Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)


Для цитирования:

Малинецкий Г. Г., Потапов А. Б. Русла и джокеры. Нейросетевой взгляд на сложную динамику // Известия вузов. ПНД. 1998. Т. 6, вып. 4. С. 18-30. DOI: 10.18500/0869-6632-1998-6-4-18-30

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(En):
(загрузок: 29)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
517.9

Русла и джокеры. Нейросетевой взгляд на сложную динамику

Авторы: 
Малинецкий Георгий Геннадьевич, Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН
Потапов Алексей Борисович, Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН
Аннотация: 

Способность к предсказаниям - один из важнейших аспектов деятельности мозга. В нелинейной динамике были вложены большие усилия в разработку методов прогноза поведения сложных систем. Одним из основных средств при этом служат многослойные нейронные сети. Методы, основанные на идеях нелинейной динамики оказываются не столь эффективными и работают, фактически, только для модельных систем небольшой размерности. С нашей точки зрения, проблемы здесь не технические, а связанные с применимостью подходов маломодовой нелинейной динамики к реальным системам. Поскольку мозг и некоторые простейшие модели — нейронных сетей - способны к прогнозированию в реальных ситуациях, мы предлагаем объединить идеи нелинейной динамики и нейронных сетей. С нашей точки зрения, в сложных жизненных ситуациях может существовать возможность обнаружить проекции малой размерности, для которых подходы нелинейной динамики могут быть использованы, но с серьезными ограничениями. Большинство понятий, таких как аттрактор, его размерность, ляпуновские показатели н т.п. становятся неприменимыми, а фазовое пространство распадается на области предсказуемости («русла») и области непредсказуемости («джокеры»), где более адекватным является вероятностное описание. Мы предлагаем некоторое математическое обоснование этой идеи и возможное €€ использование в задачах анализа временных рядов.

Ключевые слова: 
Благодарности: 
Работа частично поддержана РФФИ, гранты: № 96-01-01161, 96-02-18689, 97-01-00396.
Список источников: 
  1. Takens F. Detecting strange attractors in turbulence. In: Rand D, Young LS, editors. Dynamical Systems and Turbulence, Warwick 1980. Lecture Notes in Mathematics. Vol 898. Berlin: Springer. P. 366-381. DOI: 10.1007/BFb0091924.
  2. Eckmann JP, Ruelle D. Ergodic theory of chaos and strange attractors. Rev. Mod. Phys. 1985;57(3):617-656.
  3. Sauer T, Yorke JA, Casdagli M. Embedology J. Stat. Phys. 1991;65:579-616. DOI: 10.1007/BF01053745.
  4. Abarbanel HDI, Brown R, Sidorowich JJ, Tsimring LS. The analysis оf observed chaotic data in physical systems. Rev. Mod. Phys. 1993;65(4):1331-1392. DOI: 10.1103/RevModPhys.65.1331.
  5. Smith LA. Intrinsic limits оn dimension calculations. Phys. Lett. А. 1988;133(6):283-288. DOI: 10.1016/0375-9601(88)90445-8.
  6. Eckmann JP, Ruelle D. Fundamental limitations for estimating dimensions and Lyapunov exponents in dynamical systems. Physica D. 1992;56(2-3):185-187. DOI: 10.1016/0167-2789(92)90023-G.
  7. Ruelle D. Deterministic chaos: the science and the fiction. Proc. Roy. Soc. London А. 1990;427:241-248. DOI: 10.1098/rspa.1990.0010.
  8. Malinetskii GG, Potapov AB, Rakhmanov AI. Limitations оfor delay reconstruction for chaotic dynamical systems. Phys. Rev. E. 1993;48(2):904-912. DOI: 10.1103/PhysRevE.48.904.
  9. Hegger R, Kantz H, Olbrich Е. Problems in the reconstiuction оf high-dimensional deterministic dynamics from time series. In: Kantz H, Kurths J, Mayer-Kress G, editors. Nonlinear Analysis оf Physiological Data. Berlin: Springer; 1998. P. 23-47. DOI: 10.1007/978-3-642-71949-3_3.
  10. Casdagli M. Nonlinear prediction of chaotic time series. Physica D. 1989;35(3):335-356. DOI: 10.1016/0167-2789(89)90074-2.
  11. Lefebvre JH, Goodings DA, Kamath MV, Fallenn EL. Predictability оf normal heart rhythms and deterministic chaos. Chaos. 1993;3(2):267-276. DOI: 10.1063/1.165990.
  12. Gencay R, Dechert W. An algorithm for the n Lyapunov exponents оf аn n-dimensional unknown dynamical system. Physica D. 1992;59(1-3):142-157. DOI: 10.1016/0167-2789(92)90210-E.
  13. Savit R, Green M. Time series and dependent variables. Physica D. 1991;50(1):95-116. DOI: 10.1016/0167-2789(91)90083-L.
  14. Wu K, Savit R, Brock W. Statistical tests for deterministic effects in broad band time series. Physica D. 1993;69(1-2):172-188. DOI: 10.1016/0167-2789(93)90188-7.
  15. Broomhead DS, King GP. Extracting qualitative dynamics from experimental data. Physica D. 1986;20(2-3):217-236. DOI: 10.1016/0167-2789(86)90031-X.
  16. Cenys А, Pyragas K. Estimation of the number of degrees оf freedom from chaotic time series. Phys. Lett. А. 1988;129(4):227-230. DOI: 10.1016/0375-9601(88)90355-6.
  17. Cremers J, Hubler А. Construction of differential equations from experimental data. Z. Naturforsh. А. 1987;42(8):797-802. DOI: 10.1515/zna-1987-0805.
  18. Bellachook LV, Malinetskii GG. Tricks оf jokers on one-dimensional maps. In: Proc. 5 Int. Spec. Workshop: Nonlinear Dynamics of Electronic Systems. Moscow, 1997.
  19. Beachook LV, Malinetskii GG. Tricks оf jokers оn one-dimensional maps. Preprint, Inst. Appl. Math., the Russian Academy of Science. Moscow; 1997. No. 24. 29 p. (in Russian). 
Поступила в редакцию: 
15.05.1998
Принята к публикации: 
05.10.1998
Опубликована: 
10.12.1998