为““至形状没有线,或者更一般地说是歧管.A型形状谁的Hausdorff维数不是整数是一个分形的(该期限到期于Benoit曼德尔布罗特,他是著名的设置). 如果你看过科赫雪花,其Hausdorff维数为log 4/log 3。

更详细地说:我们在一个固定的欧几里德空间 R(右)n个对于每个实数s≥0,都有一个测度H(H)为的子集定义R(右)n个.H(H)被称为秒-豪斯道夫测量(通常用大写字母H书写)。顾名思义,H(H)测量“s”-子集合的“al volume”R(右)n个。其构造的关键思想是注意,对于整数s和简单集合A(例如-铝盒或球),s-A的al体积是A直径的s次幂的常数倍。球的常数是2-秒α(s),其中α(s”)是s-空间中单位球{x|≤1}的s-体积的传统表示法。但α(s)有一个简单的公式伽马函数,适用于所有实s≥0:

α(s)=Γ(1/2)/Γ(1+s/2)。(*)

我们当然可以利用直径,所以公式

体积(A) =2-秒α(s)直径A

用于定义s-al体积函数,至少对于球而言,当s为整数时,它与普通体积一致。现在我们使用的是测量理论作为卡拉斯气味的构造。它相当于测量任意集合A的体积,方法是用一组球覆盖A,将其体积相加,然后取极限值,因为球的最大尺寸缩小为零。给定一个(不一定是有限的)集合{B}由壬覆盖A的球定义

体积(A;{B}) = ∑体积(B))和体积(A;t)=inf卷(A;{B})

下确界覆盖所有覆盖物{B}A的球数最大直径t.然后定义

H(H)(A) =极限t→0体积(A;t)

结果产生了测量在度量中需要所有良好的属性,这与s一致-勒贝格测度对于整数s。

(*)为了证明这一点,计算exp(-|x)的积分|2)在极坐标中R(右)n个利用Fubini定理和Γ(1/2)=π的事实1/2.

[另请注意,在度量空间人们可以找到直径在任何一局中,不仅仅是一个球:直径A=sup{d(x,y)|x,y∈A}。因此,可以使用球家族中不同家族成员的覆盖物来进行Carathéodory的建造。一般来说,一个人会得到不同的措施。详情请参见费德勒,几何测量理论, 2.10.]

如果你玩弄这个定义一段时间,你会发现对于任何给定的集合a,都有最多一个实数s,因此0<H(H)(A) <∞。直观地说,如果你拿一个集合,试图用一个太小的维度来测量它的体积,你总是会得到∞,如果你试图用太大的维度测量它的容积,你总是得到0。∞范围和0范围之间的唯一断点称为Hausdorff维数(也有可能在断点处的体积本身为0或∞;例如R(右)具有Hausdorff维度1和无限1体积。)Hausdorff维数在实践中很难计算,因为现有的定义都不是很有建设性的。使用上面的定义,不难获得某个对象的Hausdorff维数的上限:只需展示一个精确的覆盖序列,其体积降至零。要获得下限要困难得多,因为您必须显示vol属于每一个覆盖层的细化顺序无限制地增加。如果您感兴趣的集合具有简单的递归结构,例如科赫雪花 杰博亚·科林诺夫斯基如下所述,然后您可以实际计算出s,它将产生有限正H(H),然后计算这个数字,这样就不必给出边界。但否则,你或多或少会陷入困境。

了解更多豪斯道夫测量s和其他部分的严格数学理论分形的设置,您可能会求助于几何测量理论:初学者指南Frank Morgan,或分形集的几何肯尼斯·福尔科纳(Kenneth Falconer)。有关Carathéodory建筑和其他技术问题的详细信息,请参阅优秀但密集的几何测量理论赫伯特·费德勒。

复杂的技术定义Hausdorff维数是可能的,它适用于度量空间s和作为点集嵌入其中的对象。但是,在你见过的一些最糟糕的ascii艺术的帮助下,下面这幅更简单的插图有望让你对这个词的含义有一些了解。

考虑一下科赫曲线-我们在这里显示了生成它的两个连续阶段:

/\/  \______/    \_______/\_|    |__/\__/    \__/\__
好吧,从糟糕的ascii表示中可能看不出来,但我们通过获取每个线段来生成它:
__________________
以及以三角形凹凸的形式添加两条附加线:
/\/  \______/    \______
这给了我们四行而不是一行,请注意每一行的长度都是(或应该是)精确的三分之一原始行的长度。

生成的四行中的每一行都会在下一代中以相同的方式进行修改。这将永远产生完全的、无限的摆动( 分形的)科赫曲线.

关于分形维数是为了提供测量对于这种摆动-直观地说,这将介于1和2之间,因为一条无限摆动的线可以被认为是“多于一条(1D)线,但少于一个(2D)平面”。

现在,假设我们有一枚硬币,它的直径等于这四个部分之一的长度。为了完全覆盖这条线,我们需要使用四枚这样的硬币:

,./\  `.-.  /| \ | |___|/  \_\_____`._.'
(嗯,因为ascii公司,我只显示了两个。假装它们是四个整洁的等长圆圈,它们所覆盖的线条是它们的直径,拜托!)

现在,由于下一次修改产生的线条长度是上面显示的线条长度的三分之一,我们可以看到,如果我们减小硬币的尺寸,使其直径为三分之一大小,我们将需要倍于硬币的数量来覆盖最终的物体。

这仍然适用于完全构建的科赫曲线:由于凹凸不平的三角形不够大,无法在直径为“父”线(即“凹凸不平”的线)的硬币顶部突出,如果我们计算某个特定硬币的硬币数量直径我们需要覆盖曲线,然后当我们将硬币的直径减小到之前尺寸的三分之一时,需要多少硬币,我们发现每次减少都需要四倍的硬币。

所以'硬币覆盖尺寸科赫曲线的'可以表示为4/3(或1.333…)-它是比率减少硬币直径所需的额外硬币数量:直径每减少三倍,硬币数量增加四倍。

Hausdorff维度只是这个概念的一个推广版本,它在度量空间任意整数维的对数这就是为什么Koch曲线的Hausdorff维数是log4/log3,如上文所述。

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