X-Git-Url: https://bilbo.iut-bm.univ-fcomte.fr/and/gitweb/hdrcouchot.git/blobdiff_plain/e9bdff7e28e4cda1ffb71158afdcf44e3d656b6c..refs/heads/master:/12TIPE.tex diff --git a/12TIPE.tex b/12TIPE.tex index 4171437..4bcec9f 100644 --- a/12TIPE.tex +++ b/12TIPE.tex @@ -1,84 +1,5 @@ -La première section rappelle ce que sont les systèmes dynamiques chaotiques. -\section{Systèmes dynamiques chaotiques selon Devaney} -\label{subsec:Devaney} -Dans cette partie, les définitions fondamentales liées au chaos -dans les systèmes booléens sont rappelées. - - -Soit un espace topologique $(\mathcal{X},\tau)$ et une fonction continue $f : -\mathcal{X} \rightarrow \mathcal{X}$. - - - - -\begin{Def}[Chaos selon Devaney~\cite{Devaney}] -La fonction $f$ \emph{chaotique} sur $(\mathcal{X},\tau)$ -si elles est régulière et topologiquement transitive. -\end{Def} - - - -\begin{Def}[Transitivite topologique] -La fonction $f$ est dite \emph{topologiquement transitive} si, -pour chaque paire d'ensembles ouverts -$U,V \subset \mathcal{X}$, -il existe $k>0$ tel que $f^k(U) \cap V \neq -\varnothing$. -\end{Def} - -\begin{Def}[Point périodique] - Un point $P \in \mathcal{X}$ est dit \emph{périodique} de période $t$ pour - une fonction $k$ si $t$ est un entier naturel non nul tel que $k^t(P) = P$ et - pour tout $n$, $0 < n \le t-1$, on a $k^n(P) \neq P$. - Par la suite, $\emph{Per(k)}$ dénote l'ensemble des points périodiques de - $k$ dans $\mathcal{X}$ de période quelconque. -\end{Def} - - - -\begin{Def}[Régularité] -La fonction $f$ est dite \emph{régulière} -sur $(\mathcal{X}, \tau)$ si l'ensemble des points périodiques - de $f$ is dense in $\mathcal{X}$: -pour chaque point $x \in \mathcal{X}$, chaque voisin -de $x$ contient au moins un point périodique -(sans que la période soit nécessairement constante). -\end{Def} - - - - - - - - - -La propriété de chaos est souvent associée à la notion de -\og sensibilité aux conditions initiales\fg{}, notion définie elle -sur un espace métrique $(\mathcal{X},d)$ par: - - -\begin{Def}[Forte sensibilité aux conditions initiales] -Une fonction $k$ définie sur $(\mathcal{X},\tau)$ -est \emph{fortement sensible aux conditions initiales} -s'il existe une valeur $\epsilon> 0$ telle que -pour tout $X \in \mathcal{X}$ et pour tout - $\delta > 0$, il existe $Y \in \mathcal{X}$ et -$t \in \Nats$ qui vérifient $d(X,Y) < \delta$ et -$d(k^t(X) , k^t(Y)) > \epsilon$. - -La constante $\delta$ est appelée \emph{constante de sensibilité} de $f$. -\end{Def} - -John Banks et ses collègues ont cependant -démontré que la sensibilité aux conditions initiales est une conséquence -de la régularité et de la transitivité topologique~\cite{Banks92}. - - - -\section{Schéma unaire} Soit ${\mathsf{N}}$ un entier naturel et $f$ une fonction de $\Bool^{{\mathsf{N}}}$ dans lui-même. @@ -87,44 +8,41 @@ $\Bool^{{\mathsf{N}}}$ dans lui-même. Dans le schéma unaire, à la $t^{\textrm{ème}}$ itération, seul le $s_{t}^{\textrm{ème}}$ -composant (entre 1 et $n$) est mis à jour. - -Formellement, pour une stratégie $s = \left(s_t\right)_{t \in \mathds{N}}$ +composant (entre 1 et $\mathsf{N}$) est mis à jour. +Pour une stratégie $s = \left(s_t\right)_{t \in \mathds{N}}$ (\textit{i.e.}, une séquence d'indices -de $\llbracket 1;\mathsf{N} \rrbracket$), on définit -la fonction $F_f: \Bool^{\mathsf{N}} \times \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket$ +de $[\mathsf{N}]$), on peut définir +la fonction $F_{f_u}: \Bool^{\mathsf{N}} \times [\mathsf{N}]$ vers $\Bool^\mathsf{N}$ par -\[ -F_f(x,i)=(x_1,\dots,x_{i-1},f_i(x),x_{i+1},\dots,x_\mathsf{N}). -\] + +\begin{equation} +F_{f_u}(x,i)=(x_1,\dots,x_{i-1},f_i(x),x_{i+1},\dots,x_\mathsf{N}). +\label{eq:iterations:unaires} +\end{equation} Dans le schéma des itérations unaires pour une configuration initiale $x^0\in\Bool^\mathsf{N}$ et une stratégie $s\in -\llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket^\Nats$, les configurations $x^t$ +[\mathsf{N}]^\Nats$, les configurations $x^t$ sont définies par la récurrence -x\begin{equation}\label{eq:asyn} -x^{t+1}=F_f(x^t,s_t). +\begin{equation}\label{eq:asyn} +x^{t+1}=F_{f_u}(x^t,s_t). \end{equation} -Les itérations parallèles de $G_f$ depuis un point initial -$X^0=(s,x^0)$ décrivent la même orbite que les -itérations asynchrones de $f$ induites par $x^0$ et la stratégie -$s$. - On peut alors construire l'espace -$\mathcal{X} = -\Bool^{{\mathsf{N}}} \times \llbracket1;{\mathsf{N}}\rrbracket^{\Nats}$ -et la fonction d'iteration $G_f$ définie de -$\mathcal{X}$ +$\mathcal{X}_u = +\Bool^{{\mathsf{N}}} \times [{\mathsf{N}}]^{\Nats}$ +et la fonction d'itération $G_{f_u}$ définie de +$\mathcal{X}_u$ dans lui-même par -\[ -G_f(x,s)=(F_f(x,s_0),\sigma(s)). -\] +\begin{equation} +G_{f_u}(x,s)=(F_{f_u}(x,s_0),\sigma(s)). +\label{eq:sch:unaire} +\end{equation} Dans cette définition, la fonction -$\sigma: \llbracket1;{\mathsf{N}}\rrbracket^{\Nats} \longrightarrow - \llbracket1;{\mathsf{N}}\rrbracket^{\Nats} +$\sigma: [{\mathsf{N}}]^{\Nats} \longrightarrow + [{\mathsf{N}}]^{\Nats} $ décale la stratégie fournie en argument d'un élément vers la gauche en supprimant @@ -136,15 +54,14 @@ $$ Ainsi, effectuer des itérations unaires sur la fonction $f$ selon une stratégie $s$ revient à effectuer des itérations -parallèles de la fonctions $G_f$ dans $\mathcal{X}$. - -La section suivante introduit une métrique sur $\mathcal{X}$. +parallèles de la fonction $G_{f_u}$ dans $\mathcal{X}_u$. +La section suivante introduit une métrique sur $\mathcal{X}_u$. -\subsection{Une métrique pour $\mathcal{X}$} -Sur $\mathcal{X}$, +\subsection{Une métrique pour $\mathcal{X}_u$} +Sur $\mathcal{X}_u$, on définit la distance $d$ entre les points $X=(x,s)$ et -$X'=(x',s')$ de $\mathcal{X}$ par -\[ +$X'=(x',s')$ de $\mathcal{X}_u$ par +\begin{equation} d(X,X')= d_H(x,x')+d_S(s,s'),~\textrm{où}~ \left\{ \begin{array}{l} @@ -152,7 +69,8 @@ d(X,X')= d_H(x,x')+d_S(s,s'),~\textrm{où}~ \displaystyle{d_S(s,s')=\frac{9}{n}\sum_{t\in\Nats}\frac{|s_t-s'_t|}{10^{t+1}}}. \end{array} \right.