分形科普—Fractal
fractals指标
fractals指标
Fractals（分形）指标是基于自相似性的技术分析指标，该指标最初由物理学家Mandelbrot在20世纪70年代初提出。
分形是指一种迭代生成的几何形状，该形状具有类似的结构，即整个形状的一部分与整
个形状的其余部分相似。
与其他技术指标不同，分形指标基于价格和
时间的相似性，可帮助交易员确定趋势，预测价格变动和支持/阻力水平。
Fractals指标通过画出极值点来标识趋势，同时提供支持和阻力水平。
极值点是市场价格活动中的最高价和最低价，两者在当前市场条件下
具有更高或更低的水平，被视为支持或阻力区域。
当市场价格达到支
持或阻力区域时，它们可能变得反弹或突破。
因此，交易员可以根据
这些水平点设置止损或获利目标来管理他们的风险和回报。
另外，Fractals指标也可用于识别市场趋势。
当价格在低极值点之间
跌破高极值点时，可以判断市场处于下降趋势。
相反，当价格在高极
值点之间升过低极值点时，可以判断市场处于上升趋势。
此外，Fractals指标还可以通过颜色变化来标识趋势。
通常，绿色分形表示
下跌趋势，黄色分形表示平稳市场，而红色分形表示上升趋势。
总的来说，Fractals指标是一种简单但有效的技术指标，可帮助交易
员确定趋势和支持/阻力水平。
然而，在使用指标时需要注意到其局限性。
由于该指标是基于历史数据生成的，因此必须在市场实际情况下进行验证。
此外，由于市场价格的复杂性，Fractals指标可能无法适应所有市场情况，因此建议将其与其他技术指标一起使用以增强交易决策的准确性。
分形理论（fractal
分形理论（fractal theory）分形理论是当今世界⼗分风靡和活跃的新理论、新学科。
分形的概念是美籍数学家曼德布罗特(B.B.Mandelbort)⾸先提出的。
1967年他在美国权威的《科学》杂志上发表了题为《英国的海岸线有多长?》的著名论⽂。
海岸线作为曲线,其特征是极不规则、极不光滑的,呈现极其蜿蜒复杂的变化。
我们不能从形状和结构上区分这部分海岸与那部分海岸有什么本质的不同,这种⼏乎同样程度的不规则性和复杂性,说明海岸线在形貌上是⾃相似的,也就是局部形态和整体形态的相似。
在没有建筑物或其他东西作为参照物时,在空中拍摄的100公⾥长的海岸线与放⼤了的10公⾥长海岸线的两张照⽚,看上去会⼗分相似。
事实上,具有⾃相似性的形态⼴泛存在于⾃然界中,如:连绵的⼭川、飘浮的云朵、岩⽯的断裂⼝、布朗粒⼦运动的轨迹、树冠、花菜、⼤脑⽪层……曼德布罗特把这些部分与整体以某种⽅式相似的形体称为分形(fractal)。
1975年,他创⽴了分形⼏何学(fractalgeometry)。
在此基础上,形成了研究分形性质及其应⽤的科学,称为分形理论(fractaltheory)。
⼤⾃然的⼏何学的分形（Fractal）理论是现代数学的⼀个新分⽀，但其本质却是⼀种新的世界观和⽅法论。
它与动⼒系统的混沌理论交叉结合，相辅相成。
它承认世界的局部可能在⼀定条件下。
过程中，在某⼀⽅⾯（形态，结构，信息，功能，时间，能量等）表现出与整体的相似性，它承认空间维数的变化既可以是离散的也可以是连续的，因⽽拓展了视野。
⾃相似原则和迭代⽣成原则是分形理论的重要原则。
它表征分形在通常的⼏何变换下具有不变性,即标度⽆关性。
由⾃相似性是从不同尺度的对称出发,也就意味着递归。
分形形体中的⾃相似性可以是完全相同,也可以是统计意义上的相似。
标准的⾃相似分形是数学上的抽象,迭代⽣成⽆限精细的结构,如科契(Koch)雪花曲线、谢尔宾斯基(Sierpinski)地毯曲线等。
分形理论及其应用
X 1 ： ( x1，x2，，xm )
X X
2 3
：
(
x
，
2
x
3，，
x
m
1
)
：
(
x
，
3
x
4，，
x
m
2
)
X
4
：
(
x
，
4
x5，，
x
m
3
)
把相点X1，X2，…，Xi，…，依次连起来就是一 条轨线。因为点与点之间的距空间共生成
个相点X1，X2，…，XN，给定一个数r，检查有 多少点对(Xi，Xj)之间的距离|Xi-Xj|小于r，把距离 小于r的点对数占总点对数N2的比例记作C(r)，
•分形理论及其应用
Cantor集合 ，考虑多重分形，把同样的均匀质量棒
从其左端3/5处一分为二，然后把左段压缩为长度
r1=1/4，其质量P1=3/5，而右段保持原长度r2=2/5，其
质量P2=2/5；第二步按着上述的比例对两段分别进行
同样的变换就得到4段，左两段的长度分别为 r12 r1r2
质量分别为 P12 ，P1 P2 ，右两段的长度分别为 ， r2 r1 r22 ，
质量分别为
， P2 P1
P
2 2
；如此操作下去就会得到一个不
均匀的Cantor集合。在这个集合中分布着众多长宽相
同的线条集合，它们构成单分形子集合。对每一个
单分形子集合，其标度指数为α，分维为f(α)。
•分形理论及其应用
最后每段线条的质量相当于二项式 (P1 P2)n展开中的
一项， n。因此可以用P1的q阶矩 Piq 取代单分形 i
分形理论概述范文
分形理论概述范文
分形（fractal）是一种多尺度的普遍几何结构，可以在物理、化学、生物学等多个学科中发现。
它的定义是“在一定范围内具有相同结构的几
何结构”。
它以极好的逼真度表示自然界的复杂结构，并具有丰富而细腻
的结构。
分形理论是一种解释复杂性和自相似性的抽象理论。
它以上帝视角试
图诠释宇宙的样式和结构，以更深层次的视角来描述自然界的秩序和复杂性，并且可以揭示宇宙的发展规律。
它为解释自然界的许多复杂问题提供
了一个新的途径和方法，从而促进了一系列学科教育、学习、研究和应用
的发展。
分形理论的主要内容主要由三部分组成，分别是：(1)分形几何学，
它探索和研究的是自然界中可以表示为无限复杂结构的几何形状。
(2)分
形演化论，它试图探讨宇宙中各种复杂系统的演化机理。
(3)分形分析理论，它研究多尺度系统的结构，并认为复杂系统在不同尺度上都具有相同
的基本结构。
分形理论的基本概念是复杂性和自相似性，也就是说，复杂的系统在
不同尺度上具有相同的性质。
它采用多尺度的视角来描述宇宙中的系统，
试图把宇宙的复杂性抽象化，以更深层次的视角来描述宇宙的秩序和复杂性。
分形理论的详细介绍
（三）标度不变性
所谓标度不变性，是指在分形上任选一局部区域，
