混沌形态范文

导语：如何才能写好一篇混沌形态，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

（中铁六局集团北京铁路建设有限公司，北京 100036）

（The Sixth Engineering BURE CREC Beijing Railway Construction Co.，Ltd.，Beijing 100036，China）

摘要： 大体积整体浇筑混凝土工艺，可明显缩短工期。工艺控制重点是通过混凝土配合比设计、外加剂的选择、冷却管布设、温差控制和混凝土浇筑养护等方面，消除混凝土温差应力、收缩等原因形成的裂缝，使得混凝土结构整体性好，安全可靠。

Abstract: The integral casting technology of the mass concrete can reduce the work-period. The most important control point of the technology is to eliminate cracks form the temperature stress and shrinkage of the concrete by the design of concrete mix proportion, the selection of admixtures, the arrangement design of the cooling pipes, temperature control and the casting maintenance of concrete to make concrete structure integral, safe and reliable.

关键词 ： 大体积混凝土；冷却管布设；测温元件预埋；混凝土浇筑养护

Key words: mass concrete；arrangement design of the cooling pipe；embedding of the temperature measurer；casting maintenance of the concrete

中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0129-02

作者简介：董丁芳（1981-），女，山西太原人，公司安全质量部，工程师，研究方向为安全质量。

0 引言

随着国家铁路建设的发展，大体积混凝土在各类桥梁工程的应用日益广泛，施工过程中，如果混凝土配合比设计、外加剂的选择、冷却管布设、温差控制和混凝土浇筑养护等方面处理不当，会由于温差应力、收缩等原因引起裂缝缺陷，影响桥梁使用功能和安全。

本文通过工程实践，结合京包高速3A工程主墩承台大体积混凝土浇筑，总结形成主墩承台大体积混凝土一次性浇筑施工工艺，取得了良好的社会效益和经济效益。

1 工艺流程

大体积混凝土一次性浇筑施工工艺主要包括以下几个方面：混凝土配合比设计基坑施工、承台放样钢筋绑扎、冷却水管布设测温元件预埋模板支护混凝土浇筑混凝土养护混凝土温度控制。

1.1 混凝土配合比设计

①水泥的选用。

在满足混凝土设计强度的前提下，要求试验室优化配合比，减少水泥用量，水泥及胶凝材料用量控制在350kg/m3以内；确保水化热绝热温升不超过规定的温控标准，应选用水化热较低、后期强度高、质量稳定的水泥，水泥3d的水化热不宜大于240KJ/kg，7d的水化热不宜大于270KJ/kg。大体积混凝土施工所用水泥入机温度不宜大于60℃。

②骨料的选用。

骨料的选择要符合国家现行标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52的有关规定，且应符合下列规定：

细骨料：宜采用级配良好的中粗砂，根据工程实际经验细度模数宜控制在2.4～2.8之间，含泥量不应大于3%；

粗骨料：选用粒径5～31.5mm，并应连续级配，含泥量不应大于1%，使混凝土具有较好的可泵性。应选用非碱活性粗骨料。

③外加剂的选择。

外加剂的品种、掺量应根据工程所用胶凝材料经试验确定，粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的40%，矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的50%；采用缓解水化热效果好的外加剂，降低混凝土的水化热温升。

1.2 基坑施工、承台放样

①基坑施工。

主承台基坑一般较深，安全风险较大，基坑围护结构需做好专项设计和施工方案，开挖时采用挖掘机配合人工清底施工。

②承台放样。

承台开挖完成后，施做混凝土垫层，在垫层上根据标段的坐标控制点放出承台的结构线。

1.3 钢筋绑扎、冷却水管布设

①钢筋绑扎。

钢筋绑扎前认真核对设计图纸，尤其注意预埋件位置，同时综合考虑冷却水管和温度检测元件位置，避免返工。

②冷却水管布设及要求。冷却水管按图纸要求进行安装布置，为保证冷却效果，其进出水都引入承台顶，具体布置如图1。

混凝土内部温度场布设冷却水管，以控制混凝土内外温差在±25℃内。冷却水管采用导热性能好的无缝钢管（内径Ф48mm，厚为2mm），冷却水管与承台内钢筋相碰时，位置可做适当调整，一般横向间距1.5～3m，竖向间距1.2～3m，距离承台边缘均为0.5m，冷却管的连接采用铁皮套筒连接，套筒连接长度不小于20cm，接头处采用点焊加固，再用塑料胶布缠裹，保证连接处不漏水。水管安装应保证质量，混凝土浇筑前对所有冷却管作密实性试验，保证管道密封良好，防止管道漏水或阻塞。

通水冷却从水管被混凝土覆盖后开始，覆盖一层混凝土通水冷却一层，至14天结束，具体结束时间视混凝土温升、温降情况而定。

应确保通水期间的水源和流量，中途不得发生停水事故。可采用水池进行集中供水，每根冷却水管配备一台水泵对流量进行控制。

1.4 测温元件预埋

为有效对承台混凝土温度进行监控，应预埋测温元件对混凝土内部和表面温度进行监控。测试元件安装前，必须在水深1m处经过浸泡24h不损坏。测试元件在结构平面图位置的边缘布置，不少于4处；在芯部分别布置不少于4处；测试元件的引线要集中布置，并应加以保护。每个断面温度传感器呈环形布置。测试元件浇注过程不得损坏。

1.5 模板支护

承台底部充分利用护壁混凝土进行承台四周支护，进行就地浇筑混凝土；顶部坡脚变坡面采用反压拼装模板，模板采用木模进行组装，面板采用10mm厚竹胶板，后设背板及竖肋，竖肋间设有对拉拉杆孔，对模板进行竖向加固，保证模板有足够的平整度。具体如图2。

1.6 混凝土浇筑

①混凝土浇筑。

混凝土浇筑前，应尽量选择气温较低、无雨天气施工，尽量避开高温、大风天气。采用水平分层浇筑，每层厚度不宜过大，一般应控制在0.3～0.5m左右。在浇筑下半部范围内混凝土时，采用泵车和溜槽同时浇筑，浇筑上部分范围内混凝土时，采用五台泵车进行浇筑。具体布置如图3。

②混凝土振捣。

现场安排足够的振捣人员采用Ф70插入式振捣器，并划定每个人的振捣区域，严格按规范振捣，保证混凝土浇筑质量，对钢筋较密位置采用Ф50或Ф30振捣棒进行振捣，确保每个部位振捣密实。

1.7 混凝土养护

在修整作业完成后或混凝土初凝后立即进行养护。承台外露面浇筑完成后，立即采用保温材料覆盖，保温材料为一层塑料布+两层无纺布+一层棉帆布+一层塑料布。露出基坑的混凝土浇筑完成24h后进行拆模，并进行保温。

1.8 混凝土温度控制

混凝土的里表温差不宜大于25℃，当实测混凝土内外温差≥25℃，应加快冷却水管的流量，加快内部散热，直到将内外温差控制在标准范围内。

设专人负责温度测量，根据温度数据分析混凝土内部温度变化情况，及时控制冷却管进出水温度。

2 工程实例

京包高速3A工程上地斜拉桥工程，主墩承台为变厚度八边形承台，混凝土浇筑方量约为12000m3，属于大体积混凝土。主塔承台顺桥向中部22.52m，厚度为8m，顺桥向两侧11.537m，部分厚度由8m变为4m，平面为45.6m×40.3m的切角矩形，切角边长为11.537m；主承台钢筋采用HRB335、HRB400钢筋进行绑扎。

承台内共布设八层冷却水管，分别位于承台顶下0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、4.5m、5.5m、6.5m、7.5m八个断面。为更好地将混凝土温度进行降温，减少混凝土与外界气温的温差值，在距承台顶面1.0m位置增加一层冷却水管。

测试元件的引线要集中布置，在承台顶下50mm、1.0m、2.0m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、7.0m八个断面，每个断面温度传感器呈环形布置，共计112点。

浇筑时现场布置5台48m泵车，在浇筑下部4m混凝土时，采用泵车和溜槽同时浇筑，现场设置21个溜槽，共计24h完成下部4m范围内混凝土，方量约8000m3；浇筑上部4m混凝土时，5台泵车浇筑35h完成，共计方量4000m3。

该工程主墩承台混凝土浇筑施工采用一次性整体浇筑施工，历时59h，提高了功效，工序环节交叉少，可连续均衡施工，避免了窝工，缩短了工期，创造了良好的经济效益。且由于能够很好地进行混凝土温度控制，大大减少了混凝土温度裂缝的产生，结构整体性好、安全可靠，工程经验可为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]GB 50496-2009，大体积混凝土施工规范及条文说明.

[2]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[3]QB-CNCEC JO10505-2004，大体积混凝土施工工艺标准[S].

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关键词：编剧学 研究 方法 理论 预设

2 0世纪自然科学方面的混沌学、分形学，社会科学方面的结构主义语言学、符号学、叙事学的发展，为编剧创作方法的探索提供了富于启示的思维方法和理论工具。

一、现代自然科学对编剧学的影响

在现实生活中，现代科学观念已经深入到人们的日常生活，相对论的时空弯曲、量子力学的测不准原理、混沌学的蝴蝶理论，影响到人们对于日常生活复杂性、多样性的认识。剧作家们利用现代科学进行创作实践，已经走到了编剧理论的前面。

混沌学具有非常突出的现代科学思维特点。洛伦兹的奇异吸引子，形象地展示了非周期的周期运动；如果说传统的周期性吸引子无法描摹戏剧叙事情节的复杂性，那么奇异吸引子可以恰当地反映叙事动力学的复杂性。

虽然剧作家们已经在使用混沌学的成果，但是，将这些数学成果引入创作理论领域，还是存在着一定的难度。首先是数学工具的抽象性，阻碍了创作理念的吸引和使用。洛伦兹发现的混沌形成的初始条件和天气非周期运动的分岔理论，只有在给出蝴蝶状的“洛伦兹吸引子”图形以及“蝴蝶效应”的形象描述后，才被人们广泛理解和掌握。

相比较而言，分形学要比混沌学更好理解，虽然分形几何与数学公式（费根鲍姆数值等）是相互转换的，但是分形学却使人们可以更直观地观察、认知和把握混沌现象。

分形学为打破混沌提供了一套形象的几何语言，分形学不仅可以描述无机界的分维物理运动，而且可以描述生物界的复杂生命运动，甚至体现着思维创造的无意识活动。分形理论可以作为探索创作的混沌领域的重要理论工具，并转化为创作实践的重要方法。

编剧学的创作系统是一个有着生命现象的、特殊的混沌领域。通过对混沌学的借鉴，是否可以建立编剧的混沌学、分形学？我们是否可以认为：创作中的混沌也有其形成的原因和潜在结构，也存在着非周期但是有规律性的“奇异吸引子”，存在着费根鲍姆数值，存在着情节单元的无穷嵌套和标度无关性？还有如何认识混沌与有序的关系，如何运用数学几何理论在编剧学与自然科学之间建立桥梁等等这些都是编剧创作理论上的有趣课题。

二、结构主义为编剧学提供的科学视野和科学方法

在自然科学之外，结构主义为编剧创作理论的创新发展提供了有价值的各种理论方法。

结构主义十分重视共时性的结构作用。索绪尔在语言学中提出共时性的能指作用之后，结构人类学、结构叙事学都将共时性研究放在了首要位置。按照皮亚杰的说法，“结构主义从本性上来说是非时间性的”，“功能归结为结构通过时间的种种表现”。对于编剧学来讲，共时性研究十分重要，虽然古典线性的历时性叙事至今仍然占据着主导地位，但是随着当代社会的多元化、信息化的发展，出现了由线性叙事向非线性叙事拓展的明显趋势。

当代剧作者们开始更多地采用空间性思维，如用拓扑的方法处理多样性的创作题材。现代叙事的主要课题是解决共时性空间形式的叙事技巧问题，以及线性叙事与非线性叙事相互借鉴与统一的问题。非线性叙事重视共时性空间组织中的情境和情节，尝试处理各种空间形式的情节单元组合。现代编剧者的创作方式、思维方法需要不断更新，操作工具也需要改进、发展，从而满足多种结构类型叙事的需要。长期以来创作理论被视为一种经验范畴的理论。它针对的是生命形态，而不是生命形成机制。

编剧创作理论的形成和发展，需要有新思维、新工具。所谓新思维，指混沌学、分形学的科学思维、结构主义的整体思维；所谓新工具，指分形学和矩阵、拓扑等数学工具。除了向自然哲学、语言哲学（如结构主义）借鉴之外，还要向具有丰富空间组织经验和空间形式理论的建筑艺术以及造型艺术的美术、雕塑和音乐等艺术门类学习、借鉴。

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[关键词]大型研发项目;界面;协同;混沌控制

大型研发项目是指涉及大量人力,耗费巨大财力、物力,需要多组织协作研制,且往往是跨学科、跨领域的复杂性巨系统。最为典型的是国家级重大科技项目,包括《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》提出的16个国家重大科技专项,以及“863计划”、“973计划”等所涉及的重大科技专项。由于研发项目是动态创新过程,具有不确定性、模糊性和重复性。在项目研发过程中,各子系统之间、整个系统和子系统之间、子系统和外界环境之间都存在着复杂的信息的传递和交换,其传递和交换方式对研发进度和成本有非常大的影响。对总系统的整合者和控制者而言,界面协同控制问题是其面临的主要管理问题。通过有效的界面协同控制,促使组织间研发活动同步,是保证实现研发目标的重要手段之一。

1 大型研发项目界面要素

大型研发项目构成多维界面网络系统,系统内部的界面是各异构组织间进行信息沟通和传递、组织间关系交互作用的区域。研发项目界面可分为三种形式。

1.1 过程界面

又称为流程界面,通常指研发项目从论证立项开始,到项目完成的整个研发周期各阶段之间所具有的界面。郭斌等把研发过程中的界面分为r&d/r&d界面,研究、开发界面和设计、制造工程界面。过程界面与时间有较大关系。随着项目的进展,技术和产品形态也逐渐由抽象转为具体。不同的研发项目,其流程不尽相同,大型研发项目,往往采用阶段—门体系开发方式,即在每一个阶段结束,下一个阶段开始之前,需要进行阶段性回顾,以检验阶段性的成果是否满足预先设定的需要,下一阶段的开发条件是否具备,以作出继续或放弃的决策。这种方式将连续的开发活动人为地分解为离散的阶段。

1.2 任务界面

任务界面是由于所要开发的产品结构或技术的特性差异所产生的界面。大型项目的任务要素组成不同的任务包,形成任务层级。在进行研发时,任务要素呈现串行、并行、独立等关系。(见图2)由于研发任务与客户的需求有关,并建立在不断创新发展的基础上,任务自身具有许多技术创新点,因而,研发过程中受到外部环境和内部开发状态的双重影响,造成任务界面在初始阶段的模糊性和不确定性。

1.3 组织界面

研发项目的载体是各种不同的组织。由于追求利益的不同,导致在合作过程中,在研发任务和资源分配、信息传递和共享、利益的共享等方面形成相互作用关系。对与研发项目规模不同,所构成的界面形式和作用关系不同。对于大型研发项目而言,既包括独立的研发实体,也包括政府、中介等组织,它们在研发中所起的作用各不相同,构成了复杂的网络组织系统,分别形成了相互作用界面。见图3。

大型研发合作项目的组织界面具有固定性,即研发项目和参与者一经确立,即客观存在,组织之间形成的相互依赖关系是稳定而不易变化的。而研发的过程和阶段不同,信息、技术状态等不断发生变化导致了界面交互作用的变化。因此,研发项目本身界面也是多样化的。研发交互活动既是子系统之间信息的一种传递与互动的过程,双向反复的演进过程;也是系统之间相互作用、相互协调同步过程。不同组织在不断接收和释放信息,使得系统级管理者在技术形态演进的过程中不断寻求一种同步的平衡状态,找到组织之间界面作用的互相匹配模式。

2 研发项目系统的界面协同混沌模型

对复杂研发项目网络系统的界面控制主要体现在:系统管理者通过分析影响研发子系统研发各项因素,寻找一种对系统各要素优化的方法,使各子系统通过协作提高研发的速度和效率。根据研发项目模糊性和不确定性的特点,作为非线性核心理论的混沌理论是解决大型研发项目系统界面协同控制问题的有效工具。混沌是在一个确定的系统中出现的“貌似随机”的运动,是有序与无序的统一,确定性与随机性的统一。混沌系统是一个非周期性的动力学过程,并且对初值呈敏感的依赖性,揭示了貌似随机的现象背后可能隐藏的简单规律,以求发现一大类复杂问题普遍遵循的共同规律性。

研发项目组织系统的各子系统具有相对独立性和各自的特定功能及运行目标。对大型研发项目而言,研发活动所必需的条件,如资金、技术、人才、设施、政策、市场等分散在不同的子系统中,为不同的子系统所拥有。系统内各组织的差异性较大。因此,若将研发组织系统抽象成一个复杂网络,各子系统抽象成复杂网络的节点,那么各节点具有不同的结构,其动力学行为也有一定的差异,这样组织间在传递信息时会出现时滞。这里我们选择国内学者提出的节点结构互异的复杂网络混沌同步方法,建立研发系统界面协同模型。

混沌理论中的混沌同步与控制是通过利用一个混沌系统的混沌信号来驱动和控制另外一个混沌信号,最终两个系统状态能够趋于一致。假设研发项目系统具有m个子系统,每个子系统可抽象成一个节点。根据混沌理论,研发项目是一个混沌系统,每个子系统也可看成是具有不同内部结构的混沌子系统。因此,各节点的状态方程是异结构的混沌系统,那么在不考虑其他子系统的作用时,子系统i的状态方程可表示为:

3 界面协同混沌控制方法

界面协同混沌控制就是根据不同的需要,从研发活动混沌行为中选出所需的周期信号或非周期信号,并对其实现稳定的有效控制。大型研发项目中大量子系统集体的、自发的、自动的协同合作效应,是系统自身内部各要素矛盾运动的结果。研发系统混沌发生的内因是研发系统内部各子系统(或要素)之间及内部子系统(或要素)和外部要素之间的非线性相互作用机制,外因则是其周围的环境条件。诸多学者提出了实现混沌控制的方法。对于大型研发项目,界面协同混沌控制方法有两大类型。

第一类是通过恰当的控制手段及途径,有效地抑制混沌行为,使李雅普诺夫指数下降进而消除混沌。研发系统混沌所带来的巨大波动,将使研发结果与预先设定的目标严重背离,使整个研发系统陷入混乱状态,对研发进度、质量和成本均造成不利影响,对此应有效地抑制或消除混沌。对信息重叠水平较高的研发活动,加强交互的频次,即通过过程控制降低界面强度,提高界面密度。如果产生子系统研发偏差,迅速通过子系统间局部协调,加快或减缓研发速度,使系统恢复稳定。这种控制方式主要利用混沌系统的本质特征,如对于初始点的敏感依赖性,来稳定已经存在于系统中的不稳定轨道。其优点在于不需要使用除系统输出或状态以外的任何有关给定被控系统的信息,不改变被控系统的结构,具有良好的轨道跟踪能力和稳定性。其缺点在于要求一个比较精确的数学模型和输入目标函数或轨道。对于研发项目,则需要以往相似程度较高、管理过程数据齐全的研发项目资料,协调成本相对较高。

第二类是选择某一具有期望行为的轨道作为控制标。一般情况下,在混沌吸引子系统中的无穷多不稳定的周期轨道常被作为首选目标,其目的就是将系统的混沌运动轨迹转换到期望的周期轨道上,使混沌系统能够在极短的时间在许多不同的行为方式之间进行转换。在系统内部可利用一个混沌子系统来扰动其他子系统,以使它们产生协同现象。这种反馈控制主要利用一个小的外部扰动,如一个小驱动信号、噪声信号、常量偏置或系统参数的弱调制来控制混沌。根据“混沌运动背后隐藏着确定秩序”的观点,系统管理者可以通过诱导随机性“涨落”即混沌的产生,为系统产生有序结构提供新的契机。对于研发项目,一个设计任务可能有若干种不同的研发方案,当其中一个方案执行过程中出现研发不确定性较高的情况时,通过外界环境的变量(如需求、投资、新技术的介入等)的控制,改变其研发活动方式,使其回到稳定状态。该控制方式的设计和使用都十分简单,协调成本较低,但无法确保控制过程的稳定性。

上述两种方式都是通过混沌动力学系统的稍微改变,使系统达到稳定状态,不同点是前者属于混沌控制,后者属于混沌反控制。研发系统控制策略所遵循的原则是控制规则的设计须最小限度地改变原系统,从而对原系统的影响最小。因此,在控制混沌的具体操作中,最大限度地利用混沌的特性,确定控制目标和选取基本控制方法显得非常关键。由于研发系统混沌现象复杂多样,各种混沌控制方法各有处理混沌问题的优点,但目前对大型研发项目没有一种方法是全面的或是唯一有效的,应视具体情况综合运用。

4 结 论

本文总结了大型研发项目所包含的界面类型,并针对研发项目各组织间的异构性、信息时滞所引发的不同步问题,引入混沌理论对研发项目组织界面进行协同控制,建立研发系统界面协同模型,分析了研发系统界面协同的条件和过程。从理论上并阐述了对界面进行协同控制的两类混沌控制方法。运用混沌理论对研发项目界面管理进行协同控制,为研发项目界面管理创新提供了理论支持。参考文献:

[1]郭斌,陈劲,许庆瑞.界面管理:企业创新管理的新趋向[j].科学研究,1998(3):60-68.

[2]l.m.pecora,t.l.carroll.synchronization in chaotic systems[j].phys.rev.lett.,1990,64(8):821-824.

[3]张刚.混沌系统极复杂网络的同步研究[d].上海:上海大学博士论文,2007:43-46.

[4]g.chen,d.lai.feedback control of lyapunov exponents for discrete-time dynamic systems[j].int.j.bifur chaos.1996,6:1341-1349.

[5]陈关荣,吕金虎.lorenz系统族的动力学分析、控制与同步[m].北京:科学出版社,2003.

[6]李卫东,王秀岩.混沌控制综述[j].自动化技术与应用,2009(1):1-6.

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关键字：余弦函数 倍周期分支 混沌

中图分类号：O174 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0188-01

从任何初始值出发迭代时，一般有个暂态过程，但当迭代次数很大，即当n∞时，演化会导致一个确定的终态。终态可取无穷多种值，对初值极为敏感，成为不可预测，开始出现混沌现象。在此前终态都是周期的、可预测的，并与初值无关。

混沌（Chaos）是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动。一个确定性理论描述的系统，其行为却表现为不确定性、不可重复、不可预测，这就是混沌现象。混沌是非线性系统的固有特性，是非线性系统普遍存在的现象。混沌运动的动力学特性已经被证明在描述和量化大量的复杂现象中非常有用，但是，由于混沌系统所固有的系统输出对状态初值的敏感性以及混沌系统和混沌现象的复杂性和奇异性，使得混沌控制理论的研究更具有挑战性。

这里我们主要考虑一类关于余弦函数迭代映射的模型

（1）

的倍周期分支问题，其中，均为参数。首先作变换，则可有：。（2）

1 倍周期分支

倍周期分支是指在某个特定的参数值的一侧有稳定的不动点，但当参数经过这个特定的参数值变化到另一侧时，稳定的不动点变成不稳定的，并同时产生了周期2轨道。在给出我们的倍周期分支结果之前，我们先给出关于倍周期分支存在的判别法：

引理：[1]设是充分光滑的函数，记，如果下列条件成立：（1）；（2）；

（3）；

（4）；那么在处发生倍周期分支。更为详细的是，在附近存在一个不动的曲线，在一边是稳定的不动点，而过了以后成为不稳定的不动点；并且存在一条光滑的曲线在点与直线相切，而是关于的函数的图像。当时，新生成的周期2轨道是稳定的，反之则是不稳定的。

引理给出了函数关于参数在特定参数值处发生倍周期分支的充分条件。下面讨论模型（1）也就是模型（2）关于参数发生倍周期分支的条件。

定理1：若模型（2）的固定参数满足，参数是变化的，则在区间上，一定存在参数，模型的不动点在处存在倍周期分支，而且产生的周期2轨道是稳定的。

证明：定义函数，则有

.当时，由于，从而，所以在区间上是严格单调递增函数。又对任意的，都有

所以存在唯一的，满足。于是对于每一个，都有唯一一个零点与之对应，且关于是连续的。这是因为对于任何，一定有。如果不然，则存在，也就有

。

于是我们根据倍周期分支引理，我们可以知道模型（2）在参数经过时发生了倍周期分支，而且由可知所产生的周期2轨道是稳定的。

若固定参数，，，不变，模型（2）对参数也会发生倍周期分支。

定理2：若模型（2）的固定参数满足，参数是变化的，则在区间上，一定存在参数，模型的不动点在处存在倍周期分支，而且产生的周期2轨道是稳定的。

证明：定义函数.

因为

所以存在，满足。定义一个关于k的函数.由于从而有，所以至少存在一个，使得，得出于是我们根据鞍-结点分支引理，我们可以知道模型在参数经过时发生了倍周期分支，而且由可知所产生的周期2轨道是稳定的。

2 结论

根据倍周期分支的判别法，该文分别给出了一类余弦函数迭代映射后关于参数和关于参数发生倍周期分支的充分条件，深刻讨论了一类简单的余弦函数发生倍周期分支的这种复杂动力学行为。而倍周期分支是典型的一条通过混沌道路的途径。这说明这类余弦函数经过迭代也必然会发生复杂的混沌动力学行为。混沌是非线性科学中十分活跃、应用前景极为广阔的领域。混沌是比有序（此处指经典意义下的有序━━对称、周期性）更为普遍的现象。它向我们揭示出一个形态和结构的崭新世界。这个看似简单但又充满神秘，激励人们不断地去探究。

参考文献

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关键词：粒子群算法 映射 映射 混沌

中图分类号：TP301.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）12-0000-00

粒子群算法（ ， ）在进化后期存在收敛速度慢和早熟收敛的现象，因此仍存在较多缺陷。混沌是指在确定性系统中看似随机的不规则的运动，是非线性动力系统特有的形式。在基本的粒子群算法中引入混沌的理念，能避免算法过早收敛于局部极值，加强算法全局搜索性能。近年来，很多学者利用混沌理论进行了算法的改进研究，如有学者利用 映射对传统的粒子群优化算法进行改进[1]，也有学者根据 映射的全局遍历性对算法进行优化[2]，但实际上这两种改进各有优势。基于此，本文结合两种改进算法的思想，提出基于 和 双重映射的混沌粒子群算法（ Tent chaotic Particle Swarm Optimization，LTPSO）。

