Хаос-геометричний, нейронно-мережевий та системний аналіз і моделювання хаотичної динаміки забруднення складних гідроекологічних систем
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2024.62.321234Анотація
Представлено вдосконалений комбінований хаос-геометричний та нейронно-мережевий підхід до аналізу, моделювання та прогнозування динаміки хаотичного забруднення складних гідроекологічних систем. Метод заснований на використанні оптимізованих методів теорії хаосу та динамічних систем для аналізу часових рядів концентрацій забруднюючих речовин. Зокрема, підхід комбіновано використує критерій Готвальда-Мельбурна, метод кореляційного інтегралу, мультіфрактальний формалізм, алгоритми середньої взаємної інформації, помилкових найближчих сусідів, сурогатних даних, аналіз на основі показників Ляпунова, ентропії Колмогорова, а також нелінійні моделі прогнозу. Як наочний приклад, розглянуто хаотичну динаміку концентрацій нітратів у вододілах річок Малих Карпат (Словаччина) протягом 1969-1996 років та наведені дані обчислень динамічних та топологічних інваріантів.
Посилання
Hastings A.M., Hom С., Ellner S, Turchin P., Godfray Y. Chaos in ecology: is Mother Nature a strange attractor? // Ann. Rev. Ecol. Syst. – 1993. – Vol.24. – P.1-33.
Pekarova P., Miklanek P., Konicek A., Pekar J. Water quality in experimental basins. National Report 1999 of the UNESKO. // Project 1.1.-Intern.Water Systems, 1999. – P. 1-98.
Glushkov, A.V. Methods of a chaos theory. – Astroprint, Odessa, 2012.
Khetselius, O.Yu.: Forecasting evolutionary dynamics of chaotic systems using advanced non-linear prediction method. In: Awrejcewicz, J., Kazmierczak, M., Olejnik, P., Mrozowski J. (eds.) // Dynamical Systems Applications. – Lodz Univ. Press., Lodz (Poland), 2013. – T.2, – pp. 145–152.
Glushkov A.V., Svinarenko A.A., Khetselius O.Y., Modeling an ecological state of environment with accounting radioactive contamination, radionuclides transfer. – Odessa: TES, 2019.
Gottwald G.A., Melbourne I., A new test for chaos in deterministic systems// Proc. Roy. Soc. London. Ser.A: Math.-Phys. Sci. – 2004. – Vol. 460. – P. 603–611
Kennel M., Brown R., Abarbanel H., Determining embedding dimension for phase-space reconstruction using a geometrical construction // Phys.Rev.A. – 1992. – Vol. 45. – P.3403-3411.
Packard N.H., Crutchfield J.P., Farmer J.D., Shaw R.S., Geometry from a time series// Phys. Rev. Lett. – 1980. – Vol. 45. – P. 712–716.
Grassberger P., Procaccia I., Measuring the strangeness of strange attractors// Physica D. – 1983. – Vol. 9. – P. 189–208.
Schreiber T. Interdisciplinary application of nonlinear time series methods // Phys. Rep. – 1999. – Vol.308. – P. 1 – 64.
Sano M., Sawada Y., Measurement of the Lyapunov spectrum from a chaotic time series // Phys. Rev. Lett. – 1985. – Vol. 55. – P. 1082–1085.
Glushkov A.V., Khetselius O.Y., Stepanenko S.M., TernovskyE.V. Chaos, Bifurcations and Strange Attractors in Environmental Radioactivity Dynamics of Some Geosystems. // In: Awrejcewicz J. (ed) Perspectives in Dynamical Systems II: Mathematical and Numerical Approaches. Series: Springer Proceedings in Mathematics &Statistics. – 2021. – Vol. 363. – P.79-88 (Springer, Cham).
Glushkov A., Khetselius O., Brusentseva S., Duborez A. Modeling chaotic dynamics of complex systems with using chaos theory, geometric attractors, quantum neural networks// Proc Int. Geom. Center. – 2014. – Vol.7(3). – P.87-94.
Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Agayar E.V., Buyadzhi V.V., Romanova A.V., Mansarliysky V.F. Modelling dynamics of hydroecological system ventilation and industrial city’s air pollution analysis / New approach. IOP Conf. Series: Earth and Environm. Sci., 2017. – Vol. 92. – P.012014.
Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Bunyakova Yu.Ya., Prepelitsa G.P., Solyanikova E.P., Serga E.N. Non-linear prediction method in short-range forecast of atmospheric pollutants: low-dimensional chaos / In: Dynamical Systems. Theory and Applications. – LIF111. Lodz Univ. Press., Lodz (Poland), 2011.
Glushkov A.V., Prepelitsa G.P., Svinarenko A.A., Zaichko P.A. Studying interaction dynamics of the non-linear vibrational systems within non-linear prediction method (application to quantum autogenerators) / In: Awrejcewicz, J., Kazmierczak, M., Olejnik, P., Mrozowski J. (eds.) Dynamical Systems Theory. – Lodz Univ. Press., Lodz (Poland), 2013. – T.1. – pp. 467–477.
Glushkov, A.V., Svinarenko, A.A., Loboda, A.V.: Theory of neural networks on basis of photon echo and its program realization. TEC, Odessa (2003).
Glushkov A.V., Prepelitsa G.P., Svinarenko A.A., Khetselius O.Y., Geometry of Chaos 1: Theoretical foundations of a consistent combined approach// Proc. of Intern. Geometry Center.-2013.-Vol.6(1).-P.67-79
Glushkov A.V., Ignatenko A.V., Kuznetsova A.V., et al Nonlinear Dynamics of Atomic and Molecular Systems in an Electromagnetic Field: Deterministic Chaos and Strange Attractors // In: Perspectives in Dynamical Systems II: Mathematical and Numerical Approaches Series: Springer Proceedings in Mathematics & Statistics, Cham: Springer. – 2021. – Vol.363. – P.111-120;
Ignatenko A., Buyadzhi A., Buyadzhi V., Kuznetsova, A., et al Nonlinear chaotic dynamics of quantum systems: molecules in an electromagnetic field // Advances in Quant Chem. – 2019. – Vol.78. – P.149-170.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
