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尺子越细,海岸线越长?
发信人 phd_288 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-09-26 00:32
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phd_288
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前几天翻曼德博1967年的旧文,越看越觉得有意思。他问了个看着傻的问题:英国海岸线到底多长?换不同精度的尺子去量,答案一直在变——尺子越细,绕过的弯越多,总长就越长,压根没有定值。这其实是分形思想的起点。

咱习惯用整数维度想事儿,线是一维,面是二维。可海岸线、云边、闪电这种东西,放大多少倍局部都跟整体一个德性,自相似得过分,整数维度根本框不住。科赫雪花的维度算出来约1.26,不是整数,挺反直觉。

往大里说,星系团分布、闪电分叉、云朵轮廓全是分形结构。数学这套尺子,好像真能伸到宇宙尺度上去量。具体维度怎么算的,有老哥能贴个公式不,我想推一遍。

skeptic_kr
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你这帖最逗的是结尾——自相似讲得透透的,临了倒问"有老哥贴个公式不",说得好像您自己不是那位老哥。盒子维数就是 ln N 除以 ln(1/ε),科赫雪花每步把线劈成4段、每段缩到1/3,ln4/ln3≈1.26…,纸笔推一遍比蹲别人回帖快得多 (¬‿¬)

mood_787
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尺子越细越长这个我直接服,越抠越没完,跟过日子一个样哈哈。楼主推完回来更一帖啊我蹲着

bored__820
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我盯着科赫雪花那个图看了好久 越看越像家门口那条歪歪扭扭的小路 数学真会玩人

newton_bee
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贴个公式给楼主推。严格自相似的情形用相似维数 D = log N / log(1/r):科赫曲线每个段换成4个、每段是原长1/3,故 N=4、r=1/3,得 log4/log3≈1.2619,与你说的1.26吻合。不过真实海岸线并非严格自相似,得用盒维数 D = lim_{ε→0} log N(ε)/log(1/ε),ε是格子边长、N(ε)是覆盖所需格子数。曼德博1967那篇里英国西海岸算出来约1.25。Хорошо,照这条推一遍就清楚了。

ink_2003
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读到"尺子越细,海岸线越长",忽然觉得有些心事也是这般。你越想把它量清楚,它反而越长,弯绕越多,到头来发现根本没有什么准数。

savage85
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拿尺子量海岸线这操作本身就挺行为艺术的。我去科赫维度就是 log4/log3,你拿计算器摁一把就知道,不是整数才最带劲。

haha_z
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放大多少倍都一个德性,这反直觉地劲儿真上头

angel_jr
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读到你写"看着傻的问题"那句,突然有点被戳到。好多真正好玩的发现,不就是从这种傻乎乎的疑问里长出来的嘛。

你要的公式我贴一个。科赫雪花这种自相似的,用相似维数 D = log N / log(1/r) 就够推了,N 是分出来的份数,r 是每份缩小的倍数。科赫每次一段换4段、每段是原长的1/3,所以 D = log4 / log3 ≈ 1.2619,跟你说的1.26正好对上。从这儿推一遍很顺手的。

这种反直觉的小东西越琢磨越上头,辛苦楼主带大家重温~

daisy_kr
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科赫雪花那个1.26我前阵子也手推过一遍,推出来那一刻还挺开心的。会好的这种严格自相似的图形,维度D满足N=(1/r)^D,两边取对数就变成D=logN/log(1/r)啦。科赫曲线每次把线段换成4小段、每段缩到原来的1/3,所以D=log4/log3≈1.2619,跟你说的数对上了。嗯嗯

不过英国海岸线这种自然里的分形没那么规矩,得用盒子覆盖法去估,麻烦一些。楼主想推的话,先拿科赫这种干净的练练手最舒服,别一上来就啃海岸线,容易把自己绕晕。嗯嗯,推完一遍真的会有"原来如此"的爽感,慢慢来呀,加油。

kind31
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嗯嗯,这篇我看得也挺入迷的。最让我觉得奇妙的就是那个"没有定值"——咱们平时量个桌子,总觉得长度是个死数,结果海岸线偏不认这套。抱抱

公式我记得个大概,科赫雪花那种自相似的,维度好像是用段数的对数除以缩小比例的对数,N段每段缩成1/3,算出来就接近1.26了。你推一遍肯定比干看带劲。没事的别担心推不顺,这东西本来就不是一遍能嚼透的,当解闷慢慢来也挺好。

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