本课程讲解了关于周期倍增的普遍方面。   (课时:72)
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Feigenbaum's renormalization analysis of period doubling
本课程主要讲解了周期倍增的Feigenbaum的重整化分析。   (课时:76)
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Renormalization: Function space and a hands-on calculation
本课程讲解了重整化中的空间函数和计算。   (课时:69)
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Fractals and the geometry of strange attractors
本课程讲解了分形和奇怪吸引子的几何结构:相空间的拉伸、折叠和再注入。   (课时:65)
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Hénon map
本课程主要讲解了一个二维映射——Hénon映射,并进行分析和模拟。   (课时:52)
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Using chaos to send secret messages
本课程主要讲解了如何运用混沌来发送私人消息,安全通信。   (课时:66)