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Tent map

Tent map

J'ai découvert une étrange corrélation entre la Tent Map et le code de Gray :

La Tent map, c'est l'application :

Dans ce qui suit, on se focalisera sur le cas , donc :
Ou encore :

Pasted image 20220408224108.png

Propriétés de t :

t(0) = t(1) = 0
t(1/2) = 1
t(1/3) = t(2/3) = 2/3 ; 1/3 -> 2/3 -> 1/3...
1/7 -> 2/7 -> 4/7 -> 1/7...

Itération

Tent Map itérée

Pasted image 20220410144731.png

Il est facile de montrer que, ∀x ∈ ℝ et ∀n ∈ ℕ,

est la partie fractionnelle du réel x. Cela marche aussi pour et on a alors .
La séquence des itérés d'un point est appelée l'orbite de . Elle est généralement chaotique :

Pasted image 20220410162307.png
Orbite de 0.31

Séquence de symboles binaires et code Gray

L'idée est que l'on associe à chaque position de l'orbite d'un point un symbole , en général "0" ou "1" (bit) et de la façon suivante :

On remarque que

Soit le nième symbole de l'orbite de x :
Notons que
et par conséquent

On définit alors

# Pour les graphiques gnuplot on définira la somme partielle tn(x), et on prendra T(x) = tn(x,30)
b(x) = (x<1/2)?0: 1
tn(x,n) = (n == 0)?x: t(x*2**(n-1))
bn(x,n) = b(tn(x))
T1(x,n) = (n== 0)?b(x):bn(x,n)*1./2** n+T1(x,n-1) 
T(x) = T1(x,30)    

On affiche ... Et là c'est une grosse surprise :

Pasted image 20220410155105.png
Le graphe de T est identique à celui du code Gray, à l'échelle près...

Rappelons qu'on définit , où est le symbole du OU exclusif bit par bit, (bitwise XOR), noté '^' dans la quasi totalité des langages de programmations courants.

Pasted image 20220410160319.png
Quelle est l'explication ?

Sommes partielles de symboles.

On va définir

Théorème

Théorème

Pour dans [0...1] et positif ou nul, on a

Ainsi, est une sorte de condensé "limite" (pour ) du graphe de Gray
Sur la figure ci-dessous, on a tracé la courbe et la courbe entre 0 et 50, pour n=4 et 5 :

Pasted image 20220410165418.png

Ce qui est intéressant, c'est que ce théorème fait le lien entre T, qui est une addition de bits, et le code de Gray, qui est un XOR.

sans les symboles...

En fait il n'est pas nécessaire de définir une somme pondérée de symboles ; la somme pondérée des valeurs des itérés successifs de la tent map conduit (presque) au même graphe !

Voir aussi:

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