Anti-control of chaos has attracted a lot of attention recently due to its potential applications in science and engineering. How to generate useful chaos that is also practically implementable and useful is a current focus of research. This research aims at developing new chaos generation schemes which demonstrate complex dynamical behaviours using simple linear systems with hysteresis function series. A continuous-time linear unstable second-order system with a feedback of hysteresis function is first proposed for generating chaos. The design for chaos generation is studied theoretically. A Poincaré map is used to demonstrate the dynamical behaviour of the system. The existence and the analytic solution of the limit cycle that bounds the basin of attraction of the chaotic attractor are derived. Conditions for the existence of chaotic attractors are studied. A hysteresis based system with a maximum chaotic stability margin is designed. Second, systematic methods for generating 1D n-scroll chaotic attractors in the directions of the state variables and 2D nxm-grid scroll chaotic attractors in the phase plane via continuous-time linear unstable second-order systems with a feedback of hysteresis function series are proposed. Furthermore, systematic methods for generating 1D n-scroll, 2D nxm-grid scroll and 3D nxmxl-space scroll chaotic attractors via continuous-time linear unstable third-order systems using hysteresis function series feedback are also presented in this thesis. Simulation results are presented to demonstrate effectiveness of the schemes. It is shown that the multi-scroll chaos generation systems can be represented in Lur'e form, and as a result it may be used within synchronization schemes for secure communication. Third, the limit cycle that bounds the basin of attraction in the multi-scroll chaos generation with second-order systems case is studied. The relationship of the size of the basin of attraction with the numbers of hysteresis function series is studied. The multi-scroll chaos generation mechanism is then further explored by analyzing the system trajectories; the switching boundaries, switching rules and the trajectories on each subspace. The chaotic behaviours are confirmed theoretically and it is proved that a non-ordinary attractor exists in the multi-scroll chaotic attractor of the second-order systems case. The abundant dynamical behaviour of the multi-scroll chaos generation systems using different hysteresis feedback are demonstrated. A double-hysteresis function, which is the superimposition of two basic hysteresis functions, is proposed for the implementation of the hysteresis based chaotic system. In this design, the double-hysteresis block and its series are constructed via a systematic method. The ideal hysteresis function series can be implemented easily with the proposed double-hysteresis function. The number of scroll attractors can be designed arbitrarily, and the multi-scroll chaotic attractors can be located anywhere and cover any chosen area of the phase plane. The circuitry implementation for generating 1D n-scroll, 2D nxm-grid scroll chaotic attractors with linear second-order systems and hysteresis function series is given. And the oscilloscope illustrated waveforms which included as many as 9x9=81 scrolls chaotic attractor are presented. The experimental results confirmed the theoretical analysis very well and validated the effectiveness as well as the feasibility of the proposed multi-scroll chaos generation schemes. This research may find potential engineering applications in areas such as digital coding and image processing, etc.

Ce mémoire résume mes travaux dans 3 domaines reliés au "chaos quantique". J'y aborde tout d'abord les questions de répartition spatiale des fonctions propres de systèmes quantiques classiquement chaotiques. Dans une seconde partie, je résume mes travaux sur la distribution des résonances pour les systèmes de diffusion dont l'ensemble des trajectoires captées est fractal, et supporte une dynamique chaotique. Enfin, je mentionne des résultats obtenus sur les transformations chaotiques bruitées: l'étude du spectre, et de la relaxation vers l'équilibre de tels systèmes.

La méthode des éléments finis stochastiques (MEFS) a été développée pour modéliser l'aléa sous la forme de variables aléatoires de type quelconque dans le cadre de la mécanique linéaire élastique. Elle consiste à écrire les composantes de la réponse aléatoire du système sous la forme d'une série polynomiale de variables aléatoires (baptisée chaos polynomial), dont les coefficients sont obtenus par une méthode de type Galerkin. Le champ d'application de cette méthode étant limité, de nouvelles méthodes, dites non intrusives, permettant le calcul du développement de la réponse dans la base du chaos polynomial ont été recherchées.<br />Les méthodes MEFS et non intrusive ont été testées et comparées sur des exemples de mécanique élastique linéaire. Enfin les approches non intrusives ont été utilisées dans un cas de mécanique de la rupture non linéaire.

