数学类展板(分形)
分形图形与分形的产生
分形图形分形理论是非线性科学的主要分支之一，它在计算机科学、化学、生物学、天文学、地理学等众多自然科学和经济学等社会科学中都有广泛的应用。
分形的基本特征是具有标度不变性。
其研究的图形是非常不规则和不光滑的已失去了通常的几何对称性；但是，在不同的尺度下进行观测时，分形几何学却具有尺度上的对称性，或称标度不变性。
研究图形在标度变换群作用下不变性质和不变量对计算机图形技术的发展有重大的意义。
说到分形（fractal），先来看看分形的定义。
分形这个词最早是分形的创始人曼德尔布诺特提来的，他给分形下的定义就是：一个集合形状，可以细分为若干部分，而每一部分都是整体的精确或不精确的相似形。
分形这个词也是他创造的，含有“不规则”和“支离破碎”的意思。
分形的概念出现很早，从十九世纪末维尔斯特拉斯构造的处处连续但处处不可微的函数，到上个世纪初的康托三分集，科赫曲线和谢尔宾斯基海绵。
但是分形作为一个独立的学科被人开始研究，是一直到七十年代曼德尔布诺特提出分形的概念开始。
而一直到八十年代，对于分形的研究才真正被大家所关注。
分形通常跟分数维，自相似，自组织，非线性系统，混沌等联系起来出现。
它是数学的一个分支。
我之前说过很多次，数学就是美。
而分形的美，更能够被大众所接受，因为它可以通过图形化的方式表达出来。
而更由于它美的直观性，被很多艺术家索青睐。
分形在自然界里面也经常可以看到，最多被举出来当作分形的例子，就是海岸线，源自于曼德尔布诺特的著名论文《英国的海岸线有多长》。
而在生物界，分形的例子也比比皆是。
近20年来，分形的研究受到非常广泛的重视，其原因在于分形既有深刻的理论意义，又有巨大的实用价值。
分形向人们展示了一类具有标度不变对称性的新世界，吸引着人们寻求其中可能存在着的新规律和新特征；分形提供了描述自然形态的几何学方法，使得在计算机上可以从少量数据出发，对复杂的自然景物进行逼真的模拟，并启发人们利用分形技术对信息作大幅度的数据压缩。
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。
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。
曼德勃罗集合分形图案
曼德勃罗集合分形图案三、曼德勃罗集合（Mandelbrot Set）曼德勃罗集合（Mandelbrot Set）或曼德勃罗复数集合，是⼀种在复平⾯上组成分形的点的集合，因由曼德勃罗提出⽽得名。
曼德博集合可以使复⼆次多项式进⾏迭代来获得。
其中，c是⼀个复参数。
对于每⼀个c，从z = 0 开始对f c(z)进⾏迭代。
序列的值或者延伸到⽆限⼤，或者只停留在有限半径的圆盘内（这与不同的参数c有关）。
曼德布洛特集合就是使以上序列不延伸⾄⽆限⼤的所有c点的集合。
最后，我们给出⼀个利⽤C语⾔⽣成Mandelbrot集合并绘制图形的程序（该程序来⾃⽂献【1】）：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <complex.h>#define width_size 800#define height_size 600#define Maxval 255static const float orig_x = width_size * 2/3;static const float orig_y = height_size * 1/2;static const pixel dim_gray = { 105, 105, 105 };typedef struct _pixel {unsigned char r;unsigned char g;unsigned char b;} pixel;static unsigned char iteration(int x, int y){const int limit = Maxval + 1;int i;complex c = ((x - orig_x) / (width_size / 3)) +((orig_y - y) / (height_size / 2)) * I;complex z = 0;for (i = 0; i < limit; i++) {/* basic formula */z = z * z + c;if (creal(z) > 2 || cimag(z) > 2)break;}return (unsigned char) (i == limit ? 