动力系统的定性与分支理论

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出版者:科学出版社
作者:罗定军
出品人:
页数:252
译者:
出版时间:2001-02-01
价格:17.00
装帧:20cm
isbn号码:9787030079152
丛书系列:现代数学基础丛书
图书标签:
  • 数学
  • 动力系统
  • 其余方程5
  • 动力系统
  • 定性理论
  • 分支理论
  • 非线性动力学
  • 微分方程
  • 拓扑学
  • 稳定性分析
  • 混沌
  • 数学物理
  • 应用数学
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具体描述

动力系统理论以确定的随时间演变的系统的大范围动力学性态为研究内容,它在物理、力学、化学、生物和经济等许多学科中具有广泛的应用,受到国际上的广泛重视.

本书包括由常微分方程组和点射所确定的动力系统的定性理论和分支理论的基本内容.如奇点和不动点的性态的系统分析,平面系统的全局分析.其中突出了极限环不存在性、存在性、唯一性的判别法则.本书从结构稳定性出发引人分支概念,分类分析了各种分支现象,以

《非线性动力学基础与应用》 内容简介 本书系统地阐述了现代非线性动力学领域的核心概念、分析方法及其在工程、物理、生物等多个学科中的实际应用。全书旨在为读者提供一个从经典线性系统理论过渡到复杂非线性系统分析的坚实基础,重点突出理论的严谨性与方法的实用性相结合。 第一部分:动力系统基础 本部分首先回顾了常微分方程(ODE)系统在相空间中的基本动力学行为。我们从最简单的二维自治系统入手,详细讨论了平衡点(不动点)的分类,包括鞍点、结点、焦点以及极限环的存在性。通过引入李雅普诺夫稳定性理论,我们为判断系统的长期行为提供了强大的数学工具。特别地,本书深入探讨了李雅普诺夫函数的构造方法,并将其应用于保守系统和耗散系统的稳定性分析中。 随后,内容扩展至非自治系统和延迟微分方程(DDE)系统。对于非自治系统,我们着重分析了周期性驱动力如何影响系统的固有解,引入了庞加莱截面法作为分析周期解和准周期解的有效手段。对于DDE系统,鉴于其无限维相空间特性,我们重点介绍了基于延迟核的特征值分析,以及如何在有限维空间中近似其动力学行为。 第二部分:定性分析工具箱 本部分是全书的理论核心之一,专注于解析和拓扑学的定性分析技术。 1. 相平面分析的深化: 我们详细阐述了霍普夫分支(Hopf Bifurcation)的局部分析,包括超临界和亚临界分支的定性差异。通过引入规范形理论,我们展示了如何将复杂的局部动力学简化为标准的、可预测的形式。对于保守系统,我们利用哈密顿系统理论,分析了KAM(Kolmogorov-Arnold-Moser)理论的初步概念,尽管未深入到严格的数学证明,但侧重于其在混沌初现阶段的物理意义。 2. 拓扑不变性与结构稳定性: 本章强调了动力学系统分类的拓扑学视角。我们讨论了同胚映射(Homeomorphism)的概念,并引入了结构稳定性(Structural Stability)的定义。通过对比简单的线性系统和具有鞍点或焦点性质的非线性系统,说明了参数微小变化对系统拓扑结构的影响。 3. 庞加莱-霍普夫定理与全局结构: 我们探讨了如何利用全局性定理来约束系统的行为。庞加莱-霍普夫指标定理被应用于向量场的分析,为判断相空间中是否存在周期轨道提供了几何约束。此外,本书讨论了系统的互连性(Connectivity)以及如何利用拓扑方法来理解多个稳定(或不稳定)结构之间的关系。 第三部分:分支理论与系统演化 本部分聚焦于当系统参数变化时,其定性结构如何发生突变,即分支现象。 1. 局部分支理论: 我们系统地梳理了经典的分支问题。重点分析了鞍结分支(Saddle-Node Bifurcation),如何导致平衡点对的产生或湮灭。随后,详细讲解了超临界和亚临界霍普夫分支,它们是产生极限环的关键机制。对于每个分支类型,本书都提供了详细的代数推导和几何解释,并结合实际的工程模型(如Van der Pol振子或FitzHugh-Nagumo模型)进行实例演示。 2. 全局分支与滞后现象: 当参数连续变化时,系统可能经历从一个全局结构过渡到另一个全局结构,这超出了局部分析的范畴。我们讨论了全局极限环分支,特别是当一个极限环的稳定性和不稳定性在某个点发生转换时,可能导致的现象。滞后(Hysteresis)现象被解释为亚临界分支的直接后果,并通过一个简单的反馈控制系统实例来展示其重要性。 3. 非光滑和奇性分支: 认识到许多实际系统(如机械冲击、摩擦系统)具有不连续性,本书简要介绍了非光滑动力学的初步概念。我们探讨了变系数系统(Switched Systems)中的切换点如何影响整体动力学,以及在这些点上如何应用光滑性假设的修正来定义“解”。 第四部分:混沌动力学与随机扰动 本部分引入了超越周期解的复杂性——混沌。 1. 混沌的特征与度量: 我们首先定义了混沌的三个核心特征:对初值的敏感依赖性(蝴蝶效应)、拓扑混合性以及稠密的周期轨道。为了量化这种复杂性,本书介绍了李雅普诺夫指数(Lyapunov Exponents)的计算方法,特别是如何利用该指数来区分周期运动、准周期运动和混沌运动。 2. 分岔链与倍周期分岔: 我们详细分析了费根鲍姆(Feigenbaum)倍周期分岔序列,展示了从稳定周期到混沌的经典路径。通过分析Logistic映射和Rössler吸引子,我们阐述了分岔常数(如$delta$)的普适性。 3. 随机系统的动力学: 现实世界中总存在噪声。本章探讨了随机项如何影响系统的定性结构。我们引入了随机微分方程(SDE)的基本知识,并讨论了随机共振(Stochastic Resonance)的概念——噪声如何可能增强某些系统(如阈值系统)的周期响应。我们还讨论了在随机驱动下,确定性分支(如霍普夫分支)如何退化为噪声驱动下的解的“出现”和“消失”。 应用展望 本书的最后一章侧重于将上述理论应用于前沿领域,包括:流体力学中的湍流模型简化、工程系统中的振动抑制、神经科学中的脉冲发放模型分析,以及复杂生态系统中的种群动态预测。每部分内容都辅以大量的图示和案例分析,确保理论与工程实践紧密结合。

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这本书的内容真的让我眼前一亮,虽然我之前对动力系统领域了解不多,但这本书的讲解方式却非常引人入胜。作者从最基础的概念入手,循序渐进地引导读者进入动力系统的奇妙世界。比如,在介绍吸引子的时候,作者并没有直接抛出复杂的数学定义,而是通过生动的例子,比如沙漏中沙子的流动、摆锤的运动等,来形象地解释“吸引”这一概念。这种从具象到抽象的过渡,让我这个初学者也能轻松理解。 更让我印象深刻的是,作者在讲解分支理论时,巧妙地将一些看似抽象的数学工具与实际问题联系起来。例如,在讨论参数变化对系统行为的影响时,书中穿插了气候变化模型、经济波动预测等案例,让我看到了数学理论在解决现实世界难题中的强大力量。我特别喜欢书中关于“分岔图”的讲解,那种由简单参数微调引发的复杂系统行为演变,直观地展现了系统的敏感性和不可预测性,让人惊叹于大自然和复杂系统的精妙之处。 这本书在数学推导上也做得非常扎实,但又不会让人感到枯燥。作者在展示定理证明时,会穿插一些“为何要这样证明”的解释,或者在证明过程中给出一些直观的几何理解。这让我感觉自己不是在被动接受知识,而是在主动地探索和学习。比如,在理解李雅普蓬诺夫函数的过程中,书中用了“能量”的比喻,将抽象的稳定性概念具象化,让我对收敛和稳定有了更深刻的认识。 我尤其欣赏这本书的结构安排。每一章的开头都会清晰地勾勒出本章的重点和目标,而结尾处则会进行全面的总结,并给出一些拓展思考的方向。这种条理清晰的组织方式,极大地提高了我的阅读效率。在学习某些复杂定理时,书中还会适时地给出一些“小提示”或者“注意事项”,帮助我避开常见的误区。感觉作者就像一位经验丰富的导游,带领我在动力系统的复杂迷宫中前行,让我既能欣赏美景,又能安全抵达目的地。 总的来说,这是一本非常适合想要深入理解动力系统定性分析和分支理论的读者。它不仅仅是一本教科书,更像是一本启发思考的读物。书中提出的问题和思考方向,让我对未来的研究充满了兴趣。我甚至开始尝试将书中的一些概念应用到自己感兴趣的其他领域,比如生物种群演化模型,发现竟然有着惊人的相似性。这让我深刻体会到,一个好的理论体系,往往能跨越学科的界限,展现出普适的魅力。

