迭代函数

更新时间:2022-08-25 16:02

迭代算法是用计算机解决问题的一种基本方法。它利用计算机运算速度快、适合做重复性操作的特点,让计算机对一组指令(或一定步骤)进行重复执行,在每次执行这组指令(或这些步骤)时,都从变量的原值推出它的一个新值。在数学中,迭代函数是在碎形和动力系统中深入研究的对象。迭代函数是重复的与自身复合的函数,这个过程叫做迭代。

介绍

通过迭代,可以发现有向一个单一点收缩和会聚的一个集合。在这种情况下,会聚到的这个点叫做吸引不动点。反过来说,迭代也可以表现得从一个单一点发散;这种情况叫不稳定不动点。

当轨道的点会聚于一个或多个极限的时候,轨道的会聚点的集合叫做极限集合或ω-极限集合。

吸引和排斥的想法类似推广;依据在迭代下小邻域行为,可把迭代分类为稳定集合和不稳定集合。

其他极限行为也有可能;比如,游荡点是总是移动永不回到甚至接近起点的点。

定义

集合上的迭代函数的形式定义为:

设是集合和 是函数。定义 的次迭代为而 ,这里的是在 的恒等函数

在上述中, 指示函数复合;就是说。

从迭代建立序列

函数的序列叫做Picard 序列,得名于Charles Émile Picard。对于一个给定 ,的值的序列叫做 的轨道

如果对于某个整数有,则轨道叫做周期轨道。对于给定最小的这种值叫做轨道的周期。点自身叫周期点

不动点

如果m=1,就是说如果对于某个X中的x有f(x) =x,则x被称为迭代序列的不动点。不动点的集合经常指示为Fix(f)。存在一些不动点定理保证在各种情况下不动点的存在性,包括巴拿赫不动点定理和Brouwer不动点定理。

有很多技术通过不动点迭代产生了序列收敛加速。例如,应用于一个迭代不动点的Aitken方法叫做Steffensen方法,生成二次收敛。 不动点理论同样也适用于经济学领域。

极限行为

通过迭代,可以发现有向一个单一点收缩和会聚的一个集合。在这种情况下,会聚到的这个点叫做吸引不动点。反过来说,迭代也可以表现得从一个单一点发散;这种情况叫不稳定不动点

当轨道的点会聚于一个或多个极限的时候,轨道的会聚点的集合叫做极限集合或ω-极限集合。

吸引和排斥的想法类似推广;依据在迭代下小邻域行为,可把迭代分类为稳定集合和不稳定集合。

其他极限行为也有可能;比如,游荡点是总是移动永不回到甚至接近起点的点。

例子

著名的迭代函数包括曼德博集合迭代函数系统

如果f是一个群元素在一个集合上的作用,则迭代函数对应于自由群。

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