从19世纪而来,数学的分形世界

从19世纪而来,数学的分形世界

首页休闲益智分形英雄更新时间:2024-08-03

有趣的数学|分型世界

你能在很多地方找到它,在医学研究的最前沿,在电影里,在遍布全世界的无线通讯中,自然中最大的造物之谜,终于被揭开。

它有一幅你可能平生从未闻过的奇艺形态,但在我们身边,它无处不在。这个参差不齐,不断重复的形态,被称为分形。

分形出现在我们的心脏中,肾脏中,血管中,花朵中,植物里,大气系统,心脏的跳动……这些生活中非常基本的现象。

使那些看不到的原形毕现,发现混乱无序中的秩序,它能帮我们揭开怎样的秘密?

自相似性

分形的奥秘似乎一直在躲避我们直到那一刻曼德尔布罗特站出来说:这才是事物的本原,你应该这样理解它们。当你看一个曲面时,你会看到复杂的形态,它看上去根本不是数学对象。曼德尔布罗特说:不要去想你看到的是什么,而是想,它是怎么产生的。

它表现出了无休止的重复,表现出关于分形对象的一个明确的特征,数学家称之为自相似性。主要想法是当你缩小和放大时,事物看上去总是相同的。

如果你从一个尺度看一个物体,然后你取其中一小段,放大去看它,它看上去非常相似。

曼德尔布罗特集

F(z)=z^2 C

分形整体看上去恰恰像它的一个部分,而这一部分又和它的更小的部分相似,这种相似的模式被始终保持着。

数学上的“集合怪物”之谜

十九世纪末,数学家们已经给出了正式描述,解释曲线是什么。但在这个描述中,还包含了其他的对象,这些另类虽然满足曲线的正式定义,但怪异的是,你绝不可能画出它们,所以它们被看做怪物。

德国数学家的康托创造了这样一个图形:

他仅从一个直线出发,然后把直线分成三段,然后把中间一段去掉,那么在两端各剩下一个线段。现在对这两个线段,再分别去掉中间的三分之一,然后不停重复。

大多数人会认为,这最后会什么也不剩下。其实不是,相反,它会生成无穷个点。而当你放大康托集,会发现图案是相同的。

另一个奇怪的图形,由瑞典数学家科赫提出:

从一个等边三角形出发,在每一边,用两条线代替。从那些小段再用两条线代替,不断重复。

这样的曲线,是无限长的。

如何计算海岸线

如果用不同的码尺测量,你会得到不同的答案。

曼德尔布罗特认为,从几何上看,海岸线就是一个分形,尽管他知道无法测量出他的长度,但是可以测量出其他的特征:粗糙度。要做到这个,我们需要重新看一个概念:维度。

电影特效

来自《星战前传3:西斯的复仇》的关键时刻,我们的两位英雄跑出来,岩浆喷洒而出,熔岩溅落在机械臂上。

这里的特效实际上用的是三维模型,本质上是用的一个喷射,向上对空气射出熔岩。

这看上去有点枯燥,它粗略的沿着正确的路线在动,但移动过程中没有视觉上的享受。

让我们看下一步,当我对它添加了分形旋动后,这里产生了分形。

我们用同样的旋动模式,缩小它,然后再次使用。

然后再次缩小它,再应用。

就这样,就这样一个状态,一层层重叠,从而制造出这大团的火山熔岩流。

它还在很多地方有所应用。如多频率信号,心脏的节律,眼球视野,癌症诊断,一棵树评估整个森林等等。魔法君再次就不一一介绍了,有兴趣的小伙伴可以进行更深的了解。

(部分图片来自网络)

查看全文
大家还看了
也许喜欢
更多游戏

Copyright © 2024 妖气游戏网 www.17u1u.com All Rights Reserved