基于符号向量动力学的耦合映像格子参数估计

本文,将符号动力学推广到耦合映像格子中,以Logistic映射下耦合映像格子为研究对象,研究控制参数对符号向量序列动力学特性的影响.通过研究耦合映像格子逆函数,给出耦合映像格子的遍历条件.进一步,将给出系统初始向量,禁止字以及控制参数的符号向量序列描述方法,并最终给出基于符号向量动力学的耦合映像格子控制参数估计方法.实验结果表明,根据本文算法可以有效建立符号序列和耦合映像格子控制参数之间的对应关系,能够更好地刻画了实际模型的物理过程. 关键词： 符号向量动力学 耦合映像格子 参数估计 遍历性     

基于符号动力学的耦合映像格子系统的初值估计

在符号动力学的基础上,深入探讨了基于动力学符号序列的局部耦合映像格子系统求逆问题.在理论上系统地分析耦合映像系统初值估计的性能与耦合系数及映射函数之间的数学关系,证明相空间I^M上的任意取值通过基于符号向量序列的逆迭代过程并不一定收敛至初值,其敛散性与耦合强度和映射函数的选择有直接关系.同时证明了混沌或其拓扑共轭的逆不一定为压缩映射,其总体的敛散性与整个逆迭代过程中的收敛与发散的强度对比有关.理论分析与数值实验结果完全一致,说明本文提出的耦合映像格子系统初值估计问题的分析 关键词： 耦合映像格子 符号动力学 初值估计     

基于时变耦合映像格子模型的信号初值估计

从耦合映像格子中,恢复系统初始条件是耦合系统求逆问题,也是信号处理研究中的一个关键性问题.本文在符号动力学方法的基础上,对映像系数进行修正,针对耦合单峰Logistic映射,提出一种基于时变映像系数恢复信号初值的新方法.在映像过程无噪或受到高斯白噪声污染时,本文方法都能够较好地恢复信号初值的统计特性,而且具有较小的偏差和均方误差,并与原信号之间具有较强的相关性,从而能够更好和更加合理地刻画实际信号的物理过程,对系统初值做出更优的估计. 关键词： 耦合映像格子 恢复初值的统计特性 时变映像系数     

基于多重耦合映像格子的信号初值恢复研究

利用耦合映像格子恢复信号初值是信号处理研究中一个重要的问题.耦合映像格子具有混沌系统的初值敏感性，当初值受到噪声污染时将会影响到系统对其的恢复.提出了一种由多个一维耦合映像格子系统并列耦合而成的多重耦合映像格子系统，通过将多个一维系统耦合，使因受到噪声干扰而趋向于指数分离的混沌轨道相互靠近，以达到抑制噪声的目的.数值仿真表明，该系统具有较强的抗噪声能力和较高的鲁棒性.在耦合系数选取适当的情况下，即使初始信号受到噪声干扰，该多重耦合系统仍然能够很好地恢复信号初值的统计特性，且对单个初值的恢复情况及与初始信号 关键词： 耦合映像格子 恢复信号的统计特性 多重耦合     

基于可变参数双向耦合映像系统的时空混沌Hash函数设计

在分析单向与双向耦合映像格子系统的初值与参数敏感性的基础上，提出了一种基于可变参数双向耦合映像系统的时空混沌单向Hash函数构造方案.该方案以耦合映像系统的部分初态作为密钥，在迭代过程中, 通过上一次的迭代值和线性变换后的不同位置的明文消息比特动态确定双向耦合映像系统模型参数，将明文消息多格点并行注入时空混沌轨迹中；取迭代序列中最后一轮迭代结果的适当空间项，线性映射为Hash值要求的128 bit值.由于耦合映像系统的双向扩散机理与混乱作用，迭代过程具有极强的不可逆性及初值与参数敏感性，Hash结果的每位都与明文及密钥有着敏感、复杂的非线性强耦合关系.仿真实验与分析结果表明，该算法达到了Hash函数的各项性能要求，安全性好，执行效率高. 关键词： Hash函数 时空混沌 耦合映像格子     