Dans cette thèse nous avons utilisé les outils du calcul stochastique pour<br />obtenir l'existence et l'unicité de la solution d'un système d'équations aux<br />dérivées partielles non linéaire dont l'origine remonte à l'étude des modèles de particules collantes.<br />Premièrement, on construit deux diffusions dirigées par des browniens indépendants issues de points différents mais dont la dérive est la même fonction qui combine les deux densités de l'une et l'autre diffusions. On montre que le bonne combinaison de la densité et de la vitesse des particules est solution d'un système d'équations aux dérivées partielles appelé système de gaz sans pression avec viscosité.<br />Deuxièmement, On reprend la problématique d'un article de Sheu sur les densités de transition d'une diffusion non dégénéré, on aboutit à une meilleure précision sur les constantes apparaissant dans l'estimation de Sheu.<br />Finalement, on généralise le système de gaz sans pression déjà étudié par A. Dermoune en 2003, en remplaçant le laplacien par un opérateur plus générale. Alors on montre: l'existence d'une solution faible pour une équation différentielles stochastique non linéaire, identification de la dérive et l'unicité de la solution.

Pour une exploitation technologique possible en ingénierie électromécanique, nous considérons dans cette thèse l'étude dynamique et la synchronisation des dispositifs électromécaniques non-linéaires décrits par le système couplé constitué de l'oscillateur électrique de Duffing couplé magnétiquement et paramètriquement aux oscillateurs mécaniques linéaires en série et en parallèle. L'intérêt porté sur ces dispositifs électromécaniques revêt un caractère technologique indéniable, dû à sa présence dans plusieurs branches de l'ingénierie électromécanique. Nous étudions le comportement de ces dispositifs à travers les études analytique et numérique, et montrons que les phénomènes non-linéaires tels que: les phénomènes de résonances, d'anti-résonances, d'hystérésis et de multi-stabilité, les oscillations sous et super harmoniques, et le chaos peuvent être utilisé pour améliorer les perfectionnements à des taches industrielles. Le problème de synchronisation des états régulier et chaotique de ces dispositifs est aussi d'un grand intérêt pour des applications en ingénierie électromécanique.

Les microlasers à base de polymères peuvent constituer un apport précieux pour le renouvellement des technologies et des fonctionnalités respectivement en amont et en aval de la photonique intégrée. Leur relative facilité de fabrication, leur compatibilité avec d'autres technologies (telle que celle des semi-conducteurs inorganiques), leur flexibilité structurelle à différentes échelles, de la molécules au sous-sytème, permettant d'élaborer plusieurs types d'émetteurs selon une grande diversité de cahiers des charges, ainsi que le faible indice de réfraction des matériaux qui facilite l'émission laser, prédestinent ces microlasers organiques à des applications potentielles allant des télécommunications optiques à la microdétection. Dans le présent travail, nous rapportons les résultats obtenus concernant la fabrication et la caractérisation des propriétés d'émission spectrales et spatiales de ces microlasers. La géométrie des cavités joue un rôle crucial dans ces dernières. Nous avons analysé quelques géométries standard telles que celle des polygones réguliers et avons identifié celles qui sont susceptibles d'exploitation dans la pratique. Nous avons ainsi étudié l'influence de la qualité de gravure sur des microlasers carrés dont la courbure des coins est contrôlée. Ces travaux nous ont permis de mettre en évidence la robustesse des résonances dans ce type de cavité et de préciser le rôle des coins sur le couplage externe. Une configuration assez originale a été proposée pour réaliser un microlaser unidirectionnel, combinant deux types de perturbation du disque : une déformation externe (en jouant sur la forme du contour) et une déformation interne (par introduction d'une ou plusieurs vacances circulaires). Cette étude a bénéficié de simulations numériques avec une modèle de rayons qui s'est révélé très prédictif et en bon accord avec les résultats expérimentaux. Quelques caractéristiques ayant trait plus spécifiquement à l'effet laser dans ces microrésonateurs organiques ont été également observées.