对它进行放大，这时得到的放大图形又会显示出原图的 形态特性。因此,对于分形，不论将其放大或缩小，它 的形态、复杂程度、不规则性等各种特点均不会变化。 所以标度不变性又称为伸缩对称性。通俗一点说，如果 用放大镜来观察一个分形，不管放大倍数如何变化，看 到的情形是一样的，从观察到的图象，无法判断所用放 大镜的倍数。 所以具有自相似特性的物体（系统），必定满足标 度不变性，或者说这类物体设有特性长度。上面介绍的 koch曲线是具有严格的自相似性的有规分形，无论将它 放大与缩小多少倍，它的基本几何特性都保持不变，很 显然，它具有标度不变性。 因此,可以看到,自相似性与标度不变性是密切相关 的。自相似性和标度不变性是分形的两个重要特性。
对于“特征长度”这一名词，作一简单的说明， 自然界存在的所有物体的形状和人类迄今所考虑的一 切图形，大致可分为如下两种：具有特征长度的图形 和不具有特征长度的图形。对于特征长度，并没有严 格的定义，一般认为能代表物体的几何特征的长度， 就称之为该物体的特征长度。如一个球的半径、正方 体的边长、人的身高、汽车的长度，这些都是各个物 体的特征长度，它们很好地反映了这些物体的几何特 征。对具有特征长度的物体的形状，对它们即使稍加 简化，但只要其特征长度不变，其几何性质也不会有 太大的变化。如竖起一个代替人的、与人具有相同高 度的圆柱，那么从远处去看，也不会有太大的差错； 如果再精细一点，以小圆柱代替手和腿，以矩形代替 身躯，以球代替头，那么就会很像人了。换句话说， 关于这类物体,可以用几何学上熟知的矩形体、圆柱、
图1.1 布达拉宫中藏族壁画中的云的形状
图1.2 日本传统绘画中对海浪的描述
图1.3 山脉的复杂形态
fractal and fractional 水平 -回复
fractal and fractional 水平-回复问题，并提供相关的解释和例子。
[fractal and fractional 水平]是什么意思？这两个概念之间有什么联系和区别？在数学中，"fractal"（分形）是指一类具有自相似性的几何图形，而"fractional"（分数）则是指数的一种表示形式，用于表示一个数量的部分或比例。
尽管这两个术语听起来相似，但它们描述的是不同的概念。
本文将一步一步解答这些问题。
首先，我们来探讨一下"fractal"（分形）的概念。
分形是一类几何图形，它们在不同的尺度上具有相似性。
也就是说，当我们对这些图形进行放大或缩小时，总是可以发现自相似的结构。
分形图形通常都非常复杂且具有模式重复的特点。
一个著名的分形是Mandelbrot集合，它是一个由复数构成的集合。
Mandelbrot集合的特点是，当我们对其中的每个点进行迭代计算，并根据计算结果确定该点的颜色时，会产生丰富且复杂的图案。
不管我们选择放大哪个部分，我们总是可以看到类似的图案出现。
另一个著名的分形是科赫曲线（Koch curve），它是一个由连续线段组成的图形。
科赫曲线的生成过程非常简单：我们从一个等边三角形开始，然后将每条边分成三等份，并在中间一段上加上一个等边三角形。
这样的过程可以一直进行下去，生成越来越复杂的图案。
与分形相关的一个重要概念是分形维度（fractal dimension）。
分形维度是一个描述分形图形复杂程度的指标。
与传统的欧几里得维度（integer dimension）不同，分形维度可以是一个非整数，甚至是一个分数。
这是因为分形具有自相似性，可以在多个尺度上进行测量。
接下来，我们来讨论一下"fractional"（分数）的概念。
分数是用来表示部分或比例的数学概念。
它是将一个量分成若干等分的表示方法。
分数由两个整数构成，分子（numerator）和分母（denominator），用斜杠（/）来表示。
分形简介
分形的发展
波瑞(Perrir)在1913年对布朗运动的 轨迹图进行了深入的研究，明确指出 布朗运动作为运动曲线不具有导数。 他
分形的发展
在此期间，维数理论得到了进一步发展并日臻 成熟.Bouligand于1928年引入了Bouligand 维数，Poutrjagin与Schnirelman于1932年引 入覆盖维数，Kolmogorov与Tikomirov干 1959年引入摘维数.
分形的发展
在此期间，Levy在下面两个方面的工作极为重要 一其一，他第一个系统地研究了自相似集，我们现 今研究的许多自相似集的性质可追溯到他的工作. 其二，他建立了分式布朗运动的理论，实际上，他 是随机分形理论系统研究的最重要的先驱者之一
分形的发展
曼德尔布罗特于1977年以《分形：形、机遇和维 数》发表了他的划时代的专著，第一次系统性的 阐述了分形几何的思想内容、意义和方法。 此专著的发表标志着分形几何作为一个独立的学 科正式诞生，从而把分形理论推进到一个更为迅 猛发展的新阶段
分形简介
目录
序言
分形的发展
分形维度
分形理论的应用
序言
一切的一切都要从
海岸线的长度 说起
序言
序言
序言
“你要了解大千世界的奥秘，首先需要懂得
它的语言，它的语言是用数学、三角形、圆 及其他几何图形所书写的。你若不掌握这种 语言，你就什么也不会知道，你只能在黑暗 的迷宫中徘徊。” ——《哲学原理》，伽利略
序言
“云团不是球，山岳不是锥 体，海岸线不是圆，树皮不 是光滑的，闪电也不是沿直 线传播。 ——曼德尔布罗特
分形的发展
“分形”(fractal)一词由美籍法国数学家曼德尔布 罗特(Benoit B.mandelbrot)教授在1975年首次提 出，其源于拉丁文fractus，原意为“分数的，不 规则的，破碎的”。
分形(fractal)方法
分形(fractal)方法分形(fractal)方法是一种数学和计算机科学中常用的分析和模拟方法。
它通过重复应用一些简单的规则，构建出复杂的结构。
分形方法的优点在于可以表达自然界中的许多复杂现象，并且能够以较简洁的方式进行描述和计算。
分形方法最早由法国数学家勒让德在20世纪初提出。
勒让德研究了一种称为科赫曲线的分形图形，它通过将线段分成三等分，并在中间的一段上构造一个等边三角形，然后重复这个过程。
通过不断重复这个过程，可以得到越来越接近科赫曲线的图形。
这个过程可以无限地进行下去，因为每次分割都会产生越来越多的线段。
科赫曲线是分形方法的一个经典例子，它展示了分形的重复性和自相似性。
自相似性是指分形图形的一部分和整体之间存在相似的结构。
科赫曲线的每一段都和整条曲线具有相似的形状，这种特性使得分形图形具有无限的细节和复杂性。
除了科赫曲线，分形方法还可以用来构造其他各种形状和图案。
例如，分形树是通过将一条线段分成若干部分，并在每个部分上再生长出一条线段，通过不断重复这个过程，可以得到树状的分形图形。
分形树可以模拟自然界中树木的分枝结构。
