home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ OS/2 Shareware BBS: 8 Other / 08-Other.zip / chaos11.zip / pmchaos.HLP (.txt) < prev    next >
OS/2 Help File  |  1993-12-11  |  17KB  |  460 lines

  1.  
  2. ΓòÉΓòÉΓòÉ 1. PM Chaos: Extended Help ΓòÉΓòÉΓòÉ
  3.  
  4. PM Chaos is a simulation of a simple chaotic system: the standard mapping. 
  5. This is a simple function that takes a point (J,theta) into another point 
  6. (J',theta').  If you keep applying this function again and again, you get a 
  7. sequence of points.  For certain initial conditions this sequence is a smooth 
  8. trajectory, and for other initial conditions it is chaotic. 
  9.  
  10. To start a calculation, click the left mouse button anywhere within the box of 
  11. the graph.  PM Chaos will begin calculating the sequence of points starting 
  12. with the initial point you have chosen.  The calculation continues until you 
  13. stop it, either by clicking the left mouse button somewhere else (this will 
  14. stop the first calculation and start a new one), by selecting Stop! from the 
  15. Control menu, or by clearing the screen. 
  16.  
  17. Related information: 
  18.  
  19. o  The standard mapping 
  20.  
  21. o  Using the program 
  22.  
  23.  
  24. ΓòÉΓòÉΓòÉ 2. Physics of the standard mapping ΓòÉΓòÉΓòÉ
  25.  
  26. The standard mapping is a simplified set of equations that has many of the same 
  27. qualitative topological properties as do actual physical systems in classical 
  28. mechanics. 
  29.  
  30. The evolution of a classical mechanical system is given by a set of 
  31. differential equations determined by the Hamiltonian. It is numerically easier, 
  32. however, to work with a difference equation, that is, one that doesn't evolve 
  33. continuously, but where, given a point, there is a function that just gives you 
  34. the next point in the sequence. 
  35.  
  36. If you don't know much classical mechanics, you may want to skip the next three 
  37. paragraphs.  You don't need to understand them in order to use the program. 
  38.  
  39. Consider a time-independent Hamiltonian with two degrees of freedom, i.e., two 
  40. canonical coordinates and two canonical momenta.  The state of the system is 
  41. represented by a point in the four-dimensional phase space, and the time 
  42. evolution of the system from some initial state is a trajectory in phase space. 
  43. We can choose some arbitrary two-dimensional surface in this phase space, a 
  44. surface of section, and study the successive intersections of a trajectory with 
  45. that surface.  This gives us a set of difference equations on a two-dimensional 
  46. reduced phase space. 
  47.  
  48. A time-independent Hamiltonian leads to a conserved energy; this means that a 
  49. trajectory must lie in some three-dimensional subspace of the original 
  50. four-dimensional phase space.  It also means that the mapping given by the 
  51. surface of section (a canonical transformation) is area-preserving, that is, 
  52. that any region of the two-dimensional reduced phase space gets mapped to a 
  53. region of equal area.  If the Hamiltonian is integrable (i.e., if there exists 
  54. a constant of the motion other than the total energy), then motion is actually 
  55. in a two-dimensional subspace of phase space.  In that case, the successive 
  56. points in the surface of section lie on closed curves in the reduced phase 
  57. space. 
  58.  
  59. This is most easily seen in angle-action variables.  In that case, the mapping 
  60. equation for an integrable system is 
  61.  
  62.      J'   = J
  63.      theta' = theta + f J.
  64. The standard mapping is very similar to this: it is a near-integrable 
  65. area-preserving mapping in angle-action coordinates. 
  66.  
  67. o  Equations of the standard mapping 
  68.  
  69. o  Where to learn more 
  70.  
  71.  
  72. ΓòÉΓòÉΓòÉ 3. The standard mapping ΓòÉΓòÉΓòÉ
  73.  
  74. The standard mapping is given by the equations 
  75.  
  76.      J'   = J + K sin(theta)
  77.      theta' = theta + J', mod(2 pi).
  78.  
  79. It is defined for J and theta in the range (0, 2 pi). 
  80.  
  81. o  Significance of K 
  82.  
