本文關(guān)鍵詞：基于混沌理論的農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

 摘要:農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高離不開農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新,而農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新必須經(jīng)過擴散才能發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新的作用。系統(tǒng)研究了農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程的特征和運行機制,基于混沌理論研究了農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程的混沌性,構(gòu)建了農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程的混沌模型,并對擴散過程進行了混沌分析。通過分析發(fā)現(xiàn)雖然農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果擴散的過程是復雜系統(tǒng),其過程雖表征為不確定性,但混沌性態(tài)是有序和可以控制的。

關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)技術(shù);技術(shù)創(chuàng)新擴散;混沌分析

中圖分類號: O415·5∶F062·4　　文獻標識碼: A

1　引言農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散指一種農(nóng)業(yè)新技術(shù)、新發(fā)明、新成果等從創(chuàng)新源頭開始向周圍傳播,被廣大農(nóng)戶、農(nóng)民或涉農(nóng)企業(yè)接受、采納、使用的過程。農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散的結(jié)果是,一項新的農(nóng)業(yè)技術(shù)被更大范圍、更多的人群所采用,促進了相關(guān)地區(qū)和人群經(jīng)濟、社會或生態(tài)收益的提高,因而從某種意義上講,農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散比創(chuàng)新本身更重要[1]。在建設社會主義新農(nóng)村的大背景下,論文的研究又具有深刻的現(xiàn)實意義和實踐意義。目前為止,國內(nèi)有關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散的研究仍然十分有限,相關(guān)成果比較少,研究比較分散,還遠遠沒有系統(tǒng)化。主要集中以下幾方面:農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與擴散概念的辨析、擴散影響因素、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系、不同地區(qū)農(nóng)戶的技術(shù)選擇差異性研究、農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散速度的模型研究、農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散模式等。但通過分析發(fā)現(xiàn),由于農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程是一個復雜系統(tǒng),在農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果擴散過程中存在混沌特征, 即存在著一種內(nèi)在隨機性和對初始條件的敏感依賴性等混沌特征,由于混沌吸引子的存在,這種混沌特征中又存在著一種普遍性和規(guī)律性,以此為基礎研究了農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程問題。

2　農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程一直以來,農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散系統(tǒng)運行的總過程遵循著信息交流的基本模式:即主要是一種沿直線型路徑的單向的轉(zhuǎn)移模式,從創(chuàng)新技術(shù)的來源方到創(chuàng)新技術(shù)的采納方主要經(jīng)過農(nóng)技推廣部門,即由農(nóng)技推廣部門來完成農(nóng)業(yè)科技成果推廣轉(zhuǎn)化工作。因此,農(nóng)技推廣服務組織,主要是各級農(nóng)技推廣站 (中心),成為農(nóng)技推廣的主體,在農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散過程中起著至關(guān)重要的作用。

3　基于混沌理論的農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程分析混沌理論是關(guān)于非線性系統(tǒng)的一門新興科學, 是現(xiàn)代系統(tǒng)理論的一個重要組成部分。混沌理論的研究表明,一切系統(tǒng)的行為都是動態(tài)演化的,既不會總是穩(wěn)定有序,也不會總是混沌或無序;在某一層次或某一部分可能穩(wěn)定有序的,而在系統(tǒng)的其他層次或其他部分又可能是混沌或無序的。首先農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散中存在混沌吸引子。混沌吸引子意味著由一個混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的軌跡經(jīng)過一定的時期變化后,最終會變成一種有規(guī)律的運動, 這種特定的軌跡就是混沌吸引子。農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程本身存在吸引子。農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程不但與農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,科技示范基地,相關(guān)企業(yè), 各地農(nóng)戶有關(guān)還與相應的科學、經(jīng)濟、社會與文化互動發(fā)展,表征為耗散系統(tǒng),而不是守恒系統(tǒng),多個吸引子并存。技術(shù)創(chuàng)新擴散過程存在四種可能的吸引子,即固有農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子、潛隱農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子、引入農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子、融合農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子。四個吸引子在不同程度上參與技術(shù)創(chuàng)新擴散混沌性態(tài)的演化過程。