0 : i);}int main(){FILE *f = fopen("mandelbrot.ppm", "w+");/* PPM header */fprintf(f,"P6\n"/* PPM magic number */"#Mandelbrot Set\n""%d "/* width, in ASCII decimal */"%d\n"/* height, in ASCII decimal */"%d\n", /* maximum color value, in ASCII decimal */width_size, height_size, Maxval);/* Write every pixel generated by Mandelbrot Set */for (int i = 0; i < height_size; i++) {for (int j = 0; j < width_size; j++) {unsigned char iter = iteration(j, i);if (iter) {pixel p = {.r = iter,.g = (float) abs(j - orig_x) / width_size * Maxval,.b = (float) abs(i - orig_y) / height_size * Maxval };fwrite(&p, sizeof(pixel), 1, f);} else {fwrite(&dim_gray, sizeof(pixel), 1, f);}}}fclose(f);return0;}上述程序所⽣成的图像结果如下图所⽰，需要补充说明的是：该图像⽂件格式为ppm，在Windows下你可以使⽤Photoshop 来查看这种类型的图像⽂件，在OS X系统下你可以使⽤免费的GIMP软件来查看它。
《分形几何学》课件
分形风险管理：评 估和管理金融市场 的风险
分形投资策略：基 于分形理论的投资 策略，如分形交易 策略、分形投资组 合管理等
分形在物理学中的应用
分形几何学的未来 展望
分形几何学的发展趋势
应用领域：分形几何学在计算机图形学、图像处理、生物医学等领域的应用将越来越广泛
理论研究：分形几何学的理论研究将更加深入，包括分形维数的计算、分形几何的拓扑性质等
添加标题
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特点：具有自相似性，即无论放大 或缩小，其形状保持不变
性质：具有无限长度，但面积却为 零，是一种典型的分形图形
分形几何学的应用 实例
分形在图像压缩中的应用
分形压缩算法：基于分形几何学的图像压缩算法 压缩效果：提高压缩比，降低图像质量损失 应用场景：适用于图像传输、存储和显示等领域 技术挑战：如何平衡压缩比和图像质量损失，提高压缩算法的效率和稳定性
发展：1977年，数学家哈肯提出分形几何学的基本理论
应用：分形几何学在物理学、生物学、经济学等领域得到广泛应用 现状：分形几何学已成为现代数学的一个重要分支，对科学研究和实际应 用具有重要意义
分形几何学的应用领域
分形几何学的基本 概念
自相似性
定义：在任意 尺度下，具有 相同或相似的
结构或模式
特点：自相似 性是分形几何 学的核心概念
科赫曲线的生成过程： 将一条线段分为三等份， 去掉中间一段，然后将 剩下的两段分别替换为 两个新的科赫曲线
科赫曲线的应用：在计 算机图形学、动画制作 等领域有广泛应用
科赫曲线的性质：具有 自相似性、无限长度和 面积、分形维数等性质
皮亚诺曲线
定义：由意大利数学家皮亚诺提出 的一种分形图形
分形几何的典型范例
分形几何有许多典型的范例，以下是其中一些：
1. 谢尔宾斯基三角形：这是一种自相似的分形图形，通过不断将三角形划分为更小的三角形，最终得到具有无限复杂性的图形。
2. 谢尔宾斯基垫片：这是由谢尔宾斯基三角形进一步演化而来的一种分形图形，由三角形内部的三角形构成，整体呈现出一个自相似的模式。