  83.  
  84. ΓòÉΓòÉΓòÉ 4. The K factor ΓòÉΓòÉΓòÉ
  85.  
  86. K is the stochasticity parameter.  For K=0, the standard mapping is integrable, 
  87. and the action variable, J, is a constant of the motion. For K>0 there are some 
  88. regions of stochasticity, but they are isolated when K is small, and J is 
  89. nearly constant for many trajectories.  For any K<1 there are separatrices 
  90. dividing the screen into at least two regions.  That is: if the motion begins 
  91. near J=0, it will never end up near J=2 pi. 
  92.  
  93. Motion becomes globally stochastic at K=1. At this point, the last separatrix 
  94. disappears, and there is nothing separating the J<pi and J>pi regions. 
  95.  
  96. For any value of K there are still some islets of stability, but they become 
  97. more and more isolated, and motion becomes more and more chaotic, as K 
  98. increases.  Note that there are always at least two fixed points: (J,theta) = 
  99. (0,pi), and (J,theta) = (2pi,pi).  For K<4, these fixed points are stable. 
  100.  
  101. This program limits K to the range 0<K<3, because motion with larger values of 
  102. K is too disordered to be very interesting. 
  103.  
  104. Related information: 
  105.  
  106. o  Setting K 
  107.  
  108. o  Equations of the standard mapping 
  109.  
  110. o  Discussion of the physics 
  111.  
  112.  
  113. ΓòÉΓòÉΓòÉ 5. References ΓòÉΓòÉΓòÉ
  114.  
  115. The standard mapping is Equation 4.1.3 of 
  116.  
  117.         A. J. Lichtenberg and M. A. Lieberman,  Regular and Stochastic Motion, 
  118.         New York: Springer-Verlag, 1983. 
  119.  
  120.  Section 4.1b describes the standard mapping in detail; chapter 3 discusses 
  121.  mappings in general.  This book is somewhat advanced, and assumes that you 
  122.  already know about Hamiltonian dynamics, angle-action variables, and so on. 
  123.  If you don't, the standard reference is 
  124.  
  125.         H. Goldstein,  Classical Mechanics (second edition),  Reading: 
  126.         Addison-Wesley, 1980. 
  127.  
  128.  
  129. ΓòÉΓòÉΓòÉ 6. Using PM Chaos ΓòÉΓòÉΓòÉ
  130.  
  131. At the most basic level, using PM Chaos is very simple.  Just click the left 
  132. mouse button anywhere within the graph on the main screen. PM Chaos will use 
  133. the point you have selected as the initial conditions for a calculation.  It 
  134. will then begin calculating a sequence of points and displaying them on the 
  135. screen; each point is determined from the last by a simple equation. If you 
  136. click the left mouse button in the graph while a calculation is in progress, it 
  137. will stop the old calculation and start a new one. 
  138.  
  139. The Control menu contains a command to stop a calculation that is in progress, 
  140. a command to clear the screen (if there is a calculation in progress, clearing 
  141. the screen will stop it), and a command to quit the program. You can also quit 
  142. the program by selecting Close from the system menu. 
  143.  
  144. Normally, the points get displayed very quickly.  In  slow motion mode, 
  145. however, the points are display slowly enough so that you can see the progress 
  146. of the calculation explicitly. 
  147.  
  148. You can resize PM Chaos's window in any of the normal ways that you can resize 
  149. any Presentation Manager** window: either by using the sizing border, or by 
  150. using the minimize and maximize buttons at the upper right-hand corner of the 
  151. window, or by selecting Size from the system menu. 
  152.  
  153. That's really all you need to know to use PM Chaos.  There are a number of 
  154. additional options that you can select, though. 
  155.  
  156.  o  Choosing the color 
  157.  
  158.  o  Setting K 
  159.  
  160.  o  Changing the range of the graph 
  161.  
  162.  
  163. ΓòÉΓòÉΓòÉ 7. Choosing the color ΓòÉΓòÉΓòÉ
  164.  
  165. You can change the color that PM Chaos will use to display results.  You can 
  166. mix different colors on the same plot; that is, you can display the results of 
  167. a calculation in one color, and the results of the next calculation in a 
  168. different color.  This is a convenient way to distinguish trajectories that lie 
  169. close to each other. 