固有農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子主要是擴散過程本身固有的一種吸引力, 和技術(shù)創(chuàng)新本身的吸引力有線性關(guān)系。潛隱農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子主要是技術(shù)創(chuàng)新擴散過程中潛在的影響。引入農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子會參與到技術(shù)創(chuàng)新擴散的混沌性態(tài)演化中來,但能否形成慢變參量,取決于和固有農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子的較量,如果影響較小,則往往不能形成創(chuàng)新;如果強行干預形成涌現(xiàn),則會影響混沌的正常發(fā)展。融合農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子的形成,是上述三種吸引子不同程度參與的結(jié)果,是技術(shù)創(chuàng)新的表征。在初始階段,往往是固有農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子起主導作用。在后期階段, 如果能充分利用潛隱農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散吸引子,也能發(fā)揮技術(shù)擴散的作用。但是同時農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果本身存在一種穩(wěn)定模式。農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的穩(wěn)定模式是由農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新本身決定的,是由農(nóng)業(yè)科學的技術(shù)創(chuàng)新應用與技術(shù)創(chuàng)新理論的層次性決定的。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新應用與技術(shù)創(chuàng)新理論的升級,農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新將發(fā)生躍遷, 進入另一個穩(wěn)定模式。從農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程來看,混沌雖無周期,但絕不是隨機運動�；煦鐓^(qū)內(nèi)有穩(wěn)定的周期解,周期解內(nèi)還有混沌區(qū),這種結(jié)構(gòu)無窮多次重復著,具有各態(tài)歷程和層次分明的特征, 即存在有界性。

4　農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程的動力學研究傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散的效率很低,一項技術(shù)的應用往往經(jīng)歷著很長的“S”擴散曲線周期。并且技術(shù)創(chuàng)新者或集體企業(yè)往往根據(jù)農(nóng)業(yè)技術(shù)實施一段時將之后的情況來矯正下一階段農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散的內(nèi)容和方向。根據(jù)這一特定,我們可以建立下列農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散的動力學模型: dx(t) dt=ax(t)+F[x(t-τ)]　　　　　 F(X)=xG(x)　　　　　　　　　　其中x(t)表示推動和反對農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的各種力量合并后的力量,dx(t)dt表示技術(shù)變動的速率, a是 x(t)擴散的速率,τ表示時滯, F[x(t-τ)]表示農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)內(nèi)部的控制關(guān)系,它由反饋信號xG(x) 和反饋函數(shù)G組成。式說明農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散的快慢與推進有關(guān)。對農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的合并力量x(t)與控制創(chuàng)新系統(tǒng)變動所產(chǎn)生的力量有關(guān)。在控制函數(shù)中存在時滯 τ,這是由反饋信息及題解必須在技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)實施一段時間后才能產(chǎn)生所決定的。

4·1式是一個單變量的延時方程,其特點是可以產(chǎn)生分岔和混沌等復雜行為。這其實不難理解,因為只要把方程中的延時操作寫作算子的形式,就可以把延時方程化為多變量的自治方程。根據(jù)混沌理論,在三個以上變量的自治變量的自治方程中可能就出現(xiàn)分岔和混沌,這個要求來自于微分方程階的唯一性。若設 G(x)=-de-x2/ 24·3 式中b為控制參數(shù),是標度參數(shù),則上面的模型可以或為 dx(t) dt=ax(t)+dx(t-τ)e-x2/ 24·4 這是個含有時滯的微分方程模型,其解可以是穩(wěn)定解,極限環(huán)解,多周期的長波解以及混沌解, 說明農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)也可以產(chǎn)生混沌這一極其復雜的行為。