3. 科赫曲线：又称为科赫雪花或科赫蛇，是一种分形曲线。
通过不断将一段线段分割成等长的两段，然后将每一段线段的中间部分弯曲成等边三角形，最终得到具有无限复杂性的图形。
4. 曼德布罗集：这是由数学家本华·曼德布罗提出的分形图形，通过不断将单位正方形进行切割和填充，最终得到的图形是一个具有无限复杂性的集合。
5. 皮亚诺曲线：这是一种由意大利数学家皮亚诺提出的分形图形，它是一种在平面上的连续曲线，通过不断将线段进行延长和弯曲，最终得到的图形具有无限复杂性和自相似性。
这些只是分形几何中的一些典型范例，实际上还有许多其他的分形图形和结构，如朱利亚集、费根堡姆曲线等。
这些分形图形的特点是具有无限的复杂性和自相似性，并且在许多领域中得到了应用。
分形分维ppt
分形理论
提出：曼德.布罗特，题为“英国的海岸线有多长？”的论文使得 数学家开始正视“无限复杂性” 基础：分形几何学（以不规则几何形态为研究对象的几何学） 特点：用分数维度的视角和数学方法描述和研究客观事物
分形特征：
1.在任何细小的尺度下， 分形具有精细的结构,，即有任意小 比例的细节 2.分形不规则，因而它的整体和局部都不能用传统的几何语言 来描述 3.分形通常有某种自相似的形式,可能是近似的或是统计的 4.一般地， 分形的 “分形维数” (以某种方式定义)大于它的 拓朴维数
• 3.相似维数：F是Rd上的有界子集，如果F可划分为N个同等大小的部分， 且每部分与F的相似比为r，则称dimsF=logN/log1/r
• 特点：1.不规则形2.长度为(4/3)k,为无穷 大3.自相似性4.平面内面积为零
分形的度量尺度—分维
• 分维产生原因：近似或统计的图形自相似性
• 自相似性：如果一个物体自我相似，表明它每部分的曲线 有一小块和它相似，比如海岸线 • 维数：几何对象的一个重要特征量，是为了确定几何对象中的 一个点的位置所需要的独立坐标的个数或独立方向的数目
KOCH曲线
• 产生：设 E0是单位长度的直线段,E1是由 E0去掉中间 1 /3的线段,而代替以底边在 被除去的线段上的等边三角形的另外两边 所得的图形,它包含四个线段,对 E1的每个 直线段重复上述同样的过程构造出 E2.依 此类推,从 Ek - 1得到Ek.当 k→∞时,折线 序列趋于极限曲线 E,称 E 为 koch 曲线, 它是一条处处连续但处处不可微的曲线。
常见分维数的定义
• 1.豪斯道夫维数：提出连续空间概念，认为空间维数连续。取D维物体， 将每一维尺寸放大L倍，得到K个原来的物体，则K=LD，两边取对数，得 到维数D=lnk/lnL • 2.盒维数：设E属于Rd且有界非空, 令 Nδ(E)为半径为 δ的覆盖 E 的球的 最小个数, 则称dimBE =limδ→ 0[log Nδ(E)/(- logδ)]为 E 的盒维数
自然数学之分形原理
自然数学之分形原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊一个超有意思的东西——自然数学之分形原理！你说啥是分形原理？哈哈，简单来说，就像是大自然特别喜欢玩的一个神奇游戏。
咱就拿一棵树来举例吧，你看那大树有粗粗的树干，然后从树干上又分出好多树枝，每个树枝又像个小树干似的分出好多更细的小树枝，这像不像一种重复的模式呀？对咯，这就是分形！再想想那美丽的雪花，每一片雪花都有那么精致复杂的形状，可仔细一瞧，嘿，都是由一个个小的类似形状组成的呢！这多神奇呀！这不就是大自然在给我们展示它的鬼斧神工嘛！分形原理可不仅仅是好看好玩哦，它在好多地方都大有用处呢！比如说在计算机图形学里，通过分形可以创造出超级逼真的自然场景，哇塞，那感觉就像真的走进了大自然一样！还有在医学领域，据说也能用分形来研究人体的一些复杂结构呢。
咱生活中也到处都有分形的影子呀！你想想那海岸线，弯弯曲曲的，放大了看还是那种弯弯曲曲的感觉，不就是分形嘛！还有那云朵，一会儿变成这个形状，一会儿又变成那个形状，仔细琢磨琢磨，是不是也有点分形的味道呢？你说大自然咋这么聪明呢，能想出这么奇妙的东西来！咱人类可得好好向大自然学习学习呀！分形原理让我们看到了自然界中那些隐藏的规律和秩序，让我们对这个世界有了更深的认识。