分形方法还可以应用于图像压缩和信号处理等领域。
通过分析图像或信号的分形特性，可以将其压缩为较小的文件大小，并且能够保留原始数据的重要信息。
这种方法在计算机图像处理和通信领域有着广泛的应用。
分形方法的研究不仅仅局限于数学和计算机科学领域，它还对其他学科的研究产生了很大的影响。
例如，在物理学中，分形方法可以用来研究复杂结构的形成和演化规律。
在生物学中，分形方法可以用来模拟生物体的形态和生长过程。
在经济学中，分形方法可以用来分析金融市场的波动性和不确定性。
分形方法是一种强大而灵活的分析和模拟工具。
它通过简单的规则和重复的过程，可以构建出复杂的结构，并且能够准确地描述和计算自然界中的复杂现象。
分形方法的应用范围广泛，不仅仅局限于数学和计算机科学领域，还对其他学科的研究产生了深远的影响。
数学的分形几何
数学的分形几何分形几何是一门独特而迷人的数学领域，它研究的是自相似的结构和形态。
分形几何的概念由波蒂亚·曼德博（Benoit Mandelbrot）在1975年首次提出，之后得到了广泛应用和发展。
本文将介绍分形几何的基本概念和应用领域，旨在帮助读者更好地了解这一令人着迷的学科。
一、分形几何的基本概念分形（fractal）是一种非几何形状，具有自相似的特点。
简单来说，分形就是在各个尺度上都具有相似性的图形。
与传统的几何图形相比，分形图形更加复杂、细致，其形状常常无法用传统的几何方法进行描述。
分形几何的基本概念包括分形维度、分形特征和分形生成等。
1. 分形维度分形维度是分形几何中的重要概念之一。
传统的几何图形维度一般为整数，如直线的维度为1，平面的维度为2，而分形图形的维度可以是非整数。
分形维度能够描述分形的复杂程度和空间占据情况，是衡量分形图形特性的重要指标。
2. 分形特征分形几何的分形特征是指分形图形所具有的一些独特性质。
其中最著名的就是自相似性，即分形图形在不同尺度上具有相似的形态和结构。
此外，分形图形还具有无限的细节，无论放大多少倍都能够找到相似的结构。
3. 分形生成分形图形的生成是分形几何中的关键问题之一。
分形图形可以通过递归、迭代等方式进行生成，比如著名的分形集合——曼德博集合就是通过迭代运算得到的。
分形生成的过程常常需要计算机的辅助，对于不同的分形形状，生成算法也有所不同。
二、分形几何的应用领域分形几何的独特性质使其在许多领域中得到广泛应用。
以下列举了几个典型的应用领域。
1. 自然科学分形几何在自然科学中有着广泛的应用。
例如，分形理论可以用来研究自然界中的地形、云雾形态等。
通过分形几何的方法，我们能够更好地理解和描述自然界的复杂性，揭示出隐藏在表面之下的规律。
2. 经济金融分形几何在经济金融领域也有着重要的应用。
金融市场的价格走势往往具有分形特征，通过分形几何的方法可以更好地预测未来的市场走势和波动。
fractal分型指标
fractal分型指标
Fractal分型指标，也称为分形指标，是一种由Bill Williams发明的技术分析工具。
它用于识别市场中可能的转折点，即高峰或低谷。
以下是关于分型指标的几个关键点：
1. 定义：分型指标是由至少五个连续的柱状图组成，其中中间的柱状图必须是最高的高点或最低的低点。
如果中间柱图最高，两边较低，这通常被视为熊市分型；相反，如果中间柱图最低，两边较高，则被视为牛市分型。
2. 阈值：分形指标中有一个概念叫做“分形阈值”。
当分形指标下穿1.00阈值时，预期市场价格会出现结构性突破，即短期反转向上，这可能是空头平仓并转为做多的信号。
3. 市场应用：分形指标可以帮助交易者发现市场的高峰或低谷，它们通常出现在所有市场和时间范围内，是一种自然且重复出现的模式。
4. 结合使用：分形指标经常与其他技术分析工具一起使用，以提高交易决策的准确性。
例如，它常与比尔·威廉姆斯的另一个指标——鳄鱼指标结合使用。
5. 交易策略：存在一些基于分形指标的交易策略，这些策略利用分形来识别市场的反转点，并为交易者提供宝贵的见解。
总的来说，分型指标是交易者用来分析市场趋势和预测未来价格
变动的有力工具。
通过识别分型模式，交易者可以更好地理解市场动态，并据此制定相应的交易策略。
然而，任何技术分析工具都不是百分之百准确的，因此在使用分型指标时，应结合其他市场信息和分析方法，以形成更全面的交易决策。
学习分形形了解分形形的特点和构造方法
学习分形形了解分形形的特点和构造方法学习分形：了解分形的特点和构造方法分形（fractal）一词由波兰数学家曼德尔布罗特（Benoit Mandelbrot）于1975年引入，用于描述一类自相似的几何图形或物体。
分形具有许多独特的特点，如无穷细节、复杂性、自相似性等。
本文将介绍分形的特点和构造方法。
一、分形的特点1. 无穷细节：分形具有无穷多的细节和复杂性，无论放大或缩小图像，都能够发现新的细节。
这使得分形在数学、自然科学和艺术等领域具有广泛应用。
2. 自相似性：分形是自相似的，即整体的结构与其局部结构相似。
无论是整体还是局部的形状都能够在较小或较大的尺度上找到相似的结构。
这种自相似性是分形的重要特征。
3. 复杂性：分形的复杂性指的是其结构和形态的复杂程度。
相比于传统的几何图形，分形形状更为复杂，无法用简单的几何形状或方程式描述。
4. 维度非整：分形的维度通常是非整数维的，例如，柯赛雪垫（Koch曲线）的维度介于1和2之间。
这种非整数维度是分形与传统几何学的重要区别之一。
5. 噪声与规则性：分形能够通过噪声与规则性的结合来表现出不规则的形态。
分形结构的噪声性质使得其在模拟自然界中的山脉、云朵等不规则物体时非常逼真。
二、分形的构造方法1. 迭代函数系统（IFS）：迭代函数系统是构造分形图形的一种常用方法。
它通过对函数的重复应用来生成自相似结构。
柯赛雪垫和谢尔宾斯基地毯（Sierpinski carpet）都是通过迭代函数系统构造的。
2. 分形树：分形树是用于模拟植物的分枝结构的一种方法。
通过对树干进行重复分支并在每个分支的末端再次生成分支，可以构造出栩栩如生的分形树形结构。
3. 噪声函数：噪声函数是基于随机数生成的分形图形构造方法之一。
通过使用不同频率和振幅的噪声函数叠加，可以产生具有细节丰富的分形图像。
4. 分形几何的数学公式：柯赛雪垫、曼德尔布罗特集合等分形图形可以使用数学公式进行描述和生成。
分形初步认识分形和制作简单的分形形
分形初步认识分形和制作简单的分形形分形：初步认识分形和制作简单的分形形分形（fractal）是指一种具有自相似性质的几何图形或数学模型。
在这些图形或模型中，无论放大多少次，都能够看到与整体形状相似的部分。
