單峰映象

單峰映象,是一種多項式映射,顯示了簡單非線性動力方程能帶來混沌的結果。

單峰映象
是種多項式映射,顯示了簡單非線性動力方程能帶來混沌的結果。這種映射因生物學家Robert May在1976年發表的一篇論文而著名。單峰映象原本被Pierre François Verhulst用作一個人口學模型,後來套用在物種受到限制因素之下的數目。這是根據兩個平常現象:
繁殖增加的人口跟物種的原本的總數目(大約)正比;
餓死的數目,跟環境資源的“最大容量”減去物種中成員死亡的數目成正比。
數學上可寫成xn + 1 = rxn(1 − xn),其中xn是介於0和1之間的數,表示在第n年的物種數目。r是正整數,是根據繁殖和餓死率而得出的數。
r的值對結果的影響
不論x_0(開始數目)的大小,r的值:
0和1之間:xn會越來越少,趨近0;
1和2之間:經過幾次疊代,xn便為(r − 1) / r,穩定地發展;
2和3之間:經過幾次疊代,xn也會越來越接近(r − 1) / r,但最初會在這個值左右振動,而這個趨近率是線性的;
3:xn仍然會越來越接近(r − 1) / r,但趨近率不是線性的;
3和1+√6(約3.45)之間:xn會在4個值之間周期出現,即它可能循環地為a,b,c,d,a,b,c,d...一直下去。
約大於1+√6:xn會在8個、16個、32個值……之間出現,至於r何時會令x_n的值由8個到16個,則和費根鮑姆常數δ = 4.669...有關。
約為3.57:這樣的振動消失,整個系統在混亂的狀態之中。不過,當中有些值還是有周期性的情形出現。例如當r約大於3.82,會出現3個值的周期、6個的、12個的……亦有5個值、7個值的周期等,總之所有周期都可以出現。
大於4:系統將逐漸拋離區間[0,1],並發散。
這些情況可用分枝圖表示:
分枝圖是一個碎形。

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