这不就像是我们人生嘛，看似纷繁复杂，但其实也有着自己内在的规律和模式。
我们每天经历的各种小事，不也像是一个个小的分形嘛，它们组合起来就构成了我们丰富多彩的人生！哎呀呀，真的是越想越有意思呢！分形原理就像是大自然给我们的一份特别礼物，等着我们去慢慢发掘和欣赏。
我们可不能辜负了大自然的这份心意呀，得好好去感受它、理解它。
所以呀，朋友们，以后再看到那些奇妙的自然现象，可别只是惊叹一下就过去了哦，多想想背后是不是有着分形原理在起作用呢！让我们一起在分形的世界里畅游，去发现更多的美好和奇妙吧！。
数学艺术作品展：将数学概念与艺术创作相结合,展示数学的美学价值
促进数学与艺术的结合，拓宽 数学的应用领域
提高公众对数学的认识和欣赏 能力
为数学教育和普及提供新的思 路和方法
对艺术创作和欣赏的影响
激发创造力：数学艺术作 品展能够启发ห้องสมุดไป่ตู้术家的创 新思维，推动艺术创作的
多样性。
提高审美能力：数学艺术 作品展能够引导观众深入 思考艺术与数学的美学价
如分形、混沌理论等。
数学艺术作品展的背景： 随着人们对数学美学的认 识不断深入，越来越多的 艺术家开始尝试将数学元 素融入自己的作品中，形 成了独特的数学艺术风格。
数学艺术作品展的起源和意义
起源：为了展示数学与艺术的结合， 推动跨学科交流与创新
意义：提高公众对数学艺术的认识和 欣赏水平，促进数学与艺术的共同发
数学艺术作品展
汇报人：XX
数学艺术作品展的背景 数学艺术作品展的主题和内容 数学艺术作品展的展品和展示方式 数学艺术作品展的影响和价值
数学艺术作品展的未来展望和发展趋势
数学艺术作品展的背景
数学与艺术的结合
数学在艺术中的应用：几何图形、分形等 艺术中的数学元素：对称、比例、黄金分割等 数学与艺术的关系：相互启发、相互影响 数学艺术作品展的背景：推动数学与艺术的交流与发展
值，提升审美能力。
拓宽艺术边界：数学与 艺术的结合，让人们重 新审视艺术的可能性，
拓宽艺术的边界。
促进跨学科交流：数学艺 术作品展为艺术家和数学 家提供了一个交流平台， 促进跨学科的交流与合作。
对数学美学研究和发展的促进
激发数学美学研究的新思路和新方法 推动数学美学与其他学科的交叉融合 促进数学美学理论的深入研究和创新 提升数学美学在社会中的认知度和影响力
分型数学符号
分型数学符号
分型是一种数学概念，用于描述自然界和人造物中出现的重复、对称或递归的形状。
以下是一些与分型相关的常见数学符号：
1. ∞（无穷大）：在分型中，无穷大符号经常用来表示图形或曲线的无限延伸性。
许多分形形状具有无限分支或无限细节的特点。
2. Fractal dimension（分形维度）：分形维度是衡量分形形状复杂程度的指标。
通常用"D"表示，可以是非整数值。
分形维度越大，形状的复杂程度越高。
3. Sierpinski triangle（谢尔宾斯基三角形）：谢尔宾斯基三角形是一种经典的分形形状，由等边三角形不断地分割和删除部分而构成。
它具有自相似性和无限细节。
4. Koch curve（科赫曲线）：科赫曲线是一种分形曲线，通过重复迭代的过程生成。
起始于一条线段，每次迭代都将线段分割成更小的三段，再将中间段替换为一个等边三角形的两条边。
这个过程无限进行下去，形成了具有无穷细节的曲线。
分形建模的种类
分形建模的种类
分形建模是一种数学和计算机图形学领域的技术，用于创建具有自相似性和重复模式的复杂结构。
以下是一些常见的分形建模方法和种类：
1. 递归分形：通过反复应用一个基本形状或规则来生成整个结构。
例如，科赫曲线和谢尔宾斯基三角形就是通过递归分形生成的。
2. 噪声函数分形：使用随机性噪声函数来创建分形效果。
这种方法常用于模拟自然界中的地形、云彩等复杂的非规则形状。
3. 约化细节分形：通过去除或简化复杂结构的细节来创建分形。
这种方法常用于生成树木、植物和其他有机形态。
4. IFS（Iterated Function System）分形：使用一组仿射变换来迭代地变换和缩放基本形状，以生成分形图案。
IFS分形可用于创建类似分形几何图形的艺术作品。
5. 分形地图生成：利用分形算法生成逼真的地形地貌图像。