分形的研究起源于上世纪60年代，由波尔兹曼首次提出，并由Mandelbrot在上世纪70年代进一步发展和推广。
分形在数学、物理、生物、艺术等领域都有广泛的应用。
一、分形的基本概念和特征分形的核心特征包括自相似性、无穷细节和分形维度。
自相似性指的是一个物体的一部分与整体之间存在相似的结构，而无穷细节则是指分形的结构可以不断被放大，仍然能够展示出更多的细节。
分形维度是描述分形形状复杂程度的重要参数，它可以是非整数维度。
二、常见的分形图形和模型1. 科赫曲线（Kochcurve）：科赫曲线是一种无限细分的闭合曲线，它由无数个相似的小线段组成，每个小线段都与整体曲线形状相似。
制作科赫曲线的方法很简单，首先取一条线段，然后将线段等分为三段，再在中间段上构建一个等边三角形，最后去掉中间那段线段，将剩余的线段作为新的整体，重复以上操作。
2. 曼德勃罗集合（Mandelbrot Set）：曼德勃罗集合是由复变函数产生的一类分形，它可以在复平面上绘制出具有自相似性的图形。
曼德勃罗集合的生成过程非常复杂，一般需要通过计算机程序来绘制。
三、制作简单的分形形状1. 制作分形树：分形树是一种常见的分形图形，它模拟了自然界中的树木形状。
制作分形树的方法很简单，首先绘制一条竖直线段作为树干，然后在树干的两侧分别绘制两条较短的线段，形成树干的两个分支。
再对每个分支递归地应用相同的绘制规则，直到达到预设的层数。
2. 制作谢尔宾斯基三角形（Sierpinski Triangle）：谢尔宾斯基三角形是一种经典的分形形状，它由无数个自相似的小三角形组成。
制作谢尔宾斯基三角形的方法很简单，首先绘制一个大三角形，然后将它分割为四个相似的小三角形，接着去掉中间那个小三角形，再对每个剩余的小三角形递归地应用相同的操作，直到达到预设的层数。
浅谈数学怪物——分形
浅谈数学怪物——分形1 分形理论的产生分形（Fractal）理论是当今世界的新理论、新学科，其概念是美籍数学家曼德布罗特首先提出的.大自然中物体和现象的几何形状普遍具有复杂的不规则性, 传统的欧氏几何学在描述这样的自然现象时显得苍白无力,分形学的产生就是被用来描述这些不规则的欧氏几何无法描述的几何现象和物体的,它的产生使自然景物的描绘成为可能,这也是分形几何得到高度重视的原因之一.在分形理论真正发展起来的这十几年来,其研究倍受重视,分形的理论意义及实用价值深深吸引着人们寻求新规律、新特征存在的可能性.2 分形理论的发展分形理论的发展可以分为三个阶段[1](P114-115)：第一个阶段是从1827年到1925年,在此期间,数学家们构造并且研究了很多奇遇或病态的集合及其图象,还试图对这类集合与经典集合的差别进行了详细分析.1827年,维尔斯特拉斯证明的一种在任意一点都不具有有限或无限的导数的连续函数曾引起了极大的震动,虽然人们认为此函数是极为“病态”的，但人们还是从不同方面推广了它,并且还对这类函数的奇异性质作了深入的研究.1904年，瑞典的数学家科赫通过初等方法构造出了如今称之为科赫曲线的处处不可微的连续曲线,并且还对该曲线的性质加于研究,该曲线改变了连续不可微曲线的构造一定非常复杂的看法,这是第一个认为构造的具有局部与整体相似结构的曲线.1883年,德国数学家康托尔构造了一类不连通的紧集s,s被称为康托尔三分集.在当时,它被认为在传统的研究中是可以忽略的,但现在它在非线性研究中却占有重要的意义.1890年,意大利数学家皮亚诺构造了能够通过某个正方形内所有点的曲线,这种奇怪的曲线曾使人们对以往的长度与面积等概念重新进行认识,并使数学界大吃一惊.在此基础上，1901年,闵可夫斯基引入了闵可夫斯基容度,1919年,豪斯道夫引入了豪斯道夫测度和豪斯道夫维数.总之,在此阶段,人们已经提出了典型的“分形”对象和相关问题,并为研究此类问题提供了最基本的数学工具.第二阶段大致是从1926年到1975年,在此阶段,人们对分形的性质作了深入研究,特别是对维数理论的研究已获得了丰富的成果.这一阶段对第一阶段的思想进行了系统、深入的研究,不仅逐渐使其形成了理论,而且将研究范围扩大到了数学的许多分支之中.庞特里亚金、贝塞克维奇等研究的曲线的维数,分形集的局部性质,分形集的结构以及其在数论、调和分析、几何测度论中的应用,这些都极大地丰富了分形几何理论.列维在这一阶段的工作极为重要,首先,他第一个系统地研究了自相似集,现在研究的许多自相似性都可以追溯到他的工作中;其次,他建立了分数布朗运动的理论,成为随机分形理论系统研究的重要先驱者之一.在这一阶段,绝大部分从事这一领域工作的人还局限于纯的数学理论的研究,而未与其他学科发生联系.在物理、地质、天文学和工程学等学科已产生了大量与分形有关的问题的形势下,这就迫切需要新的思想与有力的工具来处理.曼德布罗特以独特的思想, 研究了海岸线的结构、具有强噪音干扰的电子通讯、月球的表面、地貌几何性质等典型的自然界的分形现象,并取得了一系列令人瞩目的结果.第三阶段是从1976 年至今,这是使分形在各个领域的应用取得全面发展,并使之形成独立学科的阶段.3 分形的特征及有关概念3.1分形的特征通常人们认为分形具有以下几个特征[1](P116):具有精细的结构,也就是说在任意小的尺度下,它总是有复杂的结构;具有不规则性,它的整体与局部不能用传统的几何语言来描述;具有自相似形式,这种自相似可以是近似的或统计意义的;一般地,分形图形在某种意义下的维数大于它的拓扑维数;在大多数情况下,分形图形可以用非常简单的方法产生.3.2有关概念概念一 分形曼德勃罗最先提出的分形[2]（Fractal ）具有不规则、支离破碎等意义.他曾经为分形下过两个定义[1](P116)：（1）满足下式条件()()A A Dim dim > 的集合A ,称为分形集.其中,()A Dim 为集合A 的Hausdoff 维数（或分维数）,()A dim 为其拓扑维数.一般说来,()A Dim 不是整数,而是分数.（2）部分与整体以某种形式相似的形,称为分形.然而,经过理论和应用的检验,人们发现这两个定义很难包括分形如此丰富的内容.实际上,对于什么是分形，到目前为止还不能给出一个确切的定义.但是自然界中有很多分形的例子,例如:羊齿植物、菜花以及许多其他植物,它们的每一分支和嫩枝都与其整体非常相似.大自然中的山、树、云、海岸线也都可以看成是分形.下面给出大家两个分形图形:左图是一棵厥类植物，仔细观察，我们就会发现,它的每一个枝杈都在外形上和整体相同，仅仅是在尺寸上小了一些,而枝杈的枝杈也和整体相同,只是变得更加小了一些.右图是数学家们构造的Kohn （克赫）曲线.