1 映射和 映射优缺点分析

利用混沌的遍历性和随机性[3]对智能算法进行优化搜索已发展成为一种高效的全局优化技术，促使混沌广泛应用于各个学科领域。

1.1 映射

映射表达式为：

其中， 。

通过系统仿真可以知道，在 时，系统动力学形态非常复杂，出现混沌状态。

目前，研究基于 映射的混沌粒子群算法大多将算法分为两大阶段：第一阶段称为粗搜索阶段，先采用基于 迭代映射遍历整个解集空间，当达到所求问题的相应条件时，即把当前的最优解当作全局最优解；第二阶段称为细搜索阶段，以第一阶段的结果为中心进行混沌扰动，即精确细致搜索，直至满足算法终止准则。虽然这种改进能在一定程度上提高算法的搜索精度，但是 映射混沌的序列主要集中分布在两端，而中间区域较少，如果最优解落在中间部分，则算法便会在偏离最优解的空间循环迭代，导致无法得到全局最优解。

1.2 映射

映射也常称帐篷映射，是分段线性的一维映射，其表达式为：

其中，当参数 ， 时，映像处于混沌状态。

与 映射相比， 映射具有均匀的概率密度、功率谱密度和理想的相关特性，更快的迭代速度，更多的自相关和适用于大量的序列。

综合以上分析，我们可以将粒子群算法的搜索过程分成两个部分，一是粗略搜索阶段，二是精细搜索阶段。通过参考相关文献的研究结论，如文献[2]等， 序列全局遍历性强但后期深度搜索能力较弱，而 序列则具有较好的混沌扰动能力，基于此，本文提出双重映射的混沌粒子群算法（LTPSO），即在粗搜索阶段采用 映射，而在细搜索阶段采用 映射。

2基于双重映射的混沌粒子群算法

2.1 PSO算法基本思想

设搜索空间为 维，粒子种群规模为 。第 个粒子位置表示为向量 ；第 个粒子的历史最优位置为 ，即 ；种群的群体极值为 ，即 ；第 个粒子的速度表示为 。每个粒子的位置按如下公式进行变化[8]：

其中， ， 。 和 为学习因子， 和 为两个在（0，1）范围内变化的相互独立的随机函数， 为惯性权重。粒子群初始位置和速度随机产生，然后按式（3）和式（4）进行迭代，直至找到满意的解。

2.2 LTPSO算法原理

本文在参考文献[2]的基础上，提出基于双重映射的混沌粒子群算法，算法主要步骤为：

步骤1粒子群初始化。利用 映射（取 ）生成 个混沌序列 ，其中， ， 。将混沌序列 通过式（3）载波变换为优化变量：

式（5）中， 、 分别表示优化变量 的最大值与最小值，D为变量维数， 为种群规模。将映射得到的优化变量 作为粒子的初始化值。

步骤2计算粒子的适应度。将粒子的目前位置记为 ，群体中适应度最优的粒子位置记为 。

步骤3粒子粗略搜索。粒子速度更新公式变为式（6）：

其中， 为另一组 混沌变量。根据式（6）和式（4）更新粒子的速度和位置，重新计算新粒子的适应度，并判断是否更新粒子的个体极值以及群体的全局极值。

步骤 4判断是否满足迭代终止条件（即最大迭代次数）。如果满足，算法终止并输出结果；否则，执行步骤 5。

步骤 5粒子的早熟收敛判决。当算法迭代到一定代数时，粒子会陷入局部收敛状态，即“早熟”。定义如下的早熟收敛公式：

式（7）中， 、 分别为当前时刻群体极值和个体极值。预设早熟收敛阈值 ，当 时，则群体过于聚集，表现为早熟收敛状态。如果满足条件，则转步骤6；否则，转步骤 3。

步骤6粒子深度搜索。对早熟的粒子进行混沌扰动，根据 映射（取 ）生成序列 ， ， 。由式（8）和式（9）进行混沌扰动：

式（8）中， 为调节参数， （ ）为当前最优解向量；式（9）中， 即为进行扰动后的混沌向量。

步骤7 转入步骤 2继续进行迭代计算。

3仿真实验

3.1 算法优化性能比较

本文选用国际通用的四个标准测试函数对 算法进行仿真实验：

函数： ，在 处取得全局最小值0；

函数： ，在 处取得全局最小值0；

将本文提出的 算法与基本粒子群算法（ ）、基于 映射的混沌粒子群算法（LPSO）[1]、基于 映射的混沌粒子群算法（TPSO）[3]进行比较。以上四种算法的基本参数设置为：迭代次数 ，种群规模 ，学习因子 ，惯性权重 ，变量取值范围 ，变量维数D=4，粒子速度范围 。另外，在 算法中，令 ，早熟收敛阈值 。为消除随机搜索的误差，将每个算法独立运行50次，找出最优解和最差解，并求50次解的平均值，结果如表1所示

表1 标准测试函数的仿真结果

函数 算法名称 平均解 最优解 最差解 标准差

Griewank BPSO

LPSO

TPSO

LTPSO 0.0193

2.478e-03

8.247e-03

1.673e-06 3.134e-02

5.279e-05

3.741e-04

1.102e-08 0.4792

1.224e-02

6.911e-02

2.43e-06 5.2434

2.6641

1.6710

0.5914

Rastrigrin BPSO

LPSO

TPSO

LTPSO 1.3671

1.255e-02

2.778e-03

7.5278e-06 0.4723

2.943e-03

1.279e-04

1.125e-07 5.5876

0.8116

3.274e-03

2.624e-06 2.0793

2.2131

0.8771

0.7067

3.2 仿真结果分析

由表1可以得出，本文提出的 算法具有较好的表现，具体分析如下：

（1）算法的寻优能力分析。从仿真结果可以明显看出， 、 和 的寻优性均比 有较大提升。 算法兼具 和 算法的优点： 算法在早期有较好的搜索广度，但在后期仍出现早熟现象； 算法能在后期跳出局部极值，但由于搜索广度较差导致寻优结果受限； 有效增强了算法的广度搜索能力，同时又保持了深度搜索能力，较好的提高了算法的寻优能力。

（2）算法的稳定性分析。稳定性是算法的一个重要评价指标。表 1提供的数据可以较为全面的分析四种算法的稳定性。在平均解方面， 均比 和 提高了3个数量级以上；从标准差分析， 算法的标准差均小于1，即50次运行结果差别较小。无论从寻优结果的准确性，还是从寻优过程的稳定性进行比较，本文提出的 算法均比其他3种算法具有较大的优势。

4 结语

本文在研究粒子群算法系统稳定性的基础上，结合 和 映射存在的各自优点，提出了一种基于 和 双重映射的混沌粒子群优化算法。先通过 映射产生初值并进行载波变换，再利用 映射进行混沌扰动，使得粒子能够在快速局部寻优的基础上对整个空间进行搜索。典型测试函数的仿真结果表明算法收敛速度快、精确度高，且全局寻优能力强，证明了基于双重映射的混沌粒子群优化算法的可行性。

参考文献

[1] 梁慧，混沌粒子群优化算法的分析与应用[C].广东工业大学，2011：31-33.

篇6

关键词：混沌理论；密码学；混沌加密

中图分类号：TP309.7 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 05-0000-02

Chaos Theory Application in Cryptography

Liu Hehe

(Guangzhou Institute of Technology,Guangzhou510925,China)

Abstract:In the information and digital technology today,with the popularization and application of the Internet,data transmission security problems get more and more people's attention.The chaotic system to initial conditions and parameters are very sensitive to chaotic as well as the generated chaotic sequence has the characteristics of aperiodic and pseudo-random,chaotic systems in recent years in the field of cryptography has been more research.

Keywords:Chaos theory;Cryptography;Chaotic encryption

随着网络的普及应用，多媒体数据应用变得越来越广泛，Internet每天为用户提供大量的信息服务。由于Internet的基础协议不是完全安全的协议。未经特别加密的信息在网络上传送时，会直接暴露在整个网络上。为了防止攻击者途中对传输的信息的窃取破坏，在数据的传递过程中就必然要对数据进行安全的加密防护措施。

一、密码学概述

现代密码学已成为一门多学科交叉渗透的边缘学科，综合了数学、物理、电子、通信和计算机等众多学科的长期知识积累和最新研究成果，是保障信息安全的核心。现代密码技术的应用范围也不再仅仅局限于保护政治和军事信息的安全，已经渗透到人们生产生活的各个领域。

加密最基本的概念：原始消息称为明文，而加密后的消息称为密文。人类语言的任何通信可以分为明文，这种消息是不进行任何编码的。明文消息进行某种编码后成为密文。

二、混沌的基本原理

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。混沌是一种复杂的非线性、非平衡的动力学过程，是系统从有序突然变为无序状态的一种演化理论，是对确定性系统中出现的内在“随机过程”形成的途径、机制的研讨。其特点为：（1）混沌系统的行为是许多有序行为的集合，而每个有序分量在正常条件下，都不起主导作用；（2）混沌看起来似为随机，但都是确定的；（3）混沌系统对初始条件极为敏感，对于两个相同的混沌系统，若使其处于稍异的初态就会迅速变成完全不同的状态。

