分形維數演算法
分形包括規則分形和無規則分形兩種。
規則分形是指可以由簡單的迭代或者
是按一定規律所生成的分形,如
cantor
集,koch
曲線,sierpinski
海綿等。這些
分形圖形具有嚴格的自相似性。
無規則分形是指不光滑的,
隨機生成的分形,
如蜿蜒曲折的海岸線,
變換無窮的布朗運動軌跡等。
這類曲線的自相似性是近似的
或統計意義上的,這種自相似性只存於標度不變區域。
對於規則分形,其自相似性、標度不變性理論上是無限的(觀測尺度可以趨
於無限小)
。不管我們怎樣縮小(或放大)尺度(標度)去觀察圖形,其組成部
分和原來的圖形沒有區別,
也就是說它具有無限的膨脹和收縮對稱性。
因些對於
這類分形,
其計算方法比較簡單,
可以用縮小測量尺度的或者不斷放大圖形而得
到。分形維數
d=lnn(
)/ln(1/
2-20
如cantor
集,分數維
d=ln2/ln3=0.631
koch
曲線分數維
d=ln4/ln3=1.262;
sierpinski
海綿分數維
d=ln20/ln3=2.777
對於不規則分形,它只具有統計意義下的自相似性。不規則分形種類繁多,
它可以是離散的點集、粗糙曲線、多枝權的二維圖形、粗糙曲面、以至三維的點
集和多枝權的三維圖形,下面介紹一些常用的測定方法
[26]
尺碼法用某個選定尺碼沿曲線以分規方式測量,
保持尺碼分規兩端的落點始終在曲
線上。不斷改變尺碼
得到一系列長度
n越小、
n越大。
如果作lnn
ln圖後得到斜率為負的直線,這表明存在如下的冪函式關係n-d
2-21
上式也就是
mandelbrot
在《分形:形狀、機遇與維數》專著中引用的
richardson
公式。richardson
是根據挪威、澳大利亞、南非、德國、不列顛西
部、葡萄牙的海岸線丈量結果得出此公式的,
使用的測量長度單位一般在公里到
公里之間。海岸線絕對長度
l被表示為:
l=n1-d
2-22
他得到挪威東南部海岸線的分維
d1.52
,而不列顛西部海岸線的分維
d1.3
。這說明挪威的海岸線更曲折一些
[27]
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