一个全局耦合不连续映像格子中的冻结化随机图案模式

本文研究了一类既不连续又不可逆分段线性映像构成的全局耦合映像格子系统中的一类典型集体动力学行为, 即冻结化随机图案模式. 计算了平均同步序参量和最大李雅普诺夫指数随耦合强度的变化. 结果显示, 当耦合强度超过某个阈值后, 在给定动力学变量的初始下, 系统几乎都能达到完全或部分同步状态, 出现冻结化随机图案. 这些现象表明, 耦合映像格子系统中存在着多个共存的吸引子. 因此, 其冻结化图案的结构和分布敏感地依赖于格点动力学变量初始值的选取. 感兴趣地是, 即使当单映像处于混沌状态时, 格点间的耦合仍能将系统调制到规则的运动状态, 这种特征对于混沌控制具有重要的利用价值. 上述丰富动力学行为的出现是由于单映像中不连续性和不可逆性相互作用的结果.     

Lorenz系统驱动声光双稳时空混沌系统并行同步的研究

研究了一个时间混沌系统驱动多个时空混沌系统的并行同步问题.以单模激光Lorenz系统和一维耦合映像格子为例,在单模激光Lorenz系统中提取一个混沌序列,通过与一维耦合映像格子中的状态变量耦合使单模激光Lorenz系统和多个同结构一维耦合映像格子同时达到广义同步,并且多个一维耦合映像格子之间实现完全并行同步.通过计算条件Lyapunov指数,可以得到并行同步所需反馈系数的取值范围.数值模拟证明了此方法的可行性和有效性.     

从耦合映象格子中粗略恢复初值的统计特性

耦合映象格子用于信号处理研究时，从中恢复出初始条件是一个非常重要的问题.提出一种粗略恢复格点初值的方法，数值实验表明，动力学函数使用Logistic映射时，在映象过程不存在噪声的情况下，恢复的整个格子初始信号平均值等于给定信号分布的真实平均值，而恢复信号的方差小于给定信号的真实方差.将耦合看作是对独立映射的一种变换，对此作了初步解释，同时发现Logistic映射不同参数下的符号序列排序存在一些有趣的规律.对耦合格子映射研究、非线性耦合则量等是非常有启发意义的. 关键词： 耦合映射格子 信号恢复的统计特性     

基于时空混沌系统的单向Hash函数构造

提出了一种基于时空混沌系统的Hash函数构造方法.以线性变换后的消息数作为一组初值来驱动单向耦合映像格子的时空混沌系统，产生时空混沌序列，取其空间最后一组混沌序列的适当项，线性映射为Hash值要求的128bit值.研究结果表明，这种基于时空混沌系统的Hash函数具有很好的单向性、弱碰撞性、初值敏感性，较基于低维混沌映射的Hash函数具有更强的保密性能，且实现简单. 关键词： 时空混沌 Hash函数 单向耦合映像格子     

混沌时间序列的支持向量机预测

根据混沌动力系统的相空间延迟坐标重构理论,基于支持向量机的强大的非线性映射能力, 建立了混沌时间序列的支持向量机预测模型,并在统计学习理论的基础上采用最小二乘方法来训练预测模型,利用该模型对嵌入维数与模型的均方根误差的关系进行了探讨.最后利用Mackey-Glass时间序列和变参数的Ikeda 时间序列对该模型进行了验证,结果表明,该预测模型能精确地预测混沌时间序列,而且在混沌时间序列的嵌入维数未知时也能取得比较好的预测效果.这一结论预示着支持向量机是一种研究混沌时间序列的有效方法. 关键词： 混沌时间序列 支持向量机 最小二乘法     

Estimation of chaotic coupled map lattices using symbolic vector dynamics

In [K. Wang, W.J. Pei, Z.Y. He, Y.M. Cheung, Phys. Lett. A 367 (2007) 316], an original symbolic vector dynamics based method has been proposed for initial condition estimation in additive white Gaussian noisy environment. The estimation precision of this estimation method is determined by symbolic errors of the symbolic vector sequence gotten by symbolizing the received signal. This Letter further develops the symbolic vector dynamical estimation method. We correct symbolic errors with backward vector and the estimated values by using different symbols, and thus the estimation precision can be improved. Both theoretical and experimental results show that this algorithm enables us to recover initial condition of coupled map lattice exactly in both noisy and noise free cases. Therefore, we provide novel analytical techniques for understanding turbulences in coupled map lattice.     