We have designed the Standard Map Machine(SMM) as an answer to the intensive computational requirements involved in the study of chaotic behavior in nonlinear systems. The high-speed and high-precision performance of this computer is due to its simple architecture specialized to the numerical computations required of nonlinear systems. In this report, we discuss the design and implementation of this special-purpose machine.

For the last twenty years, several assumptions have been expressed in the fields of information processing, neurophysiology and cognitive sciences. First, neural networks and their dynamical behaviors in terms of attractors is the natural way adopted by the brain to encode information. Any information item to be stored in the neural network should be coded in some way or another in one of the dynamical attractors of the brain, and retrieved by stimulating the network to trap its dynamics in the desired item’s basin of attraction. The second view shared by neural network researchers is to base the learning of the synaptic matrix on a local Hebbian mechanism. The third assumption is the presence of chaos and the benefit gained by its presence. Chaos, although very simply produced, inherently possesses an infinite amount of cyclic regimes that can be exploited for coding information. Moreover, the network randomly wanders around these unstable regimes in a spontaneous way, thus rapidly proposing alternative responses to external stimuli, and being easily able to switch from one of these potential attractors to another in response to any incoming stimulus. Finally, since their introduction sixty years ago, cell assemblies have proved to be a powerful paradigm for brain information processing. After their introduction in artificial intelligence, cell assemblies became commonly used in computational neuroscience as a neural substrate for content addressable memories. Based on these assumptions, this thesis provides a computer model of neural network simulation of a brain-like memory. It first shows experimentally that the more information is to be stored in robust cyclic attractors, the more chaos appears as a regime in the background, erratically itinerating among brief appearances of these attractors. Chaos does not appear to be the cause, but the consequence of the learning. However, it appears as an helpful consequence that widens the network’s encoding capacity. To learn the information to be stored, two supervised iterative Hebbian learning algorithm are proposed. One leaves the semantics of the attractors to be associated with the feeding data unprescribed, while the other defines it a priori. Both algorithms show good results, even though the first one is more robust and has a greater storing capacity. Using these promising results, a biologically plausible alternative to these algorithms is proposed using cell assemblies as substrate for information. Even though this is not new, the mechanisms underlying their formation are poorly understood and, so far, there are no biologically plausible algorithms that can explain how external stimuli can be online stored in cell assemblies. This thesis provide such a solution combining a fast Hebbian/anti-Hebbian learning of the network's recurrent connections for the creation of new cell assemblies, and a slower feedback signal which stabilizes the cell assemblies by learning the feed forward input connections. This last mechanism is inspired by the retroaxonal hypothesis.

This paper explores the interrelationships among corporate culture, capital structure, firm performance, and fiduciary duties. Chaos theory, nonlinear dynamics, complex systems theory, and socio-cultural studies of firms’ organizational ecosystems, and enabling infrastructure suggest that the BCE rule is: (i) a superior fiduciary principle to shareholder primacy; and (ii) more likely to enhance firm value in proportion to the importance of intangible assets in its production process. The existence of “epistatic costs” rooted in the non-linear negative feedback effects of perverse agency theory-driven cost cutting is hypothesized. A theoretical model is developed to empirically test for the existence of epistatic costs and optimal levels of organizational tension or “slack.” Broader implications of the model for fiduciary rules, financing decisions, and the current posture of Canadian securities regulation in the takeover context are explored.

This paper explores the interrelationships among corporate culture, capital structure, firm performance, and fiduciary duties. Chaos theory, nonlinear dynamics, complex systems theory, and socio-cultural studies of firms’ organizational ecosystems, and enabling infrastructure suggest that the BCE rule is: (i) a superior fiduciary principle to shareholder primacy; and (ii) more likely to enhance firm value in proportion to the importance of intangible assets in its production process. The existence of “epistatic costs” rooted in the non-linear negative feedback effects of perverse agency theory-driven cost cutting is hypothesized. A theoretical model is developed to empirically test for the existence of epistatic costs and optimal levels of organizational tension or “slack.” Broader implications of the model for fiduciary rules, financing decisions, and the current posture of Canadian securities regulation in the takeover context are explored.