这种方法可以用于游戏开发、虚拟现实和电影特效等领域。
6. 分形压缩：利用分形的自相似性特征来压缩图像和视频数据。
这种方法可以实现高效的图像压缩，同时保持图像的细节和质量。
数学中的分形与自相似性
数学中的分形与自相似性数学领域中的分形理论与自相似性是近年来备受关注的热门话题。
从一系列具有自我重复特征的图形到数学函数的特殊性质，分形与自相似性在许多学科领域都具有深远的影响。
本文将介绍分形与自相似性的定义、基本原理以及应用领域，以帮助读者更好地理解这一概念。
一、分形的定义与特点分形（fractal）是指具有自相似性、无限细节和非整数维度的图形或者对象。
它们以其复杂而规律的形态受到了广泛的关注。
例如，分形的一个典型例子就是科赫曲线（Koch curve），它通过迭代无穷次地将线段中的每一部分替换为一小段线段而形成。
科赫曲线具有无限长度但却完全填充有限面积的特点。
分形的主要特点包括：1. 自相似性：分形图形的一部分与整体具有相似的形态，即无论放大多少倍都会出现相同的结构。
这种自我重复的特征是分形的重要标志。
2. 无限细节：分形图形的形态具有无限的细节，无论放大多少倍都可以一直看到新的结构，这种无限性使得分形呈现出丰富而复杂的几何形态。
3. 非整数维度：与传统的几何图形不同，分形具有非整数维度。
例如，科赫曲线的维度介于一维和二维之间，这种特殊的维度特征使分形在数学和物理学中具有独特的地位。
二、分形的基本原理分形的产生基于迭代和递归的原理。
通过将简单的几何形状进行重复、缩小、旋转或者变形等操作，可以生成复杂的分形结构。
在迭代过程中，规则的操作被无限次地应用，从而形成越来越复杂的图形。
通过数学函数和图形系统，可以描述和模拟分形结构的生成过程。
其中，最著名的是分形维度的概念，用于描述分形的形态特征。
分形维度常用于度量一个图形的复杂程度，它可以是非整数的，表示图形的填充密度和细节丰富程度。
三、分形的应用领域1. 自然界：分形的自相似性与自然界中许多事物的形态特征密切相关。
例如，树木的分形分支结构、海岸线的崎岖曲线、云层的形状等都具备分形的特性。
分形理论被广泛应用于自然科学领域，用于研究自然界的形态和规律。
分形公式大全
分形公式大全在数学中，分形是一种具有自相似性的几何图形或数学对象。
它们通常通过递归或迭代的方式构建，并且无论观察其任何一部分，都能看到整体的特征。
分形在自然界中广泛存在，例如树枝、云朵、山脉等都展现出分形的特征。
为了描述和生成分形，数学家们创造了许多分形公式和算法。
以下是一些常见的分形公式和它们的特点：1. 曼德勃罗集(Mandelbrot Set)：由法国数学家Mandelbrot于1975年引入的分形集合。
曼德勃罗集是复平面上一组复数的集合，满足迭代公式：Z_(n+1) = Z_n^2 + C，其中C是一个常数，Z是复数。
通过迭代计算，可以将复平面上的点分为属于集合内或集合外，形成具有分形特征的图像。
2. 朱利亚集(Julia Set)：与曼德勃罗集相对应，朱利亚集也是由C 值所确定的复平面上的一组复数。
朱利亚集的迭代公式为：Z_(n+1) = Z_n^2 + C，其中Z是复数。
朱利亚集的形状和曼德勃罗集不同，但同样展现出分形的特征。
3. 希尔伯特曲线(Hilbert Curve)：希尔伯特曲线是一种填充空间的曲线，它具有自相似性和紧凑性。
希尔伯特曲线是通过递归地将二维空间划分为四个子空间，并将曲线从每个子空间的一个角落延伸到另一个角落而生成的。
4. 科赫曲线(Koch Curve)：科赫曲线是一种无限细分的曲线，它由自相似的三角形构成。
科赫曲线的构造方法是在每条线段的中间插入一个等边三角形，然后重复该过程。
除了以上几种常见的分形公式外，还有许多其他有趣的分形公式和算法，如分形树、分形花朵等。
这些分形公式不仅在数学研究中有着重要的应用，还被广泛应用于计算机图形学、自然科学、艺术创作等领域。
总之，分形公式是描述和生成分形图形的重要工具。
通过这些公式，我们可以深入研究分形的特性和美妙之处，并将其应用于各个领域，探索自然界和数学世界中的无限奇妙。
8 分形
8.2递归模型
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.2.5 8.2.6
