混沌数学告诉你为什么未来不可预测?

数学比科学大的多,因为它是科学的语言。数学不仅用来写科学,而且可用来写人生。

混沌和混沌现象

混沌数学告诉你为什么未来不可预测?

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。

蝴蝶效应和混沌学

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著名的“蝴蝶效应”最早是由美国数学家兼气象学家爱德华▪罗伦兹(Edward Lorenz,区别于物理学家洛伦兹Lorentz)于1963年提出。

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罗伦兹:健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的,而是混沌的,混沌正是生命力的表现。

这一概念一经提出便引起轩然大波:在学术界,洛伦兹因他的这篇论文被誉为“混沌理论之父”;在商业圈,蝴蝶效应效应经常被企业家们当作“细节决定成败”的理论信条;在娱乐圈,《蝴蝶效应》也多次作为科幻电影出现在荧幕上,留给观众热烈的讨论。

为了预报天气,罗伦兹用计算机求解仿真地球大气的 13个方程式,主要研究了三个非线性气象因素——温度、气压、风速之间的关系,意图是利用计算机的高速运算来提高长期天气预报的准确性。完成冗长的计算之后,罗伦兹决定对结果进行复核,只保留小数点后3位,而不是原先的后6位。前后结果比较发现,两条曲线完全不一样。(这简直是不可思议的事啊!)

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随后,罗伦兹完成了仿真地球大气的13个方程式的求解,并模拟出了不同条件下的图解,如图所示:

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因为方程式的图解非常像一只张开翅膀,结合之前发现的结论(一个微小的误差随着不断推移将造成巨大的后果),罗伦兹创造了一个新的寓言故事——蝴蝶效应。

寓言终归是寓言,罗伦兹通过“蝴蝶效应”的发现历程,发表了著名的论文《决定性非周期流》,首次从数值计算中发现非线性的初值敏感性和最重要的罗伦兹奇异子,第一次系统地揭示了发生在确定性系统中(方程式组成的确定性系统)的貌似随机的不规则运动(蝴蝶形状的运动轨迹),并将其命名为混沌运动。

混沌数学预测彩票

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人们都知道,随机现象的短期行为是不可预测的,如投掷硬币,哪面朝上或下,每次都是决不可能预测的。但是,随机现象从长期来看,遵循大数现象的规律是可以预测的,如人们常通过统计规律、概率论,进行几率预测。故以大数现象或多体效应为基础的随机现象是长期可预测而短期不可预测的。

然而,混沌现象不是大数现象,而是另一种复杂的非线性现象: 组成系统的元素是有限的,各元素之间的相互作用是短程的、动力学的、非线性的,更为重要的前提是混沌系统的输入是确定的,混沌是确定系统的内在随机性,“确定”对于混沌,在短期内是一个关键词。混沌在确定系统中产生,非线性系统的混沌区在控制空间的位置,奇怪吸引子在相空间的位置是确定的,每个吸引域的范围是确定的,奇怪吸引子的分数维或分数维的范围是确定的。

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如彩票的逻辑斯蒂映射Cn+1=µCn(1-Cn),该方程是确定的,在控制区内等式右边有任一个值,等式左边一定有一个确定的 值与之对应,随着迭代次数n的不断增加(不断开奖﹚,相空间的轨迹C0、C1、C2、C3……Cn+1、……,是由公式Cn+1=µCn(1-Cn)完全确定的, 轨迹的集合(流﹚也是确定的,这种确定性与各元素之间非线性相互作用的短程性的结合,便产生了混沌短期预测的可能性,这是内随机与外随机一个明显的区别。但是从长远来看,因蝴蝶效应而不可长期预测,这是一个不以人的主观意识而转移的客观规律。

所以,彩票同天气预报一样只能短期预测,而不能长期预测。按双色球现行开奖规则, 双色球的短期指红球7~13次选代次教(7~9最佳)、篮球13~21(9~13最佳)迭代次数(注:对于彩球的整体_红球或篮球运动形态, 开奖期﹦迭代次数;对于某彩球的个体行为, 开奖期≠迭代次数)。被誉为混沌之父的罗伦兹非常感慨的说,“科学再次看到了自己的局限性”“使我们不能预见动力系统的未来,不管我们怎么努力”。

在短期,彩票运动呈现出非线性的“有偏小循环”。“小循环”, 指彩票在短期存在“涨→落→涨→…” 或“沉睡→复苏→活跃→衰退→沉睡→…”的无限循环之中, 只要迭代不停止, 这种在有限时空中的循环永无止境。换句话说,彩票在短期有两个“季节”,一个是“涨”,一个是“落”;彩票在短期既有“牛市”(“复苏”、“活跃”阶段),也有“熊市”(“衰退”、“沉睡”阶段),并且都遵循彩票的非线性动力学方程Cn+1=µCn(1-Cn),在有限的时空中进行混沌运动。



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