\,. -\] +\end{equation} + On note que dans le calcul de $d_H(x,x')$-- appelée distance de Hamming entre $x$ et $x'$-- les termes $x_i$ et $x'_i$ sont considérés comme des entiers naturels @@ -167,44 +85,44 @@ $(l+1)^{\textrm{ème}}$ décimale de $d_S(s,s')$ n'est pas nulle, alors $s_l$ est différent de $s'_l$. -La section fournit quelques résultats de caractérisation de fonctions -chaotiques pour le schéma unaire. +Se pose la question de caractériser les fonctions $f$ telles que +les itérations de $G_{f_u}$ associées à leurs itérations unaires +sont chaotiques dans $\mathcal{X}_u$. La section suivante +apporte une réponse à cette question. -\subsection{Caractérisation des fonctions chaotiques -pour le schéma unaire} +\subsection{Caractérisation des fonctions rendant +chaotiques $G_{f_u}$ sur $\mathcal{X}_u$} -On peut tout d'abord démontrer que pour toute fonction booléenne $f$, -$G_f$ est continue sur $\mathcal{X}$ (cf annexe~\ref{anx:cont}). -Pour charactérister les fonctions rendant chaotiques dans $ -\mathcal{X}$ les itérations de $G_f$ -on se focalise donc que sur la régularité et -sur la transitivité de $G_f$. - +% On peut tout d'abord démontrer que pour toute fonction booléenne $f$, +% $G_{f_u}$ est continue sur $\mathcal{X}_u$ (cf annexe~\ref{anx:cont}). + +Pour caractériser les fonctions rendant chaotiques dans $\mathcal{X}_u$ les itérations de $G_{f_u}$ +on se focalise donc sur la régularité et sur la transitivité de $G_{f_u}$. Ceci se réalise en établissant les relations d'inclusion entre les ensembles $\mathcal{T}$ des fonctions topologiquement transitives, $\mathcal{R}$ des fonctions régulières et $\mathcal{C}$ des fonctions chaotiques définis respectivement ci-dessous: \begin{itemize} -\item $\mathcal{T} = \left\{f : \mathds{B}^n \to -\mathds{B}^n \big/ G_f \textrm{ est transitive} \right\}$, -\item $\mathcal{R} = \left\{f : \mathds{B}^n \to -\mathds{B}^n \big/ G_f \textrm{ est régulière} \right\}$, -\item $\mathcal{C} = \left\{f : \mathds{B}^n \to -\mathds{B}^n \big/ G_f \textrm{ est chaotique} \right\}$. +\item $\mathcal{T} = \left\{f : \mathds{B}^{\mathsf{N}} \to +\mathds{B}^{\mathsf{N}} \textrm{ t. q. } G_{f_u} \textrm{ est transitive} \right\}$, +\item $\mathcal{R} = \left\{f : \mathds{B}^{\mathsf{N}} \to +\mathds{B}^{\mathsf{N}} \textrm{ t. q. } G_{f_u} \textrm{ est régulière} \right\}$, +\item $\mathcal{C} = \left\{f : \mathds{B}^{\mathsf{N}} \to +\mathds{B}^{\mathsf{N}} \textrm{ t. q. } G_{f_u} \textrm{ est chaotique} \right\}$. \end{itemize} -On énnonce les théorèmes successifs suivants. -Leur preuve est donnée en annexe~\ref{anx:chaos:unaire}. +On énonce les théorèmes successifs suivants dont les preuves sont données +dans~\cite{guyeuxphd}. -\begin{theorem} $G_f$ est transitive si et seulement si - $\Gamma(f)$ est fortement connexe. +\begin{theorem} $G_{f_u}$ est transitive si et seulement si + $\textsc{giu}(f)$ est fortement connexe. \end{theorem} \begin{theorem} -\label{Prop: T est dans R} $\mathcal{T} \subset \mathcal{R}$. +\label{Prop: T est dans R:u} $\mathcal{T} \subset \mathcal{R}$. \end{theorem} On peut conclure que $\mathcal{C} = \mathcal{R} \cap \mathcal{T} @@ -212,8 +130,8 @@ On peut conclure que $\mathcal{C} = \mathcal{R} \cap \mathcal{T} \begin{theorem}%[Characterization of $\mathcal{C}$] \label{Th:CaracIC} -Soit $f:\Bool^n\to\Bool^n$. La fonction $G_f$ est chaotique -si et seulement si $\Gamma(f)$ est fortement connexe. +Soit $f:\Bool^{\mathsf{N}}\to\Bool^{\mathsf{N}}$. La fonction $G_{f_u}$ est chaotique +si et seulement si $\textsc{giu}(f)$ est fortement connexe. \end{theorem} @@ -221,6 +139,6 @@ si et seulement si $\Gamma(f)$ est fortement connexe. -\section{Schéma généralisé} +