Improving random number generators by chaotic iterations. Application in data hiding
提出了一种基于混沌迭代的伪随机数发生器。该方法还组合了两个XOR移位PRNG的数字。这种新的生成器的统计特性得到改善:生成的序列可以通过所有的DieHARD统计测试套件。此外,这个生成器的行为是混沌的,正如Devaney所定义的。这使得我们的生成器适合加密应用。在数据隐藏领域的一个例子,并评估所获得的数据隐藏算法对攻击的鲁棒性。
2010-12-21 cs.CR nlin.CD
Topology of Chaotic Mixing Patterns
由杆的周期性运动组成的搅拌装置引起流体域到其自身的映射,其可以被视为穿孔表面的同胚。使棒经历拓扑复杂的运动保证了至少最小量的材料线拉伸,这对于混沌混合是重要的。我们使用拓扑的考虑来描述未混合的材料注入到一个中央混合区域,这发生在注射尖点的性质。拓扑指数公式使我们能够预测可能出现的不稳定叶理的类型为固定数量的杆。
2008-08-26 nlin.CD
A Topological Study of Chaotic Iterations. Application to Hash Functions
混沌迭代,以前用于分布式计算的工具,最近揭示了各种有趣的性质,导致其在计算机科学安全领域的使用。在本文中,提出了一个全面的研究其拓扑行为。据指出,除了是混乱的Devaney的配方中定义的,这个工具具有拓扑混合的属性。此外,它的敏感性,膨胀性和拓扑熵的水平进行了评估。所有这些性质导致了混沌迭代的完全不可预测的行为。由于它只操纵二进制数字或整数,我们表明,它是可以使用它来产生真正的混沌计算机程序。作为一个应用实例,提出了一个真正混沌的哈希函数的两个版本。在第二个版本中,使用了人工神经网络,根据Devaney可以说是混沌的。
2016-08-21 cs.CR math.DS nlin.CD
The topology of a chaotic attractor in the Kuramoto-Sivashinsky equation
研究混沌发生时的Kuramoto-Sivashinsky PDE,利用本征正交分解和自编码器两种降维技术将混沌吸引子映射至三维,通过分析UPOs的交叉数构建等价的拓扑模板,证实了降维的稳健性与拓扑表征的准确性。
2024-11-18 nlin.CD
FPGA Design for Pseudorandom Number Generator Based on Chaotic Iteration used in Information Hiding Application
大量研究表明,随机数的低效生成是信息通信应用的一个重要瓶颈。因此,现场可编程门阵列(FPGA)被开发来处理一个可扩展的定点随机流生成方法。在我们以前的研究中,我们提出了一种技术,通过应用一些定义良好的离散混沌迭代,满足著名的Devaney的混沌定义,即混沌迭代(CI)。我们已经证明了具有CI的发生器能够产生合格的混沌随机数。本文针对FPGA器件对这种基于混沌迭代的发生器进行了优化设计。通过这样做,可以大大提高发电率。分析表明,这些硬件发生器也可以提供良好的统计混沌随机比特,也可以密码安全。最后给出了该算法在信息隐藏安全领域的应用实例。
2016-08-21 cs.AR cs.CR math.DS
Dynamics of delayed-coupled chaotic logistic maps: influence of network topology, connectivity and delay times
我们回顾了我们最近的工作,网络的延迟耦合映射的同步,专注于网络拓扑结构的相互作用和延迟时间,考虑到有限的传播速度的相互作用。我们假设网络的元素是相同的($N$逻辑映射在没有耦合的情况下,各个映射在混沌轨道中演化),并且耦合强度在整个网络中是均匀的。我们表明,如果延迟时间是足够的异质性,足够的耦合强度的网络在一个空间均匀的稳态,这是不稳定的个别地图没有耦合。这种同步行为被称为“随机延迟对混沌的抑制”,与所有交互延迟时间均为均匀时的同步相反,因为具有均匀延迟的网络处于元件显示同相时间周期或混沌振荡的状态。我们分析了网络拓扑结构的影响,考虑四种不同类型的网络:两个定期(环型和环型与中心节点)和两个随机(自由尺度Barabasi-Albert和小世界Newman-Watts)。我们发现,当延迟时间足够异构时,同步行为在很大程度上与网络拓扑无关,但取决于网络的连通性,即,每个节点的平均邻居数。
