موضوع مقاله: سیستم مرتبه‌-کسری | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # سیستم مرتبه‌-کسری | مقدمه: در زمینه‌های سیستم‌های دینامیکی و نظریه کنترل، یک سیستم مرتبه‌کسری یا سامانه مرتبه‌کسری، یک سیستم دینامیکی است که می‌تواند توسط یک معادله دیفرانسیل کسری حاوی مشتقات مرتبه ناصحیح مدل‌سازی شود. | ## بخش 1: سیستم مرتبه‌-کسری | مشتقات و انتگرال‌های مرتبه‌کسری برای توصیف اشیایی استفاده می‌شوند که می‌توانند با غیرموضعی بودن قانون توانی، وابستگی دوربُرد قانون توانی یا خواص بَرخال مشخص شوند. سیستم‌های مرتبه‌کسری در مطالعه رفتار بی‌هنجار (anomalous) سیستم‌های دینامیکی در فیزیک، الکتروشیمی، زیست‌شناسی، گران‌رَوی‌کشسانی و سیستم‌های آشوبناک مفید هستند. که در آن و توابعی از عملگر مشتق کسری از مرتبه‌های و هستند و و توابعی از زمان هستند. یک حالت خاص رایج از این، سیستم خطی نامتغیر با زمان (LTI) در یک متغیر است: مرتبه‌های و به‌طور کلی کمیت‌های مختلط هستند، اما دو مورد جالب زمانی است که مرتبه‌ها متناسب هستند با و وقتی که آنها گویا نیز هستند: هنگامی که ، مشتقات از مرتبه عدد صحیح هستند و سیستم به یک معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل می‌شود؛ بنابراین با افزایش تخصیص، سیستم‌های LTI می‌توانند از مرتبه عمومی، مرتبه متناسب، مرتبه گویا یا مرتبه عدد صحیح باشند. تابع انتقال با اعمال تبدیل لاپلاس به سیستم LTI بالا، تابع تبدیل به صورت زیر می‌شود: برای مرتبه‌های عمومی و این یک تابع تبدیل غیر گویا است. توابع تبدیل نا-گویا را نمی‌توان به صورت بسطی با تعداد متناهی از جملات نوشت (مثلاً، بسط دوجمله‌ای تعداد نامتناهی از جملات خواهد داشت) و از این نظر می‌توان گفت که سیستم‌های مرتبه‌کسری پتانسیل حافظه نامحدود را دارند. | ## بخش 2: سیستم مرتبه‌-کسری | انگیزه برای مطالعه سیستم‌های مرتبه‌کسری قوانین نمایی یک رویکرد کلاسیک برای مطالعه دینامیک تراکم جمعیت هستند، اما سیستم‌های زیادی وجود دارند که دینامیک آنها سریع‌تر یا کندتر از قوانین نمایی عمل می‌کند. در چنین مواردی، تغییرات بی‌هنجار در دینامیک را می‌توان به بهترین شکل با توابع میتاگ-لفلر توصیف کرد. انتشار بی‌هنجار یکی دیگر از سیستم‌های دینامیکی است که در آن سیستم‌های مرتبه‌کسری نقش مهمی در توصیف جریان بی‌هنجار در فرایند انتشار ایفا می‌کنند. گران‌رَوی‌کشسانی خاصیتی از ماده است که در آن ماده ماهیت خود را بین کِشسان خالص و سیال خالص نشان می‌دهد. در مورد مواد واقعی، رابطه بین تَنش و کُرنش که توسط قانون هوک و قانون نیوتن ارائه می‌شود، هر دو دارای معایب آشکاری هستند؛ بنابراین، جی دبلیو اسکات بلر رابطه جدیدی بین تنش و کرنش که توسط در نظریه آشوب، مشاهده شده است که آشوب در سیستم‌های دینامیکی از مرتبه ۳ یا بیشتر رخ می‌دهد. با معرفی سیستم‌های مرتبه‌کسری، برخی از محققان، آشوب را در سیستم‌های با مرتبه کل کمتر از ۳ مطالعه می‌کنند. | ## بخش 3: سیستم مرتبه‌-کسری | در علوم اعصاب، مشخص شده است که نورون‌های هرمی نئوکورتیکال موش صحرایی با مقیاس زمانی که به مقیاس زمانی تغییرات در آمار محرک بستگی دارد، سازگار می‌شوند. این سازگاری چند مقیاس زمانی با تمایز مرتبه‌کسری سازگار است، به طوری که نرخ شلیک نورون مشتق کسری از پارامترهای محرک با تغییرات آهسته است. تحلیل معادلات دیفرانسیل کسری یک مسئله مقدار اولیه مرتبه‌کسری را در نظر بگیرید: وجود و یکتایی در اینجا، تحت شرط پیوستگی روی تابع f، می‌توان معادله فوق را به معادله انتگرالی مربوطه تبدیل کرد. می‌توان یک فضای جواب ساخت و توسط آن معادله، یک خودنگاشت پیوسته روی فضای جواب تعریف کرد، سپس با اعمال قضیه نقطه ثابت، یک نقطه ثابت بدست آورد که همان جواب معادله فوق است. | ## جمع‌بندی | شبیه‌سازی عددی برای شبیه‌سازی عددی حل معادلات فوق، کای دیتهلم روش آدامز-بشفورث چندمرحله‌ای خطی کسری یا روش‌های مربع‌سازی را پیشنهاد کرده است.