前言

20世纪是人类历史上的伟大世纪。1900年,希尔伯特在巴黎召开的第二届世界数学家大会上的著名演讲中提出了23个数学难题,这是牛顿-欧几里得经典体系的最后的历史宣战。20世纪的开端迎来了世界物理学新体系的黎明,爱因斯坦于1905年和1916年提出来的相对论,以及波尔等人在20世纪30年代完成的量子力学证明,让人类对宇宙的认知进入了新的时期;1931年哥德尔提出了以他的名字命名的哥德尔定理,这是人类认识自然世界的历程中伟大的里程碑。之后电子计算机、DNA等人类历史上的重大发明和发现逐一出现,并且多数发生在20世纪上半叶,20世纪下半叶虽然成就辉煌,但是逊色于20世纪上半叶,因为20世纪上半叶的成就是生根破土,下半叶的成就是开花结果。相信人类已经进入的21世纪也必定硕果累累。也许,基础成就可能略逊一筹,但是历史成果将惊天动地。

笔者从事电子科学与技术,态度忠诚、勤奋、执着、坚守、不为他动乃至终生,最终发现电子科学技术的最高境界就是非线性电子技术,电子科学技术中模拟电子科学技术发展到非线性阶段,完成了一个多世纪发展的完整周期,电子科学技术不会停步,但是它的生命周期已经完整,就像完工的航船,它的发展不是航船的建设而是航船的航行问题,因为它已经驶入深海。从电子科学技术课程体系来看,模拟电子技术的主干是电磁学——电路基础(电路分析)——基础模拟电子学——通信电子学(曾用名为高频电子学、非线性电子学等)——非线性电子学。至此,电子学的发展画上了句号。这里要说明的是,混沌电子学的范畴应该包括数字混沌电子学内容,笔者对此并不持有反对态度,但是作为学科范畴的划分,这一部分不在混沌电子学的主干线上。

本课题组非线性研究先以科学前沿研究为出发点,之后才开设研究生课程,包括硕士研究生与博士研究生的课程,并扩展到本科生的毕业论文与毕业设计指导。近年来,随着非线性科学内容介绍到中学课本(见参考文献[1])中,已经出现了中学生了解非线性科学成果的需求。在高职高专学校,也有部分专业的教师与学生介入到了混沌电路的科技创新中。截至目前,科学技术领域发表了大量的、类型繁多的混沌电路论文与技术报告,同时许多初涉本领域的科技工作者迫切需要一本比较全面介绍混沌电路汇编的书。笔者认为,出版一本资料型混沌电路书的时机已经到来,本书就是在这样的背景下编写出来的。

本书的写作目的,是向读者提供一本手册式的混沌电路汇编书籍,不奢求阐述深刻,但追求核心内容丰富与讲解深入浅出,使读者不必具有较深的专业基础就能得到颇为意外的收获,将深奥的混沌电路知识在相对轻松的阅读过程中得以掌握。要求读者具有理工科基础电工学知识即可,甚至有些高中生也能够读懂本书的所有内容。对于专业工作者,本书提供手册式的混沌电路汇编,特别适合混沌电路实验工作者使用。本书内容还试图向高职高专学校渗透,提供一本适合高职高专教师专用的书籍。

本书内容主要包含国内外混沌电路设计的成果,在国内与国外成果选取中,国内所占比例较大,在国内成果选取中本书作者所在团队成果选取比例较大,突出了三个团队科研人员的研究成果,分别是鲁南经贸学院(原山东外国语职业学院)信息工程学院、兰州大学信息科学与工程学院电路与系统研究所、西北师范大学物理与电子科学学院及其毕业后继承这一方向的科研人员,另外,为了使得本书内容更加具有广泛性,适当收集了国内外学者的一些重要成果,对于他们的工作,我们表示深深的谢意。

参加本书中所介绍的项目研究工作的人员有兰州大学教师杜桂芳、李守亮、林宇等,研究生徐冬亮、朱雪峰、舒秀发、齐春亮、王兆滨(博士)、陈昱莅(博士)等,本科生李生华、王绍伟、张志强、邓玉华等;西北师范大学教师杨志民(教授)、马胜前(教授),研究生张洁、闫绍辉、吕恩胜、裴东、张媛等;山东外国语职业技术大学的杜琳(副教授)、许崇芳(副教授)、孙洪涛(博士)、高岩、秦玉娇等。

本书基于的本课题组成果有专著3部,SCI、EI、CSCD、CSSCI等论文30余篇,发明与实用新型专利50余项,省级科研立项2项,省市级科学技术成果及奖励多项,“非线性(混沌)电路试验箱”产品已经开始推广使用,指导十余项硕士与博士学位论文及约二百项本科生毕业论文与毕业设计报告,指导数名高中生的社会实践活动。这些成果是构成本书结构的砖瓦与基石。

笔者在决定编写本书时已经七十多岁了。从事混沌电路教学、科研、科普工作的十八年,正是国际政治风云变幻、科学技术波澜壮阔的时代,笔者直接接触或深度接受本领域国际国内一流科学家的思想与方法,职业生涯涉及指导博士生、硕士生、本科生、专科生到中小学生的各种学生与相关人员,深知他们的思想状况,也认真地观察过欧美国家的本领域核心人物的思想方法,结合笔者终生从事的电子学电路的教学、科研、工程、科普等专业,虽一开始无意于将本书编写成高大上的著作,也仅仅是编写一本资料性的混沌电路工程工具书,但是,越编写越是觉得有必要基于非主流混沌电路编写一本混沌著作,笔者的良心使命感紧紧地联系这一观点,投入的精力与心血超过了本书的题目《混沌电路工程》。笔者目睹人类历史上最为壮丽的画卷,在这样的背景下偶然地被“卷入”到混沌电路的教学、科研、科普工作中,自我感觉非常幸运,愿意与读者共享这一特殊的成果。

本书由兰州大学张新国、刘冀钊,河西学院熊丽、兰州大学马义德撰稿。刘冀钊执笔第2章2.2节、2.3节、2.5节、2.9~2.11节与第5章;熊丽执笔第2章2.4节、2.6节、2.7节、2.8节、2.12节、2.13节与第3章;马义德执笔第2章2.1节、第4章与附录;其余部分由张新国执笔。本书受到兰州大学科研启动金、复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室开放课题(the Open Project of State Key Laboratory of ASIC&System)(课题编号:2018KF001)和国家自然科学基金(编号:62061014)的鼎力资助与支持。

张新国

2020年12月