  170.  
  171. You choose the color by using the color dialog, which you get to by selecting 
  172. Colors from the Options menu. 
  173.  
  174. The color dialog displays sixteen different colors, each of which has a button 
  175. next to it.  Click on the color that you would like to use for the next 
  176. calculation. 
  177.  
  178. When you click on the OK button, the color for the next calculation will be 
  179. changed.  If there is already a calculation in progress, it will stop.  If you 
  180. click on the Cancel button, then the current color will not be changed, and the 
  181. calculation in progress (if any) won't be stopped. 
  182.  
  183.  
  184. ΓòÉΓòÉΓòÉ 8. Setting K ΓòÉΓòÉΓòÉ
  185.  
  186. The equation for the standard mapping depends on the K factor, which deterines 
  187. the degree of stochasticity.  Essentially, the larger K is, the more chaotic is 
  188. the behavior of the system. If K=0, the system is completely regular.  If K is 
  189. much larger than 1, the system is so chaotic that it is no longer very 
  190. interesting. 
  191.  
  192. You can change the value of K by using the K factor dialog, which you get to by 
  193. selecting Set K from the Options menu. 
  194.  
  195. This dialog box uses a slider.  You can change the value of K by dragging the 
  196. slider arm; you can also use the buttons to the left of the slider, or you can 
  197. use the arrow keys on the keyboard.  The value you have selected is displayed 
  198. just above the slider control. 
  199.  
  200. When you click on the OK button, the value of K will be changed, and the screen 
  201. will be cleared.  If you click on the Cancel button, then the current value of 
  202. K will remain unchanged, and the calculation in progress (if any) won't be 
  203. stopped. 
  204.  
  205.  
  206. ΓòÉΓòÉΓòÉ 9. Setting the range ΓòÉΓòÉΓòÉ
  207.  
  208. You can change the range of the graph, so that you can look more closely at 
  209. some particular part of it.  There are three ways to change the range. No 
  210. matter which method you use, however, changing the range will stop any 
  211. calculation that may be in progress, and will clear the screen. 
  212.  
  213.  o Zooming out 
  214.  
  215.  o Zooming in 
  216.  
  217.  o Using the range dialog 
  218.  
  219.  
  220. ΓòÉΓòÉΓòÉ 10. Zooming out ΓòÉΓòÉΓòÉ
  221.  
  222. If you select Zoom Out from the Range menu, then the graph will be set to the 
  223. maximum possible range: both axes will go from 0 to 2 pi. 
  224.  
  225. Doing this will clear the screen; if there is a calculation in progress, it 
  226. will be stopped. 
  227.  
  228.  
  229. ΓòÉΓòÉΓòÉ 11. Zooming in ΓòÉΓòÉΓòÉ
  230.  
  231. To zoom in to a particular region of the graph, you must first define a zoom 
  232. rectangle.  You do this with the right mouse button. 
  233.  
  234. Move the mouse pointer to somewhere within the graph, and then move the mouse 
  235. while holding down the right mouse button.  You will see a rectangle on the 
  236. screen: one corner of it will be at the point where you first began to hold 
  237. down the right mouse button, and the other will be at the current posigion of 
  238. the mouse.  The rectangle will continue to move around as long as you're 
  239. holding down the right mouse button. 
  240.  
  241. When you release the right mouse button, the zoom rectangle will remain in 
  242. position.  If you select Zoom In  from the Range menu, then the range of the 
  243. graph will be set to be the region outlined by the zoom rectangle.  Doing this 
  244. will clear the screen; if there is a calculation in progress, it will be 
  245. stopped. 
  246.  
  247. The zoom rectangle will be cleared if you start a calculation, if you clear the 
  248. screen, or if you press the right mouse button to define a different zoom 
  249. rectangle. 
  250.  
  251.  
  252. ΓòÉΓòÉΓòÉ 12. Using the range dialog ΓòÉΓòÉΓòÉ
  253.  