5　農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散中的混沌控制 1990年,美國馬里蘭大學物理學家Ot,t Grebo- gi&Yorke基于在混沌吸引子中鑲嵌有無窮多個不穩(wěn)定周期軌道的理論,提出利用混沌運動對很小的參數(shù)擾動敏感和混沌運動的遍歷性,給混沌運動系統(tǒng)一個較小的參數(shù)擾動控制量,把系統(tǒng)軌道穩(wěn)定在無窮多個不穩(wěn)定軌道中預期的一條特定軌道上。該控 29崔和瑞等:基于混沌理論的農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程研究制方法簡稱OGY方法,是一種比較有效地控制混沌運動的方法。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散的外力系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)屬性可分為顯性農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散外力系統(tǒng)和隱性農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散外力系統(tǒng);根據(jù)技術(shù)知識目標指向可分為農(nóng)民采用與否技術(shù)外力系統(tǒng)、農(nóng)技推廣部門外力系統(tǒng)、競爭者知識外力系統(tǒng)、科研院所(高等院校)技術(shù)擴散外力系統(tǒng);根據(jù)技術(shù)主體從屬部門可分為研發(fā)部門外力系統(tǒng)、農(nóng)技推廣部門外力系統(tǒng)。

混沌系統(tǒng)的遍歷性可知,任意因素的變化都會影響到整個擴散過程。因此,可以在系統(tǒng)鄰近目標軌道時,對控制參數(shù)實時攝動,進入混沌控制狀態(tài)。技術(shù)創(chuàng)新擴散過程混沌控制的首要任務就是設法把其中任一所需的周期軌道挑選出來,并加以穩(wěn)定控制。該方法無需知道系統(tǒng)全局的動力學模型,同時在特征值及特征矢量測量不精確的情況下可以實現(xiàn)混沌控制,而且達到控制后,嵌套在混沌吸引子中的不穩(wěn)定周期軌道只有微小的變化。由于混沌是把某一區(qū)間映為自身的、連續(xù)的單參數(shù)映射,可借助Poin- care截面,用一個含控制參數(shù)的n維映射描述技術(shù)創(chuàng)新擴散有限動力系統(tǒng)。

uk+1=p(uk,pk) =uk∈Rn,pk∈R1,k =0,1,2 5·2 如果擾動控制參數(shù)pk并使其在參數(shù)p的鄰域中取定常值,奇怪吸引子稠密地散布在任意周期的雙曲不動點uF—(P),即原擴散過程處于不穩(wěn)定周期軌道上,進入混沌性態(tài);這就意味著,農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散過程不斷吸納新知識,并不斷融合到現(xiàn)有農(nóng)業(yè)技術(shù)擴散過程,擴散過程就進入了混沌形態(tài)。如果通過對控制參數(shù)pk的實時攝動,將映射點uk穩(wěn)定到指定的雙曲不動點uF—(P)上,為確定所需的控制參數(shù)攝動量pk- —P ,將映射在不動點uF—(P)和參數(shù)附近線性展開: uk+1=p(ukpk) =uF—(P) +A(uk-uF—(P)) + b(pk-—P )5·1 式中A∈Rn×n和b∈Rn分別是映射在(uk-uF —(P))處關(guān)于的Jacobi矩陣和關(guān)于pk的偏導數(shù)向量。上式表明,通過控制不同農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散流量輸入,可以使農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程進入希望的途徑。令向量uk+1-uF(p)與uF—(P)的穩(wěn)定流形相切,由此可解出控制參數(shù)pk,使映射點uk+1落在該穩(wěn)定流形附近。依此原理,通過對控制參數(shù)的實時攝動,可使后繼映射點沿著該穩(wěn)定流形逐漸穩(wěn)定到uF—(P)上。即可以通過混沌控制理論算出技術(shù)創(chuàng)新知識流量的輸入值,實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程的混沌控制。

6　結(jié)論通過對農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散的過程進行分析,發(fā)現(xiàn)其擴散過程會產(chǎn)生混沌這一特性,并且建立了混沌模型進行說明解釋。由于并不是所有參數(shù)都會起到相同的促進或阻礙作用,本文利用OGY方法對其農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程中產(chǎn)生的主要混沌參數(shù)進行了混沌控制。大量農(nóng)業(yè)新技術(shù)能否順利、快速地實現(xiàn)擴散,為廣大農(nóng)戶接受并掌握,直接關(guān)系到農(nóng)民的增收、農(nóng)業(yè)的增效和農(nóng)村的繁榮。筆者建議對影響農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程的主要參數(shù)進行實時攝動, 使農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程在出現(xiàn)希望的慢變參量后, 使擴散過程向著預定目標涌現(xiàn)。

  本文關(guān)鍵詞：基于混沌理論的農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新擴散過程研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。