概念二 维数为什么说分形是数学中的怪物呢?这是由于它的维数不是人们通常用的整数而是分数.长期以来在欧氏空间中,人们习惯于将点定义为零维,直线定义为一维,平面定义为二维,空间定义为三维,爱因斯坦在相对论中引入时间维,就形成四维时空.但通常人们习惯于整数的维数.分形理论把维数视为分数为了定量地描述客观事物的“非规则”程度.1919年,数学家从测度的角度引入了维数概念,将维数从整数扩大到分数,从而突破了一般拓扑集维数为整数的界限.分形维数,作为分形的定量表征和基本参数,是描述分形的重要参数,能够反映分形的基本特征,但由于侧重面不同,有多种定义和计算方法.常见的有以下几种[3](P44-46):相似维数s D 我们画一个边长都是1的线段、正方形和立方体.将它们的边长二等分,此时,原图的线段长均缩小为原来的12,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12、22和32个相似的子图形,其中的指数321、、,正好等于与图形相应的经验维数.一般说来,如果某图形是由把原图缩小为1a的相似的b 个图形所组成,有:b a s D =,a b D s ln ln =的关系成立,则指数s D 称为相似性维数,s D 可以是整数,也可以是分数.容量维数c D 容量维数是利用相同大小形状的小球或立方体包覆几何对象而定义的维数,由著名苏联数学家科尔莫哥诺夫提出的.设一几何对象s ,若用直径为ε的小球为标准去覆盖s ,所需的小球的最小数量为()εN ,则s 的容量维数为:)1ln()(ln lim 0εεεN D c →=. 豪斯道夫 (Hausdorff)维数H D 设一个整体s 划分为N 个大小和形态完全相同的小图形,每一个小图形的线度是原图形的r 倍,则豪斯道夫维数为:()⎪⎭⎫ ⎝⎛=→r r N D r H 1ln ln lim 0. 计盒维数b D 将用边长为21 的封闭正方盒子覆盖s ,若s 中包含的小方盒数量()n M ,则计盒维数为: ()2ln ln lim n n M D n b ∞→= . 除上述定义的几种分形维数外,还有信息维数、谱维数、模糊维数、拓扑维数、广义维数、微分维数、分配维数、质量维数、填充维数等.4 分形理论的应用分形的应用很广,在各个方面都有其应用,如在数学、物理学、化学、生物科学、地质科学等各个领域都已得到了极为广泛的应用.4.1 在数学中的应用例1[4](P9) 计算Koch 曲线的相似维数：则分别有：1 3ln 4ln =s D 2 232ln 2ln 4ln 8ln 23===s D 3 6ln 18ln =s D 4 4ln 7ln =s D 例2 计算Koch 曲线的容量维数：根据Koch 曲线的构造过程,如右图:第一次线段长度311=ε,只要四段即可覆盖住点集,所以()41=εN ,第二次线段长度912=ε,用十六段才可覆盖住点集,第n 次,n n 31=ε,()n n N 4=ε,因此3ln 4ln 3ln 4ln lim 3ln 4ln lim ===∞→∞→n n D n n n n c . 例3 Cantor 集[4](P2),如右图:取单位长线段[]1,0,三等分然后舍弃中间一段⎪⎭⎫ ⎝⎛32,31,再将剩下两段⎥⎦⎤⎢⎣⎡31,0,⎥⎦⎤⎢⎣⎡1,32分别三等分并舍弃中间的⎪⎭⎫ ⎝⎛92,91和⎪⎭⎫ ⎝⎛98,97两段,在剩下的四段⎥⎦⎤⎢⎣⎡91,0,⎥⎦⎤⎢⎣⎡31,92,⎥⎦⎤⎢⎣⎡97,32,⎥⎦⎤⎢⎣⎡1,98中用同样的办法,每一段都三等分去掉中间一段,如此继续下去直到无穷,最后所得到的点集就称为Cantor 三分集,或简称Cantor 集.在实变函数中介绍它的Hausdorff 维数是3ln 2ln =H D .现在我们来计算一下它的容量维数:根据构造过程,第一次线段长度311=ε,只要两段即可覆盖住点集,所以()21=εN ,第二次线长度2231=ε,用四段可覆盖住点集,第n 次,n n 31=ε,()n n N 2=ε,因此 3ln 2ln 3ln 2ln lim 3ln 2ln lim ===∞→∞→n n D n n n n c . 由它的构造过程我们还可以把它每一步的相似维数求出来,第一步是把原图缩小为31的相似的2个图形,所以3ln 2ln =s D ,…,第n 步是把原图缩小为n 31的相似的n 2个图形,所以 3ln 2ln 3ln 2ln 3ln 2ln ===n n D n n s . 经计算每步的相似维数得出它们都相等并且都是3ln 2ln . 猜想:相似维数用于按一定规律进行有限次的改变而形成的分形中,而容量维数则是用于按一定规律进行无限可列次的改变而形成的分形中,它通常以极限的形式出现.如对同一个图按同一个规律改变,那么每次改变后所得到的分形图形的相似维数与无限可列次的改变后所得到的分形图形的容量维数是相等的.分形将作为一门课程进入高中.其实不知不觉分形几何已进入了我们的考试中:例4[5](P44) 在2002年全国高中数学联赛试题中就有这样一道题：如下图:有一列曲线0P ,1P ,2P ,…,已知0P 所围成的图形是面积为1的等边三角形,(1)k P +是对k P 进行如下操作得到:将k P 的每条边三等分,以每边中间部分的线段为边,向外作等边三角形,再将中间部分的线段去掉()Λ,3,2,1=k .记 n S 为曲线n P 所围成图形的面积.(1)求数列{}n S 的通项公式;(2) 求 n n S ∞→lim .这是一道以分形几何为背景的试题,主要考查的是与数列相关的基础知识,同时考查阅读理解能力,立意新,落点实,体现了研究性学习的深入和数形结合思想的应用.随着考试改革的深化,在试题设计上,更加注重能力立意,强调对学生思维品质、创新能力和学习潜能的考查.而以分形几何为背景的试题,新颖鲜活而有创意,富有时代气息,恰好体现了这方面的要求,因此备受青睐,使“怪物”焕发出亮丽的风采.同时,也让学生感受到分形几何无穷的美学魅力,激发学生对这门新兴学科的学习兴趣.4.2 在物理学中的应用分形学的问世给物理学的研究注入了新的活力,因而分形在物理学中得到了广泛的应用,其中比较成功的应用包括以下方面.在分形凝聚[6](P81-82)方面,人们提出的具有多重分形的受限扩散凝聚(DLA)模型和动力学集团凝聚(KCA)模型;在固体物理方面,用于准晶态的扩散,薄膜的研究,如在气相物理沉淀、非晶态薄膜的晶化、溶液膜中的晶体生长、液体界面上的电解沉淀、气态电解质膜中的电击穿等过程中都可出现分形图样;分形理论已用于纳米半导体薄膜、超导薄膜、各种薄膜生长和超薄金属膜生长的研究之中.