李雅普诺夫指数

量化混沌系统中轨迹的发散或收敛程度

计算结果

李雅普诺夫指数 λ: --
系统状态: --
λ = lim→∞ (1/t) · ln(|δx(t)/δx(0)|)

什么是李雅普诺夫指数?

李雅普诺夫指数(Lyapunov Exponent)是量化动力系统中轨迹对初始条件敏感程度的重要指标。它描述了相空间中相邻两条轨迹随时间分离的平均指数率。

数学公式

λ = limt→∞ (1/t) · ln(|δx(t)/δx(0)|)
  • λ:李雅普诺夫指数,表示轨迹分离的平均速率
  • δx(t):时刻 t 时两条轨迹的分离距离
  • δx(0):初始时刻两条轨迹的分离距离

指数解释

λ > 0:混沌系统

轨迹指数发散,对初始条件极度敏感。即使初始条件差异极小,随着时间的推移,轨迹会迅速分离,表现出'蝴蝶效应'。

典型系统:Logistic 映射 (r > 3.57)、Lorenz 系统、Rossler 系统

λ ≤ 0:稳定系统

轨迹收敛或周期性运动。相邻轨迹不会发散,系统具有可预测性。

典型系统:阻尼谐振子、收敛到不动点的映射、周期轨道

应用领域

计算方法

对于离散映射 x(n+1) = f(x(n)),李雅普诺夫指数可以通过以下公式近似计算:

λ ≈ (1/N) · Σ ln(|f'(xi)|)

其中 N 是迭代次数,f'(x) 是映射函数的导数。