1963年，美国气象学家洛伦兹（Lorenz）提出混沌理论，认为气候从本质上是不可预测的，发现简单的热对流现象居然能引起令人无法想象的气象变化，产生所谓的“蝴蝶效应”，亦即某地下大雪，经追根究底却发现是受到几个月前远在异地的蝴蝶拍打翅膀产生气流所造成的。此后混沌在各个领域都得到了不同程度的运用。20世纪80年代开始，短短的二十几年里，混沌动力学得到了广泛的应用和发展。

（一）混沌理论的定义。迄今为止，关于混沌还没有一个获得科学界公认的、完整的、精确的定义，最常用的如李-约克混沌定义[1]：

设（X，f）是紧致系统，d是X的一个拓扑度量。设X0X非空，如果存在不可数集合S X0，满足：

1.limn∞supd（fn（x），fn（y）） >0，x，y∈S，x≠y；

2.limn∞infd（fn（x），fn（y）） >0， x，y∈S，x≠y。

称f在X0上是在李-约克意义下混沌的。这里的S亦称作“f的混沌集”，S中不同的两点称作“f的混沌点偶”。

除了李-约克意义下混沌之外，还有多种混沌的定义。其中，最常见的是Devaney的混沌定义和Melnikov的混沌定义。

“敏感初条件”就是对混沌轨道的这种不稳定性的描述；拓扑传递性意味着任一点的邻域在f的作用之下将“遍历”整个度量空间V，这说明f不可能细分或不能分解为两个在f下不相互影响的子系统；周期点集的稠密性，表明系统具有很强的确定性和规律性，绝非一片混乱，而是形似紊乱，实则有序，这也正是混沌能够和其他应用学科相结合走向实际应用的前提。

（二）混沌系统示例。此处以经典Logistic映射xn+1=1-ux2n为例，给出有关混沌吸引子刻划的一些数值计算结果图（图1-图4）。

图1-图四

混沌加密大致分两个大的研究方向：

1.以混沌同步技术为核心的混沌保密通信系统，主要基于模拟牛顿电路系统。

2.利用混沌系统构造的流密码和分组密码，主要基于计算机有限精度下实现的数字化混沌系统。

混沌密码是一种新型的、并不成熟的但又具有强大吸引力的密码体制，它能够在一个新的高度为敏感数据提供安全保护，特别让人们感兴趣的是：在理论上讲，混沌密码所提供的安全强度是与计算能力无关的，也就是说，混沌密码的安全性并不受到计算机能力提高的威胁。这就较如今的DES，RSA等密码体制有着天生的优越性，具有更为广阔的前景和研究价值。

三、混沌在加密算法中的应用

混沌和密码学之间具有天然联系和结构上的某种相似性，利用混沌系统，可以产生数量众多、非相关、类似噪声、可以再生的混沌序列，这种序列难于重构和预测，从而使密码分析者难以破译。所以，只要加以正确的利用，就完全可以将混沌理论用于序列密码的设计中。混沌的轨道混合特性对应于传统加密系统的扩散特性，混沌信号的类随机特性和对系统参数的敏感性对应于传统加密系统的混乱特性。可见，混沌具有的优异混合特性保证了混沌加密器的扩散和混乱作用可以和传统加密算法一样好。另外，很多混沌系统本身就与密码学中常用的Feistel网络结构是非常相似的，例如标准映射、Henon映射等。所以，只要算法设计正确合理，就完全可能将混沌理论用于分组密码中。

但是混沌毕竟不等于密码学，它们之间最重要的区别在于：密码学系统工作在有限离散集上，而混沌作在无限的连续实数集上。此外，传统密码学已经建立了一套分析系统安全性和性能的理论，密钥空间的设计方法和实现技术比较成熟，从而能保证系统的安全性；而目前混沌加密系统还缺少这样一个评估算法安全性和性能的标准。表1给出了混沌理论与传统密码算法的相似点与不同之处。

表1 混沌理论与密码学的相似与不同之处

通过类比研究混沌理论与密码学，可以彼此借鉴各自的研究成果，促进共同的发展。关于如何选取满足密码学特性要求的混沌映射是一个关键问题。L.Kocarev等在文献中给出了这方面的一些指导性建议。选取的混沌映射应至少具有如下3个特性：混合特性、鲁棒性和具有大的参数集。需要指出，具有以上属性的混沌系统不一定安全，但不具备上述属性而得到的混沌加密系统必然是脆弱的。

四、混沌理论在加密中的具体实现

（一）混沌序列密码的加密原理。众所周之，加密的一般过程是将明文的信息序列变换成可逆的类随机序列。解密过程是对数学变换逆变换的猜测处理过程，将得到的类随机序列还原为明文。而混沌加密主要是利用由混沌系统迭代产生的序列，作为加密变换的一个因子序列，混沌加密的理论依据是混沌的自相似性，使得局部选取的混沌密钥集，在分布形态上都与整体相似。混沌系统对初始状态高度的敏感性，复杂的动力学行为，分布上不符合概率统计学原理，是一种拟随机的序列，其结构复杂，可以提供具有良好的随机性、相关性和复杂性的拟随机序列，使混沌系统难以重构、分析和预测。

（二）混沌加密方案设计。假设{Pn}是明文信息序列，{Kn}是密钥信息序列，由Logistic混沌方程迭代产生序列后，进行二值化处理后所得整数混沌序列，{Cn}是密文信息序列。

加密算法设计为：{Cn}={Pn}{Kn}；

解密算法设计为：{Pn}={Cn}{Kn}；

基于Logistic混沌映射的加密原理图如图5所示，解密过程是加密的逆过程。初始值X0和u是Logistic方程的参数，同时是加密系统的密钥参数K={X0，u}。

图5 Logistic混沌映射的加密、解密原理图

因为混沌系统对初始条件的敏感依赖性，对于仅有微小差别的初值，混沌系统在迭代了一定次数后便会产生截然不同的混沌序列。

为了使相近初始值的混沌序列互相间更加不相关，在进行实验仿真的时候可对混沌序列经过1000次以上迭代后取值，可以有效地放大误差使得对初始条件的攻击无效，使加密效果更好，安全性更高。由于加密的是数字量，所以必须使用一种方法将这个由实数构成的序列{Xn}映射成由整数构成的伪随机序列，来充当加密密钥。这种映射中最简单的一种莫过于选取Xn小数点后的几位有效数字构成整数。

五、结束语

在当今的信息时代，信息安全至关重要。保密通信技术，特别是密码技术，关系到国家利益及在未来信息战中一个国家的竞争力，必将在人们的生活，尤其是军事及国家安全和通信对抗中扮演重要的角色，同时将对今后我国社会和国民经济的发展起到促进作用。本文从密码学的角度出发，介绍了密码学的基本概念，混沌加密的原理以及混沌加密在应用中如何实现。混沌被称为20世纪物理学三大革命之一，它所具有的性质使其具有广泛的应用前景。迄今为止对混沌密码学的研究取得了丰硕的成果，这使我们有理由相信它在本世纪将有广阔、深入的发展和应用。但是，混沌加密是一个复杂而又及其实用的数据安全传输技术，有待以后的进一步研究及实践证实。

参考文献：

[1]William Stallings.Cryptography and Network Secrtity Principles andPractices[M].3rd ed.PublishingHouse of Electronics Industry,2005:14-33

[2]孙克辉,刘巍,张泰山.一种混沌加密算法的实现[J].计算机应用,2003,1

[3]杨波.网络安全理论与应用[M].北京:电子工业出版社,2002

[4]Korarev L.Chaos-based cryptography：a brief overview[J].IEEE Cir-caits and SystemsMagazine,2001,1930:6-21

[5]邓绍江,李传东.混沌理论及其在密码学的应用[J].重庆建筑大学学报,2003,25(5):123-127

[6]刘嘉辉,李岩,宋大华.混沌加密理论的探讨[J]．牡丹江师范学院学报(自然科学版),2006,1

[7]陈宇环，易称福.基于时空混沌序列的视频加密设计与实现[J].计算机应用,2008,28(8):1936-1939

篇7

【关键词】公共建筑；空间界面；一体化；作用

随着建筑与城市的互动增多，城市和建筑一体化设计的思潮和实践逐渐开始涌现。整体设计是一体化设计的本质，其目标在于建立一种城市与建筑的综合体系强调城市与建筑的功能和空间设计过程的不可分离。从职能上看，城市职能和建筑职能能够互相接纳和紧密联系；从空间形态上看，城市公共空间与建筑内部立体空间形成交叉叠合和有机串联。因此，作为空间形态和功能的物质载体，建筑与城市空间界面也相应的呈现出了一体化的趋势。公共建筑往往与人们的城市生活息息相关，是城市中的重要建筑类型，代表着一个城市的主要形象。公共建筑无论是在其设计理念还是在其建造投资力度等方面都优于其他建筑类型，致使一些新的设计理念大量在公共建筑中使用和表达。本文主要针对公共建筑空间界面的一体化设计进行讨论。