用于湍流的研究,分子光谱(分子线谱和分子能量状态具有分形结构),电磁散射(由于粗糙分形表面引起的),材料断裂表面和边界、以及碎块的大小和频度具有分形规律,材料力学行为和材料弹塑性断裂研究;在粒子物理中的应用,高能粒子碰撞中的阵发现象具有分形结构,分形理论用于解释碰撞的机制,为粒子物理打开一个新的领域;在流体粘性指进现象中的应用,粘性指进是指两种具有不同粘性的流体相遇时,在其界面形成的具有分形结构的奇特形状,该形状与受限扩散凝聚(DLA)模型相似;在放电式样研究中的应用、相变分析.超微粒及其聚集体,及其在粒径、熔化、磁性、电导及生长过程中均具有分形特征.有人对超导现象研究后发现,材料微观结构的分形维数与其超导电性密切相关.分形学也用于布朗运动分析、非晶态半导体的研究、引力波的研究、电子在固体中的散射、多孔介质中的声传播、激光全息防伪等领域.4.3 在化学中的应用[7](P207)分形理论在化学中也有很广泛的应用,如:在多相催化体系中的应用,催化剂颗粒是一个分形体,不仅疏松的衬底和分布在其上作为催化物质的颗粒表面可以用分维表征,而且起主要催化作用的颗粒的亚微观结构也具有分形特征.研究表明,在分形介质中进行分散和反应都与表面分维数有关.此外,分形理论还在生物催化方面有应用.在宏观化学动力学方面,远离平衡态的化学过程往往产生具有分数维的表面结构.在颜料表面改性方面的应用,颜料粒子的表面形貌是一个影响颜料性能的很重要的因素,研究结果表明,表面分形维数、粒子表面形貌与颜料某些性能之间确实存在很好的对应关系.目前,分数维方法在化学中各个领域的应用也正在开展之中.例如:沉积物的形成、表面吸附、高分子溶液、晶体结构以及高分子凝胶等方面.此外,薄膜分形、断裂表面分形以及超微粒聚集体分形等领域的研究已日趋活跃,在准晶和非晶态固体的描述、气固反应模型等也有应用.4.4 在生物医药中的应用[8](P423-428)分形学在药学领域的应用以药剂学最吸引人.如用分形维数表征粉粒状药物、多孔固体制剂、混悬剂和乳剂、气溶胶、微乳剂等结果,可更好地研究药剂表面结构与药物性能的关系.在生物药剂学和药物动力学也有许多潜在用途,如用分形表示药物溶出动力学曲线、分形反应维数在药物膜通透速率中的应用、吸附剂表面吸附程度以及血药水平和尿排泄曲线等.在生理学方面,各种组织和器官在微观结构上是分形的,同样组织中发生的功能性事件也具有非线性动力学特征.分形和非线性动力学的概念提供了一种描述由于疾病或药物毒性导致的功能失调以及药理学中常遇到的许多现象的灵敏方法.如药物 - 受体相互作用、细胞膜表面的分形维数及离子通道动力学模型、跨膜转运、神经系统和功能、生物反应器.另外,分形在地质科学、社会科学、人文科学以及艺术等各个领域也都有应用.分形学是一门很年轻的科学,正处在不断发展之中.其应用研究已涉及几乎所有学科领域,我们必须以科学的态度对待这一新兴学科.分形几何的创立为描述存在的不规则图形和现象提供了思想方法,为解决传统科学中的难题提出了新的思路,已成为当代科学最有影响的基本概念之一,其深远的理论意义和巨大的实用价值在众多学科领域日益凸显.。
自仿射分形,自反演分形和自平方分形
自仿射分形,自反演分形和自平方分形自仿射分形、自反演分形和自平方分形分形（Fractal）是指在任意缩放下都能保持自相似性的几何形状。
在数学上，分形是一种具有非整数维度的特殊几何体。
自仿射分形、自反演分形和自平方分形是三种常见的分形类型。
本文将对这三种分形进行介绍和探讨。
一、自仿射分形自仿射分形是指通过平移、旋转、缩放等仿射变换产生的分形。
其中最经典的自仿射分形是科赫曲线（Koch Curve）。
科赫曲线是通过迭代地将线段分成三等分，并以等边三角形代替中间的一段线段而生成的。
科赫曲线具有无穷细节和边长无限增长的特点，即使只是一条有限长度的线段，也能产生复杂的形态。
自仿射分形还包括谢尔宾斯基三角形、棉花糖曲线等。
二、自反演分形自反演分形是指通过对自身进行反演操作而生成的分形。
最著名的自反演分形是谢尔宾斯基地毯（Sierpinski Carpet）。
谢尔宾斯基地毯是通过在一个正方形中去除中央的正方形并以余下部分的8个缩小副本填充而生成的。
经过无限次反演操作后，谢尔宾斯基地毯逐渐呈现出结构复杂、形状不规则的特点。
此外，自反演分形还包括谢尔宾斯基三角形、迭代函数系统等。
三、自平方分形自平方分形是指通过自身的平方操作而生成的分形。
其中最典型的自平方分形是曼德勃罗集（Mandelbrot Set）。
曼德勃罗集是以数学家本尼迪克特·曼德勃罗（Benoit Mandelbrot）命名的，它是复平面上一组逃逸时间无限的点的集合。
曼德勃罗集的图像呈现出规则的几何结构和复杂的边界特征，具有无限细节和自相似性。
此外，自平方分形还包括朱利亚集、维诺亚图等。
总结：自仿射分形、自反演分形和自平方分形是分形中的三种重要类型。
它们分别以自我仿射、自我反演和自我平方的方式生成具有非整数维度的几何形状。
这些分形呈现出丰富的细节和复杂的结构，具有独特的美学价值和数学属性。
通过研究分形，我们不仅可以欣赏到自然界和数学世界中的奇妙形态，还可以深入探索细节世界中的规律和普遍性。
分形的名词解释
分形的名词解释分形（Fractal）是一种几何形状，具有自相似性的特征。
它在不同的尺度上，其整体和局部布局类似，呈现出复杂性和美感。
分形几何学的研究探索了自然界和科学领域中许多普遍存在的模式，不仅引发了人们对于形态学特征的关注，也为我们理解宇宙、数学和艺术之间的奥妙提供了新的视角。
1. 分形的发现与定义最早对分形的研究可以追溯到20世纪初的德国数学家高斯，他发现了卡尔内莫林斯基（Karl Menger）继承并发展的自相似特性。
然而，真正将分形的概念引入科学领域的是波兰法国数学家曼德尔布洛特（Benoit Mandelbrot），他于1975年提出了分形几何学的概念，并正式定义了分形形状的特性。
根据曼德尔布洛特的定义，分形是一种具有非整数维度的几何体，既不是简单的一维线段，也不是二维平面，更不是三维立体，而是介于整数维度之间的复杂形状。
2. 自相似性和迭代构造自相似性是分形的核心特征之一。
通过自身的放大、缩小或旋转，分形形状在不同的尺度上都保持相似的整体结构。
这种自相似性是通过迭代构造实现的。
迭代构造指的是通过重复应用相同的规则或操作，不断生成更小规模的形状，最终得到完整的分形图案。
典型的例子包括谢尔宾斯基三角形、科赫曲线和曼德尔布洛特集等。
3. 分形在自然界中的存在分形形状广泛存在于自然界中，其美妙的几何特性被发现在各种事物中。