2007-12-03 nlin.CD
Chaotic maps coupled with random delays: connectivity, topology, and network propensity for synchronization
研究了网络拓扑结构和连通性对具有随机延迟的混沌Logistic映射同步特性的影响。四种不同类型的拓扑结构进行了研究:两个定期(环型和环型与中心节点)和两个随机(自由尺度Barabasi-Albert和小世界纽曼-瓦茨)。通过改变每个节点的平均链接数来研究网络连通性的影响,同时保持每个映射从其邻居接收的总输入恒定。对于弱耦合,无论网络的拓扑结构或连接性如何,阵列都不会同步;然而,对于某些连接性值,存在增强的一致性。对于强耦合的阵列在均匀的稳定状态,其中的各个映射的混沌动力学被抑制。对于弱耦合和强耦合,阵列的同步倾向在很大程度上与网络拓扑无关,主要取决于每个节点的平均链接数。
2005-12-27 nlin.AO nlin.CD
Delay-enhanced coherent chaotic oscillations in networks with large disorders
我们研究了耦合延迟在一个规则的网络与环形拓扑结构,并在一个更复杂的网络与全对全(全球)的拓扑结构中的杂质(无序)的存在下的效果。我们发现,耦合延迟是能够诱导相位相干的混沌振荡在这两种类型的网络,从而提高时空复杂性,即使在存在50%的对称的固定和随机类型的障碍。此外,耦合延迟增加了网络的鲁棒性高达70%的障碍,从而防止网络获得周期性振荡,以促进无序诱导的时空秩序。我们还确认增强相干混沌振荡使用快照的相位和相关的仓本序参量的值。我们还解释了一个可能的机制延迟诱导的相干混沌振荡的现象,尽管存在大的障碍,并讨论其应用。
2011-12-22 nlin.CD
Chaos in Newtonian iterations: Searching for zeros which are not there
我们分析表明,牛顿迭代,当应用到一个多项式方程,有一个积极的拓扑熵。在一个具体的例子中,试图“找到”真正的解决方案的方程$x^2+1=0$,我们表明,牛顿方法是混乱的。我们解析地找到不变的密度,并显示如何这个问题涉及到一个分段线性映射。
2007-03-29 nlin.CD
Periodicity of chaotic trajectories in realizations of finite computer precisions and its implication in chaos communications
以单映射和耦合Logistic映射为例,研究了混沌轨道的周期性和周期性的过渡过程在有限计算精度下的计算机实现的基本问题。得到了周期迭代和瞬态迭代与计算精度和耦合系统规模的经验幂律关系。对于每次计算,我们总是发现,通过随机选择初始条件,一个单一的占主导地位的周期性轨迹,实现了大部分的概率。这些理解对于混沌的可能应用是有用的,例如,混沌密码学在保密通信中的应用
2004-02-20 nlin.CD
Universal Computation Is 'Almost Surely' Chaotic
已知不动点迭代对于其参数范围内的某些值会产生混沌。图灵机是不动点迭代,这是一个既定的事实。然而,由于这些机器在整数空间中运行,混沌系统的标准概念并不适用于它们。将图灵机的状态空间从整数空间变换到有理空间,可以适当地建立混沌动力学的条件。进一步推导出,给定随机输入,由通用图灵机执行的计算将“几乎肯定”是混沌的。
2015-07-03 cs.CC math.DS math.NT
Topology of Central Pattern Generators: Selection by Chaotic Neurons
无脊椎动物的中央模式发生器(Central Pattern Generators,CPG)由神经元网络组成,其中每个神经元都与CPG的其他成员相互连接。这是一个“封闭”的网络拓扑。一个“开放”的拓扑结构,其中一个或多个神经元接收输入,但不发送输出到其他成员神经元,是没有发现在这些CPG。在本文中,我们调查了一个可能的原因,这种拓扑结构使用的能力,执行生物功能的任务作为衡量网络的功效。当CPG是由模型神经元表现出定期的膜电压振荡,开放的拓扑结构基本上是能够最大限度地提高这种功能作为封闭的拓扑结构。当我们用表现出混沌膜电压振荡的神经元替换这些模型时,当任务的需求增加时,功能标准选择闭合拓扑,这些是在已知CPG网络中观察到的拓扑。由于无脊椎动物CPG中分离的神经元在某些情况下会发生混沌振荡(Abarbanel et al 1996,Hayashi Ishuzuka 1992),这为理解我们观察到的闭合网络拓扑结构提供了生物学基础。
