什么是自治系统和非自治系统

自治系统

自治系统的特征是其状态方程不依赖于时间。举个简单的例子,考虑一阶常微分方程:

d x d t = − x \frac{dx}{dt} = -x dtdx=−x

这是一个经典的指数衰减过程,其中状态 (x) 随时间 (t) 衰减。这个系统是自治的,因为它的演化仅仅依赖于当前的状态 (x),而不受时间的影响。

MATLAB代码示例

matlab 复制代码
% 定义自治系统
function dxdt = autonomous_system(t, x)
    dxdt = -x;  % 系统的状态方程,dx/dt = -x
end

% 初始条件
x0 = 1;  % 初始状态 x(0) = 1

% 时间范围
tspan = [0, 10];  % 从 t = 0 到 t = 10

% 求解微分方程
[t, x] = ode45(@autonomous_system, tspan, x0);

% 绘图
figure;
plot(t, x);
xlabel('Time (s)');
ylabel('State x(t)');
title('Autonomous System: dx/dt = -x');
grid on;

非自治系统

非自治系统的特征是其状态方程显式地依赖于时间。一个典型的例子是:

d x d t = − x + sin ⁡ ( t ) \frac{dx}{dt} = -x + \sin(t) dtdx=−x+sin(t)

在这个例子中,状态的变化不仅依赖于当前的状态 (x),还显式地依赖于时间 (t),通过 (\sin(t)) 项来表示。

MATLAB代码示例

matlab 复制代码
% 定义非自治系统
function dxdt = non_autonomous_system(t, x)
    dxdt = -x + sin(t);  % 系统的状态方程,dx/dt = -x + sin(t)
end

% 初始条件
x0 = 1;  % 初始状态 x(0) = 1

% 时间范围
tspan = [0, 10];  % 从 t = 0 到 t = 10

% 求解微分方程
[t, x] = ode45(@non_autonomous_system, tspan, x0);

% 绘图
figure;
plot(t, x);
xlabel('Time (s)');
ylabel('State x(t)');
title('Non-Autonomous System: dx/dt = -x + sin(t)');
grid on;

总结

  • 自治系统:状态方程仅依赖于状态变量,不依赖时间。其数学形式为:

d x d t = − x \frac{dx}{dt} = -x dtdx=−x

  • 非自治系统:状态方程显式依赖于时间。其数学形式为:

d x d t = − x + sin ⁡ ( t ) \frac{dx}{dt} = -x + \sin(t) dtdx=−x+sin(t)

通过这些代码和公式,可以直观地理解自治系统和非自治系统的区别。

相关推荐
QQ__17646198244 小时前
Matlab安装tdms插件
开发语言·matlab·tdms插件
天`南6 小时前
【三维异构Dvhop定位】基于灰狼优化算法的三维异构Dvhop定位算法【Matlab代码#93】
matlab·dvhop·异构无线传感器网络
小白狮ww7 小时前
Retinex 算法 + MATLAB 软件,高效率完成图像去雾处理
开发语言·人工智能·算法·matlab·自然语言处理·图像识别·去雾处理
机器学习之心10 小时前
区间预测 | QRTCN时间卷积神经网络分位数回归时间序列区间预测模型(Matlab完整源码和数据)
matlab·回归·cnn·分位数回归·时间卷积神经网络·qrtcn·区间预测模型
Matlab光学1 天前
MATLAB仿真:Ince-Gaussian光束和Ince-Gaussian矢量光束
开发语言·算法·matlab
东雁西飞1 天前
MATLAB 控制系统设计与仿真 - 33
开发语言·算法·matlab·机器人·自动控制
落雨封海1 天前
Matlab基础知识与常见操作【无痛入门】
matlab
唯_ww1 天前
CST学习笔记(三)MATLAB与CST联合仿真-远场数据批量导出
matlab·电磁学
机器学习之心2 天前
回归预测 | Matlab实现NRBO-Transformer-BiLSTM多输入单输出回归预测
matlab·回归·多输入单输出回归预测·transformer·bilstm·nrbo
电科_银尘2 天前
【Matlab】-- 基于MATLAB的美赛常用多种算法
算法·数学建模·matlab