sierpinski三角形的维数_分形维数算法
分形维数算法
分形包括规则分形和无规则分形两种。
规则分形是指可以由简单的迭代或者
是按一定规律所生成的分形,如
Cantor
集,
Koch
曲线,
Sierpinski
海绵等。这些
分形图形具有严格的自相似性。
无规则分形是指不光滑的,
随机生成的分形,
如
蜿蜒曲折的海岸线,
变换无穷的布朗运动轨迹等。
这类曲线的自相似性是近似的
或统计意义上的,这种自相似性只存于标度不变区域。
对于规则分形,其自相似性、标度不变性理论上是无限的(观测尺度可以趋
于无限小)
。不管我们怎样缩小(或放大)尺度(标度)去观察图形,其组成部
分和原来的图形没有区别,
也就是说它具有无限的膨胀和收缩对称性。
因些对于
这类分形,
其计算方法比较简单,
可以用缩小测量尺度的或者不断放大图形而得
到。分形维数
D=lnN(
λ
)/ln(1/
λ
)
(
2-20
)
如
Cantor
集,分数维
D=ln2/ln3=0.631
;
Koch
曲线分数维
D=ln4/ln3=1.262;
Sierpinski
海绵分数维
D=ln20/ln3=2.777
。
对于不规则分形,它只具有统计意义下的自相似性。不规则分形种类繁多,
它可以是离散的点集、粗糙曲线、多枝权的二维图形、粗糙曲面、以至三维的点
集和多枝权的三维图形,下面介绍一些常用的测定方法
[26]
。
(
1
)
尺码法
用某个选定尺码沿曲线以分规方式测量,
保持尺码分规两端的落点始终在曲
线上。
不断改变尺码
λ
,
得到一系列长度
N
(
λ
)
,
λ
越小、
N
越大。
如果作
lnN
~
ln
λ
图后得到斜率为负的直线,这表明存在如下的幂函数关系
N
~
λ
-D
(
2-21
)
上式也就是
Mandelbrot
在《分形:形状、机遇与维数》专著中引用的
Richardson
公式。
Richardson
是根据挪威、澳大利亚、南非、德国、不列颠西
部、
葡萄牙的海岸线丈量结果得出此公式的,
使用的测量长度单位一般在
1
公里
到
4
公里之间。海岸线绝对长度
L
被表示为:
L=N
λ
~
λ
1-D
(
2-22
)
他得到挪威东南部海岸线的分维
D
≈
1.52
,而不列颠西部海岸线的分维
D
≈
1.3
。这说明挪威的海岸线更曲折一些
[27]
。
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