A method of estimating initial conditions of coupled maplattices based on time-varying symbolic dynamics

<正>A novel computationally efficient algorithm in terms of the time-varying symbolic dynamic method is proposed to estimate the unknown initial conditions of coupled map lattices(CMLs).The presented method combines symbolic dynamics with time-varying control parameters to develop a time-varying scheme for estimating the initial condition of multi-dimensional spatiotemporal chaotic signals.The performances of the presented time-varying estimator in both noiseless and noisy environments are analysed and compared with the common time-invariant estimator.Simulations are carried out and the obtained results show that the proposed method provides an efficient estimation of the initial condition of each lattice in the coupled system.The algorithm cannot yield an asymptotically unbiased estimation due to the effect of the coupling term,but the estimation with the time-varying algorithm is closer to the Cramer—Rao lower bound(CRLB) than that with the time-invariant estimation method,especially at high signal-to-noise ratios(SNRs).     

A method of recovering the initial vectors of globally coupled map lattices based on symbolic dynamics

Based on symbolic dynamics, a novel computationally efficient algorithm is proposed to estimate the unknown initial vectors of globally coupled map lattices (CMLs). It is proved that not all inverse chaotic mapping functions are satisfied for contraction mapping. It is found that the values in phase space do not always converge on their initial values with respect to sufficient backward iteration of the symbolic vectors in terms of global convergence or divergence (CD). Both CD property and the coupling strength are directly related to the mapping function of the existing CML. Furthermore, the CD properties of Logistic, Bernoulli, and Tent chaotic mapping functions are investigated and compared. Various simulation results and the performances of the initial vector estimation with different signal-to-noise ratios (SNRs) are also provided to confirm the proposed algorithm. Finally, based on the spatiotemporal chaotic characteristics of the CML, the conditions of estimating the initial vectors using symbolic dynamics are discussed. The presented method provides both theoretical and experimental results for better understanding and characterizing the behaviours of spatiotemporal chaotic systems.     

A Novel Method for the Initial-Condition Estimation of a Tent Map

Based on the connection between the tent map and the saw tooth map or Bernoulli map, a novel method for the initial-condition estimation of the tent map is presented. In the method, firstly the symbolic sequence generated from the tent map is converted to the forms obtained from the saw tooth map and Bernoulli map, and then the relationship between the symbolic sequence and the initial condition of the tent map can be obtained from the initial-condition estimation equations, which can be easily obtained, hence the estimation of the tent map can be achieved finally. The method is computationally simple and the error of the estimator is less than 1/2N. The method is verified by software simulation.     

Analysis of convergence for initial condition estimation of coupled map lattices based on symbolic dynamics

A novel approach to the inverse problem of diffusively coupled map lattices is systematically investigated by utilizing the symbolic vector dynamics.The relationship between the performance of initial condition estimation and the structural feature of dynamical system is proved theoretically.It is found that any point in a spatiotemporal coupled system is not necessary to converge to its initial value with respect to sufficient backward iteration,which is directly relevant to the coupling strength and local mapping function.When the convergence is met,the error bound in estimating the initial condition is proposed in a noiseless environment,which is determined by the dimension of attractors and metric entropy of the system.Simulation results further confirm the theoretic analysis,and prove that the presented method provides the important theory and experimental results for better analysing and characterizing the spatiotemporal complex behaviours in an actual system.     

用符号分析法显示时空混沌信号之间的相互关系

基于耦合映射格子模型, 用符号分析法研究了时空混沌信号的相互关系. 数值计算结果表明, 两个直接耦合的格子之间或两个未直接耦合但邻近的格子之间的条件熵存在一个尖锐的极小值, 而两个距离比较远的格子之间的条件熵则没有尖锐的极小值. 因此, 耦合映射格子系统产生的时空混沌信号之间的相互关系可以通过符号分析的方法显示出来.