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世界上最伟大发现之“混沌理论”

(2012-09-20 09:04:32)
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股票

混沌理论(Chaos theory)是一种兼具质性思考与量化分析的方法,用以探讨动态系统中(如:人口移动、化学反应、气象变化、社会行为等)无法用单一的数据关系,而必须用整体、连续的数据关系才能加以解释及预测之行为。

 

混沌一词原指宇宙未形成之前的混乱状态,中国及古希腊哲学家对于宇宙之源起即持混沌论,主张宇宙是由混沌之初逐渐形成现今有条不紊的世界。在井然有序的宇宙中,西方自然科学家经过长期的探讨,逐一发现众多自然界中的规律,如大家耳熟能详的地心引力杠杆原理相对论等。这些自然规律都能用单一的数学公式加以描述,并可以依据此公式准确预测物体的行径。

 

混沌现象起因于物体不断以某种规则复制前一阶段的运动状态,而产生无法预测的随机效果。所谓“差之毫厘,失之千里”正是此一现象的最佳批注。具体而言,混沌现象发生于易变动的物体或系统,该物体在行动之初极为单纯,但经过一定规则的连续变动之后,却产生始料所未及的后果,也就是混沌状态。但是此种混沌状态不同于一般杂乱无章的的混乱状况,此一混沌现象经过长期及完整分析之后,可以从中理出某种规则出来。混沌现象虽然最先用于解释自然界,但是在人文及社会领域中因为事物之间相互牵引,混沌现象尤为多见。如股票市场的起伏、人生的平坦曲折、教育的复杂过程。

 

1963年美国气象学家爱德华·诺顿·劳仑次提出混沌理论(Chaos),非线性系统具有的多样性和多尺度性。混沌理论解释了决定系统可能产生[[随机]]结果。理论的最大的贡献是用简单的模型获得明确的非周期结果。在气象、航空及航天等领域的研究里有重大的作用。

 

混沌理论认为在混沌系统中,初始条件十分微小的变化,经过不断放大,对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用在西方世界流传的一首民谣对此作形象的说明。这首民谣说:

 

丢失一个钉子,

 

坏了一只蹄铁;

 

坏了一只蹄铁,

 

折了一匹战马;

 

折了一匹战马,

 

伤了一位骑士;

 

伤了一位骑士,

 

输了一场战斗;

 

输了一场战争,

 

亡了一个帝国。

 

马蹄铁上一个钉子是否会丢失,本是初始条件的十分微小的变化,但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。混沌系统对外界的刺激反应,比非混沌系统快。

 

 

 

布莱德福所发明之定律为书目计量学三大定律,布莱德福以应用地球物理学为例:

 

每区的期刊数之比9:59:258

 

视为10:50:250

 

等于1:5:25

 

所以,推论出其公式为“y=x1+x2+x3...+xn+E”。E 即 error 混沌不明的变因,如同杂讯是无法解释的。

 

 

 

“余切序列”是蝴蝶效应的一个典型例子。你看,以下三个数列每一项都是前一项的余切;初值分别为1、1.00001、1.0001,但是从第10项开始,三个数列开始形成巨大的分歧。这就是混沌的数列,经过足够多项后,得到的数字完全可以看作是随机的,混沌的。

  

a[n+1]=cot(a[n])
1 1.00001 1.0001
0.642092616 0.642078493 0.641951397
1.337253178 1.337292556 1.337647006
0.237883877 0.237842271 0.237467801
4.124136332 4.124885729 4.131642109
0.667027903 0.66594562 0.656236434
1.269957474 1.272789148 1.29854625
0.310255611 0.30715408 0.279182071
3.119060463 3.152660499 3.488344037
-44.37343796 90.34813006 2.767389601
-2.424894313 -1.056234059 -2.546431398
1.147785023 -0.565363802 1.476981164
0.45018926 -1.576175916 0.094091367
2.069157407 0.005379641 10.5965853
-0.544176342 185.8842166 0.421601998
-1.652562399 1.705748261 2.229677257
0.081948782 -0.135777195 -0.774313338
12.17541547 -7.31969225 -1.02241908
-2.42617226 -0.59169349 -0.610874688
1.150750903 -1.48807061 -1.428119284
0.44662703 -0.082914948 -0.143653138
2.088110796 -12.03290058 -6.913261967
-0.569001376 1.693228262 -1.371305422

 

但有的科学家对混沌理论评价很高,认为“混沌学是物理学发生的第二次革命”。但有的人认为这似乎有些夸张。对于它的应用前景有待进一步揭示。但混沌理论研究同协同学耗散结构理论紧密相关。它们在从无序向有序和由有序向无序转化这一研究主题有共同任务,因而混沌理论也是自组织系统理论的一个组成部分。近几年来,科学家们在研究混沌控制方面已取得重要进展,实现了第一类混沌,即时间序列混沌的控制实验。英、日科学家还在试验用混沌信号隐藏机密信息的信号传输方法。 

  

混沌理论,是近三十年才兴起的科学革命,它与相对论与量子力学同被列为二十世纪的最伟大发现和科学传世之作。量子力学质疑微观世界的物理因果律,而混沌理论则紧接着否定了包括宏观世界拉普拉斯(Laplace)式的决定型因果律。

 

混沌的发现揭示了我们对规律与由此产生的行为之间--即原因与结果之间--关系的一个基本性的错误认识。我们过去认为,确定性的原因必定产生规则的结果,但现在我们知道了,它们可以产生易被误解为随机性的极不规则的结果。我们过去认为,简单的原因必定产生简单的结果(这意昧着复杂的结果必然有复杂的原因),但现在我们知道了,简单的原因可以产生复杂的结果。我们认识到,知道这些规律不等于能够预言未来的行为。

  

这一思想已被一群数学家和物理学家,其中包括威廉·迪托 (William Ditto)、艾伦·加芬科(Alan Garfinkel)和吉姆·约克 (Jim Yorke),变成了一项非常有用的实用技术,他们称之为混沌控制。实质上,这一思想就是使蝴蝶效应为你所用。初始条件的小变化产生随后行为的大变化,这可以是一个优点;你必须做的一切,是确保得到你想要的大变化。混沌动力学如何运作的认识,使我们有可能设计出能完全实现这一要求的控制方案。这个方法已取得若干成功。混沌控制的最早成就之一,是仅用卫星上遗留的极少量肼使一颗“死”卫星改变轨道,而与一颗小行星相碰撞。美国国家航空与航天管理局操纵这颗卫星围绕月球旋转5圈,每一圈用射出的少许肼将卫星轻推一下,最后实现碰撞。

  

混沌理论的特征在证券市场中也存在。周K线图看上去与日K线图、小时K线图、5分钟K线图的形状十分相似,这就是证券市场价格的分形特征,我们可以应用5分钟K线图或者小时K线图来推断日K线图或周K线图的形状,为投资决策服务。

 

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