1999-10-13 chao-dyn nlin.CD q-bio
Synchronizability of chaotic logistic maps in delayed complex networks
我们研究了一个网络的耦合逻辑映射的相互作用发生一定分布的延迟时间。在没有耦合的情况下,局部动力学是混乱的,因此网络是复杂系统的范式。根据延迟的分布,有两种同步机制:当延迟足够不均匀时,网络处于稳态(对于非耦合映射是不稳定的);当延迟是均匀的时,它处于依赖于时间的状态(周期或混沌)。使用两个全球指标,我们量化的同步性的两个政权,重点是网络的连通性和拓扑结构的作用。连接性是根据每个节点的平均链接数来衡量的,我们考虑了各种拓扑结构(无标度,小世界,星形和最近邻,有和没有中心枢纽)。由于弱连通性和弱耦合强度,网络表现出不规则的振荡动力学,在很大程度上独立于拓扑结构和延迟分布。与异构延迟,我们发现一个阈值连接水平低于网络不同步,无论网络的大小。这个最小的平均邻居数似乎是独立的延迟分布。我们还分析了自反馈回路的效果,发现它们对具有大耦合强度的小网络的同步性有影响。反馈的影响,增强或降低同步,取决于拓扑结构和延迟的分布。
2008-09-26 nlin.CD
Breaking an encryption scheme based on chaotic Baker map
近年来,越来越多的基于混沌的密码系统被提出,其中许多密码系统的缺陷在于缺乏鲁棒性和安全性。本文描述了最近提出的密码算法与混沌在物理水平上的安全弱点。结果表明,对于具有有限计算精度的密码系统的实际实现和使用迭代次数n作为密钥,安全性是微不足道的妥协。最后讨论了提高混沌密码算法安全性的一些可能对策。
2007-10-30 nlin.CD
Manifold learning of Poincaré sections reveals the topology of high-dimensional chaotic flows
结果表明,应用流形学习技术的庞加莱部分的高维,混沌动力系统可以揭示其低维拓扑组织。流形学习为庞加莱截面上的数据参数化提供了一个低维嵌入和内在坐标,便于构建具有良好定义的符号动力学的返回映射。该方法的数值例子说明了Rössler吸引子和Kuramoto-Sivashinsky方程。对于后者,我们将高维连续时间流简化为一维和两个二维庞加莱截面上的动力学。我们表明,在二维嵌入的情况下,吸引子是由一维非稳定流形的短周期轨道。在这种情况下,动态可以近似为树上的映射,该映射又可以简化为单位区间的三峰映射。为了测试的限制,一维映射近似,我们应用经典的揉捏理论,以系统地检测到任何给定的拓扑长度的系统的所有周期轨道。
2021-05-19 math.DS nlin.CD
Neural Networks and Chaos: Construction, Evaluation of Chaotic Networks, and Prediction of Chaos with Multilayer Feedforward Networks
混沌神经网络在各个领域都有广泛的应用。不幸的是,到目前为止,这些网络通常被认为是混沌的,没有任何数学证明。本文的目的是建立一个严格的理论框架的基础上,根据Devaney和一个特定的类的神经网络的混沌迭代之间的等价性。一方面,我们展示了如何建立这样的网络,另一方面,我们提供了一种方法来检查,如果一个神经网络是一个混沌。最后,经典的前馈多层感知器的能力,学习从动态系统获得的数据集。各种布尔函数在有限状态上迭代。其中一些迭代被证明是混沌的,因为它是由Devaney定义的。在这种情况下,训练过程中出现了重要的差异,建立了各种神经网络,混沌行为更难以学习。
2016-08-21 cs.NE math.DS nlin.CD
Symbolic walk in regular networks
我们发现,一个象征性的行走(由一个步行者与伯努利移位的记忆)是能够区分随机或混沌拓扑结构的一个给定的网络。我们通过研究无向面包师网络来证明这一结果,该网络是通过遵循面包师变换的Ulam方法来定义的,以便在其结构中引入确定性混沌的效果。混沌拓扑是通过与生成映射的最短周期轨道对应的位置相关联的节点所扮演的中心角色来揭示的。它们是符号步行者渐近到达的极限环中访问量最大的节点。我们的研究结果有助于将确定性混沌动力学与使用Ulam方法构建的网络特性联系起来。