一、公共建筑空间界面的一体化设计的概念解析和特性

随着公共建筑与城市的关系日趋紧密和复杂，建筑空间与城市空间在形态和职能上的交集越来越多。因此，在城市空间领域也渗透了空间界面一体化的设计理念。在奥斯卡・纽曼的人类行为活动与城市形体环境关系的研究中，曾提出了一个由私密性空间、半私密性空间、半公共空间及公共空间构成的空间体系。他认为人的各种行为活动要有相应的领域。在建筑空间中，建筑公共空间指的是供人们公共活动的空间，一方面，它是建筑内部各个空间之间、建筑空间与城市空间之间的过渡与联系，另一方面，是从属于建筑并有别于私人空间以及城市空间的公共活动的空间。

（一）公共建筑空间界面的城市性

随着城市化的进程加快，建筑形态日新月异，人类城市生活越来越频繁，城市的空间形态与功能也日趋复杂而丰富，城市空间与建筑空间逐渐成为一个有机统一体，而不再是界限分明的两个独立部分。

1、公共建筑在其空间功能上具有城市性。随着建筑空间与城市空间之间关系的日益密切，公共建筑空间一方面在承担建筑本身的职能的同时，另一方面也承担了更多城市空间的职能。在空间领域和空间职能上，建筑的公共空间与城市的公共空间存在交叉和重叠的现象

2、公共建筑在空间形态上具有城市性。一方面，在外部空间上，公共建筑与城市空间的一些构成要素相连， 是城市使用者的共同容器，共同形成城市的空间骨骼和性格特点。另一方面， 在外部空间上，公共建筑具有城市空间的尺度感，是城市空间延续建筑空间的体现。

（二）公共建筑空间界面的场所性

广阔性和中心性是场所的两个重要特点，每个场所都有各自的中心，并且从内部可感受到宽广的空间。人类的社会性涉及很多方面，作为社会性的一种重要形式，交往必然会产生各种形式的公共活动，而活动的开展离不开活动空间。公共建筑空间能够为活动事件提供发生地。人性化的公共空间必须实现活动主体、活动事件以及活动场所三者的有机结合。公共建筑的公共空间不仅促使主体创造活动，而且活动本身强化了空间的场所性。公共建筑空间界面良好的场所性往往能够促使空间发生多种活动事件。

（三）公共建筑空间界面的开放性

和城市公共空间一样，公共建筑空间具有开放的特性，不仅在空间形式上而且在使用行为上具有开放性，便于人们到达和参与。作为一个重要场所，公共建筑空间能够便于市民开展学习工作、娱乐、休闲和交往等多方面的活动。因此，公共空间能否发挥效能的前提是市民参与度。

通过设计形式、材料、亮度和色彩，公共建筑空间在，在某方面对人心里会形成一种暗示，借此人们便可以推测出此空间进入的可行性。可进入性的强弱会对该公共空间开放性的强弱产生影响。

（四）公共建筑空间界面的边界模糊性

在公共建筑空间界面中，建筑空间引入城市步行街道，中庭作为交通的转换空间，屋面成为了市民活动的场所。建筑与城市空间分界逐渐模糊，发生交叉、重叠以及渗透的情况。随着大型综合体建筑的出现，城市空间与建筑空间在功能和形态上发生交集，原有的城市、建筑二元结构也己经发生了明显变化，建筑的立面不再是城市空间和建筑空间的界限，城市与建筑呈一体化的趋势发展。

二、公共建筑空间界面一体化设计的影响与作用

（一）美学影响与价值

在建筑学的发展史上，科学技术往往起着决定性影响的推动作用。工业革命推动了现代主义建筑审美观的发展，追求功能至上，空间高效的利用使得建筑空间形态多以理性的直线主要构成元素。随着现代计算机技术的快速发展，生产力取得了明显的发展，人们的思维习惯也随之发生了变化。计算机强大的运算和模拟功能一方面是 “混沌理论”发展的实施平台，另一方面也是建构一些复杂的非线性建筑形体的技术保证。随着审美的巨变，当中的重要几个支流是致使建筑界面一体化造型变化主要影响因素，是界面一体化造型的重要理念支撑。

（二）混沌学

界面一体化的设计变传统上追求和谐、秩序、稳定以及纯粹的美学观为寻求模糊的美、多样性的美以及复杂性的美的混沌学美学观，是一种动态的美。开放性、模糊性以及流动性是建筑混沌的具体体现。不确定的变化和跳跃的思维往往能够激发人的想象力，建筑空间界面一体化中随机的、灵活自由的混沌思维可以使建筑变化丰富，让人产生一种时空的错位感。

建筑通过变换三维中多向度，使用者在空间中往往从一个点可以感知多个空间的形态特征，空间与空间之间没有严格意义上的分界。最初对不模糊化的空间边界的好奇心理渐渐地变成一种对动态的、变换多样的建筑形态的欣赏和追求。

（三）生态美学

建筑学无论是仿生的，还是原生态的自然意象，都从新的层面上探索建筑作为人工物与自然的微妙关系。在整体上，建构更具物化、更真实；在其细节的处理上，则略显含蓄的意象，呈现出一种与自然渗透融合的状态，有机生命的精神被赋予、生命的活力与美感在建筑中得以体现。作为自然的一部分，人类的情感动力与艺术灵感必然受到自然界万物的启发与影响。从古典建筑到现代建筑的纯粹几何形象，人们一再摒弃本有的复杂性与非线性，建筑与自然的联系越来越疏远。随着生态与可持续发展思想的深入人心以及对宇宙自然的进一步认识，越来越多的人开始重新将视野放回到所处的地球环境中去。在现代建筑创作中，实现自然意象与建筑的融入，较深层次地探索和表现建筑与自然的关系，使建筑呈现出一种自然与生命的生态美学。

结束语

公共建筑空间中的界面一体化是在当今科学技术发展和社会意识形态进步的背景下产生并发展起来的。在一定程度上，公共建筑空间界面的一体化设计满足了时展和人们日益增长的物质文化的需要，满足了的需求，对时代的进步和发展具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]刘海力.公共建筑空间界面一体化设计[D].湖南大学，2010.

[2]李楚智.建筑空间环境一体化设计方法与应用研究[D].中央美术学院，2013.

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作为一名美术专业毕业的平面设计师，对此我深有感触，并在学习和工作中逐渐形成了自己的观点：我认为绘画艺术和平面设计是彼此相关的两门学科。分明而不分界，两者既有紧密的联系又有很大的差异。

一、两者的联系

从历史的角度讲。平面设计是从绘画艺术中派生出来的，平面设计与绘画艺术可谓关系十分密切。当今照相机、电脑在平面设计中的普遍运用减少了平面设计中的绘画因素，但绘画艺术在平面设计中的作用和意义绝对没有失去。随着社会分工逐渐细致和学科专业性的划分，两者从表面看有了学科的分明性，但从本质意义来说没有分界，只是它们之间功用不同，所采用的媒介不同而已，但它们所共同承载的文化精神、审美内涵是相同的。

(一)绘画艺术是平面设计的基础

自从平面设计学科建立以来，绘画艺术就作为其基础而设置。这是非常重要的。一个优秀的平面设计师必须具备绘画基础，从点、线、面的认识开始，学习掌握平面构成、色彩构成、立体构成、透视学等基础知识。1998澳大利亚工业设计顾问委员会调查结果，设计专业毕业生应具备的10项技能第一位就是：“应有优秀的草图和徒手作画的能力。作为设计着应具备快而不拘谨的视觉图形表达能力。绘画艺术是设计的源泉，设计草图是思想的纸面形式，我们有理由相信。绘画是平面设计的基础!”