  254. The simplest way to set the range is usually with the Zoom Out  or the Zoom In 
  255. options.  If you want to type the ranges in explicitly, though, the range 
  256. dialog allows you to do that.  You get to the range dialog by selecting Set 
  257. Ranges  from the Range menu. 
  258.  
  259. The range dialog has four entry fields: the minimum and maximum values of the 
  260. range for each of the two coordinate axes.  You can type in a number in each of 
  261. those entry fields. 
  262.  
  263. For each axis, the minimum value must be at least 0 and the maximum must be no 
  264. greater than 2pi.  Also, of course, the maximum must be greater than the 
  265. minimum... 
  266.  
  267. When you click on the OK button, the range will be changed to the value you 
  268. have typed in, and the screen will be cleared.  If you click on the Cancel 
  269. button, then the range will remain unchanged, and the calculation in progress 
  270. (if any) won't be stopped. 
  271.  
  272.  
  273. ΓòÉΓòÉΓòÉ 13. Slow motion mode ΓòÉΓòÉΓòÉ
  274.  
  275. In slow motion mode, a calculation is done slowly enough so that you can see 
  276. the points calculated one at a time.  This lets you see, explicitly, how the 
  277. mapping function takes one point into another. 
  278.  
  279. When a calculation is in progress in slow motion mode, the current point is 
  280. displayed prominently in the graph window, and its coordinates are displayed in 
  281. a separate window. 
  282.  
  283. You can set the speed of slow motion mode by selecting the Delay Time item from 
  284. the Options menu. 
  285.  
  286. You can turn slow motion mode on or off by selecting the Slow Motion item from 
  287. the Options menu.  If a calculation is in progress when you turn slow motion 
  288. mode on or off, it will be stopped. 
  289.  
  290.  
  291. ΓòÉΓòÉΓòÉ 14. Setting the slow motion speed ΓòÉΓòÉΓòÉ
  292.  
  293. In slow motion mode, PM Chaos pauses for a specified length of time after 
  294. displaying each new point.  Selecting the Delay Time item from the Options menu 
  295. will display a dialog box that allows you to set that length of time. This 
  296. delay time has no effect unless you are in slow motion mode. 
  297.  
  298. The delay time is specified in units of 1/10 seconds.  So, for example, if you 
  299. want a delay of 1 second, you type in a delay time of 10. The delay time must 
  300. be a non-negative integer.  You may specify a delay time of 0, but doing that 
  301. isn't very useful. 
  302.  
  303. When you click on the OK button, the delay time will be changed.  If there is a 
  304. calculation in progress, and if it is using slow motion mode, it will be 
  305. stopped.  If you click on the Cancel button, then the delay time will remain 
  306. unchanged. 
  307.  
  308.  
  309. ΓòÉΓòÉΓòÉ 15. The Control menu ΓòÉΓòÉΓòÉ
  310.  
  311. The Control menu contains the following options: 
  312.  
  313.  o Stop! 
  314.  
  315.  o Clear Screen 
  316.  
  317.  o Exit 
  318.  
  319.  
  320. ΓòÉΓòÉΓòÉ 16. Stop! ΓòÉΓòÉΓòÉ
  321.  
  322. This menu option stops the calculation that is in progress.  If there isn't any 
  323. calculation in progress, this option is disabled. 
  324.  
  325. Another way to stop a calculation in progress, without using the menu, is to 
  326. click the mouse somewhere outside the borders of the graph. 
  327.  
  328.  
  329. ΓòÉΓòÉΓòÉ 17. Clear Screen ΓòÉΓòÉΓòÉ
  330.  
  331. This option clears the screen.  If a calculation is in progress, it is stopped. 
  332.  
  333.  
  334. ΓòÉΓòÉΓòÉ 18. Exit ΓòÉΓòÉΓòÉ
  335.  
  336. Use this option to quit PM Chaos.  When you select it, the program will display 
  337. a dialog box asking if you really want to quit; click on the Yes button if you 
  338. do. 
  339.  
  340. You can also quit PM Chaos by selecting Close from the system menu. 
  341.  
  342.  
  343. ΓòÉΓòÉΓòÉ 19. The Options menu ΓòÉΓòÉΓòÉ
  344.  