2014-04-21 nlin.CD
High Energy States of Recurrent Chaotic Trajectories in Time-Dependent Potential Well
本研究通过递归量化分析识别非线性哈密顿系统中高递归混沌轨迹,并应用于时变势阱模型,发现特定条件下这些轨迹可产生瞬态高能态。
2025-07-10 nlin.CD
Global Topology from an Embedding
混沌数据嵌入到一个合适的相空间创建一个原始的吸引子与重建的吸引子的同构。虽然是同构的,但原始吸引子和重构吸引子可能不是拓扑等价的。在以前的工作中,我们展示了如何原始和重建的吸引子可以不同时,原来的是三维的和genus-one类型。在目前的工作中,我们将这一结果推广到三维吸引子的任意属。这个结果描述了洛伦兹吸引子及其重构所表现出的对称性。
2007-05-23 nlin.CD
Chaotic, informational and synchronous behaviour of multiplex networks
对互连网络中拓扑和行为之间关系的理解将允许在许多真实复杂网络中建模和预测行为,因为两者通常不是同时已知的。大多数以前的研究都集中在拓扑结构和同步之间的关系。在这项工作中,我们提供了分析公式,显示拓扑结构如何驱动复杂的行为:混沌,信息和弱或强同步;在具有恒定雅可比矩阵的多路复用网络中。我们还研究了这种关系的数值在多重网络的Hindmarsh-Rose神经元。然而,在分析上易于处理的网络中的行为是拉普拉斯矩阵的特征值的谱的直接但并非微不足道的结果,其中行为可能强烈地依赖于互连拓扑中对称性的破坏,在Hindmarsh-Rose神经网络中,化学突触的非线性性质破坏了拉普拉斯矩阵的特征值的谱与网络的行为之间的优雅的数学联系,产生其行为强烈依赖于突触间的性质(化学或电)的网络。
2015-11-20 cs.IT math.IT nlin.CD
Chaotic attractor reconstruction using small reservoirs -- the influence of topology
Technische Universität Ilmenau(伊尔梅瑙工业大学)
本研究通过小型非耦合节点储层改进混沌吸引子重构,发现其优于复杂拓扑,且与更小谱半径相关,有利于硬件实现。
2024-02-23 cs.ET cs.LG math-ph
Towards the global: complexity, topology and chaos in modelling, simulation and computation
拓扑效应在多智能体仿真和分布式计算中产生混沌。我们解释这一结果的发展有关复杂系统在自然科学和社会科学的三个主题:(i)务实,一个系统是复杂的,当它是有效地表示不同的模型在不同的尺度。(ii)在这个意义上,非平凡的拓扑结构,当我们向全球扩展时可以识别,导致复杂性。(iii)具有非平凡拓扑结构的复杂系统是典型的混沌系统。
1997-10-17 chao-dyn nlin.CD
Task-specific programming of chaos in neural circuits
Seoul National University(首尔大学)
本文研究了通过调节神经电路拓扑结构来实现任务特定的可编程混沌动力学,展示了网络拓扑如何影响混沌行为和延迟特性,为任务特定计算和可调随机性提供了新的设计自由度。
2026-05-19 nlin.CD physics.comp-ph
Dimensional criterion for forecasting nonlinear systems by reservoir computing
Aalto University(阿尔托大学)
水库计算机(RC)已被证明是有用的代理模型在预测和复制系统的混沌动力学。基于RC的代理模型的质量在很大程度上取决于它们的最优实现,包括选择最优的水库拓扑和超参数。通过系统地应用贝叶斯超参数优化和使用各种拓扑结构的水库的集合,我们表明水库的连通性仅在足够复杂的混沌系统的预测和复制中有意义。通过应用不同拓扑的RC预测和复制的Lorenz系统,一个耦合的Wilson-Cowan系统,和Kuramoto-Sivashinsky系统,我们表明,简单的水库的未连接的节点(RUN)优于水库的连接节点的目标系统,其估计的分形维数为$d \lesssim 5.5$和连接水库是更好的系统与$d > 5.5$。这一发现对于评价储备池计算方法和选择预测非线性系统测量信号的方法是非常重要的。