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这本书带给我的惊喜,远远超出了我的预期。作者在处理高维动力系统和非线性动力学方面,有着非常独到的见解。我尤其对书中关于“同伦”和“流”的概念印象深刻。作者用非常直观的类比,比如“时间的流逝”和“空间的变形”,来解释抽象的动力系统流。这让我对解的连续性和稳定性有了更深刻的理解。 书中在讲解参数分支时,特别强调了“临界点”的重要性。作者通过分析这些临界点附近的局部行为,来预测整个系统在参数空间中的演变。我记得有个例子,关于一个简单的受迫振动系统,当某个参数接近临界值时,系统会突然从一个稳定的周期振动,变成一个混沌的吸引子。这种“质变”的发生,完全是由参数的微小变化引起的,真是太令人着迷了。 我非常欣赏书中在处理复杂系统时,所展现出的严谨和清晰。即使在讨论一些高度抽象的数学概念时,作者也会尽量给出几何上的解释,或者用物理上的直观感受来辅助理解。例如,在讲解“庞加莱截面”时,书中配了大量精美的图像,展示了不同轨道在截面上的投影,这让我能够非常直观地感受到轨道的复杂性和周期性。 这本书的内容涵盖非常广,从一维到多维,从周期解到混沌吸引子,几乎无所不包。而且,作者在理论讲解的同时,还穿插了大量的实际应用案例,比如生物进化、化学反应、天气预报等等,让我看到了动力学理论在各个领域的巨大潜力。我感觉自己就像在进行一场知识的冒险,每一次翻开书页,都能发现新的惊喜。 总而言之,这本书是一部非常优秀的动力系统理论著作。它不仅在数学上非常严谨,而且在概念的阐述上也极其清晰易懂。我从中不仅学到了大量的知识,更重要的是,它培养了我独立思考和解决问题的能力。这本书绝对是我书架上最值得珍藏的宝石之一,我强烈推荐给所有对动力系统感兴趣的读者。

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拿到这本书,我首先就被它厚重的体量和精美的排版所吸引。打开一看,果不其然,内容深度和广度都非常令人满意。作者在引入“吸引子”这个概念时,并没有急于给出数学定义,而是从自然界中存在的各种稳定现象入手,比如行星的轨道、生物的繁衍模式等等,这些生动的例子立刻就吸引了我。 让我印象深刻的是,书中对“混沌”的探讨,作者并没有将混沌妖魔化,而是将其视为一种复杂系统内在的属性,并详细分析了混沌产生的必要条件,比如非线性、对初值的敏感性等等。我还学会了如何通过“庞加莱截面”和“分形维度”来刻画混沌吸引子,这些工具让我能够更科学地研究那些看似无序的现象。 书中对“李代数”和“李群”在动力系统中的应用也有着非常精彩的阐述。我之前对这些概念只停留在一些比较表面的认识,而这本书则让我看到了它们在描述连续对称性和系统演化中的强大威力。作者用非常清晰的语言解释了如何利用李代数的性质来分析系统的稳定性,这对我来说是一次非常宝贵的学习经历。 我尤其欣赏书中对于“多稳态”和“瞬态”动力系统的研究。作者分析了在这些系统中,系统在不同稳态之间切换的动力学行为,以及过渡过程中可能出现的各种复杂现象。这让我对现实世界中那些复杂的、非线性的过程有了更深刻的理解。 总而言之,这是一本内容充实、理论扎实的著作。它不仅在学术上具有很高的价值,而且在思想上也给我带来了很多启发。我感觉自己通过这本书,打开了一个全新的科学视角,对动力系统这个领域充满了探索的热情。这本书绝对是我近年来看过的最优秀的科普和学术著作之一。