例如，树枝和叶子的分支结构，云朵和山脉的形状，河流和血管的网络，都展现了分形的自相似性。
分形形态也被观察到花朵的花瓣排列方式、蕨类植物的分叉结构，以及海洋中珊瑚的海绵样外观等。
通过研究这些自然界中的分形形态，科学家们发现了普遍存在的模式，这些模式在进化、生长和自组织中起着重要的作用。
4. 分形几何学的应用分形几何学的研究仅仅满足于美学和自然现象的描述，并不断拓展到科学和技术的各个领域。
在物理学中，分形理论被应用于描述复杂物质的结构与性质，如烟雾的形成和传播、山脉的地形研究等。
分型
分维的概念我们可以从两方面建立起来：一方面，我们首先画一个线段、正方形和立方体，它们的边长都是1。
将它们的边长二等分，此时，原图的线度缩小为原来的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2^1、2^2和2^3个相似的子图形，其中的指数1、2、3，正好等于与图形相应的经验维数。
一般说来，如果某图形是由把原图缩小为1/a 的相似的b个图形所组成，有：a^D=b, D=logb/logaKoch曲线的关系成立，则指数D称为相似性维数，D可以是整数，也可以是分数。
另一方面，当我们画一根直线，如果我们用0维的点来量它，其结果为无穷大，因为直线中包含无穷多个点；如果我们用一块平面来量它，其结果是0，因为直线中不包含平面。
那么，用怎样的尺度来量它才会得到有限值哪？看来只有用与其同维数的小线段来量它才会得到有限值，而这里直线的维数为1（大于0、小于2）。
与此类似，如果我们画一个Koch曲线，其整体是一条无限长的线折叠而成，显然，用小直线段量，其结果是无穷大，而用平面量，其结果是0（此曲线中不包含平面），那么只有找一个与Koch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（即分数）了，所以存在分维。
Koch曲线的每一部分都由4个跟它自身比例为1:3的形状相同的小曲线组成，那么它的豪斯多夫维数(分维数)为d=log(4)/log(3)=1.26185950714...所谓的''分形''本意是指''破碎,不规则'',所谓''分形艺术''图就是利用数学方法通过计算机程序进行无数次运算最终形成的分形艺术图案.Fractal（分形）一词的由来据曼德勃罗教授自己说，fractal一词是1975年夏天的一个寂静夜晚，他在冥思苦想之余偶翻他儿子的拉丁文字典时，突然想到的。
高考数学选修课课件：数学史选讲 分形概述 (共55张PPT)
分形(fractal)
分形几何理论诞生于20世纪70年代中期， 创始人是美国数学家---曼德布罗特 (B.B.Mandelbrot)，他1982年出 版的 《大自然的分形几何学》 (The Fractal Geometry of Nature)是这一学科经典之作。
分形(fractal)是20多年来科学前沿领域提出的 一个非常重要的概念，
科赫曲线F的自相似维数为
ln 2 dimF ln 3
波兰著名数学家谢尔宾斯基在1915-1916 年期间构造了几个典型的例子， 这些怪物
常称作“谢氏地毯”、“谢氏三角”、“谢 氏海绵” 。如今，讲分形都要提到。它们 不但有趣，而且有助于形象地理解分形。
图3 谢尔宾斯基三角形
分形
将分形看作具有如下性质的集合: 1.F具有精细结构，即在任意小的比例尺度内包含
分形理论已经对方法论和自然观产生强烈影响，从 分形的观点看世界，我们发现，这个世界是以分形 的方式存在和演化着的世界。
分形的特性
英国数学家Falconer在《分形几何的数学基 础及应用》一书中认为：
分形的定义应该以生物学家给出“生命”定 义的类似方法给出，即不寻求分形的确切简 明的定义，而是寻求分形的特性，将分形看 作具有某些性质的集合。
分形几何的历史(续)
发展期：二十世纪八十年代至今. 1. Hutchinson, 1981, 分形与自相似. 给出了自相似集合的数学理论基础. 2. Mandelbrot, 1982, 《自然界的分形几何》. 3. Barnsley, 1988, 《Fractal everywhere》. 4. Falconer, 1990, 《分形几何——数学基础 及其应用》.
Fractal分形
分形的特点：
（1）具有无限精细的结构； （2）比例自相似性； （3）一般它的分数维大子它的拓扑维数； （4）可以由非常简单的方法定义，并由递 归、迭代产生等。
1967年曼德布罗特（B.B.Mandelbort）集逐步放大图
分形图形生成手法主要有五类：
1)实数相空间上的非线性映射、非线性微分方程求解、 保守系统准规则斑图 (quasi-regular patterns)。 2)复域上各式广义的朱丽亚集和芒德勃罗集“等势面 着色”方法，球面、双曲面对称图形的 动力学生成。 3)迭代函数系统(IFS)、分形插值和小波(wavelets)变 换方法。 4)林德梅叶形式语言方法。 5)扩散置限凝聚(DLA)模型、元胞自动机(cellular automation(复数为automata),简称CA) 模型和自组 织临界性(self-organized criticality,简称SOC)方法等。
分形的应用范围: 分形的应用范围 即分形所涉及的领域,几乎所有领域.有几何分形,广义分形,自然分形, 社会分形等. 1)广义分形:是不只包含在形态和结构上具有自相似性的几何分形或 分形几何学,在信息,功能,(组成)和时间上的相似性也包含在自相似 性概念中.于是,把形态,结构,信息,功能,[能量,物质.(从DNA到蛋白质 再到活生命体的物质组份,组成的分形,能量,信息分形,重演分形,遗传 分形,组织胚胎分形等多元分形)]时间或空间上具有自相似性的客体 称为广义分形. 2)自然分形:是自然界客观存在的或经过理论抽象的,具有自相似性 的客体.范围很广,遍及数学,物理,化学,材料,表面,计算机,电子,微电 子,生物学,医学,农学,天文学,气象,地理,地质,地震,特别是中医(经络) 等等很多.按系统的具体特点,又可分为几何分形,功能分形,能量分形, 信息分形和重演分形等.线状分形(经络缝隙分形),表面分形(经络截 面分形),体积分形(经络细胞充填,填充分形),(中医经络，藏象的全息 分形,包括几何分形,功能分形信息分形能量分形等的组合)等.生物分 形是重要一环. 3)社会分形
分形科普-Fractal
类似二维，将一个正方体平均分成27份，取走中间的7个小正方体，剩余部分继续依此规律操作，直至无穷，得到一块类似海绵的分形体。
其他三维分形体
