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关于“分维”

 zyy_9999 2012-05-09

关于“分维”


    在欧氏空间中,人们习惯把空间看成是三维的,平面或球面看成是二维的,而把直线或曲线看成是一维的,认为点是零维的。还可以引入高维空间,但通常人们习惯于整数维数。 

    而分形理论把维数视为分数。既然线是一维的,面是二维的,那么一根锯齿形的直线又如何呢?在分形领域,一根锯齿形的直线维数位于1和2之间。分维的概念我们可以这样建立起来:我们首先画一个线段、正方形和立方体,它们的边长都是1,再将它们的边长二等分,此时,原图的线段缩小为原来的1/2,而将原图等分为若干个相似的图形。其线段、正方形、立方体分别被等分为:个相似的子图形,其中的指数1、2、3,正好等于与原图相应的经验维数。一般说来,如果某图形是由把原图缩小为1/a的相似的b各图形所组成,则有

 

 

的关系成立。其指数D称为相似性维数,D可以是整数,也可以是分数。 

    一个典型的图形是“科赫雪花曲线”(图7—1—2)。这是1904年瑞典数学家科赫(H.V.Koch)创造的。这个图形的出发点是一个等边三角形,然后在每条边上插人另外一个等边三角形,其边长是原等边三角形的1/3,这样就得到一个六边形,如此重复下去,就形成了“科赫雪花曲线”,这个过程是无止境的,是传统几何学无法描述的,当时被称为“数学怪物”。可知科赫雪花曲线是由把全体缩小成1/3时4个相似形构成的,所以根据上式,科赫雪花曲线的相似性维数可表示为

 

 

    它是一个非整数值,这是因为科赫雪花曲线,其整体是一条无限长的线折叠而成的。维数和测量有着密切的关系。显然,用小直线段量,其结果是无穷大;而用平面去量,其结果是0(此曲线中不包含平面)。那么只有找一个与科赫雪花曲线维数相同的尺子量它才会得到有限值,而这个维数显然大于1、小于2,那么只能是小数了。而这个非整数值维数,恰好定量地表现了科赫雪花曲线的复杂程度。说明分形的复杂程度可用非整数维去定量化。

 

 

图7—1—2科赫雪花曲线

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