分形与混沌课件.ppt

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1、第六章分形与混沌内容目录哲学与研究分形的基本思想混沌的基本思想哲学与研究哲学是人类认识世界的最高层次的思考。寻找世界的本原问题；人类在世界中的位置，即人类作为认识的主体在研究中的重要性。了解哲学是从总体上、大局上把握世界；把握研究的方向，不至于走入死胡同。付里叶变换Fourier是法国大革命时期的数学家，他在频谱分析领域做有卓越的贡献。在当时，拿破仑时代，科学界流行一种哲学：世界是有“基元”组成的，任何一种物质只是基元的加权的代数和。基元是什么？运动是物质的一种存在形态，也应该具有一种相同的特性，即运动应由基元组成。付里叶变换（续）Fourier通过研究“振动弦”的

2、运动得出一个规律：即振动弦的运动可以分解为多个“正弦”信号的和。又通过对很多现象的研究，Fourier得出一个结论：任何一个信号可以分解为多个“简谐周期函数”的加权和，而sin(x)、cos(x)是最简单的“简谐周期函数”。付里叶变换（续）由此，付里叶得出如下的结论：任意时间周期信号基元权值常量付里叶变换（续）从当时的角度（哲学观点）来看，是任何一个信号可以表示为“正弦”信号的加权和，符合哲学观点，推导正确。当Fourier将论文提交给法国研究院，由Lagrangri等三名数学家组成的委员会没有允许该论文的发表，原因是该数学推导不严格，Lagrangri提出对于处处

3、不可导的信号（函数）该理论不成立。神经元理论神经元网络：神经元网络(NerualNet)指由大量神经元互连而成的网络，有点象服务器互连而成的国际互连网(Internet).人脑有1000亿个神经元，每个神经元平均与10000个其他神经元互连，这就构成了人类智慧的直接物质基础。yx1x2x3xnw1w2w3wnArtificialNeuralNetwork(ANN)O1O2O3神经元网络是根据生物的神经元组成而得来的两态工作，即只有兴奋和抑制两个状态阈值作用，超过某个阈值，神经元兴奋多输入、单输出，树状突起获得众多输入，轴突单输出空间、时间叠加可塑性连接，突起的连接

4、强度可调节神经元网络（续）每个神经元是基元，任何一个函数f(x)可以通过神经元的加权和而得到。神经元的数目可以选择，层次的个数可以选择，原则上三层以上即可以模拟任何一个函数（包括线性函数、非线性函数）功能十分强大！网络模型构建后，需要获得权值，权值的获取方法是训练。即选择足够的训练样本空间，对模型中的连接进行训练，训练完成，既可以用于相关的应用。神经元网络（续）一个非常好的思路，可以同时解决线性和非线性问题！问题是：训练样本空间与应用样本空间不是一个集合，用训练样本空间训练出来的神经元模型对于样本空间的样本是最优的结果，而对于应用样本空间就不一定是最优的结果！例如：

5、应用神经元网络识别0~9个数字，选定三层神经网（输入层、隐含层、输出层），隐含层包含128个节点，训练样本空间选择0~9的手写数字分别为100个，共1000个样本集。神经元网络（续）训练结束后，对于样本空间的样本的识别率可以达到100%，而如果选择一个手写的字母“A”作为识别样本，发现他也会得出一个0~9之间的一个结果，显然出现了误识。那么误识率会是多大？结论在世界是由基元组成这一哲学思想下，产生了一系列的十分有效的技术，可见哲学对研究的意义。相反，如果没有一种哲学思想，我们的研究如何归纳总结出一种一般的规律？总结出的规律正确与否？分形几何的基本思想研究对象欧几里得

6、几何学的研究对象是具有特征长度的几何物体：一维空间：线段，有长度，没有宽度；二维空间：平行四边形，有周长、面积；三维空间：球，表面积、体积；自然界中很多的物体具有特征长度，诸如：人有高度、山有海拔高度等。研究对象有一类问题却比较特别，Mandelbrot就提出了这样一个问题：英国的海岸线有多长？英国的海岸线地图研究对象（续）当你用一把固定长度的直尺(没有刻度)来测量时，对海岸线上两点间的小于尺子尺寸的曲线，只能用直线来近似。因此，测得的长度是不精确的。如果你用更小的尺子来刻画这些细小之处，就会发现，这些细小之处同样也是无数的曲线近似而成的。随着你不停地缩短你的尺子，

7、你发现的细小曲线就越多，你测得的曲线长度也就越大。如果尺子小到无限，测得的长度也是无限。研究对象（续）得到的结论是：海岸线的长度是多少：决定与尺子的长短。海岸线的长度是无限的！而显然海岸线的面积为零；而我们确实看到了海岸线的存在，而且海岸线应该是有界的。海岸线什么有界？（长度、面积、体积显然无界）。Koch曲线Koch曲线（续）Koch曲线曾经在数学界成为一个魔鬼。同样的道理：长度无限、面积为零、而曲线还有“界”。另外，有一个特点：当取其中的一部分展开，与整体有完全的自相似性，似乎是一个什么东西的无数次的自我复制。自然界中的其他事物取下一片蕨类植物叶子似乎与整体