Cantor集 Koch曲线 Peano-Hilbert曲线 Sierpinski垫片、地毯和海绵 C字曲线 Caley树
8.2.1 Cantor集
集合论的创始人康托（G.Cantor，1845～1918）在1883年 曾构造了一种三等分Cantor集，其几何表示如下： 生成规则：取一段长度为L0的直线段，将其三等分，保留 两端的线段，将中间一段抛弃，如图8-9的n＝1的操作；再 将剩下的两段直线分别三等分，然后将其中间一段抛弃， 如图8-9的n＝2的操作；依此类推，便形成了无数个尘埃似 的散点，所以cantor三分集也称为cantor灰尘。 “病态”原因：数目无穷多，但长度趋近于零。
dc.MoveTo(ROUND(ax),ROUND(ay+MaxY/2)); dc.LineTo(ROUND(bx),ROUND(by+MaxY/2)); return;
}
cx=ax+(bx-ax)/3;cy = ay ; cantor(ax,ay,cx,cy,n-1); dx=ax+2*(bx-ax)/3;dy = by ; cantor(dx,dy,bx,by,n-1);
2.无标度性 标度是计量单位的刻度。比如长度的标度是米；重 量的标度是公斤；面积的标度是平方米等。对欧氏几 何学内的不同形体，可以选择不同的标度去度量。例 如，直线是多长，面积是多大，体积是多少。自然界 中很多的物体具有特征长度，如人有高度、山有海拔 等等。
8.1.3 分形的定义
一般认为，满足下列条件的图形称为分形集： 分形集具有任意尺度下的比例细节，或者说具有精细结构； 分形集是不规则的，以致于不能用传统的几何语言来描述。 分形集通常具有某种自相似性，或许是近似的或许是统计 意义下的自相似。 分形集在某种方式下定义的“分维数”一般大于它的拓扑 维数。 分形集的定义常常是非常简单的，或许是递归的。
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分形几何学(课堂PPT)
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分形几何图形
自然界中有许多分形的例子，如雪花、植物的枝条分叉、海岸线 等。在数学中，历史上也构造了许多分形模型，如Koch曲线、 weierstrass函数等。它们共同的特点是①处处连续但处处不可 微，即曲线处处是不光滑的，总有无穷的细节在里面；②具有自 相似性或统计自相似性，即在不同的标度下，它们的形状是相似 的，不可区分的；③刻划它们的维数不是整数，而是分数。这是 因为，这类曲线都有无穷的细节，所以用1维的直线来测量它， 其值为无穷大，然而它们又没有填满一个有限的平面，所以其维 数又不能等于2，因此，要想得到一个有限的长度，它的测量维 数必定在1和2之间。
斯（K.Weierstrass）1872年构造的以他的名字
命名的函数是这类集合的第一例. 它的图象处处连
续但处处无切线（如图）, 引起当时数学界的震惊.
孰不料在此后的半个世纪里，数学家们接二连三
地构造出一批这样的集合，它们的形状与性质和
传统的几何对象大相径庭.被人们称为“反直觉
的”，“病态”的“数学怪物”. 令人惊奇的是，
1973年，曼德尔勃罗特（B.B.Mandelbrot）在法兰西学院讲 课时，首次提出了分维和分形几何的设想。分形（Fractal）一词， 是曼德勃罗创造出来的，其原意具有不规则、支离破碎等意义，
分形几何学是一门以非规则几何形态为研究对象的几何学。 Mandelbrot研究中最精彩的部分是1980年他发现的并以他的名 字命名的集合，他发现整个宇宙以一种出人意料的方式构成自相 似的结构（见图1）。
基于传统欧几里得几何学的各门自然科学总是把 研究对象想象成一个个规则的形体，而我们生活的 世界竟如此不规则和支离破碎，与欧几里得几何图 形相比，拥有完全不同层次的复杂性。分形几何则 提供了一种描述这种不规则复杂现象中的秩序和结 构的新方法。
分形几何
度量Koch曲线（续）
现在，长度为１／3的无刻度的尺子来度量 Koch曲线。 此时Koch曲线的近似长度为 L1 = 4/3. 于是 Koch 的长度大于 4/3.