不可能三维分形体
分形树
一种分形树的构图过程
分形体的周长、面积
分形体的表面积、体积
怪异体，只有表面没有内容。
体积：每次迭代体积都更小，无穷次迭代后体积趋近0。
分形出现 试图用经典几何学描述分形 出现大量处处连续不可微图形
1875~1925
计算机图形学发展 分形构图软件大量出现 计算机进行分形研究兴起
研究分形维数 分形集的局部性质 分形集的结构 S-集分析与几何性质
成为独立学科 曼德尔布莱特出版里程碑专著
1926~1975
1976~2010
分形画
分形画
谢谢！
Thanks For Your Coming
分形体的维度
谢尔宾斯基地毯维度为：
分形体的维度
谢尔宾斯基海绵维度为：
分形体的维度
分形体的维度一般不是整数。
闵可夫斯基香肠
四方内生树
龙曲线
股票走势分形
洛伦茨曲线
朱丽亚图谱
曼德勃罗集图
广义曼德勃罗集图
k=3 k=4 k=5
事物的发展，也可以从局部的发展，看出事物整体发展的状况；
事物的功能，事物局部的功能，也存在着与整体功能相似的情况。
分形的功能
测量海岸线
在测量海岸线长度时，采用不同的尺子得到的结果也不相同，采用更大的红色尺子测出的结果要小于绿色尺子结果，尺子越小，测得长度越长，如果把海岸线放在显微镜下测量长度可能是无限长。
曼德勃罗集图逐步放大
曼德勃罗集图逐步放大
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三角形谢尔宾斯基地毯构图演示
正方形谢尔宾斯基地毯
1.将一个正方形九等 分，去掉中间部分；
2.继续将剩余正方形九等分， 去掉中间部分。。。。。。
谢尔宾斯基地毯应用
如同二维码一般的正方形谢尔宾斯基地毯由于其特殊的结构， 可以响应各种频段的电磁信号，因此用它来做手机天线，可以 把天线做的很小。
谢尔宾斯基海绵——三维分形体
类似二维，将一个正方体平均分成27份，取走中间的7个小正 方体，剩余部分继续依此规律操作，直至无穷，得到一块类似 海绵的分形体。
其他三维分形体
不可能三维分形体
分形树
一种分形树的构图过程
分形体的周长、面积
周长：每次迭代周长变为原 周长的4/3倍，故无穷次迭 代后雪花的周长趋近无穷大。
面积：小于原三角形外接圆， 无穷迭代后面积趋近一个定 值若原三角形边长为a，雪 花无穷次迭代后面积为 0.4√3a²。
。 。 。 。 。 。
柯赫曲线
柯赫曲线构图演示———海岸线
E0 线段三等分，中间部 分用等边三角形替代， 三角形方向扔硬币确
定。 E1
E2
E3
F
……
三角形谢尔宾斯基地毯
1.将一个等边三角形 四等分，去掉中间 部分；
2.继续将剩余等边三角形四 等分，去掉中间部 分。。。。。。
1976~2010
2010~
▪ 分形出现 ▪ 试图用经典几何学描述分形 ▪ 出现大量处处连续不可微图形
▪ 成为独立学科 ▪ 曼德尔布莱特出版里程碑专著
柯赫曲线构图
1.画一条线；
2.三等分，中间部分用等边三 角形替代；
3.继续将所有线段三等分，中 间部分用等边三角形替代；
柯赫曲线构图
4.继续将所有线段三等分，中 间部分用等边三角形替代；
diF m lo22 g1 diFm lo24 g2
分形体的维度
若一个分形含有n个相似的部分，每一个部分的线度是整体的 1
m
则分形维度定义为：
dim F lom gnllnnm n
分形体的维度
柯赫曲线：因为其全长是无 穷大，所以若使用一维来度 量结果是无穷大；若使用二 维来度量，由于曲线没有宽 度，结果是0。所以，该曲 线维度介于一维和二维之间。
朱丽亚图谱
J(C ) { Z 0|n ， Z n Z n 2 1 C 有 }界
曼德勃罗集图
M (Z 0 ) { C |n ， Z n Z n 2 1 C 有 }界
广义曼德勃罗集图
M (Z 0 ) { C |n ， Z n Z n k 1 C 有 }界
k=3
k=4
曼德勃罗集图逐步放大
分形艺术图鉴赏
梦
奔月
沙浪
神州
菊
大地之光
DNA
生命
分 形 画
分 形 画
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分形 Fractal
2017年4月20日
银河系
险峻的山川
连绵的海岸线
河流分布图
狂暴的雷电
雪花与冰晶
人体结构
海洋生物
普通树木
蕨 类 植 物 西兰花和多肉植物
金融·美元指数分析图
梦幻般的图
分形
花椰菜、树木、山 川、云朵、脑电图、材料断 口、闪电、冲积扇、泥裂、冻豆腐、水系、晶 簇、蜂窝石、小麦须根系、树冠、支气管、星 系、材料断口、小肠绒毛、大脑皮层……
1.事物的外形，存在着整体和局部相似的特点。局部放大 后与整体形状类似；
2.事物的发展，也可以从局部的发展，看出事物整体发展 的状况；
3.事物的功能，事物局部的功能，也存在着与整体功能相 似的情况。
测量海岸线
在测量海岸线长度时，采用不同的尺子得到的结果也不相同，采用更大的红 色尺子测出的结果要小于绿色尺子结果，尺子越小，测得长度越长，如果把 海岸线放在显微镜下测量长度可能是无限长。
曼德勃罗集图逐步放大
曼德勃罗集图逐步放大
曼德勃罗集图“峡谷地带”放大
分形的应用
数学中的动力系统等; 物理中的布朗运动,流体力学中的湍流等; 化学中酶的构造等; 生物中细胞的生长等; 地质学中的地质构造等; 天文学中土星光环的模拟等; 其它:计算机,经济学,社会学,艺术等
分形的功能
柯赫曲线维度为：dimF llnn341.2618595
分形体的维度
谢尔宾斯基地毯维度为：
dimF llnn231.58496
分形体的维度
谢尔宾斯基海绵维度为：
dimF llnn2302.72683
分形体的维度
分形体的维度一般不是整数。
闵可夫斯基香肠
四方内生树
龙曲线
股票走势分形
洛伦茨曲线
这一切都与一个熟悉又陌生的名字有关
——分形
分形
两大特点： 1.自相似，即局部与整体相似； 2.无限细分。
分形发展简史
▪ 研究分形维数 ▪ 分形集的局部性质 ▪分形集的结构 ▪ S-集分析与几何性质
▪ 计算机图形学发展 ▪ 分形构图软件大量出现 ▪ 计算机进行分形研究兴起
1875~1925
1926~1975
无限长的线围成有限的面积。
分形体的表面积、体积
体积：每次迭代体积都更小， 无穷次迭代后体积趋近0。 表面积：无穷次迭代后表面 积趋近无穷大。 怪异体，只有表面没有内容。
维度的计算
若将一个物体沿线分成m部分，它变成n个，则维度定义为：
lnn dim F lom gnlnm
线度分成2部分，变成2段，维度为： 线度分成2部分，变成4块，维度为：