平面设计离开了绘画艺术就会失去生命力，绘画对于平面设计而言存在着对造型语言和形式语言的原发性意义。更重要的是张扬艺术个性，表达人文情怀，提高审美能力。忽视绘画艺术对平面设计的内在意义，平面设计最终只能走向概念僵化，成为没有生命力的拼图排字游戏。可以说。绘画艺术是一切艺术活动的始端。也是开启艺术活动的使者，对平面设计更是如此，它可以激发平面设计视觉艺术的更多可能性。

(二)绘画艺术可以促进平面设计的发展

绘画艺术作为平面设计基础的同时，还可以为平面设计研发形式语言。平面设计生命力的延续既要有文化底蕴。还要有赖于视觉形式语言的不断变革与发展。从历史的演变发展中我们不难看出，平面设计不断通过视觉语言形式的变革而获得新的生命力。

综观历史就可以得知。平面设计的发展史就是绘画与设计的发展史。平面设计一开始就有画家的参与，在发展过程中视觉形式语言的变革都是因绘画形式语言的新变化而出现的。19世纪，平面设计在欧美各国的社会生活中起着重要的作用。其设计形式语言在画家的参与中有了新的转变，德加、波奈尔、杜米埃等著名的画家都对欧洲早期的平面设计视觉语言的发展起着重要的作用。如印象派画家马奈和劳特累克设计的海报均以他们的绘画语言形式注入其中，具有平面装饰色彩的表现风格，设计出既有人情味又符合平面视觉传达的形式语言。

二、两者的区别

绘画艺术和平面设计也存在着巨大的差异，二者之间的关系属于两个不同性质行业之间的关系――是实用性与观赏性的关系；是多层次、多社会性的理性思考与情感宣泄，是表现个性才气的关系：是体现工业化的生产技术水平与个体艺术者之手工技巧的关系……

(一)绘画注重个性化，设计具有商品依附性

绘画的意义在于创新，而创新只有通过个性化才能够得以实现。重复的绘画没有生命力。如果我们回顾一下绘画的发展历史就会发现：无论在中国还是在西方，每一位杰出的大师都曾经创造过极端个性化的作品。每一位巨匠都具有自己独特意义上的典型符号。画家尤其是现代派画家。他们在创作时完全可以不考虑其作品的社会性。不必去考虑观众能否接受。而只要考虑自己的艺术如何创新，如何具有个性就可以。在某种意义上，任何画家其作品的生命力都在于极端个性化。通过作者对美的形式法则的特殊理解以达到创造新的形式美。

而设计与绘画最大的区别在于其对商品的依附性上。设计作为商品在为市场服务时必须具备“包装”价值与“使用”价值。要想赢得客户的信任与满意、最终实现设计的价值，就必须通过市场竞争的考验，设计的成功与否在于它能否通过美化产品而最终实现促销的目的。现实中几乎每一位设计师在为客户提供设计服务时。都会尽量去迎合和满足客户的需要。一方面。设计师必须站在客户的角度去揣摩他们的心理。以使自己的设计方案得以通过；另一方面，客户可能对市场的把握、了解远胜过设计师，设计师不得不服从客户对他提出的要求。在设计的过程中，设计师绞尽脑汁去思考、去解释自己的作品，也许自己认为很满意了，但最终的评判还是客户对其设计能否通过。

设计对商品的依附性还体现在“市场”是设计的指挥棒，市场的强劲与疲软将直接影响设计行业的起伏。如1991年海湾战争爆发之初，欧洲主要工业化国家生产过剩、消费匮乏。市场处于严重的经济萧条状态，生产停滞不前。荷兰的顿巴设计公司上门为一些厂家服务时得到的回答是： “我们暂时不需要设计，现有的设计就足够了。”还有另一种情况是，当市场上某种产品在卖方市场状态，产品供不应求时，厂家对“设计”也会不屑一顾。可以这么说，在商品经济不发达的社会状况下上谈论设计水平的提高根本不现实。

(二)绘画追求“混沌美”，设计追求“秩序美”

“混沌美”一词是“指宇宙形成以前模糊一团的景象”，“混沌”本身就体现着一种不确定的、耐人寻味的特征。中国古典绘画所表现的“空灵”、“气韵”，用有限的笔墨表现无限的意境等美学思想，都在于这种“混沌”之美。绘画对“混沌美”的追求还体现在对材料肌理的选择上。何种题材、何种效果、需要何种肌理，是绘画追求混沌美的表现之一。尤其是现代绘画，在一幅作品中选择综合材料已到了随心所欲的境地，多种材料的运用旨在加强画面的“混沌美”的效果，通过扑朔迷离不确定的材质肌理的运用。以达到变化多端的目的。

而秩序美是平面设计的核心体现。现代设计对实体的进一步把握是形式法则，形式是实体的具体化、丰富化、精确化。在现代设计史上对20世纪影响最大的代表人物是勒・科布歇。他运用建筑学的基本理论，根据人体比例进行黄金分割。被称为模数设计体系。在勒・科布歇发明模数之后，欧洲各国的设计师纷纷运用这一设计原理并将之进一步推进，最终形成了网格设计的理论体系。网格设计体系把几例分析法和数在平面设计中的运用提升到了空前的高度，其特征是重视比例感、秩序感、连续感、清晰感。总之。它是以理性数理为基础的形式在平面设计中的运用。完全不同于绘画追求的“混沌美”。

(三)版式编排是平面设计特有的独立性

绘画是以图的形态传达着信息。一幅好的绘画作品可以浓缩巨大的信息内容，是文字高度浓缩的载体，在某些场合它可以代替或补充文字的不足。虽然如此。由于绘画与文字传播的功能存在着较大的差异，绘画作为单独的艺术形式。其画面不存在文字的说明。既然绘画艺术可以无文字表述出现，因此，它也就不存在版式编排问题。

而设计无论是作为独立的艺术形式，还是特地为某种产品服务，都必须有文字的说明。只有通过文字形态的存在。其自身价值才能够得以充分体现。现代平面设计作为版面设计有两种意义上的版式编排：一种是图形与文字的结合，另一种是纯粹文字间的自由组合。这两种形式均可称为版式设计。但无论哪一种形式的版式设计，都离不开文字的存在。一方面版式编排需文字组成，另一方面文字本身形态的差异也丰富了版式编排的多样性。

篇9

设计的过程就犹如绘画创作一样，内在含有设计者的情感意识，外在具有物化的视觉艺术形态，即存在着表达内容与表现形式的关系问题。另外，设计的功能不仅在于表达情感，更为重要的是传达有效地含有商业意味的信息。而绘画的过程严格地说也是一种图形设计的过程，但是绘画的形式是一种纯艺术性的、纯精神性上的语言形式，而设计更亲近于我们的物质生活。

两者的创作目的更是有着天壤之别，绘画作为一种纯精神层面上的创作，更注重个人思想的表达和情感的宣泄。绘画的意义在于创新，而创新只有通过“个性化”才能够得以实现，重复的绘画没有生命力。回顾绘画发展史就会发现，无论中国还是西方，每一位杰出的大师都曾经创造过极端个性化的作品，每一位巨匠都具有自己的典型特征。画家、设计师们，尤其是现代派大家，他们在创作时可以完全不用考虑其作品的社会性。从某种意义上说，作品的生命力，正表现在个性化上，通过作者对美的形式法则的特殊理解而存在着。任何一个伟大的画家、设计师，都会有自己独特的审美个性，创作者必须把自己个人的主观意志潜能释放出来，最大限度地表现自我。即使是西方中世纪的宗教绘画的创作，虽然当时绘画作品多为宗教服务，但是那也是为了表达统治者或人民大众的信仰而创作。近现代的绘画艺术更注重个性的宣扬和个人情感的表达。所以说绘画更注重创作者自我的表现。

在设计中虽然强调创新性，但设计者更注重实用性。因为设计是与生活有着密切关联的一种视觉语言，特别是工业革命带来机器大生产以后，依附性是现代设计在商品经济中的本质反映。设计作为商品在为市场服务时必须具备“包装”价值与“使用”价值。要想赢得客户的信任与满意、最终实现设计的价值，就必须通过市场竞争的考验。设计的成功与否在于它能否通过美化产品而最终实现促销的目的。现实中几乎每一位设计师在为客户提供设计服务时，都会尽量去迎合和满足客户的需要。一方面，设计师必须站在客户的角度去体验消费者的心理，以使自己的设计作品得以通过；另一方面，客户可能对市场的把握、了解远胜过设计师，设计师不得不服从客户提出的要求。

在设计的过程中，设计师绞尽脑汁去思考、去解释自己的作品，也许自己认为很满意了，但最终的评判者还是客户。设计对商品的依附性还体现在“市场”是设计的指挥棒，市场的强劲与疲软将直接影响设计行业的起伏。产品的大批量生产，产品要投入到市场的竞争中，对于产品的外观和图形的要求是至关重要的。美观的产品竞争力势必要比粗陋的产品有市场。所以客户和商家对作品的要求是十分苛刻的。设计者就必须要附和大众（消费者）的审美观点去进行设计。这势必在设计的创作中要考虑加入消费者的观点来设计，这样就阻碍了设计者个人情感的表达。所以说设计与绘画最大的区别在于其对商品的依附性存在上。对美的追求是绘画艺术的本质体现，绘画与设计在文化产业发展中的运用，不仅仅体现在“个性化”与“依附性”方面，还体现在对形式美规律追求的差异性上。“混沌”一词是“指宇宙形成以前模糊一团的景象”。中国人喜欢含蓄，认为“含蓄”就是美。“混沌”本身就体现着一种不确定的、耐人寻味的特征，这和中国的古老哲学及宗教有关。中国古典绘画所表现的“空灵”“气韵”，以及“墨分五色”，用有限的笔墨表现无限的意境等美学思想，都在于这种“混沌”之美。这些手法在设计中也偶尔能见到，但一般来说仅是借用绘画的表现手法，以增强设计的艺术性而已；但它们不是设计的最终目的，我们从杉浦康平等大师的作品中就可以体会出这一点。具体来说，杉浦康平为敦煌设计的系列丛书，从表面上他是在追求中国画“空灵”“气韵”之境界，而更深刻的内涵是他把敦煌中的图形元素运用现代设计的基本构造原理加以组合了。这种“空灵”美的境界只是作为设计的一种手段而不是目的，希望最终能真正反映出这套系列丛书的内涵，这充分表现在大师的独具匠心和对绘画与设计关系的把握上。

