十五分鐘瞭解朱利亞集
分形之朱利亞集
——零·開始—-
我們總說,一花一世界。在我們看來,自然給予我們的微小的細節,我們也渴望能從中獲得一些上帝的啟示。
那麼來看一張圖
很簡單的4個線段,人類就會想,會整合,去猜測簡單的4個線段的規則:
F−F++F−F
規則: F :向前 - :左轉60°+ :右轉60°
下一步:我們的野心想將他擴大,我們以這個規則在原有的基礎上,迭代一次會如何?
然後:我們繼續迭代:
一切好像和一開始不一樣了。複雜,而又神祕。
我們開始想一個問題:如果我們一開始看到的是這個圖形,而不是剛才那個簡單的4個線段,我們們還可以一下子想出那個總結出我們的人為的規律嗎?
我想這個答案可能會讓我們猶豫一會兒。人類就是這樣,我們希望我們可以理解萬物,我們用我們的智慧去總結,可是到頭來我們會發現,越總結,我們越無知。
人類一思考,上帝就發笑。這就是我理解的分形
曼德勃羅這樣說:
—-一·欣賞—–
朱利亞集
什麼是朱利亞集:
他是法國數學家加斯頓·朱利亞命名的數學概念。朱利亞集的神奇之處在於:其數學定義非常簡單,但他生成的影象卻複雜的令人不可思議,其中包含了深邃的數學原理——或者還有我們人類自己臆想的哲學。
既然是一個集合,那麼我們來看一下,這是這些集合中我們隨便拿出幾個,我們來看一下,他們的面目:
可以從這些圖片中找到規律麼?
我們繼續來看,看看分形的祕密:
—-二·特性——
自相似(Self-similarity):
看圖:
通過影象放大的說明。這個面板沒有放大。
我們繼續放大:
分形與上面相同,放大倍。相同的圖案再次出現,
繼續:
放大了x100倍
再來:
還是可以看到和上面相同的分形,而這次我們放大了2000倍,由於圖片質量的問題,圖片變得模糊了
這就是自相似性:其特點是:圖片的每個微小的區域性,都和整個圖形的樣子相似。我們以為我們看到的是一個複雜的宇宙,其實裡面只有我們最為熟悉的水和空氣
圖片可能不夠直觀,我們用幾張GRF來更直觀的表示一下,自相似性:
—–三·得到—–
3.1我們知道了,在我們的自然界中,總有一些東西是我們無法真的去一眼看出規則的,對於一眼看上去更為複雜的朱利亞集來說,我們的好奇心需要我們的去再次探索他的規則。
自然就是這樣,複雜中,會給我們驚喜。
一切的起源來自這個簡單的公式:
z(n+1)—–> z(n)*z(n) + c
(公式)
|
|
|
(影象)
一切從這裡開始。
3.2其中這裡我們用到了簡單復概念:Z。
我們知道我們的一般的一個字母,在數學中可以代表一個數,這個數可以是我們數軸上任意的一個數。但是這能是一個數。比如,我們在一種情況下讓我們的X表示1。那麼我們在這種情況下的X就是為1了。
可是這裡的複數Z不再表示一個數軸的上的數了,他表示一個座標上的數。也就是表示了一個座標上的點。
比如Z表示了(2,7)
,
其中我們把座標(X,Y)中的,X叫做:實部。Y叫做:虛部。僅此而已
現在,我們知道了朱利亞集的公式:
z(n+1)—–> z(n)*z(n) + c
(這裡的C是常量,當我們的C變得不一樣的,我們的圖形也將千差萬別)
那麼這個公式如何來變成那些美妙的影象的呢?————迭代
如果我們有一個起始點Z(n),計算得到了另一個點Z(n+1),那麼此時這個Z(n+1)變成了下一個時刻的Z(n)。一直這樣,無窮盡也。
那麼我們來改變C的變數,讓隨便的選取一個Z(n)的值,然後我們開始看看這個變化的圖形。
c=(φ−2)+(φ−1)i =-0.4+0.6i
c=0.285+0i
c=-0.70176-0.3842i
—-四.開始-—–
基礎的已經講完了,可是一切才剛剛開始
我們從簡單開始然後遇到了複雜,可是我們站在巨人的肩膀上看到了那些複雜的規律。就像我前面說的,人類一思考,上帝就發笑。
可是我們人類必須一直思考,不是為了什麼,只是自然太美,我們還不懂欣賞
下一次,我們繼續分形,看看自然,一起開始。
後面附贈曼德勃羅的TED。
最後附上我的微信:
及我的個人的微信公眾號: