Lorenz Attraktor

Dies ist ein Beispiel für das Plotten von Edward Lorenz' "Deterministic Nonperiodic Flow" von 1963 in einem dreidimensionalen Raum mit mplot3d.

Notiz

Da dies eine einfache nichtlineare ODE ist, wäre es einfacher, den ODE-Solver von SciPy zu verwenden, aber dieser Ansatz hängt nur von NumPy ab.

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


def lorenz(xyz, *, s=10, r=28, b=2.667):
    """
    Parameters
    ----------
    xyz : array-like, shape (3,)
       Point of interest in three dimensional space.
    s, r, b : float
       Parameters defining the Lorenz attractor.

    Returns
    -------
    xyz_dot : array, shape (3,)
       Values of the Lorenz attractor's partial derivatives at *xyz*.
    """
    x, y, z = xyz
    x_dot = s*(y - x)
    y_dot = r*x - y - x*z
    z_dot = x*y - b*z
    return np.array([x_dot, y_dot, z_dot])


dt = 0.01
num_steps = 10000

xyzs = np.empty((num_steps + 1, 3))  # Need one more for the initial values
xyzs[0] = (0., 1., 1.05)  # Set initial values
# Step through "time", calculating the partial derivatives at the current point
# and using them to estimate the next point
for i in range(num_steps):
    xyzs[i + 1] = xyzs[i] + lorenz(xyzs[i]) * dt

# Plot
ax = plt.figure().add_subplot(projection='3d')

ax.plot(*xyzs.T, lw=0.5)
ax.set_xlabel("X Axis")
ax.set_ylabel("Y Axis")
ax.set_zlabel("Z Axis")
ax.set_title("Lorenz Attractor")

plt.show()