气候代用资料动力学结构的区域与全球特征

介绍一种非线性时间序列分析方法——动力学相关因子指数Q(简称Q指数)，是基于相空间重 构技术的动力学指标，它能有效识别时间序列之间动力结构的异同性.利用该方法分析了几 种典型代用资料的动力学结构，发现它们的演变特征基本相似，区域和全球范围的气候同步 变化，区域气候受到全球气候系统制约.近2000年来的区域到全球气候系统有两个明显动力 结构突变期：700—900a和1300—1700a，它们所对应的环境变化可能是中世纪暖期和现代小 冰期事件. 关键词： 气候代用资料 动力学相关因子指数 动力学结构 小冰期 中世纪暖期     

非线性时间序列的动力结构突变检测的研究

基于非线性时间序列分析方法——动力学相关因子指数，提出一种新的动力结构突变的检测方法——动力学指数分割算法.通过理想时间序列试验，验证了该方法检测动力结构突变的有效性，同时发现相对少量的尖峰噪声对该方法的影响较小，但连续分布的随机白噪声对其具有一定的影响，并与传统的滑动T检验法和Yamamoto法进行比较，进而讨论它们各自的优缺点. 关键词： 动力学相关因子指数 动力学指数分割算法 噪声 滑动T检验 Yamamoto法     

关于动力学互相关因子指数的注记

通过反例讨论了动力学互相关因子指数定义的错误所在，同时给出了正确的定义. 关键词： 动力学互相关因子指数     

基于非线性分析方法的多种代用资料的相似性研究

代用资料的重建与分析是古气候研究领域的一个重要课题，应用小波变换和功率谱研究了都兰树轮等8种温度代用资料的主要周期，并以此为基础进行滤波，结合动力学相关因子指数和相关系数从代用资料的动力学结构特征和外部特征两个角度研究其在不同尺度上的相似性. 研究结果表明，准100a尺度是这些代用资料的共同周期，并且8种温度代用资料的动力学结构特征和外部特征在准100a及以上的尺度层次上是相似的，即外部特征和动力学结构特征两个方面均符合可比性条件. 同时，随着尺度的降低，动力学结构特征和外部特征的可比性均降低. 60—70a尺度及其以下的尺度，各分量之间的动力学结构特征失去了可比性；在小于30a的尺度上，它们的外部特征也不再具有可比性. 关键词： 代用资料 动力学自相关因子指数 相似性 尺度     

高炉铁水含硅量序列的动力学结构分析

以邯郸钢铁公司7号高炉在线采集的2000炉铁水含硅量［Si］数据为样本,对［Si］时间序列作了基于逆序数的平稳性检验.然后,在关联积分的基础上,定义了衡量不同时间序列间动力学相似性的“距离”,通过等分采集得到的［Si］序列,计算子序列间的“距离”,发现了高炉冶炼过程中存在显著的动力学结构突变性,最后应用DVV算法分析动力学性质变动下,高炉铁水含硅量［Si］的可预测性. 关键词： 高炉冶炼 平稳性 动力学相似性 可预测性     

多变量时间序列最大李雅普诺夫指数的计算

根据单变量时间序列计算最大Lyapunov指数的算法思想，本文提出了一种于多变量时间序列最大Lyapunov指数计算的方法.针对原有算法需要使用重构相空间的特点，推广算法给出了多变量时间序列相空间重构参数的选择方法，并采用多变量重构相空间进行最大Lyapunov指数计算.经耦合Rssler系统产生多变量时间序列的仿真计算，验证了该算法的有效性，推广算法的计算结果表明多变量时间序列的计算结果优于单变量的结果，且更加接近理论计算结果. 关键词： 多变量时间序列 相空间重构 Lyapunov指数     

基于最大Lyapunov指数的多变量混沌时间序列预测

参考基于最大Lyapunov指数的单变量混沌时间序列预测方法,提出一种通过选取多个邻近重构向量,预测多变量混沌时间序列的局域法.采用新方法对两个完全不同的Rssler方程的耦合系统,Rssler方程和Hyper Rssler方程的耦合系统的多变量混沌时序进行一步和多步预测,结果表明了该方法的有效性,且算法具有较强的抗噪能力.讨论了参考邻近点数和预测结果的关系. 关键词： Lyapunov指数 混沌时间序列预测 多变量时间序列 最小二乘法     

DC-DC变换器的符号时间序列描述及模块熵分析

本文提出了一种采用符号时间序列和熵理论分析DC-DC变换器非线性行为的方法.该方法首先用离散时间序列描述非线性连续系统,然后将其转换为由简单字符构成的符号序列,再用信息学方法计算出该符号序列的模块熵,从而得到一种新的可量化的非线性动力学行为统计指标.文中以一阶电压反馈DCM和二阶电流反馈CCM Boost变换器为例进行研究.研究结果表明,模块熵这种粗粒化的统计分析方法,能够量化DC-DC变换器的倍周期分岔和混沌行为,且能够准确地确定混沌行为的发生,是一种尚未在DC-DC变换器中提出的简单、实用的分析方法. 关键词： 符号时间序列 符号动力学 模块熵 Lyapunov指数     

