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      聆聽混沌的聲音

      更新時(shí)間: 2007-06-01 09:57:46來源: 粵嵌教育瀏覽量:654


        本世紀(jì)70年代初,美國普林斯頓大學(xué)的生態(tài)學(xué)家R·May在研究昆蟲群體繁殖規(guī)律時(shí)提出一個(gè)的模型: χ[n+1]=k*χ[n]*(1-χ[n])

        其中χ[n]表示第n代群體的數(shù)目。當(dāng)給定一個(gè)初始的χ[0]值,然后不停地迭代,人們發(fā)現(xiàn)隨著k值的不同,得到的序列χn 有許多有趣的現(xiàn)象。當(dāng)k值介于0與1之間時(shí),χ[n]經(jīng)過一定次數(shù)的迭代后都趨于0。當(dāng)k值介于1和3之間時(shí)趨于1/k,當(dāng)k值大于3時(shí),經(jīng)過一定次數(shù)的迭代后χ[n]在2個(gè)值之間交替變化,k值增加到3.449附近時(shí),交替變化值又變?yōu)?個(gè)。繼續(xù)增加k值,χ[n]交替變化的值的個(gè)數(shù)依4→8→16→32的次序迅速加倍,終于一片混沌。但當(dāng)k值在3.835附近時(shí),經(jīng)過一定次數(shù)的迭代后,χ[n]非常簡單地在3個(gè)值之間交替變化,接著又迅速依3→6→12的次序迅速增長。如此反復(fù),在簡單的方程中隱藏著令人驚奇的復(fù)雜性。χ[n]隨k的變化情況如下圖所示:

        為了體現(xiàn)這種復(fù)雜之中的無窮奧妙,下面這個(gè)用TC2.0編寫的小程序用χ[n]大小來控制PC喇叭的發(fā)音頻率,設(shè)定不同的k值,我們就可以聆聽到混沌的聲音。
        #include
        #include
        main(){
        int fMin=20,fMax=16000; /*fMin代表頻率,fMax代表頻率*/
        int fDis,i,j; /*fDis代表頻率和頻率之間的差值*/
        /*i,j用于循環(huán)記數(shù)*/
        float x=0.1,k; /*x代表x[n]的大小,設(shè)定其初始值為0.1,即x[0]=0.1*/
        fDis=fMax-fMin;
        for(j=1;;j++){
        printf("Please input The value of k(1-4.0)\n"); /*輸入k值*/
        printf("If you want to quit,Please input:0\n"); /*如果k=0退出*/
        scanf("%f",&k);
        if (k==0) break;
        for(i=1;i<100;i++) /*去除開始的100個(gè)點(diǎn)*/
        x=k*x*(1-x);
        for (i=1;i<100;i++){
        x=k*x*(1-x); /*計(jì)算x的值*/
        sound(x*fDis+20); /*用x的值控制PC喇叭的發(fā)音頻率*/
        delay(1000); }
        nosound(); }}

        執(zhí)行上面的小程序時(shí),k值就相當(dāng)于一個(gè)“調(diào)音旋鈕”。當(dāng)將k值設(shè)定在1與3之間時(shí),喇叭里傳出的只有一個(gè)音調(diào),重復(fù)又煩人。當(dāng)k值稍稍大于3時(shí),便開始有了韻律:so-mi-so-mi…。k值增加到3.449時(shí),變成了so-fa-la-mi-so-fa-la-mi…,再增加k值,韻律更加復(fù)雜,終于成了現(xiàn)代抽象派作曲家的音樂作品。但是韻律并不是隨著k值的增加無限地復(fù)雜下去。在k值增加到3.835時(shí),音調(diào)又變成了mi-so-ti-mi-so-ti…,再增加k值又迅速地變得更加復(fù)雜。
      不停地改變k值,仔細(xì)聆聽,會(huì)聽到混沌中的無限奧妙。

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