第138章 分形的谢尔宾斯基地毯(2/3)
子、晒谷子、晒玉米、晒花生、晒棉花。不过,大多时候晒棉花用笮笮,笮笮是用竹块和竹篾编在一起的东西,技术含量最低,小孩都可以编。晒席一般人编不来,需要请专门的匠人,这匠人就是“篾匠”。随着社会的发展,很多匠人都快消失,比如木匠、石匠、篾匠。如果这些匠人消失了,如何落实政府提倡的“工匠”精神?
刘四叔是农家行手,在他眼里,晒席就是一块“竹子布”,也就是夏天睡的竹席的扩大版。刘四叔看见杨教授打的晒席,不禁又哑然失笑:“您这个晒席的边界为什么弯弯曲曲的,您让人家怎么晒东西?”
胡克昊看见篾匠先打了一个等边三角形的晒席,啰嗦一下,这个晒席有三条边。篾匠把每条边分成三等份,以中间这一份为底,又编了一个等边三角形出来,现在这个晒席一共有十二条边。篾匠又把这十二条边的每一条分成三等份,以中间这一份为底,又编了一个等边三角形出来,现在这个晒席一共有四十八条边……如此以至无穷……
“杨教授,您这个雪花状的晒席又是什么来头?”胡克昊问道。
“杨教授肯定又要给这个晒席取一个洋气的名字,让它也变成进口货。”刘四叔揶揄道。
“不错,这个晒席的名字叫Koch晒席,读作科克晒席。晒席边上的曲线就叫Koch(科克)曲线,这些曲线构成了雪花曲线。”
“杨教授,我感觉您应该把它取名为苛刻晒席,您雇佣这些篾匠给您打晒席,对他们真的是太苛刻了!”刘四叔口无遮拦的说道。
杨教授并不恼怒,笑而不言。据杨士模教授解释,这些东西都是属于分形几何的范畴。传统意义下,我们都知道点是零维的,线是一维的,平面是二维的,立方体是三维的,鬼神、梦境、阴间所在的空间是四维的。它们都有一个特点,空间的维数是整数,而分形空间的维数可以不是整数,而是分数。根据杨士模教授织地毯和打晒席的实验,我们知道Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯的面积为0,长度为无穷,未封闭的Koch(科克)曲线也是面积为0,长度为无穷。一个没有面积却有无穷大长度的东西是一个怎样的存在,它的空间维度是多少?
我们也可以换种角度看维数:把线段放大两倍后,所得线段可以看成是2个原来线段叠加而成。把正方形放大两倍后,所得正方形可以看成是4=2的2次方个原来的正方形叠加而成。把立方体放大两倍后,所得立方体可以看成是8=2的3次方个原来的立方体叠加而成。所以,线段、正方形、立方体的空间维数分别是1维、2维、3维。
一般地,如果我们把集合E放大a倍,得到的新集合可以由a的d次方个集合叠加而成,则称集合E的分形维数是d。按此算法,不难得到立方体的维数是3维。或者可以这样计算,如果我们把集合E放大a倍,得到的新集合可以由b个集合叠加而成,则称集合E的分形维数是b的对数除以a的对数之商。把Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯放大3倍所得到的集合,可以看成是8个Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯叠加而成,所以它的维数是log8除以log3等于1.8928。把Koch(科克)曲线放大3倍所得到的集合,可以看成是4个Koch(科克)曲线叠加而成,所以它的维数是log4除以log3等于1.2619。
这样一来,我们世界中很多东西都不再是整数的维数,如树木花草、山川河流、烟雾云彩、晶体的生长、分子的运动轨迹等等。为了研究这种具有自相似性的不规则曲线或形位,分形几何诞生了。1982年,Mandelbrot(曼德尔布罗特)创建和发展了分形几何。分形物体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
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刘四叔是农家行手,在他眼里,晒席就是一块“竹子布”,也就是夏天睡的竹席的扩大版。刘四叔看见杨教授打的晒席,不禁又哑然失笑:“您这个晒席的边界为什么弯弯曲曲的,您让人家怎么晒东西?”
胡克昊看见篾匠先打了一个等边三角形的晒席,啰嗦一下,这个晒席有三条边。篾匠把每条边分成三等份,以中间这一份为底,又编了一个等边三角形出来,现在这个晒席一共有十二条边。篾匠又把这十二条边的每一条分成三等份,以中间这一份为底,又编了一个等边三角形出来,现在这个晒席一共有四十八条边……如此以至无穷……
“杨教授,您这个雪花状的晒席又是什么来头?”胡克昊问道。
“杨教授肯定又要给这个晒席取一个洋气的名字,让它也变成进口货。”刘四叔揶揄道。
“不错,这个晒席的名字叫Koch晒席,读作科克晒席。晒席边上的曲线就叫Koch(科克)曲线,这些曲线构成了雪花曲线。”
“杨教授,我感觉您应该把它取名为苛刻晒席,您雇佣这些篾匠给您打晒席,对他们真的是太苛刻了!”刘四叔口无遮拦的说道。
杨教授并不恼怒,笑而不言。据杨士模教授解释,这些东西都是属于分形几何的范畴。传统意义下,我们都知道点是零维的,线是一维的,平面是二维的,立方体是三维的,鬼神、梦境、阴间所在的空间是四维的。它们都有一个特点,空间的维数是整数,而分形空间的维数可以不是整数,而是分数。根据杨士模教授织地毯和打晒席的实验,我们知道Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯的面积为0,长度为无穷,未封闭的Koch(科克)曲线也是面积为0,长度为无穷。一个没有面积却有无穷大长度的东西是一个怎样的存在,它的空间维度是多少?
我们也可以换种角度看维数:把线段放大两倍后,所得线段可以看成是2个原来线段叠加而成。把正方形放大两倍后,所得正方形可以看成是4=2的2次方个原来的正方形叠加而成。把立方体放大两倍后,所得立方体可以看成是8=2的3次方个原来的立方体叠加而成。所以,线段、正方形、立方体的空间维数分别是1维、2维、3维。
一般地,如果我们把集合E放大a倍,得到的新集合可以由a的d次方个集合叠加而成,则称集合E的分形维数是d。按此算法,不难得到立方体的维数是3维。或者可以这样计算,如果我们把集合E放大a倍,得到的新集合可以由b个集合叠加而成,则称集合E的分形维数是b的对数除以a的对数之商。把Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯放大3倍所得到的集合,可以看成是8个Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯叠加而成,所以它的维数是log8除以log3等于1.8928。把Koch(科克)曲线放大3倍所得到的集合,可以看成是4个Koch(科克)曲线叠加而成,所以它的维数是log4除以log3等于1.2619。
这样一来,我们世界中很多东西都不再是整数的维数,如树木花草、山川河流、烟雾云彩、晶体的生长、分子的运动轨迹等等。为了研究这种具有自相似性的不规则曲线或形位,分形几何诞生了。1982年,Mandelbrot(曼德尔布罗特)创建和发展了分形几何。分形物体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
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