  345. The Options menu contains the following choices: 
  346.  
  347.  o Slow Motion 
  348.  
  349.  o Delay Time 
  350.  
  351.  o Colors 
  352.  
  353.  o Set K 
  354.  
  355.  
  356. ΓòÉΓòÉΓòÉ 20. Slow Motion ΓòÉΓòÉΓòÉ
  357.  
  358. Use this option to turn slow motion mode on or off. 
  359.  
  360. If there is a check mark next to this menu item, that means that slow motion 
  361. mode has been selected.  If there is no check mark, then slow motion mode has 
  362. not been selected. 
  363.  
  364. If a calculation is in progress, turning slow motion mode on or off will end 
  365. it. 
  366.  
  367.  
  368. ΓòÉΓòÉΓòÉ 21. The Range menu ΓòÉΓòÉΓòÉ
  369.  
  370. The Range menu contains the following choices: 
  371.  
  372.  o Zoom In 
  373.  
  374.  o Zoom Out 
  375.  
  376.  o Set Ranges 
  377.  
  378.  Related information: 
  379.  
  380.   General comments about the range. 
  381.  
  382.  
  383. ΓòÉΓòÉΓòÉ 22. Key assignments ΓòÉΓòÉΓòÉ
  384.  
  385. For on-line help, and for tasks like switching between windows, PM Chaos uses 
  386. the same keys as any other Presentation Manager** program.  Additionally, PM 
  387. Chaos defines some accelerator keys of its own for commonly used tasks. 
  388.  
  389.  o PM Chaos keys 
  390.  
  391.  o Help keys 
  392.  
  393.  o System and window keys 
  394.  
  395.  
  396. ΓòÉΓòÉΓòÉ 23. PM Chaos key assignments ΓòÉΓòÉΓòÉ
  397.  
  398.  Key     Action 
  399.   Esc     Stop! 
  400.   Alt+C   Clear Screen 
  401.   Alt+X   Exit 
  402.   C       Colors 
  403.   K       Set K 
  404.   <       Zoom In 
  405.   >       Zoom Out 
  406.   R       Set Ranges 
  407.  
  408.  
  409. ΓòÉΓòÉΓòÉ 24. On-line help key assignments ΓòÉΓòÉΓòÉ
  410.  
  411.  Key         Action 
  412.   F1          Get help 
  413.   F2          Extended help (from within help) 
  414.   F9          Keys help (from within help) 
  415.   F11         Help index (from within help) 
  416.   Shift+F10   Using help (from within help) 
  417.  
  418.  
  419. ΓòÉΓòÉΓòÉ 25. System and window key assignments ΓòÉΓòÉΓòÉ
  420.  
  421.   Alt+F9 
  422.        Minimize the window 
  423.  
  424.   Alt+F10 
  425.        Maximize the window 
  426.  
  427.   Alt+Esc 
  428.        Switch to the next program 
  429.  
  430.   Ctrl+Esc 
  431.        Switch to the Task List 
  432.  
  433.   Shift+Esc or Alt+Spacebar 
  434.        Go to or from the system menu 
  435.  
  436.   F10 or Alt 
  437.        Go to or from the action bar 
  438.  
  439.   Underlined letter 
  440.        Move among the choices on the action bar and pull-down menus 
  441.  
  442.   Arrow keys 
  443.        Move among the choices on the action bar and pull-down menus 
  444.  
  445.  
  446. ΓòÉΓòÉΓòÉ <hidden>  ΓòÉΓòÉΓòÉ
  447.  
  448. Actually, the transition isn't exactly at K=1.  The approximate value is 
  449. K=0.9716.  See A.J. Lichtenberg and M.A. Lieberman,  Regular and Stochastic 
  450. Motion,  for more details. 
  451.  
  452.  
  453. ΓòÉΓòÉΓòÉ <hidden>  ΓòÉΓòÉΓòÉ
  454.  
  455. Presentation Manager is a trademark of the IBM Corporation. 
  456.  
  457.  
  458. ΓòÉΓòÉΓòÉ <hidden>  ΓòÉΓòÉΓòÉ
  459.  
  460. Presentation Manager is a trademark of the IBM Corporation.