Bachelor's Thesis

Continuous versus discrete chaos

Final Thesis 2.91 MB

Author of thesis: Kryštof Beneš

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Jan Čermák, CSc.

Reviewer: doc. Ing. Luděk Nechvátal, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with chaos in discrete and continuous dynamical systems. The fundamental concepts of the theory of dynamical systems and the characteristics of chaotic behavior are introduced. Furthermore, two prominent chaotic systems -- the logistic map and the Lorenz system -- are analyzed. For each of them, its continuous or discrete analogy is derived and studied, with an emphasis placed on the presence of chaotic behavior. The results demonstrate that the behavior of the discretized models critically depends on the choice of the time step.

Keywords:

Dynamical system, chaos, fixed point, bifurcation, discretization, logistic map, logistic equation, Lorenz system.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Dotazy oponenta zodpovězeny uspokojivě.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mathematical Engineering (B-MAI-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Jan Čermák, CSc. (předseda)
doc. Mgr. et Mgr. Aleš Návrat, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Tomáš Kisela, Ph.D. (člen)
Ing. Petra Rozehnalová, Ph.D. (člen)
RNDr. Pavel Popela, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Jan Čermák, CSc.

Tématem bakalářské práce byla  analýza Lorenzova  dynamického modelu  a logistického zobrazení, tedy patrně nejznámějších prototypů spojitého a diskrétního chaosu. Hlavním cílem pak bylo analyzovat, proč v případě  diferenční verze Lorenzova modelu a  diferenciální analogie logistického zobrazení jsou chování řešení kvalitativně odlišná, zejména ve smyslu absence deterministického chaosu. 

Student se úkolu zhostil odpovědně a samostatně. V případě logistického zobrazení se mu podařilo analyticky vysvětlit zdánlivý rozpor mezi komplikovanou dynamikou diskrétního modelu a   jednoduchou dynamikou jeho spojité analogie. V případě Lorenzova modelu vypozoroval (převážně na základě  numerických experimentů) opačnou situaci, jejíž teoretické zdůvodnění  formuloval jako netriviální  problém diskrétní nelineární dynamiky. Tyto hlavní pasáže práce jsou autorovým původním přínosem do dané problematiky.  

Na základě výše uvedeného doporučuji přijmout tuto bakalářskou práci k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Bakalářská práce se zabývá spojitými a diskrétními chaotickými dynamickými systémy. Přesněji, zkoumány jsou dva klasické modely (Lorenzův a logistický), přičemž v každém z nich se uvažuje varianta jak se spojitým, tak diskrétním časem, a dvojice příslušných systémů jsou podrobeny porovnání z hlediska nástupu chaotického chování. Taková diskuze je cenná např. při analýze numerických diskretizací spojitých systémů.

Cíle práce byly splněny. Zkoumaná problematika je podána srozumitelně, text má velmi dobrou logickou, stylistickou i formální úroveň. Několika málo drobností jsem si všiml, ty ale nikterak nesnižují celkově dobrý dojem (např. na 7. řádku str. 25 chybí limita pro dt->0 nebo působí zvláštně, když je na str. 24 řeč o objemu plochy). Přínosem je pak zejména kapitola 3, která ukazuje, že klíčovým parametrem, který ovlivňuje soulad, resp. nesoulad v kvalitativním chování spojité a disktrétní verze systému, je délka časového kroku při diskretizaci. To je sice očekávatelné, student však zároveň podává kvantitativní popis prahové hodnoty tohoto parametru, při které se odpovídající si systémy začínají chovat rozdílně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V Šarkovského větě je uvedeno specifické uspořádání. Student by mohl upřesnit, jakým typem uspořádání uvedená relace je (jaké vlastnosti splňuje).
  2. Při analýze logistického zobrazení je správně poznamenáno, že pro k>=4 je určení bodů k-cyklu (v závislosti na parametru r) analyticky nezvládnutelné. Nicméně, pro jednu konkrétní hodnotu parametru r (a to sice r=4) to lze. Může toto student doplnit?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová