混沌是非线性科学中十分活跃、应用前景极为广阔的领域。本书从简单系统为什么会产生复杂的行为出发，用通俗易懂的语言，对非线性动力学中极为重要的分岔、混沌、分维和奇怪吸引子及其相互关联的问题作了深入浅出的论述；进而介绍了心脏系统中混沌和混沌控制的主要原理和方法；最后闹明了以混沌理论为基础的长期预报的相空间模式以及混沌在保密通信、神经网络和经济科学中的应用。 第一章 绪论 第二章 大自然的复杂性 第三章 动力系统形态及其分析 第四章 分岔 第五章 混沌 第六章 分形和分维 第七章 奇怪吸引子 第八章心脏系统中混沌的研究 第九章 混沌控制 第十章 长期预报的相空间模式概述 第十一章 混沌在保密透信、神经网铬和经济学中的应用

鉴于传统图像加密技术和低维混沌加密技术各自的局限性,将Lorenz混沌系统与数字图像置乱技术相结合,设计了一种基于三维混沌系统的数字图像加密算法.首先,对系统输出的实数值混沌序列进行预处理;其次,以此实数值混沌序列直接构造图像置乱索引矩阵;最后,以8×8块为单位实现数字图像的空域加密.分析与仿真结果表明:预处理后的实数值混沌序列具有更强的伪随机特性,更理想的相关特性;三维混沌系统有更大的密钥空间,使算法具有很强的抗破译性和抗攻击性;系统三维输出的同时利用,可实现三个或多幅图像的并行加密,提高了算法的加密效率

在分析轧机运动方程的基础上,通过对同宿轨道及Melnikov函数的讨论,分析厚度控制系统参数与出现Smale混沌之间的联系以及厚度控制系统出现混沌时对控制精度的影响.给出了板带轧机厚控系统出现Smale马蹄意义下混沌的条件,通过仿真验证了轧制过程中轧辊偏心干扰造成厚度控制系统混沌的新观点.仿真分析表明,在混沌出现时轧件的厚度偏差将发生较大偏移,可以通过混沌控制的途径提高产品精度

金属锰湿法电冶过程是一个典型的远离平衡态的非线性体系，直流作用下会出现电化学振荡、金属分形等非线性行为而引发体系额外的能耗。本文提出一种超混沌电流电解的新模式，通过引入超混沌电路代替原有直流电源来实现。超混沌电流作用下，采用恒电流极化曲线、阳极极化曲线、塔菲尔测试等分析方法和X射线衍射分析、扫描电子显微镜的表征方法，研究铅合金阳极电化学振荡行为与阳极沉积的锰氧化物之间的关联。研究结果表明，在电流密度为350 A·m?2恒电流极化30 min后，超混沌电流极化作用下电位振荡的平均振荡周期较直流极化提高5.6 s，平均振幅降低 38 mV；超混沌电流作用下阳极生成的MnO2，其表面较为致密平整，在一定程度上可以提高铅合金阳极析氧反应活性和耐腐蚀性。综合分析可知，将超混沌电流运用于金属锰电解过程，可以实现对阳极电化学振荡的有效调控，为进一步降低电解过程能耗和污染排放提供新思路

为拓展混沌控制与混沌同步在保密通信等领域方面的应用,通过对一类n维不稳定线性系统添加非连续状态反馈控制项,实现了不连续三状态线性反馈系统混沌反控制,并对这一类高维耦合混沌系统的动力学性质进行了理论分析,给出了定理和证明.然后分别给出了具有特殊形式的系统和一般系统的例子,计算机数值模拟及计算Lyapunov指数验证这样构造的高维系统确实存在混沌

针对混沌同步保密通信中由于同步实现导致参数敏感性下降,无法保证安全性的普遍问题,提出一类新的具有时变参数的混沌同步保密通信的理论方法,并证明了其同步稳定性.时变参数使混沌系统运动轨迹总体服从奇异吸引子,局部小范围作随机波动,混沌运动的复杂性显著提高,难以用参数估计方法破译.参数敏感度级数从1级提高到10级,使之有效抵御穷举法、基于相空间重构等方法的攻击.若采用主动-被动同步方式,同步误差为零.本方法适用于一类连续混沌系统

提出了一类新的四维分数阶超混沌系统,对其动力学特性进行了理论分析和数值模拟.通过Lyapunov指数谱和分岔图分析了系统对阶次变化的敏感性.当微分阶次连续变化时,系统既存在混沌特性又存在周期特性.然后根据分数阶超混沌系统同步及扩频通信理论,提出了一个扩频通信方案.该方案使用混沌信号序列作为直接扩频通信系统的扩频地址码,用于替换传统的码分多址(CDMA)通信系统中的伪随机序列(PN序列).最后,基于该分数阶超混沌系统设计一个扩频通信电路,在Multisim平台上验证了该方案的有效性和可行性

对用于保密通信系统的连续流混沌产生器的原理及可实现性进行分析.在对Logistic映射的区间特性分析的基础上,首次研究并实现了一种Logistic映射数字混沌产生器.实验结果表明,输出混沌信号与logistic映射的分析结果一致,这说明了数字混沌产生器的有效性

基于对Logistic映射混沌变量概率分布的研究,提出了一种区间套混沌搜索方法,避免了混沌搜索的盲目性.将区间套混饨搜索方法与共轭梯度法结合,提出了一种混合优化方法,利用区间套混沌搜索方法搜索到近似最优点,再用共轭梯度法求得最优点.数值计算结果表明,该方法可显著提高优化效率

在建立的离散混沌系统广义同步定理的基础上构造了一个广义混沌同步的离散系统,并结合Henon混沌映射设计了一个数字图像加密方案,能够对灰度图像成功加密并且实现了无失真解密.对该加密方案的密钥空间、密钥参数敏感性分析表明,该加密方案具有较高的安全性.数值仿真实验证明:该加密方案对混沌系统的参数及初始条件扰动极为敏感,任何大于10-15的扰动将使解密失效;该加密方案具有1076的密钥空间,能够有效地应用于网络通讯