度量Koch曲线（续）
进一步，在每两个相邻的节点间加入三个 节点，这样用由16条长度为1/9的线段组成 的折线逼近Koch曲线。同样发现Koch曲线 的长度大于折线长度 L2 = 16/9 = (4/3)2.
分形几何的提出
由于不规则现象在自然界是普 遍存在的，因此分形几何又称 为描述大自然的几何学。分形 几何建立以后，很快就引起了 许多学科的关注，这是由于它 不仅在理论上，而且在实用上 都具有重要价值。
分形几何的提出
当你用一把固定长度的直尺(没有 刻度)来测量海岸线的长度时，对 海岸线上两点间的小于尺子尺寸的 曲线，只能用直线来近似。因此， 测得的长度是不精确的。
Ａ
则称子集类
i 1 为Ａ的一个
Ｕ
i
｛U i｝
―覆盖。
豪斯道夫(Hausdorff)维数
Hausdorff测度 d ) 设Ａ是度量空间 ( R , 的任一有界子集 ｓ≥0，对于任意的 >0，定义：
H ( A) inf{ | U i | : {U i } A的－覆盖}
分形的定义（续） 分形看作具有下列性质的集合F：
１）F具有精细结构，即在任意小 的比例尺度内着复杂的结构。 ２）F是不规则的，以致于不能用 传统的几何语言来描述。
分形的定义（续）
3）F通常具有某种自相似性，或许是 近似的或许是统计意义下的。 4）F在某种方式下定义的“分维数” 通常大于F的扑维数。 5）F的定义常常是非常简单的，或许 是递归的。
Mandelbrot集(4)
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分形几何简介
普通几何学研究的对象，一般都具有整数的维数。
比如，零维的点、一维的线、二维的面、三维的立体、乃至四维的时空。
最近十几年的，产生了新兴的分形几何学，空间具有不一定是整数的维，而存在一个分数维数，这是几何学的新突破，引起了数学家和自然科学者的极大关注。
有学者这样说过：“为什么世界这么美丽，因为我眼睛看到的都是分形”，大到海岸线、山川形状、天空的云朵，小到一片树叶、一片雪花、皮蛋里的花纹，分形无处不在，无处不有。
分形几何的产生
客观自然界中许多事物，具有自相似的“层次”结构，在理想情况下，甚至具有无穷层次。
适当的放大或缩小几何尺寸，整个结构并不改变。
不少复杂的物理现象，背后就是反映着这类层次结构的分形几何学，如物理学中的湍流，海岸线的形状等。
分形几何的内容
分形几何学的基本思想是：客观事物具有自相似的层次结构，局部与整体在形态、功能、信息、时间、空间等方面具有统计意义上的相似性，成为自相似性。
分形理论认为维数也可以是分数，这类维数是物理学家在研究混沌吸引子等理论时需要引入的重要概念。
分形几何学的应用
分形几何学已在自然界与物理学中得到了应用。
如布朗运动的轨迹研究、粘滞物的沉积生长，云彩边界的几何性质、植物的分叉生长等。
近几年在流体力学不稳定性、光学双稳定器件、化学震荡反映等试验中，都实际测得了混沌吸引子，并从实验数据中计算出它们的分维。
学会从实验数据测算分维是最近的一大进展。
分形几何学在物理学、生物学上的应用也正在成为有充实内容的研究领域。
数学家Mandelbrot被誉为“分形之父”，右边的图形是一个“Mandelbrot集合”，是
由复二次多项式定义的，也被称为“上帝的指纹”。
“Mandelbrot集合”局部放大图像：揭示整个宇宙以一种出人意料的方式构成自相似的结构，Mandelbrot 集合图形的边界处具有无限复杂和精细的结构。
如果计算机的精度是不受限制的话
您可以无限地放大她的边界。
大自然中的“自相似性”
分形艺术——纯数学的产物。