基于符号动力学的认知事件相关电位的复杂度分析

引入了符号动力学方法分析认知事件相关电位(ERP)的复杂度.以混合模型生成的随机时间序列为例,对近似熵和符号熵作了比较.应用符号熵分析了Oddball范式中不同任务条件(靶刺激和非靶刺激)下的ERP的复杂度.研究发现,额区、中央区和顶区的ERP复杂度在刺激呈现后的任务加工时间段内显著减小(非靶刺激和靶刺激分别在刺激呈现后200—300和400—500ms),而且靶刺激ERP复杂度大约在P300成分的峰值时刻达到最小值,在响应之后逐渐回升.这表明基于符号动力学的复杂度分析能够反映认知任务加工的时间过程,并且 关键词： 事件相关电位 符号动力学 熵     

混合交通流时间序列的去趋势波动分析

应用去趋势波动分析法研究交通流时间序列的复杂性,探讨了混合交通流时间序列演变行为的标度指数.根据标度指数的变化特征,进而揭示交通流时间序列所具有的长程相关性和短程相关性.通过分析发现,存在一密度ρ,当ρ₁<ρ<ρ₂时,交通流时间序列具有长程相关性;而当ρ<ρ₁或ρ>ρ₂时,交通流时间序列具有短程相关性,即密度的变化影响着标度指数的变化.另外分析了在不同慢车比率条件下时间序列的标度指数,发现慢车比率的变化 关键词： 混合交通流 去趋势波动分析 时间序列 长程相关     

A Novel Measure Inspired by Lyapunov Exponents for the Characterization of Dynamics in State-Transition Networks

The combination of network sciences, nonlinear dynamics and time series analysis provides novel insights and analogies between the different approaches to complex systems. By combining the considerations behind the Lyapunov exponent of dynamical systems and the average entropy of transition probabilities for Markov chains, we introduce a network measure for characterizing the dynamics on state-transition networks with special focus on differentiating between chaotic and cyclic modes. One important property of this Lyapunov measure consists of its non-monotonous dependence on the cylicity of the dynamics. Motivated by providing proper use cases for studying the new measure, we also lay out a method for mapping time series to state transition networks by phase space coarse graining. Using both discrete time and continuous time dynamical systems the Lyapunov measure extracted from the corresponding state-transition networks exhibits similar behavior to that of the Lyapunov exponent. In addition, it demonstrates a strong sensitivity to boundary crisis suggesting applicability in predicting the collapse of chaos.     

非线性动力学方法在气候突变检测中的应用

快速、准确的检测气候突变, 对于我们认识气候系统的变化和对未来气候系统演变趋势的预测有着重要的现实意义和社会经济价值. 本文主要回顾了近年来非线性突变检测技术的主要研究进展及其在实际观测资料中的应用, 其中包括基于气候系统长程相关性的检测方法, 如滑动去趋势波动分析方法、滑动移除去趋势波动分析方法、滑动移除重标极差方法和指纹法等; 以及基于时间序列复杂性的检测方法, 如近似熵方法, Fisher信息和小波Fisher信息等. 此外, 本文还指出发展针对空间场的突变检测技术是未来一个可能的发展方向. 由于空间场所包含的气候系统的演变信息远高于单点时间序列, 空间场的突变检测技术将会使得对气候突变的检测时间大大缩短, 从而使得人们有足够的时间去采取行动, 以便为适应气候突变所带来的新挑战做好准备.     

连续混沌调频信号的动力学设计与分析

提出了基于连续混沌时间尺度变换的连续混沌调频信号动力学设计理论,并以Colpitts电路为例给出了具体的实现模型.通过吸引子重构和Lyapunov指数分析,阐述了连续混沌调频信号的动力学特性.结果显示连续混沌调频信号的最大Lyapunov指数与混沌信号的最大Lyapunov指数相同;连续混沌调频信号的动力学设计实现方式简单且系统参数易于控制,同时信号形式与数学意义上的连续混沌调频信号保持一致.     

The largest Lyapunov exponent of chaotic dynamical system in scale space and its application

The largest Lyapunov exponent is an important invariant of detecting and characterizing chaos produced from a dynamical system. We have found analytically that the largest Lyapunov exponent of the small-scale wavelet transform modulus of a dynamical system is the same as the system's largest Lyapunov exponent, both discrete map and continuous chaotic attractor with one or two positive Lyapunov exponents. This property has been used to estimate the largest Lyapunov exponent of chaotic time series with several kinds of strong additive noise.     

Dynamics of momentum distribution and structure factor in a weakly interacting Bose gas with a periodical modulation

The momentum distribution and dynamical structure factor in a weakly interacting Bose gas with a time-dependent periodic modulation in terms of the Bogoliubov treatment are investigated. The evolution equation related to the Bogoliubov weights happens to be a solvable Mathieu equation when the coupling strength is periodically modulated. An exact relation between the time derivatives of momentum distribution and dynamical structure factor is derived, which indicates that the single-particle property is strongly related to the two-body property in the evolutions of Bose-Einstein condensates. It is found that the momentum distribution and dynamical structure factor cannot display periodical behavior. For stable dynamics, some particular peaks in the curves of momentum distribution and dynamical structure factor appear synchronously, which is consistent with the derivative relation.     

Critical slowing down of the Gaussian spin system on diamond—type hierarchical lattices

Based on the single-spin transition critical dynamics, we have investigated the critical slowing down of the Gaussian spin model situated on the fractal family of diamond-type hierarchical lattices. We calculate the dynamical critical exponent z and the correlation-length critical exponent ν using the dynamical decimation renormalization-group technique. The result, together with some earlier ones, suggests us to conclude that on a wide range of geometries, zν=1 is the general relationship, while the two exponents depend on the specific structure. However, we have investigated for various lattices in an earlier paper, the system studied in this paper shows highly universal z=1/ν=2 independent of the structure and the dimensionality.