绘画对“混沌美”的追求还体现在对材料肌理的选择上。何种题材、何种效果需要何种肌理，是绘画追求混沌美的表现之一。尤其是现代绘画，在一幅作品中选择综合材料已到了随心所欲的境地，多种材料的运用旨在加强画面的“混沌美”的效果，通过扑朔迷离不确定的材质肌理的运用，以达到变化多端的目的。所以在形式美的追求上两者也有着本质的区别。

综上所述，绘画与图形设计有着巨大的差异，二者之间的关系属于两个不同性质行业之间的关系——是实用性与观赏性的功能区别；是多层次、多社会性的理性思考与情感宣泄的差异；是表现个性才气的与服从社会需求的关系；是体现工业化的生产技术水平与个体艺术者之手工技巧的关系。虽然在此强调了二者之间的差异性，但并不否认二者之间的联系性。如早期绘画与设计的起源、艺术规律的相似性、图形设计必须具有绘画审美意识的基本特征，等等。

作为一名艺术工作者，我们只有正确地把握绘画与图形设计的异同，掌握其中的奥秘，理解二者的共性与个性，才算对两者之间有了客观、深刻的科学认识，才能很好地促进艺术文化事业的发展。

参考文献：

[1]李庄稼编译.现代色彩设计.轻工业出版社，1962.

[2](瑞士)约翰尼斯·伊顿著.朱国勤译.设计与形态.上海人民美术出版社，1992.

[3]陈池瑜.现代艺术学导论.长江文艺出版社,1991.

篇10

【关键词】玻色-爱因斯坦凝聚；G-P方程；非线性动力学分析

1.引言

玻色—爱因斯坦凝聚是科学巨匠爱因斯坦在1925年预言的一种新物态。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（通常为基态）。在预言提出70年后，终于在美国的JILA小组和MIT小组分别用碱金属原子87Rb和23Na通过激光冷却、静磁阱与蒸发冷却等技术实现了。后来相继实现了氢原子的玻色—爱因斯坦凝聚、费米原子组成的分子和费米原子对的玻色—爱因斯坦凝聚。这种新的物态特性的研究在近几年有广泛和迅猛的发展，当前在玻色—爱因斯坦凝聚领域里关于强作用费米子体系、以及费米子与玻色子混合系统的费什巴赫共振的实验研究进展迅速，竞争激烈。逐渐引起了全球广泛的科学研究兴趣。我们知道《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中将量子调控列为基础性前沿研究方面的四项重大科学计划之一。今年在中科院物理所举办的第一届国际“光与原子的量子调控”研讨会中将冷原子、玻色—爱因斯坦凝聚列为首个话题，足见玻色—爱因斯坦凝聚研究对量子调控基础研究的重要性。

这些原子组成的集体步调非常一致，因此内部没有任何阻力。激光就是光子的玻爱凝聚，在一束细小的激光里拥挤着非常多的颜色和方向一致的光子流。超导和超流也都是玻爱凝聚的结果。玻爱凝聚态的凝聚效应可以形成一束沿一定方向传播的宏观电子对波，这种波带电，传播中形成一束宏观电流而无需电压。原子凝聚体中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精确定位等。玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性正是利用这种特性，哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零，将光储存了起来。

目前，有关BEC的研究在理论、实验和数值模拟等方面都获得了许多有意义的结果。尤其是数值模拟方面，BEC的形成、凝聚体的形状和演化都受到人们的极大的关注。我们知道在一维情况下，双原子作用体系的BEC性质已经获得相关实验结果很好的佐证。本文基于平均场能量泛函和变分的方法，研究更一般情况下（三维球对称非谐势阱中）玻色凝聚气体的G-P方程的基态解，并由此利用软件模拟数值分析得到了波函数、化学势等随非线性系数的变化规律，并用瞬态混沌特征和吸引子两个指数描述了系统的混沌动力学行为。

2.研究模型

对于由N个全同的无自旋的玻色子组成的系统，波函数满足粒子交换对称性。也就是说其适用于多体系统最简单的近似（Hartree—Fock近似），即可以把系统的波函数表示成单粒子态的乘积形式。T=0的BEC系统是该种情况的一个特例，这时该近似就是通常所说的Gross—Pitaevskii近似或者平均场近似。Bogoliubov早在1947年就指出，平均场理论可以较好地描述多粒子量子体系。也就是说BEC（一个在绝对零度下束缚在外势阱中的多玻色子量子体系）用Gross-Pitaevskii方程作为研究其动力学行为及其性质的数学模型是正确的。

我们知道简化在一维谐振外势作用这种情况下，BEC所满足能量泛函方程，即G-P方程为：

（1）

上式中，为玻色凝聚气体的波函数，为反映原子间的相互作用耦合常数，a为原子的S散射波波长，m为原子质量，N为凝聚体的原子数。

我们考虑时情况，即就是能形成稳定的BEC凝聚情况。设（为系统化学势），求系统稳态解，得满足的方程为：

（2）

在谐振势阱中引入非谐作用项（即将谐振势阱转化为非谐振势阱）：

（3）

其中、、为外部势阱在x，y，z方向的角频率，为描述非谐作用的常数。这时，我们可以将方程（2）转化为非谐振势阱情况。如果我们再考虑其中最简单的形式，即：当>>，>>，三维G-P方程可简化为一维形式：

（4）

令，，，，，代入（4）式，并进行坐标变换：，方程（4）式可写为：

（5）

由上述分析，推广得到其三维方程形式：

（6）

其归一化条件为：

（7）

3.非线性动力学分析

通过有限元方法对上述问题进行数值求解，当玻色凝聚气体原子间的相互作用比较弱时（10），选择托马斯-费米模型的解作为试探波函数。

为了保证基态波函数求解的精度，这里我们采先用Fortran语言代替Matlab程序数值求解基态方程（6），我们可得到基态波函数和化学势随非线性系数的变化情况如下图所示：

图1 ε1=0.1时基态波函数随非线性系数

增大变化情况（按自上而下的顺序）

图2 ε1=0.1时基态化学势随非线性系数的变化

从图1可以看出，囚禁在三维球对称非谐势阱中玻色-爱因斯坦凝聚气体随非线性系数增大，即BEC原子间相互作用增强时，基态波函数的分布变宽为超高斯型；从图2可以看出的基态化学势因为原子间的相互作用增强（变大）而增大。

我们知道，三维囚禁势中BEC是一个典型的耗散系统。因为阻尼效应，耗散系统有一个很重要的结果：随着时空变量的变化，相空间结构将会收缩。在变化的过程中，存在这样的一般特征：经过一系列的瞬态周期，系统的变化杂乱无章，直到最后趋于一系列的周期稳定的吸引子，这种现象被称为瞬态混沌[13]。在进入最终规则吸引子之前，对任意的初始条件都将产生瞬态混沌。为了展现从瞬态混沌到规则和固定的混沌吸引子的吸引过程，这里采用数值方法来说明瞬态混沌。

凝聚原子样品取为23Na，m=23mp，mp是质子质量，光学晶格的波长589nm，当阻尼效应不能忽略时，我们需要重新考虑系统的动力学行为。不难看出，当相位与时空变量成线性关系时，例如：

方程（6）可以化为：

（8）

上式，R和是耦合的，利用Matlab程序即可求解方程（8），画出在等相位空间中的瞬态混沌和最终的规则吸引子的相空间轨道图，如图3所示。

图3 等相位空间的相空间轨道图

（左边一列显示了系统的瞬态混沌特征，右列表示对应的规则吸引子和混沌吸引子）

在图3中，从到200表示瞬态混沌吸引子的形成。对于不同的值，系统具有不同的瞬态混沌，并且这些混沌吸引子随着时空坐标从1000到2000的演化最终落到不同的规则吸引子上去。当光栅的强度V0=1.8时，图3（b）表示最终的规则吸引子为一闭合的单周期轨道。当光栅强度由1.835增加到1.85时，如图3（d）和（f）所示，最终的规则吸引子变成双周期和四周期闭合轨道。在数值模拟过程中，通过细致调节光栅的强度发现，当光栅势增加到1.9时，相空间轨道将从图3（g）的瞬态混沌变成图3（h）的定态混沌吸引子上。这些过程说明从瞬态混沌到定态混沌经过了一系列的分岔。

4.结论

本文基于量子多体理论中托马斯-费米模型和平均场理论，分析了更一般情况下（三维球对称非谐势阱中）研究BEC具体的数学模型，并用变分法和求解微分方程ode45数值方法对系统波函数、化学势等随非线性系数的变化做了模拟图。根据模拟图，发现非简谐势能项对玻色-爱因斯坦凝聚体的波函数、基态化学势的影响，即引入了非谐作用项。最后对这个耗散系统的混沌特征做了动力学分析，为进一步讨论凝聚体的性质提供了数值参考。

参考文献

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[6]刘秉正，彭建华，编著.非线性动力学[M].高等教育出版社，2003：469-470.