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这本书给我的最大感受就是,它让我看到了数学的“生命力”。作者在描述动力系统的演化时,就像在描绘一幅幅动态的画卷。从简单的点开始,到直线,再到曲线,最后是错综复杂的吸引子,整个过程都充满了美感。书中对“稳健性”的讨论,让我明白了一个系统即使存在微小的扰动,其整体行为也不会发生剧烈变化,这是一种非常重要的品质。 我特别喜欢书中关于“李括号”和“泊松流形”的讲解,虽然一开始觉得有点抽象,但在作者的引导下,我逐渐理解了它们在描述哈密顿系统中的重要性。作者通过一些几何上的类比,比如“体积守恒”和“相空间上的运动”,让我对这些概念有了更直观的认识。让我感到惊喜的是,这些抽象的数学工具,竟然能如此精准地描述物理世界中的许多现象。 书中对“分岔”现象的探讨,更是让我大开眼界。作者通过详细分析不同类型分岔的发生条件和系统行为的变化,让我明白了为什么在很多看似相似的系统中,会出现截然不同的结果。我记得书中有一个关于“后 bifurcation”的例子,一个简单的一维映射,参数稍作调整,就会从一个稳定点变成两个吸引子,这完全颠覆了我对简单系统“简单”的认知。 这本书的逻辑性非常强,每一个概念的引入都有其必然性,并且层层递进。作者在讲解复杂定理时,会给出非常详细的证明过程,但又不会让人感到枯燥乏味。他会适时地加入一些“感悟”或者“提示”,引导读者思考,让整个学习过程变得更加生动有趣。 总而言之,这是一本非常值得反复阅读的书。它不仅能帮助我深入理解动力系统的核心概念,更能激发我对科学研究的热情。我从中看到了数学的严谨之美,也感受到了科学探索的无限魅力。我相信,这本书会成为我在动力系统领域学习道路上的重要指引。

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这套书我真的非常非常喜欢,里面关于各种奇点类型的分类和分析,简直太细致了!特别是作者对于不同奇点在相平面上的几何形态的描绘,让那些枯燥的数学公式变得生动形象。我记得书中有一个章节专门讲如何通过雅可比矩阵的特征值来判断奇点的稳定性,作者还配了好多图,什么鞍点、焦点、中心点,每一种都解释得清清楚楚,还把它们在不同二维动力系统里的样子都画出来了。我光是看着那些图,就能大概猜出系统的长期行为。 而且,这本书对一些经典吸引子,比如洛伦兹吸引子、蔡氏吸引子等等,都有非常深入的介绍。它不仅仅是给出吸引子的方程,还详细分析了它们是如何形成的,以及参数的变化会对吸引子的形态产生什么影响。我特别着迷于吸引子“蝴蝶效应”般的敏感性,参数一点点的改变,可能就会从一个稳定状态,突然跳到另一个完全不同的吸引子上去,这真是太震撼了。书中还讨论了吸引子的分形性质,这一点我一直很感兴趣,感觉像是在探索宇宙中的混沌和秩序。 这本书的编排方式也很有意思,它并不是简单地罗列定理和证明,而是通过一系列精心设计的例子来引出理论。比如,在讲解同宿轨和异宿轨的时候,作者先是展示了一个具有周期性轨道的系统,然后慢慢引入一些“跳跃”的现象,直到最终解释这些轨道是如何连接不同的区域。这种层层递进的方式,让我在理解复杂概念时,不会感到突兀。 更棒的是,这本书还会涉及一些数值模拟方面的内容。虽然它本身不是一本数值分析的书,但它会告诉你,在实际应用中,我们如何通过计算机来近似求解动力系统的方程,以及数值结果和理论分析之间的关系。这对于我这种想把理论付诸实践的人来说,简直是雪中送炭。书中还提到了一些常用的数值方法,虽然没有深入讲解,但已经给了我一个很好的起点。 整体而言,这本书的内容非常丰富,涵盖了从基础理论到前沿应用的各个方面。它不仅让我学到了知识,更重要的是,它激发了我对动力系统更深层次的探索欲望。我感觉自己就像一个探险家,在这本书的指引下,一点点揭开了动力系统神秘的面纱。我强烈推荐这本书给所有对这个领域感兴趣的同学和研究者。

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