Thermodynamic and information entropies: classical and quantum measures models - pedagogical sophisticated benchmarking for IT students
Автор: Ulyanov S.V., Kurawaki I., Hagiwara T., Tyatyushkina Olga, Ivancova Olga, Yamafuji Kazuo
Журнал: Сетевое научное издание «Системный анализ в науке и образовании» @journal-sanse
Статья в выпуске: 2, 2019 года.
Бесплатный доступ
The thermodynamic and information approaches for the investigation of end-to-end IT based on the laws of classical / quantum information theory and design of robust optimal control processes in non-linear non-holonomic (in general global unstable) dynamic systems are introduced. The new type of soft computing based on genetic algorithms with the fitness function as minimum entropy production rate is presented. Control objects are considered as non-linear dynamic systems that in general case described by essentially non-linear stochastic differential equations with stochastic parameters. The algorithm for the calculation of entropy production rate in control object motion and in control systems is developed. In Part 1 (this part), the interrelation between the Lyapunov function (the measure of stochastic stability) and the entropy production rate (the physical measure of controllability) is investigated. Using this interrelation the following qualitative characteristics and important interrelations are described: stochastic dynamic stability motion (average Lyapunov function), Lyapunov exponent and Kolmogorov-Sinai entropy, the physical entropy production rates, and symmetries group representation in essentially non-linear systems as coupled oscillator models. The results of computer simulation for the study entropy-like dynamic behavior for typical Benchmarks of dynamic systems as Van der Pol, Duffing, Holmes-Rand, coupled oscillators and etc. are presented. In Parts 2 and 3 the application of this approach for the simulation of dynamic entropy-like behavior and optimal control of Benchmarks as two-links manipulator in the robot for service use, robotic unicycle and a suspension system of car under stochastic excitations are presented.
Computational intelligence, entropy production rate, lyapunov stability, entropy-like dynamic behavior
Короткий адрес: https://sciup.org/14123298
IDR: 14123298 | УДК: 512.6,
Термодинамическая и информационная энтропии: классические и квантовые модели вычислений - сравнительный анализ для студентов ИТ-направлений
Представлены термодинамический и информационный подходы к исследованию сквозных информационных технологий, основанные на законах квантовой теории информации и разработке робастных процессов оптимального управления в нелинейных динамически неустойчивых (в общем случае глобальных неустойчивых) динамических системах. Представлен новый тип мягких вычислений на основе генетических алгоритмов с функцией пригодности в качестве минимальной скорости производства энтропии. Объекты управления рассматриваются как нелинейные динамические системы, которые в общем случае описываются существенно нелинейными стохастическими дифференциальными уравнениями со стохастическими параметрами. Разработан алгоритм расчета скорости образования энтропии неустойчивого объекта управления и в системах управления. В Части I (в данной части) исследуется взаимосвязь между функцией Ляпунова (мера стохастической устойчивости) и скоростью производства энтропии (физическая мера управляемости). Используя эту взаимосвязь, описываются следующие качественные характеристики и важные взаимосвязи: стохастическая динамическая устойчивость движения (усредненная функция Ляпунова), показатель Ляпунова и энтропия Колмогорова-Синая, скорости образования физической энтропии и представление групп симметрий в существенно нелинейных системах в виде модели связанных осцилляторов. Представлены результаты компьютерного моделирования для изучения энтропийного динамического поведения для типичных эталонных показателей динамических систем, таких как Ван-дер-Пол, Даффинг, Холмс-Рэнд, связанных осцилляторов и т. д. В частях 2 и 3 описано применение этого подхода для моделирования динамического энтропийного поведения и оптимального управления эталонами в качестве двухзвенного манипулятора в роботе для служебного использования, одноколесном роботе и системе подвески автомобиля при стохастических возбуждениях представил.
Список литературы Thermodynamic and information entropies: classical and quantum measures models - pedagogical sophisticated benchmarking for IT students
- Ulyanov S.V. et all. Computational Intelligence for Robust Control Algorithms of Complex Dynamic Systems with Minimum Entropy Production. Part 1: Simulation of Entropy-Like Dynamic Behavior. // J. of Advanced Computational Intelligence, 1999. - Vol. 3. - № 2. - Pp. 82-98.
- Ulyanov S.V. Self-organized robust intelligent control. LAP Lambert Academic Publishing. - 2015.
- Sieniutycz S. Hamilton-Jacobi-Bellman theory of dissipative thermal availability // Physical Review, 1997. - Vol. 56. - No 5. - Pp. 5051-5064.
- EDN: XZQONM
- Glansdorff P., Prigogine I. Thermodynamic theory of structure, stability and fluctuations (Wiley Intersciences, New York, 1971); and Nicolis D. and Prigogine I., (1977) Self-Organization in Non-equilibrium Systems, Wiley, New York.
- Goldenblat I.I. The nonlinear problems of elasticity theory. - Moscow, 1969.