2022-12-15 cs.LG nlin.CD
Predator Extinction arose from Chaos of the Prey: the Chaotic Behavior of a Homomorphic Two-Dimensional Logistic Map in the Form of Lotka-Volterra Equations
本文提出一种保持Lotka-Volterra方程特征的二维同态Logistic映射,发现捕食者种群远大于猎物时可引发猎物混沌并导致捕食者快速灭绝,并据此提出抑制病毒害虫和实现超导态两种应用。
2024-02-24 nlin.CD physics.soc-ph q-bio.PE
Controlling Chaotic Maps using Next-Generation Reservoir Computing
The Ohio State University(俄亥俄州立大学);ResCon Technologies, LLC(ResCon科技有限责任公司)
本研究结合非线性系统控制技术与下一代储层计算,提出的控制器可完成混沌Hénon映射的多类控制任务,仅需少量训练数据、单次迭代即可实现目标控制,且抗噪与抗建模误差能力强。
2024-02-02 cs.LG cs.NE cs.SY
Protected chaos in a topological lattice
本文在拓扑SSH电路中引入混沌蔡氏电路,发现非平凡拓扑能在非线性混沌状态下持续存在并保护混沌边界振荡,为设计稳健可调的非线性网络提供新思路。
2025-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.other nlin.CD
Machine learning predictions from unpredictable chaos
本研究首次提出混沌学习这一多尺度拓扑范式,通过多尺度拓扑拉普拉斯算子将数据嵌入混沌系统实现准确预测,在28个多领域数据集上验证了效果,打破了混沌不可预测的传统认知,连通了拓扑、混沌与学习领域。
2025-03-19 nlin.CD q-bio.BM
Unravelling quantum chaos using persistent homology
本文提出基于单条量子轨迹与持续同调构建“量子吸引子”的拓扑分析流程,并在周期调制 Kerr 非线性腔中用有限测量区分规则与混沌参数区间。
2022-12-14 nlin.CD quant-ph
Topology, Convergence, and Reconstruction of Predictive States
University of California at Davis(加利福尼亚大学戴维斯分校)
离散随机过程中的预测等价性已经成功地应用于统计物理和混沌动力系统中的随机性和结构识别以及隐马尔可夫模型的推断。我们研究的条件下,他们可以可靠地重建从时间序列数据,表明收敛的预测状态可以实现从经验样本中的弱拓扑结构的措施。此外,预测状态可以在复制弱拓扑的希尔伯特空间中表示。我们在数学上解释了这些表示在重建高内存过程时是如何特别有益的,并将它们连接到再生核希尔伯特空间。
2021-09-19 cond-mat.stat-mech cs.LG math.DS
Cluster Shift Keying: Covert Transmission of Information via Cluster Synchronization in Chaotic Networks
本文提出簇移位键控方法,利用混沌网络中受控簇同步的时空模式编码符号,实现不直接调制信号、依赖网络拓扑保护的隐蔽通信,并通过含噪信道误码率仿真验证性能。
2023-12-05 cs.IT math.IT nlin.CD
Study of chaos in hamiltonian systems via convergent normal forms
本文利用Moser规范形研究了二阶Hamilton系统在鞍点附近的混沌运动。除了是收敛的,他们提供了一个合适的描述的圆柱形拓扑结构的混沌流在附近。这两个方面相结合,允许在全相空间中精确计算稳定和不稳定流形的同宿相互作用,而不仅仅是庞加莱截面。该形式主义被应用于Hénon-Heiles哈密顿量,产生强有力的证据表明,这些正规形式的收敛区域扩展到最初由Moser建立的区域。
1996-06-07 chao-dyn nlin.CD